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监控电力消费的自动无线抄表系统
阿卜杜勒·拉希姆
摘要： - 无线自动化几乎已经被成熟的应用到所有的能源，燃气及水的生产，配送和结算领域。在目前的趋势变化来看这里包含了无线与自动化通信可以导致典型的变化。该设计提供了一个新的方法避免了现有抄表技术的高建设和维护成本。除此之外使用基于网络技术的无线抄表已经成为每天的需要。所设计的系统避免了人为干预电源管理。消费者要及时支付消耗的电能，如果没有及时支付，电源连接可能从远程服务器自动断开连接。它显示了LCD和数据上相应的结算信息并且通过GSM模块发送到服务器。基于ARM7的硬件系统由一个处理器核心板和外设板构成。整个微控制器操作编程是基于嵌入式C语言的。这个系统提供了有效的抄表，避免计费误差，降低了维护成本。本文还说明了GSM通信模块和设计细节的有时并讨论了数据通信的高级安全性。
关键词： - 无线抄表，GSM，ARM7（LPC 2148）微控制器。
I引言
随着利用微控制器的无线通信技术的迅速发展，在自动化工业方面有许多手动工作的改进。该传统的人工抄表不适合长期的经营宗旨，因为它需要花费大量的人力和材料资源。它带来了额外的人工读数和计费方式的问题。如今电力消费者的数量正在大幅度的增加。随着需求的不断增长，处理和维护电源成为一个艰巨的任务。目前电源的维护也将作为一项重要任务，操作人员进入到消费者的家，并分别抄表。如果消费者不方便的时候，结算过程会停止然后需要再次前来进行抄表。去各个消费者的家里抄表，是一项艰苦的任务并且需要大量的时间。尤其是在下雨天的时候，变得非常困难。如果任何一个消费者不及时交费时，工作人员需要去他们的房子断开电源供应。这些方法耗时且难以处理。此外，手动操作无法找到未授权连接或因为消费者的疏忽而减少或停止抄表/电源得供应。人为失误可以给一些人腐败的机会通过人类仪表读取器完成。所以，这问题会导致计费系统变得不准确并且效率低下。无线通信使媒体信息交流快捷，安全准确。数字实现造成计算机的利用和电信设备的快速改革。如网络，GSM网络等通信介质无处不在。无线抄表使多个控制端公用事业和消费者更详细了解有关功耗的信息[1]。这使得公用事业，更好地调节供应。所以，远程无线抄表读取系统和管理各种网络的技术已经成为一种趋势了。在这项工作中提出，从远程服务器自动使用电表读数基于GSM网络的技术[3]应用于蜂窝电话。这项可被用于煤气表或水表等等。该仪表发送电表读数像千瓦特小时（千瓦时），电压，电流，票据等数据，通过短信发送到一个中央服务器。中央服务器随后将存储在数据库中的信息分析和发送账单给客户的手机。基于SMS的数据收集，可以非常迅速而高效地完成。数据可在任何需要的时间区间之后收集如在每小时，每天，每周或每月的基础。由于整个过程中没有人的干预，所以没有人为失误和制造虚假数据的机会。在极恶劣的天气条件类似大雪，大雨，暴雨等条件下系统也不会妨碍收集数据只要GSM网络是稳定的。 基于远程仪表SMS的开发成本会比传统的抄表模式高但是电商的收入将在连续几个月内增加，因为这将消除由客户或抄表人员完成抄表的失误的可能性。远程抄表可以住宅公寓，特别是消耗大能量的工业用户中使用。
II.系统架构
无线远程抄表系统的高级别框图如图1所示.电源提供的部分供应与电力给其他需要电能的各部件。该ARM7微控制器LPC2148模块根据电能表执行数据，并执行通过继电器控制分断电路操作单元的操作，并通过通信模块[2]GSM将所需的信息发送到移动电话端。在ARM7中内置的MAX-232被用来作为串行通信自动无线抄表系统监测和控制功耗接口，通过GSM调制解调器发送数据从控制器到移动电话。在存储部分的60W白炽灯泡被用作实现用户能量消耗的负载的目的。
图1无线抄表系统的结构框图
用户能够获得的能耗的数据状态，并通过发送相应的金额命令[10]从移动电话到GSM调制解调器。然后，它发送命令到微控制器部分并且所需的信息也会被发送到用户端通过GSM调制解调器。如果消费者未及时交纳相应的金额，通过发送断开和重新连接的命令来完成其对应于该控制器的命令。每当获得用户发送给控制器的数据时，也会发送直流蜂鸣器并发出蜂鸣声作为一个请求获得与发送数据到用户的命令指示。
III.系统硬件
在项目中使用的基本硬件组件如图2所示
图2：系统硬件
A.基于ARM7微控制器LPC2148
B.电能表
C. GSM调制解调器
D.继电器控制单元
E.电源
A. ARM7（LPC 2148）微控制器
LPC2148微控制器是基于一个16位/ 32位ARM7TDMI-S CPU与实时仿真和嵌入式跟踪支持，结合了微控制器嵌入的高速Flash存储器，高端应用位处理器内核32KB到512KB。
先进精简指令微处理器
· T- 拇指的16位指令集
·D- 片上调试支持
·M - 增强的乘法器
·I - 嵌入式ICE硬件
·S-可综合
128位宽度的存储器接口和独特的加速结构使32位代码能够保持在最大的时钟速率[4]。对于关键的代码大小的应用，可使用16位Thumb模式更加会减少30%代码相比于最小性能损失。该LPC2148单片机如图三。
图3. 2148 LPC微控制器
由于它们的小尺寸和低功耗，LPC2148专门用于小型化应用有一个关键的要求，如访问控制和点销售。串行通信接口，从一个USB 2.0全速设备，多个UART，SPI，SSP到I2C总线
和片上8 KB至40 KB的SRAM，使这些设备也非常适合于通信网关，协议转换器，软调制解调器，语音识别以及低底成像[5]，提供大规模的缓冲区和高处理能力。多个32位定时器，单或双10位ADC（S），10位DAC，PWM通道，45个高速GPIO等9个边沿或电平触发的外部线条中断引脚使这些微控制器适用于工业控制和医疗系统。
B.电能表
电能表模块由电能计量IC，集成振荡器和负荷产生的模拟信号可以被转换成数字信号的ADE7757，数字脉冲信号和ADE7757输出平均有功功率信息[11]基于负载。这些输出与LPC2148接口.ADE7757一个特性是提高VDD电源引脚上的电源监控电路ADE7757的工作能力。由于这个原因，正确的设备操作[6]是在上电和断电模式来实现的。在很高的程度上避免了失误触发从电源获得的噪声，由于建设内置迟滞和过滤操作中ADE7757的电源监视器。
图4. ADE 7757电表
根据从仪表模块接收的电能数据，通过无线远程通信模块发送所述用户电表的信息。除此之外，相同的信息会通过ＬＣＤ被发送到用户。
C. GSM调制解调器
通信模块组成的GSM调制解调器。它用于传送用户表的数据，从LPC2148到远程站通过ＧＳＭ无线控制器[7]。与调制解调器的串行通信是全双工8位，无奇偶校验，1个停止位和115200波特。我们已在调制解调器中使用用户识别模块（SIM）。
图5. SIMCOM 300 GSM调制解调器
产品规格：
· 三频GSM / GPRS 900/1800/1900 MHz
· 电源电压范围3.4V到4.5V
· 低功耗
· 工作温度为-20°C至 60°C
· 串行接口和调试接口
· LCD接口
· 键盘接口
· 天线接口和天线焊盘
D.继电器控制单元
中继控制单元是用来关闭电源的，当到期日结束的时候。每当用户支付电费以后，电力供应会通过中继模块恢复。继电器是由LPC2148控制器驱动的。
用户可以通过ＬＣＤ监控耗电详情。无线抄表系统的控制器[8]是32位的ARM7 CPU（LPC2148）。该系统与远程基战的通信通过通信模块。
根据从远程基站接收到的信息，LPC2148可以控制继电器模块切断或恢复电力供应。
IV．执行部分和成果
这个所提出的系统是在常规的电能表上进行测试并且取得了良好的效果。图6至11表明了该系统的真实的照片。LPC2148与GSM模块，电能表模块，继电器控制单元接口。出于演示的目的，60瓦特的灯泡作为负载来检测我们的系统。该灯泡连接到用于测量平均有功功率信息负载和能量计（ADE7757）上。执行测试和功率消耗的过程[9]会被观察记录。在此期间，灯泡发光不断在图6中显示示。在测试日期完成以后，该LPC2148控制器会通过继电器关闭灯泡，这证明了我们系统在电力和计算遥控方面的准确性。
图6.无线抄表系统PCB板，当负载和电能表，ARM7（LPC2148）微控制器模块接口工作的时候。
图7.液晶ＬＣＤ显示能量消耗值，也显示系统的开帐单金额当系统处于工作状态。
图8无线抄表PCB和电能表，ARM7的接口（LPC
- 微控制器模块之间接口不工作的时候。
图9：通过发送命令“#DCONNT”
移动电话的GSM调制解调器接收命令将负载断开，一个答复消息将被发送到有关的移动电话端根据该系统的当前状态。
图10：LCD显示功耗值和系统的帐单量和状态当它不工作的时候。
图11：通过发送命令“#CCONNT”
移动电话的GSM调制解调器接收命令将负载断开，一个答复消息将被发送到有关的移动电话根据系统的当前状态。
能耗计算：
消耗的总能量可以由下面的公式计算出来。
每小时总消耗的能量=（功率times;每
天的使用的小时）divide;1000
=千瓦时（千瓦时）
表1：负荷能耗
|
负载 |
没有使用的时候（空载） |
千瓦时（Kwh） |
|
60W白炽灯 |
19 |
1.16 |
|
60W白炽灯 |
1 |
0.06 |
从上面的表中，我们可以看到，如果负载是在截止日期后立即断开连接，然后将不会耗能，但它不可能通过手动操作系统完成。这可以通过使用无线抄表系统实现，当用户没有及时交费时，将自动断开负载。因此，通过使用所提出人工系统的问题将被被无线抄表系统所解决。
五，结论
在目前的工作无线抄表系统设计成连续地监视抄表和远程关闭
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