专利名称：基于嵌入式处理器的电力远程自动抄表终端的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及一种电力远程自动抄表系统中的终端装置，尤其是指一种基于嵌入式处理器的终端装置。
背景技术：
快捷、准确、高效率的远程自动抄表系统是缓解我国电力需求日趋紧张，实现电力行业优化管理，走向市场的技术保障，自动抄表系统不仅节约了大量的人力和时间，快捷、准确地传递了信息，减少了人工抄表误差，提高了工作效率，而且也是全面实现发、输、配电网用户电能量的自动采集、分析与计费功能的有效手段。
随着计算机网络和嵌入式技术的发展，原先通讯方式和采用计算机作为采集终端，日益成为抄表系统的瓶颈。
嵌入式系统以应用为中心，以计算机技术为基础，软件硬件可剪裁，适应应用系统对功能、可靠性、成本、体积、功耗严格要求的专用计算机系统其核心部件是各种类型的嵌入式处理器。随着嵌入式系统的广泛应用，嵌入式Linux操作系统也越来越受到重视，嵌入式Linux操作系统具有结构小巧、实时性强、稳定性高等特点，其开放的源代码、强大的技术支持、良好的可扩展性及对众多硬件的支持为许多应用提供了良好的解决方案。
电力远程自动抄表系统中，一个电能表抄表终端装置一般都挂接多路电能表，实现对它们的轮流电量数据采集，任务繁重。传统的终端装置一般由单片机技术实现，存在处理速率偏低、抄表时间长、处理任务单一、存储空间过小等缺点，已无法满足日益发展的电力系统自动化发展的要求。采用嵌入式操作系统，结合高性能的嵌入式处理器和嵌入式Linux的多任务操作系统机制，可以实现对多个电表的同时数据采集，极大地提高了处理速度；同时嵌入式处理器可连接大容量的SDRAM和FLASH，提高了系统的数据存储空间。因此采用嵌入式操作系统能适应电力系统的迫切需要。
目前电力系统自动抄表系统的通讯电路主要可以分为有线通讯和无线通讯两种方式。有线方式主要有电力线载波(DLC)、公用电话网等；无线方式主要有微波通信、GSM通信等。电力线载波通讯在控制系统与自动抄表部有较长的应用经验，但电力载波系统在配电线上的传输可能会遇到诸多困难，在经常变化的配电线上非常难以预料和控制；公用电话网方式进行数据传输时传输的速率低，通讯效率不能保证，且铺设成本高，维护困难；GSM短消息通讯方式的可靠性并没有收到网络的保证，特别是当网络繁忙的时候短消息更加容易丢失；微波通讯费用相对其他通讯方式偏高。
在GSM无线系统中，无线信道资源非常宝贵。如采用电路交换，通信需要建立端到端的连接，在通信过程中要独占信道，每条GSM信道只能提供9.6kb/s或14.4kb/s传输速率，在成本、效率上缺乏可行性。而采用分组交换的GPRS则可灵活运用无线信道，每一个用户可以有多个无线信道，而同一信道又可以由几个用户共享，从而极大地提高了无线资源的利用率。在理论上，GPRS可以给用户提供高达171.2kb/s的带宽，保证了更大数据的传输，更快的因特网接入。GPRS用户以数据流量计费，而不考虑通信时长，同时GPRS最大的特点就是“永远在线”，可以随时获得即时的更新结果，是一种理想的数据传输方法。
终端系统的应用软件需随着电力系统的要求进行更新，一般由采用电话拨号通讯的方式和GSM短消息的方式，但电话拨号方式需要增设专线，GSM短消息易丢包(软件需分包发送)且速度慢，都使版本更新变得低效。而基于GPRS网络的终端采用TCP/IP协议进行版本更新，既提高了速度又保证了可靠性。
发明内容
本实用新型的目的在于提供一种高效可靠、通讯费用低的远程自动抄表终端装置，该终端采用GPRS网络进行数据传输，基于嵌入式处理器的终端应用软件内嵌表计通讯协议和主站—终端数据传输协议，并且支持网络远程更新终端软件版本。
本实用新型采用以下设计方案终端的硬件以高性能的ARM7系列嵌入式处理器EP7312为核心，外接程序存储器FLASH，用于存放内核、应用程序代码及参变量等；外接数据存储器SDRAM，用于存放临时数据和运行程序；外扩GPRS通讯模块，与主站进行基于GPRS网络的TCP/IP的SOCKET通讯；外扩RS485串口通讯模块，与多个表计通信，进行参数设置和数据采集；外扩红外通讯模块，与现场手持终端设备(如PDA)通讯；外扩以太网通讯模块和RS232串口通讯模块，用于程序调试和维护，也可用于功能扩展；外扩实时时钟，保证数据的唯一性。
软件上采用嵌入式Linux操作系统，并使用相应处理器的交叉编译器开发应用程序。在嵌入式操作系统上开发了终端与表计通讯的协议栈，终端与主站通讯的协议栈。因此GPRS网络通讯仅仅使单纯的通讯平台，数据处理的协议包含在终端应用软件中，应用更加灵活，功能更加强大。
终端与表计的通讯协议栈可以支持多种表计通讯协议，同时该协议栈具有良好的扩展性，支持各种表计规约的动态加载，比如威胜表规约、台州表规约、华隆表规约。
终端与主站的通讯协议栈可以自定义一套协议，可以使用统一的接口来进行数据的接收和发送。终端通过GPRS网络获得一个GPRS内部IP，然后通过GGSN网关与处于公网上的主站进行TCP/IP协议通讯。
终端装置的软件版本远程自动更新通过GPRS网络传输版本文件来实现，主站将新的终端版本文件按固定大小分包，并加上校验码打包，通过与终端建立的TCP/IP Socket连接传输给终端，终端接收到所有的数据包后重组，核对校验码正确后，自动覆盖原有文件并重启运行新的版本文件。采用TCP/IP协议的Socket通讯进行终端版本软件更新，具有速度快、可靠性高等特点，同时GPRS网络按流量计费，版本更新的费用也不高。
图1为本实用新型的硬件框图；图2为本实用新型的一个实施例示意图；图3为终端与电能表数据采集通讯流程图；图4为终端与电能表参数设置通讯流程图；图5为终端与主站的通讯流程图；图6为终端版本软件自动更新的流程图。
其中，1为电能表，2为终端，3为GPRS网络，4为Internet网络，5为主站，6为数据库服务器。
具体实施方式
如图1所示，一种基于嵌入式处理器的电力远程自动抄表终端，以嵌入式处理器EP7312为核心，外接有保存临时数据的数据存储器SDRAM和存储系统内核及程序的程序存储器FLASH，外扩RS485串口通信模块、RS232串口通讯模块、系统复位模块、实时时钟、以太网通讯模块以及通过双通道UART模块外扩的GPRS通讯模块和红外通讯模块，模块上设有相应的通讯接口，终端通过GPRS通讯模块与主站进行通讯，通过RS485通讯接口与下挂的表计进行通讯。
由于连接了大容量的非易失性存储器FLASH，用户可以开发嵌入式数据库(比如dbm，berkeleydb等)存储必要的数据，终端抄得的数据可以存储在本地数据库中，进行数据备份，方便主站的补抄和历史数据查询。
红外通讯模块用于实现终端与现场用户的手持设备进行通讯。
以太网通讯模块和RS232串口通讯模块用于系统的维护和调试。
实时时钟一方面保证了数据的时间唯一性，也可以用于终端的定时抄表任务。读取系统的RTC时间，根据主站设置的定时抄表参数，完成定时抄表任务。同时终端系统也提供巡检功能，通过此功能主站能在第一时间掌握终端和电表的非正常状态，以便快速做出相应的处理。终端每隔固定一段时间，通过RS485串口通讯模块获取电表状态信息，检测电表目前的运行状态是否正常，一旦电表出现异常，终端系统通过GPRS网络主动向主站发送异常事件。在收到异常时，主站即可将收到的异常事件存入异常事件数据库，以便事故得到及时的处理。
图2所示为本实用新型的一个实施例，终端2位于电力远程自动抄表系统，通过RS485串口通讯接口下挂多个电能表1，同时通过GPRS网络3与位于公网Internet网4的主站5进行通讯，主站5接收到的终端2的采集数据，保存到数据库服务器6上。
终端2通过GPRS网络3与主站5进行通讯时，由终端2嵌入式操作系统下的应用程序进行协议解析，GPRS网络3仅作为一个通讯平台，协议解析模块基于嵌入式操作系统开发，灵活性和独立性比较强。
该系统中数据流的走向终端2可以通过GPRS网络3接收到主站5的数据采集命令或参数设置命令，利用终端2应用程序中采用的主站—终端通讯协议进行命令解析进行相应操作；终端2根据主站5命令采集电能表1数据，并按照主站—终端通讯协议进行数据包组合，数据包(包含校验码)，传输给GPRS网络3，由GPRS网络网关发送到Internet网络4，最后发送给具有公网IP的主站5。
图3、4所示为终端与电能表的通讯流程，终端与电能表之间的通讯可以分为两类数据采集与参数设置。终端根据电能表的通讯协议类型动态地加载表计通讯协议库，终端下挂的每个电能表都有各自相应的表计地址和表计编码，用于终端和多个电能表通讯识别用，终端在与电能表进行通讯时，数据采集和参数设置的命令具有多种命令码。电能表接收到终端的数据包后，经过协议解析后得到命令码，通过命令码进行相应的操作。
如图3所示，终端在与电能表进行数据采集通讯时，把表计地址和数据采集命令码按照表计通讯协议类型的帧格式打包，然后通过RS485串口通讯模块发送给电能表，电能表接收到后判断表计地址正确，且判断命令码正确后进行相应的数据采集操作，操作完成后通过RS485串口通讯模块上送抄得的电量数据给终端；若接收的表计地址不符则不予响应，若接收的命令不正确则回送错误识别码给终端。
如图4所示，终端在与电能表进行参数设置通讯时，把表计地址和参数设置命令码以及参数数据按照表计通讯协议类型的帧格式打包，然后通过RS485串口发送给电能表，电能表接收到后判断表计地址正确，且判断命令码正确后进行相应的参数设置操作，操作完成后通过RS485串口通讯模块上送设置应答码给终端。若接收的表计地址不符则不予响应，若接收的命令不正确则回送错误识别码给终端。
图5所示为终端与主站的通讯流程，如图所示，由于终端通过GPRS模块上网，在GPRS网络上只能申请到内部IP，所以公网上的主站不能直接向终端连接，只能终端先主动跟主站连接。每个终端都有一个唯一的终端编码，用于跟主站通讯。终端上电后会首先发送连接请求给主站，主站正确接收后，建立可靠的Socket通讯连接，同时记录终端的IP及终端编码。
终端与主站的通讯符合一套自定义的协议，通讯数据包按协议打包，协议中定义了操作类型，不同的操作类型对应各种抄表命令；同时协议中还定义了校验方式，保证数据的可靠传输。
终端一旦与主站建立Socket连接后，主站就可以对终端进行标时、即时抄表、补抄、参数设置、事件触发(换CT、换表计)、终端版本更新等一系列操作。终端根据协议定义解析主站发送的数据包，得到相应的操作类型码，进行相应的操作。如果需触发抄表命令的，则终端对电能表进行通讯，抄表得到电量数据，根据主站—终端协议定义数据打包上送给主站；若终端执行抄表以外的主站命令，则根据主站—终端协议定义发送应答数据包给主站。
图6所示为本发明终端软件版本自动更新的流程，主站—终端通讯协议中定义了3个操作类型码来完成终端版本更新，分别表示开始更新、正式文件更新、以及更新结束。首先主站以“开始更新”命令提醒终端开始接收新版本文件数据包，终端回应主站后表示自己已经做好准备开始接收。终端等待接收主站带有“正式文件更新”操作码的文件数据包，解析数据包得到正式文件数据暂存，直到接收到主站发出的“更新结束”命令码，终端把接收到的所有文件数据重组并写文件，得到新的版本文件，覆盖原终端版本文件，并重启运行新的版本软件，完成一次终端版本软件更新。在终端每次收到主站数据包后，都会进行校验，若出现错误则提醒主站并结束这次更新。
实现终端的软件版本更新需要用接收到的正确的新版本软件覆盖原终端软件，嵌入式Linux操作系统提供了等同于硬盘方式的文件读写操作方式，同时为了系统运行的安全性，进行了软件的备份，出现版本更新失败时可以恢复原有版本。
权利要求1.一种基于嵌入式处理器的电力远程自动抄表终端，位于电力远程自动抄表系统，通过串口下挂多个电能表，同时通过GPRS网络与位于Internet网络的主站进行通讯，其特征在于所述的终端以嵌入式处理器为核心，外接程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM，外扩GPRS通讯模块和RS485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口。
2.如权利要求1所述的基于嵌入式处理器的电力远程自动抄表终端，其特征在于所述终端的嵌入式处理器还外扩有红外通讯模块、以太网通讯模块、RS232串口通讯模块、系统复位模块和实时时钟。
专利摘要本实用新型公开了一种基于嵌入式处理器的电力远程自动抄表终端，位于电力远程自动抄表系统，通过串口下挂多个电能表，同时通过GPRS网络与位于Internet网络的主站进行通讯，终端以嵌入式处理器为核心，外接程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM，外扩GPRS通讯模块和RS485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口；终端采用嵌入式Linux操作系统；终端还可实现新版本软件的网络远程自动更新。本实用新型高效可靠、通讯费用低，适应电力系统的迫切需要。
文档编号G01R11/00GK2906782SQ20052001320
公开日2007年5月30日 申请日期2005年7月13日 优先权日2005年7月13日
发明者陈耀武 申请人:浙江大学