遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中集中器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)

北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)中集中器的設(shè)計與實(shí)現(xiàn)姓名：呂錦柏申請學(xué)位級別：碩士專業(yè)：電氣工程指導(dǎo)教師：黃梅;鄭三立20090601中文摘要中文摘要摘要：自動抄表是指采用計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)自動讀取和處理計量表數(shù)據(jù)的一種手段，是提高能耗管理部門自動化水平的需要，也是計算機(jī)技術(shù)和通信技術(shù)迅速發(fā)展的必然。它不僅可以緩解抄表人員的勞動強(qiáng)度，降低人為因素造成的抄表差錯，而且具有抄收速度快，實(shí)時性好等優(yōu)點(diǎn)。本文分析目了前國內(nèi)外的自動抄表方案，并聯(lián)系我國的實(shí)際情況，選用復(fù)合式自動抄表解決方案，對自動抄表系統(tǒng)中的集中器進(jìn)行了開發(fā)設(shè)計。在論文組織上，本文首先研究了自動采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成，對其組成部分做了簡要介紹，分析了集中器硬件構(gòu)成并介紹了相關(guān)硬件知識，設(shè)計開發(fā)了相應(yīng)的硬件原理圖和ＰＣＢ電路板。其次，本文通過對Ｉ．ｔＣ／ＯＳＩＩ操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)代碼及ＡＲＭ處理器相關(guān)知識的研究，實(shí)現(xiàn)了在Ｋｅｉｌ編譯環(huán)境下ｌａＣ／ＯＳＩＩ操作系統(tǒng)的移植，并開發(fā)設(shè)計了相應(yīng)的硬件驅(qū)動和通信規(guī)約的ＡＰＩ函數(shù)，從而建立了集中器的軟件運(yùn)行平臺；在上述軟件平臺下，編寫了集中器的應(yīng)用軟件，對ＧＰＲＳ、電話通信方案以及自動采集信息和自動搜索中繼等程序設(shè)計做了詳細(xì)的介紹。最后，本文對集中器的功能進(jìn)行了測試，通過具體數(shù)據(jù)分析了集中器各項功能的完成情況。集中器的設(shè)計涉及了嵌入式系統(tǒng)的軟硬件設(shè)計，在設(shè)計過程中，本文盡可能地使設(shè)計模塊化，從而使集中器便于調(diào)試和維護(hù)。在本文中，集中器集成了電話、ＧＰＲＳ、ＲＳ４８５等多種遠(yuǎn)程通信方式，增加了其通信的靈活性，使其能夠更大程度的滿足實(shí)際需要。本文從電源及載波通信鏈路、主控電路和通信模塊三個方面開發(fā)設(shè)計了集中器的硬件平臺；通過ｐＣ／ＯＳＩＩ軟件系統(tǒng)平臺的設(shè)計，使集中器能夠?qū)崟r地進(jìn)行多任務(wù)處理，大幅度提高了系統(tǒng)的管理能力；通過集中器應(yīng)用軟件設(shè)計，實(shí)現(xiàn)了各種模式的通信。在ＧＰＲＳ通信模式中，本文通過結(jié)合利用ＧＳＭ短信息通信，解決了ｍ地址動態(tài)分配下的連接地址定位問題，從而使連接的靈活性得到了很大的提高，在這種模式下控制中心不必保持永遠(yuǎn)在線就可以實(shí)現(xiàn)對集中器的管理，從而提高控制中心的管理效率。關(guān)鍵詞：集中器；ＧＰＲＳ；通信規(guī)約；ｇＣ／ＯＳＩＩ；ＡＲＭ分類號：ＴＭ９３３．４ＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴＡＢＳＴＲＡＣＴ：Ａｕｔｏｍａｔｉｃｍｅｔｅｒｒｅａｄｉｎｇｉｓａｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅａｄｉｎｇａｎｄｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇｄａｔａａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｗｉｔｈｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｔｉｓｔｈｅｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｏｆｉｍｐｒｏｖｉｎｇｔｈｅａｕｔｏｍａｔｉｃｌｅｖｅｌｏｆｅｎｅｒｇｙｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄｔｈｅｎｅｃｅｓｓｉｔｙｏｆｒａｐｉｄｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｃｏｍｐｕｔｅｒａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ．Ｉｔｍａｙｎｏｔｏｎｌｙｒｅｌｉｅｖｅｔｈｅｌａｂｏｒ’Ｓｉｎｔｅｎｓｉｔｙ，ｒｅｄｕｃｅｍａｎ－ｍａｄｅｍｉｓｔａｋｅ，ｂｕｔａｌｓｏｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙａｎｄｒｅａｌ．ｔｉｍｅｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅａｄｉｎｇｍｅｔｅｒｄａｔａ．ＢｙＲｅａｄｉｎｇａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｕｒｒｅｎｔｓｉｔｕａｔｉｏｎｏｆＡｕｔｏＭｅｔｅｒｏｕｒＳｙｓｔｅｍａｔｂｏｔｈｈｏｍｅａｎｄａｂｒｏａｄａｎｄａｓｓｏｃｉａｔｉｎｇｔｈｅａｃｔｕａｌｓｉｔｕａｔｉｏｎｉｎａｃｏｕｎｔｒｙ，ｔｈｉｓＰａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓＴｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｗｈｉｃｈｗａｓｐａｒｔｏｆｔｈｅＡＭＲＳ．ＡＭＲＳａｎｄｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆｉｔｓｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｗｅｒｅｂｏｔｈｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ＇ｓｈａｒｄｗａｒｅｐｒｅｓｅｎｔｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ．Ｂｙａｎａｌｙｚｉｎｇｔｈｅｃｏｎｓｔｉｔｕｔｉｏｎｏｆｒｅｌａｔｉｖｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒＣｉｒｃｕｉｔａｎｄｓｔｕｄｙｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｓｂｏｔｈｔｈｅｈａｒｄｗａｒｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍａｎｄＰｒｉｎｔｅｄＢｏａｒｄ．ＴｈｅＡＲＭａｕｔｈｏｒｓｔｕｄｉｅｓｔｈｅｃｏｄｅｏｆＩｔＣ／ＯＳＩＩｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍａｎｄｔｈｅｋｎｏｗｌｅｄｇｅＫｅｉｌｆｏｒｏｆＡＲＭｐｒｏｃｅｓｓｏｒ，ａｎｄｔｈｅｎｃｏｍｐｉｌｅｔｒａｎｓｐｌａｎｔｓｔｈｅｌａＣ／ＯＳＩＩｏｐｅｒａｔｉｎｇｓｙｓｔｅｍｕｎｄｅｒｒｕｎｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ．ＢｏｔｈｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｒｅｌａｔｉｖｅｈａｒｄｗａｒｅｄｒｉｖｅｒａｎｄｔｈｅＡＰＩｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｌａｔｆｏｒｍｗａｓｏｆｐｒｏｔｏｃｏｌｓｗｅｒｅｉｎｔｈｉｓＰａｐｅｒ，ａｎｄｂｙｔｈａｔｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄ．Ｗｉｔｈｔｈｉｓｐｌａｔｆｏｒｍ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｄｅｓｉｇｎｓＧｅｎｅｒａｌｐｒｅｓｅｎｔｅｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｇｒａｍｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ．ＴｈｅｄｅｓｉｇｎＳｗｉｔｃｈｅｄｐｒｏｇｒａｍ，ａｎｄｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ鋤ｄＰｕｂｌｉｃＴｅｌｅｐｈｏｎｅＮｅｔｗｏｒｋｗｅｒｅｂｏｔｈｉｎｔｈｅｐａｒｔｏｆｄｅｓｉｇｎｏｆａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｔｈｅｐｒｏｇｒａｍｏｆａｕｔｏｍａｔｉｃａｌｌｙｓｅａｒｃｈｒｅｌａｙａｎｄａｕｔｏｍａｔｉｃｒｅａｄｉｎｇｍｅｔｅｒｄａｔａｗｅｒｅａｌｓｏＴｈｉｓｐａｐｅｒａｄｏｐｔｓｍｏｄｕｌａｒＩｔｍａｋｅｓｔｈｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｒｔ．ｄｅｓｉｇｎｂｏｔｈｉｎｔｈｅｐｒｏｃｅｓｓｏｆｈａｒｄｗａｒｅａｎｄｓｏｆｔｗａｒｅｄｅｓｉｇｎ．ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｍｕｃｈｅａｓｉｅｒｔｏｂｅｍａｉｎｔａｉｎｅｄａｎｄｄｅｂｕｇｇｅｄ．ＣｏｍｍｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈＰＳＴＮ，ＧＰＲＳａｎｄＲＳ４８５ｗｅｒｅａｌｌｉｎｔｅｇｒａｔｅｄｉｎｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｉｎｔｈｉｓｍａｋｅｓｐａｐｅｒ．Ｔｈａｔｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆｃｏｍｍｎｉｃａｔｉｏｎ，ａｎｄｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｍｏｒｅａｄａｐｔａｂｌｅｔｏｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ．Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｈａｒｄｗａｒｅｐｌａｔｆｏｒｍｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒｔｏｒｗａｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｉｔｈｔｈｒｅｅｐａｒｔｓ：ｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｗｉｔｈｐｏｗｅｒｌｉｎｅ，ｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｐａｎｅｌａｎｄｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｕｌｅ．Ｗｉｔｈｏｐｅｒａｔｉｎｇｔｈｅｓｏｆｔｗａｒｅｐｌａｔｆ０１ＴｎｏｆＩ．ｔＣ／ＯＳＩＩｓｙｓｔｅｍ，ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒＣａｎｈａｎｄｌｅｍｕｌｉｔｙｔａｓｋ，ａｎｄｔｈｉｓｇｒｅａｔｅｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃａｐａｃｉｔｙ．ＴｈｅｄｙｎａｍｉｃＩＰａｄｄｒｅｓｓａｓｓｉｇｎｍｅｎｔｍａｋｅｓｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒｕｎａｂｌｅｔｏｌｏｃａｔｅｍｅＩＰ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｓｏｌｖｅｔｈｉｓｐｒｏｂｌｅｍ．ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｓＧＳＭｔｏｓｅｎｄＳＭＳｗｈｉｃｈｃｏｎｔａｉｎｓｔｈｅＩＰａｄｄｒｅｓｓａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐａｒａｍｅｔｅｒｓｔｏｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ；ｔｈｉｓＶｎ北京交通人學(xué)碩士學(xué)位論文ｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｓｔｈｅｆｌｅｘｉｂｉｌｉｔｙｏｆＧＰＲＳｃｏｎｎｅｃｔｉｏｎ，ａｎｄｉｎｔｈｉｓｓｅｒｖｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｍｏｄｅ，ｉｎｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｅｎｔｅｒｄｏｎｏｔｈａｖｅｔｏｋｅｅｐｏｎｌｉｎｅａｌｌｄａｙｌｏｎｇ，ＳＯｅｆｆｉｃｉｅｎｃｙｏｆｍａｎａｇｅｍｅｎｔｃｅｎｔｅｒｗａｓｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＫＥＹＷＯＲＤＳ：Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ；ＧＰＲＳ；ＣｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＰｒｏｔｏｃｏｌ；Ｉ．ｔＣ／ＯＳＩＩ；ＡＲＭＣＬＡＳＳＮ０：ＴＭ９３３．４獨(dú)創(chuàng)性聲明獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明所呈交的學(xué)位論文是本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作和取得的研究成果，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝之處外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫過的研究成果，也不包含為獲得北京交通大學(xué)或其他教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書而使用過的材料。與我一同工作的同志對本研究所做的任何貢獻(xiàn)均已在論文中作了明確的說明并表示了謝意。學(xué)位論文作者簽名：昌島啷簽字日期：卅年石月葉日８９學(xué)位論文版權(quán)使用授權(quán)書本學(xué)位論文作者完全了解北京交通大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定。特授權(quán)北京交通大學(xué)可以將學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫進(jìn)行檢索，提供閱覽服務(wù)，并采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存、匯編以供查閱和借閱。同意學(xué)校向國家有關(guān)部門或機(jī)構(gòu)送交論文的復(fù)印件和磁盤。（保密的學(xué)位論文在解密后適用本授權(quán)說明）學(xué)位論文作者簽名：昌翰呻ｂ導(dǎo)師簽名：薹扔簽字日期：＇＿年占月沖日簽字日期：２口口７年‘月２牛日致謝本文是在導(dǎo)師黃梅研究員和鄭三立副教授的指導(dǎo)下完成的，感謝兩位導(dǎo)師對我在學(xué)業(yè)上的悉心指導(dǎo)和生活上的關(guān)懷，本文所取得的每一點(diǎn)成績和進(jìn)步都凝聚了兩位導(dǎo)師對我的教誨和心血。導(dǎo)師們嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的治學(xué)態(tài)度、腳踏實(shí)地的工作作風(fēng)、敏銳的思想給我留下了深刻的印象，成為我一生中一筆非常寶貴的財富，使我終身受益。在完成課題的過程中，我得到了很多工程師的幫助，特別是北京殷圖數(shù)碼科技有限公司工程師張錦孚、耿樹松以及北京電聯(lián)宇電力技術(shù)有限公司工程師楊中和，他們給我提出了一些寶貴的建議和意見，在此對他們表示最誠摯的謝意，感謝所有關(guān)心過和支持過我的人們！最后，我要感謝我的家人和身邊的同學(xué)、朋友，他們一直給我精神上的鼓勵、學(xué)習(xí)上的幫助和督促，他們的關(guān)懷和鼓勵，是我ｆｊ｛『進(jìn)的動力。緒論１緒論１．１課題的研究背景電力作為國家的支柱產(chǎn)業(yè)，一直持續(xù)穩(wěn)定地發(fā)展著。隨著國民經(jīng)濟(jì)的不斷提高，國內(nèi)電力事業(yè)有了Ｉｊ｛『所未有的發(fā)展，電力資源的需求也迅速增長。在電力工業(yè)飛速發(fā)展的同時，各個部門對信息技術(shù)的需求也在日益增多，高科技信息技術(shù)的注入為電力事業(yè)的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)和保障，它滲入到電力系統(tǒng)的各個部門、各個環(huán)節(jié)，包括生產(chǎn)部門、管理部門、規(guī)劃部門等，為電力企業(yè)的Ｊ下常運(yùn)行提供高效管理服務(wù)。電力系統(tǒng)使用的電力設(shè)施在管理上具有一個明顯的特點(diǎn)，就是分散地分布在一個特定的地理范圍內(nèi)（如一個城市或一個地區(qū)），這給電力系統(tǒng)的設(shè)備管理帶來了很多困難。電力部門面臨著如何準(zhǔn)確及時結(jié)算購售電量、系統(tǒng)網(wǎng)損等工作，為了能夠更好地為經(jīng)營決策提供有力的數(shù)據(jù)依據(jù)，采用計算機(jī)技術(shù)來實(shí)現(xiàn)電力部門數(shù)據(jù)的信息化和自動化勢在必行。與此同時在水力、煤氣、暖氣等企業(yè)抄表出現(xiàn)同樣的問題?，F(xiàn)行抄表收費(fèi)管理模式：人工抄表收費(fèi)方式、ＩＣ卡收費(fèi)方式、自動抄表收費(fèi)方式。但由于我國國情，高成本的ＩＣ卡收費(fèi)方式和自動抄表收費(fèi)方式難以在落后地區(qū)實(shí)施應(yīng)用，國內(nèi)很多地區(qū)用戶電表數(shù)據(jù)抄收工作還完全是人工上門抄表完成。人工操作雖然容易實(shí)現(xiàn)和管理，但是不可避免地也會遇到很多問題，如效率低下，工作人員數(shù)量需求大，工作量多，完成的任務(wù)卻有限；錯誤率高，人工操作往往存在很多漏洞，使用戶或電力公司遭受巨大的損失；難以監(jiān)控，對偷電漏電現(xiàn)象，很難采取有效的方法進(jìn)行監(jiān)控、取證；顯然，上述弊端使得人工抄表管理模式不能適應(yīng)電力體制的改革，也直接阻礙了諸如分時電價運(yùn)營、預(yù)支電費(fèi)等先進(jìn)管理模式的推行。特別是在我國信息化技術(shù)的普及之后，人工抄表的方式顯得Ｒ益落伍。同時，對于電力企業(yè)部門，也希望新技術(shù)的發(fā)展能夠解決他們實(shí)際工作當(dāng)中遇到的抄表難、收費(fèi)難、準(zhǔn)確性和及時性得不到可靠的保障的問題，實(shí)現(xiàn)電力企業(yè)的減員增效，降低用電成本，緩解抄表人員的勞動強(qiáng)度，降低人為因素造成的抄表誤差，從而實(shí)現(xiàn)既方便用戶，又提高公用事業(yè)部門的工作效率、管理水平，對于加強(qiáng)用電管理，防止國家電力資源的流失等現(xiàn)象都具有積極的意義。自動抄表技術(shù)就是在技術(shù)與管理兩方面亟待進(jìn)步、改革的迫切下需求應(yīng)運(yùn)而生的，伴隨信息化技術(shù)的發(fā)展而發(fā)展，日益受到關(guān)注。北京交通大學(xué)碩十學(xué)位論文１．２自動抄表系統(tǒng)的現(xiàn)狀自動抄表，簡稱ＡＭＲ（ＡｕｔｏｍａｔｉｃＭｅｔｅｒＲｅａｄｉｎｇ），是利用電子技術(shù)、傳感器技術(shù)、自動控制技術(shù)、計算機(jī)及通訊等技術(shù)，通過專用設(shè)備對表計進(jìn)行讀取及數(shù)據(jù)處理的過程。自動抄表系統(tǒng)（ＡＭＲＳ）是不需要人員到現(xiàn)場，就能完成抄讀用戶電能數(shù)據(jù)并分析、統(tǒng)計的智能化管理系統(tǒng)。電子式電能表的發(fā)展起始于２０世紀(jì)７０－－８０年代，當(dāng)時日本己經(jīng)研制出一些電子式電能表，但是由于組裝電子式電能表的元件質(zhì)量問題，使電子式電能表在現(xiàn)場使用環(huán)境下，其可靠性、抗干擾性方面表現(xiàn)出很多的弊病，這些弊病大大影響了電子式電能表的大規(guī)模推廣和應(yīng)用的進(jìn)程。２０世紀(jì)８０年代中后期，隨著大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)與制造新技術(shù)的發(fā)展，電子式電能表在各種現(xiàn)場環(huán)境下的工作可靠性問題得到解決，相繼出現(xiàn)了一批工作可靠性高、使用壽命長、適合現(xiàn)場使用條件的電子式電能表。電子式電能表的發(fā)展，有力地推動了遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的發(fā)展。１９８８年，美國弗吉尼亞電力公司為電能表抄表員裝備了手持式微機(jī)。用戶消耗的電能數(shù)據(jù)被一次性經(jīng)鍵盤存入微機(jī)，在其中完成統(tǒng)計與處理等，與人工抄表相比，出錯率大為降低。經(jīng)過后來的改進(jìn)，這種微機(jī)化電能數(shù)據(jù)抄表系統(tǒng)同趨完善，逐漸成為當(dāng)今許多國家用電管理部門抄收電能表數(shù)據(jù)的主要手段。１９９２年，埃及開羅配電公司開發(fā)出雙模式住宅電能監(jiān)視抄表系統(tǒng)，它是一個用于自動記錄、獲取和處理電能消耗數(shù)據(jù)的完整系統(tǒng)，從而使抄表工作進(jìn)入到自動化時代。目前，國內(nèi)外自動抄表系統(tǒng)主要有以下幾種方式：（１）有線方式，布置某種專用網(wǎng)絡(luò)完成抄表工作，此技術(shù)比較成熟，操作簡單，因其前期布線量大，投入的人力資源多，后期維護(hù)工作量較大，故只能應(yīng)用在已經(jīng)布網(wǎng)的區(qū)域或布網(wǎng)方便的場合中。（２）公用電話網(wǎng)方式，此系統(tǒng)技術(shù)也比較成熟，維護(hù)工作量也較少，但系統(tǒng)運(yùn)行有固定費(fèi)用，且不能覆蓋所有用電場所，不利于長期發(fā)展規(guī)劃。（３）電臺傳送方式，此技術(shù)以前在水表的數(shù)據(jù)收集中應(yīng)用較多，且系統(tǒng)后期的應(yīng)用成本較低。但是，在前期投入巨大，需建立多個電臺進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，且在地域較遠(yuǎn)、較寬的農(nóng)村、山區(qū)地區(qū)不利于實(shí)現(xiàn)。（４）電力載波方式，由于低壓配電網(wǎng)具有覆蓋面廣，作為通訊網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)無需附加投入等優(yōu)點(diǎn)，此種方式是應(yīng)用較多的一種方式。（５）ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)傳輸方式，具有實(shí)時性強(qiáng)、可進(jìn)行遠(yuǎn)程控制、覆蓋范圍廣、建設(shè)成本低等特點(diǎn)，是目前最適合推廣和應(yīng)用的一種方式。１．３抄表系統(tǒng)的基本架構(gòu)２本文所述自動抄表系統(tǒng)采用集總式的通信方式，主要由電表、集中器、通信網(wǎng)絡(luò)和抄表系統(tǒng)管理中心等四大部分組成，其基本架構(gòu)如圖１．１所示：經(jīng)．。

管理中心攀篙：ｒ．－ｍ＋＊＇出Ｅ三……‘Ｌ主１．ｉ二ｍ＋＊／／：≥通信網(wǎng)絡(luò)葷蘭主事。．。ｆ嚆Ｉ癌…．Ｉ贍目目…宦睡隍…巨酗１ｌ自動抄表系統(tǒng)基本架構(gòu)Ｆｉｇｌｌｓｔｌｌｌｃｔｕｌ＇ｇｏｆＡＭＲＳ晟巨｝在圖１１所示的架構(gòu)中，集中器具有匯總和路由兩個功能，當(dāng)中心站要實(shí)現(xiàn)對底層電表的實(shí)時操作時，集中器轉(zhuǎn)發(fā)中心站命令起路由作用，此時對于控制中心來說，集中器是透明的，其所有的操作命令將直接下達(dá)至采集電表．并直接獲取結(jié)果；另外，集中器通過中心站設(shè)定的參數(shù)將電表相應(yīng)的數(shù)據(jù)自動采集匯總，當(dāng)控制中心讀取月凍結(jié)、日凍結(jié)等數(shù)據(jù)時，集中器則將其所匯總的相應(yīng)數(shù)據(jù)上報中心站，此時并不涉及對電表的直接操作。本文的通信網(wǎng)絡(luò)，一般采用公用電話網(wǎng)或者ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)。當(dāng)然可以直接采用ＲＳ４８５、以太同等，但是這可能要求配備額外通信介質(zhì)，如鋪設(shè)４８５通信網(wǎng)絡(luò)。為解決撥號上網(wǎng)動態(tài)ＩＰ地址通信定位問題，在本文中結(jié)合了ＧＳＭ短信通信方式發(fā)起ＧＰＲＳ通信連接，使通信連接更加靈活。１．４本文的主要工作本文通過分析目前國內(nèi)外的自動抄表方案并聯(lián)系我國的實(shí)際情況，應(yīng)用復(fù)合北京交通人學(xué)碩士學(xué)位論文式自動抄表解決方案，即底層數(shù)據(jù)采集采用載波方式或者ＲＳ．４８５總線型結(jié)構(gòu)而上層數(shù)據(jù)傳輸采用公用電話網(wǎng)或者ＧＰＲＳ無線傳輸并接入Ｉｎｔｅｒｎｅｔ的方式實(shí)現(xiàn)與數(shù)據(jù)中心的連接，為集中器的設(shè)計提供了一套完整的解決方案。具體工作如下：（１）研究自動采集系統(tǒng)的基本構(gòu)成，分析各部分的基本功能以及現(xiàn)有采集方式的基本特點(diǎn)。（２）分析集中器的硬件的基本構(gòu)成以及相關(guān)硬件知識，進(jìn)行器件選型，設(shè)計集中器的原理圖并開發(fā)相應(yīng)的ＰＣＢ電路板。（３）研究ｇＣ／ＯＳＩＩ操作系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)代碼，在Ｋｅｉｌ編譯環(huán)境下實(shí)現(xiàn)ｇＣ／ＯＳＩＩ操作系統(tǒng)的移植，開發(fā)相應(yīng)的硬件驅(qū)動以及協(xié)議接口函數(shù)以創(chuàng)建集中器運(yùn)行的軟件平臺。（４）設(shè)計集中器的應(yīng)用軟件，實(shí)現(xiàn)基本的數(shù)據(jù)采集以及通信等功能，設(shè)計自動搜索中繼流程，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)可靠接收。（５）對集中器進(jìn)行總體調(diào)試，通過測試軟件以及相應(yīng)數(shù)據(jù)分析驗(yàn)證集中器功能實(shí)現(xiàn)情況。４通信原理與通信協(xié)議２通信原理與通信協(xié)議２．１ＧＰＲＳ工作原理ＧＰＲＳ的英文全稱是ＧｅｎｅｒａｌＰａｃｋｅｔＲａｄｉｏＳｅｒｖｉｃｅ（通用分組無線服務(wù)），它是利用“包交換＂（Ｐａｃｋｅｔ－－Ｓｗｉｔｃｈｅｄ）的概念發(fā)展起來的一套無線傳輸方式。所謂“包交換”就是將數(shù)據(jù)封裝成許多獨(dú)立的封包，再將這些數(shù)據(jù)封包一一傳送出去，形式上有點(diǎn)類似郵局中的寄包裹。其作用在于只有當(dāng)有數(shù)據(jù)資料需要傳送時才會占用頻寬，而且可以以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量計價，這對廣大用戶來說是較合理的計費(fèi)方式，因?yàn)樵趹?yīng)用像Ｉｎｔｅｍｅｔ這類的數(shù)據(jù)傳輸時，大多數(shù)的時間頻寬是閑置的。ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)是基于現(xiàn)有的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)來實(shí)現(xiàn)的。在現(xiàn)有的ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中需增加一些節(jié)點(diǎn)，如ＧＧＳＮ（ＧａｔｅｗａｙＧＰＲＳＳｕｐｐｏｒｔｉｎｇＮｏｄｅ，ＧＰＲＳ網(wǎng)關(guān)支持節(jié)點(diǎn)）和ＳＧＳＮ（ＳｅｒｖｉｎｇＧＳＮ，ＧＰＲＳ服務(wù)支持節(jié)點(diǎn)），ＧＳＮ是ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)中最重要的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)。ＧＳＮ具有移動路由管理功能，它可以連接各種類型的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)，并可以連到ＧＰＲＳ寄存器。ＧＳＮ可以完成移動終端和各種數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間的數(shù)據(jù)傳送和格式轉(zhuǎn)換。ＧＳＮ可以是一種類似于路由器的獨(dú)立設(shè)備，也可以與ＧＳＭ中的ＭＳＣ集成在一起。ＧＳＮ有兩種類型：一種為ＳＧＳＮ（ＳｅｒｖｉｎｇＧＳＮ，服務(wù)ＧＳＮ），另一種為ＧＧＳＮ（ＧａｔｅｗａｙＧＳＮ，網(wǎng)關(guān)ＧＳＮ），ＳＧＳＮ的主要作用是記錄移動終端的當(dāng)前位置信息，并且在移動終端和ＧＧＳＮ之間完成移動分組數(shù)據(jù)的發(fā)送和接收。ＧＧＳＮ主要是起網(wǎng)關(guān)作用，它可以和多種不同的數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)連接，如ＩＳＤＮ、ＰＳＰＤＮ和ＬＡＮ等。國外有些資料甚至將ＧＧＳＮ稱為ＧＰＲＳ路由器。ＧＧＳＮ可以把ＧＳＭ網(wǎng)中的ＧＰＲＳ分組數(shù)據(jù)包進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換，從而可以把這些分組數(shù)據(jù)包傳送到遠(yuǎn)端的ＴＣＰ／ＩＰ或Ｘ．２５網(wǎng)絡(luò)。ＧＰＲＳ工作時，通過路由管理來進(jìn)行尋址和建立數(shù)據(jù)連接，而ＧＰＲＳ的路由管理表現(xiàn)在以下三方面：移動終端發(fā)送數(shù)據(jù)的路由建立；移動終端接收數(shù)據(jù)的路由建立；以及移動終端處于漫游時數(shù)據(jù)路由的建立。對于第一種情況，當(dāng)移動終端產(chǎn)生了一個ＰＤＵ分組數(shù)據(jù)單元，這個ＰＤＵ經(jīng)過ＳＮＤＣ層處理，稱為ＳＮＤＣ數(shù)據(jù)單元。然后經(jīng)過ＬＬＣ層處理為ＬＬＣ幀通過空中接口送到ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)中移動終端所處的ＳＧＳＮ。ＳＧＳＮ把數(shù)據(jù)送到ＧＧＳＮ。ＧＧＳＮ把收到的消息進(jìn)行解裝處理，轉(zhuǎn)換為可在公用數(shù)據(jù)網(wǎng)中傳送的格式（如ＰＳＰＤＮ的ＰＤＵ），最終送給公用數(shù)據(jù)網(wǎng)的用戶。為了提高傳輸效率，并保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，可以對空中接口上的?shù)據(jù)做壓縮和加密處理。在第二種情況中，一個公用數(shù)據(jù)網(wǎng)用』ｂ京交通＾學(xué)碩十學(xué)位論文戶傳送數(shù)據(jù)到移動終端時，首先通過數(shù)據(jù)網(wǎng)的標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議建立數(shù)據(jù)網(wǎng)和ＧＧＳＮ之問的路由。數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶發(fā)出的數(shù)據(jù)單元（如ＰＳＰＤＮ中的ＰＤＵ），通過建立好的路由把數(shù)據(jù)單元ＰＤＵ送給ＧＧＳＮ。而ＧＧＳＮ再把ＰＤＵ送給移動終端所在的ＳＧＳＮ上，ＧＳＮ把ＰＤＵ封裝成ＳＮＤＣ數(shù)據(jù)單元，再經(jīng)過ＬＬＣ層處理為ＬＬＣ幀單元，最終通過空中接口送給移動終端。第三種情況是一個數(shù)據(jù)網(wǎng)用戶傳送數(shù)榭給一個正在漫游的移動用戶。這種情況下的數(shù)據(jù)傳送必須要經(jīng)過歸屬地的ＧＧＳＮ，然后送到用戶Ａ端。相對原來ＧＳＭ的電路交換數(shù)據(jù)傳送方式，ＧＰＲＳ采用分組交換技術(shù)。由于使用“分組”技術(shù)，用戶上嘲可以免受掉線的麻煩。此外，使ｊ｛ｊＧＰＲＳ上網(wǎng)的方法與ＷＡＰ不同，用ＷＡＰ上Ｉ旬９就如在家中上網(wǎng)，先“撥號連接”，而上網(wǎng)后便不能同時使用該電話線，但ＧＰＲＳ則較優(yōu)越，Ｆ載資料和通話可以同時進(jìn)行。從技術(shù)上來說，盧音的傳送（即通話）繼續(xù)使用ＧＳＭ，而數(shù)據(jù)的傳送則使用ＧＰＲＳ，就把移動電話的應(yīng)用提升到一個更高層次，而且不需重新組網(wǎng)，十分經(jīng)濟(jì)。ＧＰＲＳ的用選ｆ分廣泛，包括通過手機(jī)發(fā)送及接收電子郵件、在Ｉｎｔｅｍｅｔ上瀏覽等。使用ＧＰＲＳ，數(shù)據(jù)可實(shí)現(xiàn)分組發(fā)送和接受，這意味著用戶總是在線且按流量計費(fèi)，降低了服務(wù)成本。圖２１是ＧＰＲＳ的應(yīng)用模型：Ｗ／■＊≈々４配電中ｏ，＼廠柱Ｆ——一／鏟學(xué)筍，ｌ｝ｂ‘ｉ＿１題：ｊ／ｉ重苧一＿嘲２１ＧＰＲＳ席川模型Ｆｉｇ２１ｔｈｅａｐｐｆｉｃａｆｉｏｎｍｏｄｅｌｏｆＧＰＲＳＧＰＲＳ的最大優(yōu)勢在于數(shù)據(jù)傳輸速度不是ＷＡＰ所能比擬的。目前的ＧＳＭ移動通信網(wǎng)的傳輸速度為每秒９６Ｋ字節(jié)，ＧＰＲＳ手機(jī)在推出時已達(dá)到５６Ｋｂｐｓ的傳輸速度，到現(xiàn)在更是達(dá)到了１１５Ｋｂｐｓ（此速度是常用５６ｋｍｏｄｅｍ理想速率的兩倍）。除了速度上的優(yōu)勢，ＧＰＲＳ還有“永遠(yuǎn)在線”的特點(diǎn)，即用戶隨時與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系。舉個例子，用戶訪問Ｉｎｔｅｒｎｅｔ時，點(diǎn)擊…個超級鏈接，手機(jī)就在無線信道上發(fā)送和接受數(shù)據(jù)，主頁下載到本地后，沒有數(shù)據(jù)傳送．手機(jī)就進(jìn)入一種“準(zhǔn)休眠”狀態(tài)，手機(jī)釋放所用的無線頻道給其它用戶使用，這時網(wǎng)絡(luò)通信原理與通信協(xié)議與用戶之間還保持一種邏輯上的連接，當(dāng)用戶再次點(diǎn)擊，手機(jī)立即向網(wǎng)絡(luò)請求無線頻道用來傳送數(shù)據(jù)，而不像普通撥號上網(wǎng)那樣斷線后還得重新?lián)芴柌拍苌暇W(wǎng)。在有ＧＰＲＳ承載業(yè)務(wù)支持的標(biāo)準(zhǔn)化網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的基礎(chǔ)上，ＧＰＲＳ可以提供系列交互式業(yè)務(wù)服務(wù)：（１）點(diǎn)對點(diǎn)面向連接的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)。為兩個用戶或多個用戶間發(fā)送多分組的業(yè)務(wù)。該業(yè)務(wù)要求有建立連接、數(shù)據(jù)傳送以及連接釋放等工作程序。（２）單點(diǎn)對多點(diǎn)業(yè)務(wù)。根據(jù)某個業(yè)務(wù)請求者的要求，把單一信息傳送給多個用戶。該業(yè)務(wù)又可以分為點(diǎn)對多點(diǎn)多信道廣播業(yè)務(wù)、點(diǎn)對多點(diǎn)群呼業(yè)務(wù)和ＩＰ多點(diǎn)傳播業(yè)務(wù)。（３）點(diǎn)對點(diǎn)無連接型網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)。各個數(shù)據(jù)分組彼此互相獨(dú)立，用戶之間的信息傳輸不需要端到端的呼叫建立程序，分組的傳送沒有邏輯連接，分組的交付沒有確認(rèn)保護(hù)，是由ＩＰ協(xié)議支持的業(yè)務(wù)。ＧＰＲＳ除了提供點(diǎn)對點(diǎn)、點(diǎn)對多點(diǎn)的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)外，還能支持用戶終端業(yè)務(wù)、補(bǔ)充業(yè)務(wù)、ＧＳＭ短消息業(yè)務(wù)和各種ＧＰＲＳ電信業(yè)務(wù)。２．２載波通信原理電力線載波ＰｏｗｅｒＬｉｎｅＣａｒｒｉｅｒ．ＰＬＣ通信是利用高壓電力線（在電力載波領(lǐng)域通常指３５ｋＶ及以上電壓等級）、中壓電力線（指１０ｋＶ電壓等級）或低壓配電線（３８０／２２０Ｖ用戶線）作為信息傳輸媒介進(jìn)行語音或數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊环N特殊通信方式。作為居民電力抄表系統(tǒng)，主要是利用低壓電力線作為通訊媒介。通俗地說，就是系統(tǒng)同時從低壓電力線上獲得電源和數(shù)據(jù)信息，并通過ＧＰＲＳ（通用分組無線業(yè)務(wù)）以及Ｍｏｄｅｍ（調(diào)制解調(diào)器）等通信設(shè)備建立遠(yuǎn)程通信信道，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程快速自動抄表，大大節(jié)省了人力資源。由于低壓配電網(wǎng)具有覆蓋面廣，作為通訊網(wǎng)絡(luò)，電網(wǎng)無需附加投入（即不必為數(shù)據(jù)通信額外架設(shè)通信網(wǎng)絡(luò)，例如采用４８５通信時，必須單獨(dú)構(gòu)建４８５的通信網(wǎng)絡(luò)，成本較高）等優(yōu)點(diǎn)，使低壓載波技術(shù)得到了重視和發(fā)展。近年來，電子工業(yè)與通信技術(shù)的發(fā)展為低壓載波通信技術(shù)提供了成熟的條件，人們通過綜合利用多載波調(diào)制、分組傳送以及中繼等技術(shù)解決低壓載波通信面臨的信道衰減和電網(wǎng)污染問題，使低壓電力載波取得了迅猛的發(fā)展。載波通信采用直接序列擴(kuò)頻的ＢＰＳＫ（ＢｉｐｏｌａｒＰｈａｓｅＳｈｉｆｔＫｅｙｉｎｇ）調(diào)制解調(diào)方式：將要發(fā)送的信息用偽隨機(jī)碼序列擴(kuò)展到較寬的頻帶上，在接收端用同樣的偽隨機(jī)碼序列來進(jìn)行同步接收，恢復(fù)信息。接收的過程包括載波信號的捕獲和同步。７北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文捕獲是接收模塊在擴(kuò)頻序列精確同步前，搜索接收信號，使接收信號的擴(kuò)頻序列與本地擴(kuò)頻序列在相位上進(jìn)入可同步保持的范圍之內(nèi)，即二者的相位在一個擴(kuò)頻序列碼元之內(nèi)。采用每次滑動步長為半個比特的串行積分搜索方式，理論上最大捕獲時間需要２９個數(shù)據(jù)比特（１５位ＰＮ碼時）。捕獲完成后進(jìn)入跟蹤階段，動態(tài)地調(diào)整本地偽碼產(chǎn)生器的時鐘速率，使本地偽碼能夠自動地和接收到信號的偽碼保持精確同步。擴(kuò)頻序列的跟蹤電路采用全數(shù)字基帶延遲鎖定環(huán)（ＤｅｌａｙＬｏｃｋｅｄＬｏｏｐ）電路。解擴(kuò)過程為保證捕獲和同步均能完成，發(fā)送模塊在每次傳送有效數(shù)據(jù)前至少發(fā)送４０個比特全“１＂用作捕獲和同步訓(xùn)練（１５位ＰＮ碼）。由于所選用的擴(kuò)頻偽碼具有很強(qiáng)的自相關(guān)性，所以通過比較本地偽碼和接收序列之問的相關(guān)性與設(shè)定閾值的高低，來判定是否停止偽碼的滑動、完成捕獲；５００ｂｐｓ時默認(rèn)的捕獲門限值為３０Ｈ。載波通信的擴(kuò)頻、解擴(kuò)工作可以完全由ＳｏＣ內(nèi)部的硬件電路實(shí)現(xiàn)，而解擴(kuò)閾值可以用軟件調(diào)節(jié)。２．３通信協(xié)議電力載波居民集抄系統(tǒng)集中器上行通信規(guī)約‘１７】２．３．１２．３．１．１規(guī)約層次描述（圖）基于ＧＢ／Ｔ１８６５７．３—２００２規(guī)定的三層參考模型“增強(qiáng)性能體系結(jié)構(gòu)’’，包括應(yīng)用層、鏈路層和物理層。ｌＩ應(yīng)用層ＲＭＡＬ數(shù)據(jù)鏈路層ＤＬＬｌＩ［二畫習(xí)曰囝圈圖２．２ＧＢ／Ｔ１８６５７．３—２００２規(guī)定的三層參考模型Ｆｉｇ．２．１ｔｈｅｔｈｒｅｅ－ｌａｙｅｒｒｅｆｅｒｅｎｃｅｍｏｄｅｌｐｒｏｖｉｄｅｄｂｙＧＢ／Ｔ１８６５７．３－２００２通信原理與通信協(xié)議物理層可采用多種通信方式，包括ＧＰＲＳ，ＣＤＭＡ，ＰＳＴＮ，以太網(wǎng)，本地ＲＳ．２３２和本地紅外線。鏈路層位于三層參考模型的中間層。它將物理層提供的可能出錯的物理連接改造成邏輯上無差錯的數(shù)據(jù)鏈路，并對應(yīng)用層的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)封裝。鏈路層提供無差錯的數(shù)據(jù)單元傳輸。應(yīng)用層利用數(shù)據(jù)鏈路層的信息傳遞功能，在主站和集中器之間發(fā)送、接收各種數(shù)據(jù)信息。２．３．１．２幀結(jié)構(gòu)（１）字符格式幀的基本單元為８位字節(jié)。傳輸時加上一個起始位（０）、一個偶校驗(yàn)位和一個停止位，共１１位。其傳輸序列如表２．１所示。ＤＯ是字節(jié)的最低有效位，Ｄ７是字節(jié)的最高有效位。鏈路層傳輸順序?yàn)榈臀辉谇埃呶辉诤?；低字?jié)在前，高字節(jié)在后。表２．１鏈路層數(shù)據(jù)傳輸順序Ｔａｂｌｅ２．１ｌｉｎｋｌａｙｅｒｄａｔａｔｒａｎｓｍｉｓｓｉｏｎｓｅｑｕｅｎｃｅＩ傳送方向ｌ起始位Ｉ８位數(shù)據(jù)Ｉ偶校驗(yàn)位Ｉ停止位Ｉ（２）規(guī)約采用異步式傳輸可變幀長幀格式如表２．２所示表２．２規(guī)約基本幀格式Ｔａｂｌｅ２．２ｂａｓｉｃｆｒａｍｅｆｏｍａｔｏｆｔｈｅｐｒｏｔｏｃａｌＩ啟動字符ｌ長度ＩＫ度Ｉ啟動字符Ｉ控制域Ｉ地址域ｌ鏈路川戶數(shù)據(jù)Ｉ和校驗(yàn)Ｉ結(jié)束字符ｆ６８ＨＬ６８Ｈｌｂｙｔｅ４ｂｙｔｅｓ１６Ｈ（Ｌ一６）ｂｙｔｅｓｌ１ｂｙｔｅＩｌＩＬｌＩ（３）傳輸規(guī)則①預(yù)路空閑狀態(tài)為二進(jìn)制１；②幀的字符之間無線路空閑間隔；兩幀之間的線路空閑間隔最少需３３位。③如按（ｅ）檢出了差錯，兩幀之間的線路空閑間隔最少需３３位。④幀校驗(yàn)和（ＣＳ）是用戶數(shù)據(jù)區(qū)的八位位組的算術(shù)和，不考慮進(jìn)位位。⑤接收方校驗(yàn)可分為字符校驗(yàn)和幀校驗(yàn)。對于每個字符，校驗(yàn)起動位、停止位、偶校驗(yàn)位。對于每幀，檢驗(yàn)幀的固定報文頭中的開頭和結(jié)束所規(guī)定的字符；識別２個長度Ｌ（第二字節(jié)重復(fù)第一字節(jié)）；每幀接收的字符數(shù)為用戶數(shù)據(jù)長度Ｌ＋６；幀校驗(yàn)和；結(jié)束字符。校驗(yàn)出一個差錯時，校驗(yàn)按（ｃ）的線路空閑間隔；若其中一個校驗(yàn)失敗，舍棄此幀；若無差錯，則此幀數(shù)據(jù)有效。⑥通信都是由主站向集中器發(fā)出請求命令，集中器根據(jù)要求作出響應(yīng)。⑦主站下發(fā)的任何命令，集中器必須做出相應(yīng)的回答（除非內(nèi)部數(shù)據(jù)校驗(yàn)錯誤，如果主站三次下發(fā)命令均得不到應(yīng)答將做出超時處理。⑧如果主站請求的項目不存在或者集中器不支持，集中器返回否認(rèn)幀。９北京交通大學(xué)碩七學(xué)位論文⑨收到否認(rèn)幀的一方終止此次通信，不再重發(fā)上次報文。⑩幀總長度不超過２５５ｂｙｔｅ。（４）鏈路層定義①長度Ｌ由１字節(jié)組成，用戶數(shù)據(jù)長度Ｌ采用ＢＩＮ（二進(jìn)制）編碼，是控制域、地址域、鏈路用戶數(shù)據(jù)（應(yīng)用層）的字節(jié)總數(shù)。②控制域表示報文傳輸方向和所提供的傳輸服務(wù)類型的信息，占用１個字節(jié)，定義如表２．３所示。表２．３控制域格式１’ａｂｌｅ２．３ｆｏｒｍａｔｏｆｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄＤ７Ｄ６Ｄ５～ＤＯＩ傳輸方向位ＤＩＲ啟動標(biāo)志位ＰＲＭ功能碼傳輸方向位ＤＩＲ：ＤＩＲ＝０，表示此幀報文是由主站發(fā)出的下行報文。ＤＩＲ＝Ｉ，表示此幀報文是由集中器發(fā)出的上行報文。啟動標(biāo)志位ＰＲＭ：ＰＲＭ＝ｌ，表示此幀報文來自啟動站。ＰＲＭ＝０，表示此幀報文來自從動站?？刂朴蚨x如表２．４所示。表２．４控制域功能定義Ｔａｂｌｅ２．４ｆｕｎｃｔｉｏｎｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄＤＩＲ０ＰＲＭｌ功能碼００１０００００１０１０幀類型響應(yīng)幀帶數(shù)據(jù)響應(yīng)幀帶參數(shù)響應(yīng)幀帶確認(rèn)信息響應(yīng)幀帶校時后服務(wù)功能讀數(shù)據(jù)讀參數(shù)集中器動作，寫參數(shù)集中器校時成功失敗說明包括歷史數(shù)據(jù)和實(shí)時數(shù)據(jù)集中器抄表日、－Ｔ作時段、時鐘、電表參數(shù)、總表采集周期等集中器抄表日、Ｔ作時段、電表參數(shù)、總表采集周期等返同校時后的時鐘用于讀取數(shù)據(jù)或參數(shù)時多幀的情況，對集中器上發(fā)報文的確認(rèn)用＿丁－讀取數(shù)據(jù)或參數(shù)時多幀的情況，對集中器上發(fā)報文的否認(rèn)。０ｌ０ｌ００１０１ｌ０ｌ００１１００的時鐘確認(rèn)回答Ｏ１０００００ｌ０ｌ０００１０１否認(rèn)回答１ｌ００ｌｌｌｌ不需要響應(yīng)幀心跳對主站下發(fā)的設(shè)置參數(shù)、集中器動ｌ００００００１確認(rèn)回答成功作的確認(rèn)，也用于設(shè)置電表參數(shù)多幀情況，對主站下發(fā)報文的確認(rèn)主站下發(fā)設(shè)置參數(shù)的內(nèi)容非法、密碼錯誤等，也用丁設(shè)置電表參數(shù)多幀時對主站下發(fā)報文的否認(rèn)，集中器動作、實(shí)時抄表的否認(rèn)。ｌＯ０００１０１否認(rèn)回答失?。欤希埃埃保埃埃皫?shù)據(jù)的響應(yīng)幀返同數(shù)據(jù)ｌＯ通信原理與通信協(xié)議ｌｌ００００１０１０００１１００帶參數(shù)的響麻幀帶參數(shù)數(shù)據(jù)的響應(yīng)幀返同參數(shù)返回集中器時鐘參數(shù)數(shù)據(jù)即時鐘③地址域即集中器邏輯地址，其格式如表２．５所示：表２．５集中器的地址格式Ｔ｛ｌｂｌｅ２．５ａｄｄｒｅｓｓｆｉｅｌｄｆｏｒｍａｔｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒＡ１Ａ２Ａ３Ａ４地市碼區(qū)縣碼及廠商代碼集中器地址低字節(jié)集中器地址高字節(jié)Ａ２的高４位代表區(qū)縣碼，用于區(qū)分地市及地市以下的區(qū)縣公司，０代表地市公司，低４位代表廠商代碼，從１－Ｆ開始編號。地址域編碼為ＢＩＮ編碼（即二進(jìn)制編碼）集中器邏輯地址傳輸時按照Ａ１Ａ２Ｂ１Ｂ２次序傳輸。④幀校驗(yàn)和是控制域、地址域、鏈路用戶數(shù)據(jù)（應(yīng)用層）的字節(jié)的八位位組算術(shù)和，不考慮溢出位。（５）鏈路用戶數(shù)據(jù)域定義（應(yīng)用層定義）如表２．６所示：表２．６鏈路Ｊ｝｛ｊ戶數(shù)據(jù)格式Ｔａｂｌｅ２．６ｆｏｒｍａｔｏｆｌｉｎｋｕｓｅｒｄａｔａ說明應(yīng)用層功能碼（類型標(biāo)識ＡｐｐＴｐｙｅ）幀序列域操作對象類型操作對象地址信息體長度信息體個數(shù)信息體時標(biāo)（時鐘類）（注１）信息體１信息體ｎ集中器密碼（僅設(shè)置參數(shù)、集中器動作）字節(jié)長度２ｂｙｔｅ２ｂｙｔｅｌｂｙｔｅ２ｂｙｔｅｌｂｙｔｅｌｂｙｔｅ６ｂｙｔｅ信息體長度信息體域信息體長度６ｂｙｔｅ功能碼以及幀序列域等各項內(nèi)容的詳細(xì)設(shè)置可參照規(guī)約。２．３．２多功能電表通信規(guī)約ＤＬ／Ｔ６４５［１８】該規(guī)約所規(guī)定的字節(jié)傳輸次序與上一節(jié)規(guī)約基本相同，下面僅對該規(guī)約的鏈路層幀格式進(jìn)行簡要介紹。表２．７多功能電表通信規(guī)約組幀格式Ｔａｂｌｅ２．７ｆｌａｍｅｆｏｒｍａｔＡ２ｏｆｍｕｌｔｉ—ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃａｌＡ４Ａ５６８ＨＣＤ戶汀ＡＣＳ１６ＨＩ代碼６８ＨＡＯＡｌＡ３ｌ說明幀起始符地址域幀起始符控制碼數(shù)據(jù)域校驗(yàn)碼結(jié)束符北京交通人學(xué)碩＋學(xué)位論文表２．７規(guī)定了多功能電表通信規(guī)約的幀格式，以下對其各部分進(jìn)行簡要說明。（１）幀起始符６８Ｈ：標(biāo)識一幀信息的開始，其值為６８Ｈ＝０１１０１０００Ｂ。（２）地址域Ａ０－－－Ａ５：地址域由６個字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)２位ＢＣＤ碼。地址長度可達(dá)１２位十進(jìn)制數(shù)，可以為表號、資產(chǎn)號、用戶號、設(shè)備號等。具體使用可由用戶自行決定。當(dāng)使用的地址碼長度不足６字節(jié)時，用十六進(jìn)制ＡＡＨ補(bǔ)足６字節(jié)。低地址位在先，高地址位在后。當(dāng)?shù)刂窞椋梗梗梗梗梗梗梗梗梗梗梗梗葧r，為廣播地址。（３）控制碼Ｃ各個位的取值及其說明如表２．８所示。表２．８多功能電表通信規(guī)約控制域定義Ｔａｂｌｅ２．８ｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄｄｅｆｉｎｉｔｉｏｎｏｆｍｕｌｔｉ．ｆｕｎｃｔｉｏｎｍｅｔｅｒｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃａｌ序號說明Ｄ７Ｄ６Ｄ５Ｄ４～Ｄ０傳送方向０．由主站發(fā)出的命令從站異常標(biāo)志０．從站正確應(yīng)答；１．從站對異常信息的應(yīng)旌口后續(xù)幀標(biāo)志０．無后續(xù)數(shù)據(jù)幀；１．有后續(xù)數(shù)據(jù)幀請求及應(yīng)答功能碼０００００．保留：００００１．讀數(shù)據(jù)０００１０．讀后續(xù)數(shù)據(jù)；０００１１．重讀數(shù)據(jù)；００１００．寫數(shù)據(jù)０１０００．廣播校時；０１０１０．寫設(shè)備地址；０１１００．更改通信速率；０１１１１．修改密碼取值說明幀；１．由從站發(fā)出的應(yīng)答幀（４）數(shù)據(jù)長度Ｌ：Ｌ為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)。讀數(shù)據(jù)時Ｌ≤２００，寫數(shù)據(jù)時Ｌ、＜５０，Ｌ＝０表示無數(shù)據(jù)域。（５）數(shù)據(jù)域ＤＡＴＡ：數(shù)據(jù)域包括數(shù)據(jù)標(biāo)識和數(shù)據(jù)、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能改變。傳輸時發(fā)送方按字節(jié)加３３Ｈ處理，接收方按字節(jié)減３３Ｈ處理。（６）校驗(yàn)碼ＣＳ：從幀起始符開始到校驗(yàn)碼之前的所有各字節(jié)的模２５６的和，即各字節(jié)二進(jìn)制算術(shù)和，不計超過２５６的溢出值。（７）結(jié)束符１６Ｈ：標(biāo)識一幀信息的結(jié)束，其值為１６Ｈ＝０００１０１１０Ｂ。２．３．３低壓電力線載波信道復(fù)費(fèi)率通訊規(guī)約‘２１】表２．９低壓電力線載波信道復(fù)費(fèi)率通訊規(guī)約組幀格式Ｔａｂｌｅ２．９ｆｒａｍｅｆｏｒｍａｔｏｆｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｐｒｏｔｏｃｏｌｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅＰＬＣｃｈａｎｎｅｌ說明預(yù)同步頭幀同步頭地址域控制碼數(shù)據(jù)長度域０９ＨＡＦＨＡＯＡｌＣＬ代碼４８ｂｉｔ１（０ＦＦＨ）長度６字節(jié)２字節(jié)３字節(jié)１字節(jié)１字節(jié)Ａ２（被叫地址）１２通信原理與通信協(xié)議Ｉ數(shù)據(jù)域ＤＡＴＡＬ字節(jié)２字節(jié)ｌ校驗(yàn)碼ＣＳＣＳＬＣＳＨ（２字節(jié)）表２．９給出了該規(guī)約鏈路層的幀格式，對表２．９所述各部分簡要說明如下：（１）預(yù)同步頭至少６字節(jié)，即４８比特持續(xù)高電平（０ｘＦＦＨ），用于載波芯片捕獲和跟蹤接收到的擴(kuò)頻信號；（２）幀同步頭：２字節(jié)，０ｘ０９、０ｘＡＦ；（３）地址域：由（Ａ０、Ａ１、Ａ２）３個字節(jié)構(gòu)成，每字節(jié)２位ＢＣＤ碼；地址長度為６位十進(jìn)制數(shù)，低地址位在先，高地址位在后；９９９９９９Ｈ為廣播地址；集中器地址固定為ＢＢＢＢＢＢＨ。地址設(shè)置可由紅外方式完成設(shè)置，為６字節(jié)、１２位十進(jìn)制數(shù)，載波地址域取紅外地址域的低３字節(jié)；（４）控制碼Ｃ：控制域的各比特位的定義比較復(fù)雜，從控制中心發(fā)出的下發(fā)幀和從集中器發(fā)出的上發(fā)幀其格式定義不同，詳細(xì)設(shè)置如表２．１０所示。表２．１０低壓電力線載波信道復(fù)費(fèi)率通訊規(guī)約控制域格式Ｔａｂｌｅ２．１０ｃｏｎｔｒｏｌｆｉｅｌｄｆｏｒｍａｔｏｆｐｒｏｔｏｃｏｌｏｆｌｏｗｖｏｌｔａｇｅＰＬＣｃｈａｎｎｅｌ下發(fā)幀定義Ｄ７＝０：由主站發(fā)出的命令幀Ｄ６＝Ｏ：上發(fā)幀定義Ｄ７＝ｌ：由從站發(fā)出的應(yīng)答幀Ｄ６＝０：從站『Ｆ確應(yīng)答Ｄ６＝ｌ：從站對異常信息的應(yīng)答Ｄ５＝０：保留Ｄ４＝０：保留盈’Ｄ６＝ｌ：帶中繼命令（僅限讀數(shù)據(jù)命令、和表計校時、操作繼電器等少數(shù)寫數(shù)據(jù)命令）Ｄ５～Ｄ４取值００．１１：無中繼命令ＤＳ＝０：保留Ｄ４＝０：保留Ｄ３∽Ｄ０：請求及應(yīng)答功能碼００００：保留０００１：讀數(shù)據(jù)０１００：寫數(shù)據(jù)１０００：廣播校時分別代表１級到４級中繼Ｄ３～ＤＯ：請求及應(yīng)答功能碼Ｄ３∽Ｄ０：請求及應(yīng)答功能碼００００：保留０００１：讀數(shù)據(jù)０１００：寫數(shù)據(jù)０００１：讀數(shù)據(jù)０１００：寫數(shù)據(jù)（５）數(shù)據(jù)長度：Ｌ為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)。讀數(shù)據(jù)時Ｌ≤５０，寫數(shù)據(jù)時Ｌ一＜３０，Ｌ＝０表示無數(shù)據(jù)域。（６）數(shù)據(jù)域：ＤＡＴＡ數(shù)據(jù)域包括地址域（包括中繼地址、主叫地址）、繼電器狀態(tài)、數(shù)據(jù)體ｍ、密碼等，其結(jié)構(gòu)隨控制碼的功能而改變；（７）校驗(yàn)碼：從地址域開始到校驗(yàn)碼ＣＳ之前的所有字節(jié)的和，保留雙字節(jié)，ＣＳＬ為和的低字節(jié)，ＣＳＨ為和的高字節(jié)，不計超過６５５３６的溢出值。（８）數(shù)據(jù)順序：幀內(nèi)一項數(shù)據(jù)含多個字節(jié)時，低字節(jié)在前、高字節(jié)在后。北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文２．４ＧＳＭ短信通信ＰＤＵ編碼ＧＳＭ數(shù)字蜂窩移動通信技術(shù)已得到廣泛的應(yīng)用，目前已建成覆蓋全國的ＧＳＭ數(shù)字蜂窩移動通信網(wǎng)，是我國公眾移動通信網(wǎng)的重要方式。它能提供話音、短消息、數(shù)據(jù)等多種業(yè)務(wù)。短消息服務(wù)是ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)的一項重要業(yè)務(wù)，在遠(yuǎn)距離監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集、ＧＰＳ定位、無線報警、繳費(fèi)通知、車輛調(diào)度領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用。在由ＥＳＴＩ（歐洲電信標(biāo)準(zhǔn)協(xié)會）制訂的ＳＭＳ規(guī)范中，與短信收發(fā)有關(guān)的規(guī)范主要包括ＧＳＭ０３．３８、ＧＳＭ０３．４０和ＧＳＭ０７．０５。前二者著重描述ＳＭＳ的技術(shù)實(shí)現(xiàn)（含編碼方式），后者則規(guī)定了ＳＭＳ的ＤＴＥ．ＤＣＥ接口標(biāo)準(zhǔn)（ＡＴ命令集）。短信收發(fā)的編碼格式一共有三種：Ｂｌｏｃｋ模式，Ｔｅｘｔ模式和ＰＤＵ（ｐｒｏｔｏｃｏｌｄｅｓｃｒｉｐｔｉｏｎｕｎｉｔ）模式。其中ＢｌｏｃｋＭｏｄｅ已經(jīng)逐漸被淘汰，目Ｉ；｛『很少用了。ＴｅｘｔＭｏｄｅ是純文本方式，可使用不同的字符集，從技術(shù)上說也可用于發(fā)送中文短消息，但國內(nèi)手機(jī)基本上不支持，主要用于歐美地區(qū)。ＰＤＵＭｏｄｅ能被所有手機(jī)支持，可以使用任何字符集，這也是手機(jī)默認(rèn)的編碼方式。ＴｅｘｔＭｏｄｅ雖比較簡單，但不適合做自定義數(shù)據(jù)傳輸。下面介紹的內(nèi)容，是在ＰＤＵＭｏｄｅ下發(fā)送和接收短消息的實(shí)現(xiàn)方法。ＰＤＵ串表面上是一串ＡＳＣＩＩ碼，由“０”．“９”、“Ａ＂．“Ｆ”這些數(shù)字和字母組成。它們是８位的十六進(jìn)制數(shù)，或者ＢＣＤ碼十進(jìn)制數(shù)。ＰＤＵ串不僅包含可顯示的消息本身，還包含很多其他信息，如ＳＭＳ服務(wù)中心號碼、目標(biāo)號碼、回復(fù)號碼、編碼方式和服務(wù)時問等。２．４．１ＰＤＵ主要字段說明（１）Ｔｙｐｅ－ｏｆ－Ａｄｄｒｅｓｓ，地址類型信息。經(jīng)過二進(jìn)制變換后，該字段占用ｌ字節(jié)，常見取值為９１Ｈ，其字節(jié)最高位Ｂｉｔ７始終為ｌ，其余取值如表２．１１所示。表２．１１ＰＤＵ地址控制字節(jié)格式設(shè)置Ｔａｂｌｅ２．１１ｓｅｔｔｉｎｇｏｆＴｙｐｅ—ｏｆ－Ａｄｄｒｅｓｓ序號Ｂｉｔ６．４名稱說明Ｔｙｐｅ—ｏｆ－Ｎｕｍｂｅｒ取值００１，代表ＩｎｔｅｒｎａｔｉｏｎＮｕｍｂｅｒ（國際號碼）。也即是號碼前加“＋＂。注意：對某些比較特殊的號碼，例如手機(jī)與小靈通的互通時，這里不能設(shè)置為００１，而要設(shè)置０００，代表號碼前沒有“＋＂，否則無法接收（號碼類型）Ｂｉｔ３?ＯＮｕｍｂｅｒｉｎｇ－－ｐｌａｎ??ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ（號碼鑒別）００００一未知，０００１．ＩＳＤＮ／電話號碼（Ｅ．１６４／Ｅ．１６３），１１１１．留作擴(kuò)展；一般默認(rèn)為０００１，表示電話號碼類型的（２）地址類型信息ＦｉｒｓｔＯｃｔｅｔ，文件頭字節(jié)。經(jīng)過二進(jìn)制變換后，該字段占用１１４通信原理與通信協(xié)議字節(jié)。其詳細(xì)設(shè)置如表２．１２所示。表２．１２ＰＤＵＦｉｒｓｔＯｃｔｅｔ字節(jié)格式設(shè)置Ｔａｂｌｅ２．１２ｓｅｔｔｉｎｇｏｆＦｉｒｓｔＯｃｔｅｔ比特位Ｂｉｔ７字段名稱ＴＰ．ＲＰ字段意義說明ＴＰ－Ｒｅｐｌｙ－Ｐａｔｈ，回復(fù)路徑設(shè)置ＴＰ．．Ｕｓｅｒ－Ｄａｔａ．．Ｈｅａｄｅｒ－Ｉｎｄｉ取值說明０：不設(shè)置，１：設(shè)置Ｏ：不含任何頭信息，ｌ：含頭信息。ＳＭＳ一般不含數(shù)據(jù)頭，ＥＭＳ該位一般置ｌ０．需要狀態(tài)報告，１．不需要狀態(tài)報告Ｏ．沒有狀態(tài)報告，ｌ一有狀態(tài)報告ＯＯ．不提供，１０．整型（標(biāo)準(zhǔn)型），０１．預(yù)留，１１半字節(jié)形式Ｏ．接受復(fù)制，１．拒絕復(fù)制１．沒有，Ｏ．還有未讀完段消息ｏｏ．讀出（Ｄｅｌｉｖｅｒ）：０１．提交（Ｓｕｂｍｉｔ）Ｂｉｔ６ＴＰ．ＵＤＨＩｃａｔｏｒ，用戶數(shù)據(jù)頭表識Ｂｉｔ５（發(fā)５（接ＴＰ．ＳＲＲ送）ＢｉｔＴＰ．ＳＲＩＴＰ?－Ｓｔａｔｕｓ－－Ｒｅｐｏｒｔ－－Ｒｅｑｕｅｓｔ，回復(fù)狀態(tài)報告ＴＰ?—Ｓｔａｔｕｓ??Ｒｅｐｏｒｔ?－收）Ｂｉｔ４．３ＴＰ．ＶＰＦＩｎｄｉｃａｔｏｒ，回復(fù)報告指示ＴＰ??Ｖａｌｉｄｉｔｙ－Ｐｅｒｉｏｄ－?Ｆｏｒｍａｔ，有效期格式Ｂｉｔ２（發(fā)２（接ＴＰ．ＲＤ送）ＢｉｔＴＰ—Ｒｅｊｅｃｔ－Ｄｕｐｌｉｃａｔｅｓ，是否拒絕相同重復(fù)消息ＴＰ－?Ｍｏｒｅ－Ｍｅｓｓａｇｅ——ｔｏ—?Ｓｅｎｄ，短信中心是否有后繼短消息ＴＰ?－Ｍｅｓｓａｇｅ－?Ｔｙｐｅ－ＩｎｄｉｃａｔｏＴＰ．ＭＭＳ收）Ｂｉｔ１．ＯＴＰ．ＭＴＩｒ，消息類型指示符（３）協(xié)議標(biāo)識ＴＰ—ＰＩＤ，ＴＰ．Ｐｒｏｔｏｃ０１．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ（上層協(xié)議指示），經(jīng)過二進(jìn)制變換后，該字段占用ｌ字節(jié)。其各比特位的意義如表２．１３所示。表２．１３上層協(xié)議指示格式Ｔａｂｌｅ２．１３ｓｅｔｔｉｎｇｏｆＴＰ?Ｐｒｏｔｏｃｏｌ?Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ比特位Ｂｉｔ７．６Ｂｉｔ５Ｂｉｔ４．０ｏｏ．使用Ｂｉｔ０至Ｂｉｔ５定義的分配；０１．使用Ｂｉｔ０至Ｂｉｔ５取值說明定義的分配，參見ＧＳＭ０３．４０協(xié)議標(biāo)識完全定義；１０．預(yù)留；１１．使用Ｂｉｔ０至Ｂｉｔ５定義的分配，為服務(wù)中心（ＳＣ）特殊用途分配。０．不使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)，只是短消息設(shè)備之間的協(xié)議：１．使用遠(yuǎn)程網(wǎng)絡(luò)。０００００．隱含；００００１．電傳；０００１０一ｇｒｏｕｐ３ｔｅｌｅｆａｘ；００１００．語音；００１０１．歐洲無線信息系統(tǒng)（ＥＲＭＥＳ）；００１１０．國內(nèi)系統(tǒng)；１０００１．任何基于Ｘ．４００的公用信息處理系統(tǒng)；１００１０．Ｅｍａｉｌ。（４）編碼方法ＴＰ．ＤＣＳ，數(shù)據(jù)編碼設(shè)置（ＴＰ—Ｄａｔａ－Ｃｏｄｉｎｇ－Ｓｃｈｅｍｅ），指示ＴＰ—ＵＤ的編碼方式。經(jīng)過二進(jìn)制變換后，該字段占用１字節(jié)。０８代表Ｕｎｉｃｏｄｅ方式，ｏｏ為７Ｂｉｔ編碼，其取值如表２．１４所示：北京交通大學(xué)碩＋學(xué)位論文表２．１４編碼格式字段設(shè)置Ｔａｂｌｅ２．１４ｓｅｔｔｉｎｇｏｆｖａｌｕｅｉｎＴＰ－ＤＣＳ位序號Ｂｉｔ７．６Ｂｉｔ５Ｂｉｔ４Ｂｉｔ３．２Ｂｉｔ１．０一般設(shè)置為０００．文本未壓縮，１．文本用ＧＳＭ標(biāo)準(zhǔn)壓縮算法壓縮Ｏ．表示Ｂｉｔｌ、Ｂｉｔ０為保留位，不含信息類型信息，１．表示Ｂｉｔｌ、Ｂｉｔ０含有信息類型信息ｏｏ．默認(rèn)字母表，０１．８ｂｉｔ，１０一ＵＳＣ２（１６ｂｉｔ），１１一預(yù)留；立即顯示就是閃信（Ｉｍｍｅｄｉａｔｅｄｉｓｐｌａｙ），０１－Ｃｌａｓｓｌ，１０．Ｃｌａｓｓ２（ＳＩＭ取值說明卡特定信息），１１－Ｃｌａｓｓ３（５）有效期ＴＰ－ＶＰ，有效期，（ＴＰ．Ｖａｌｉｄｉｔｙ－Ｐｅｒｉｏｄ）。經(jīng)過二進(jìn)制變換后，該字段占用１字節(jié)。ＦＦ表示最大，其余取值意義如表２．１５所示。表２．１５有效期格式字段Ｔａｂｌｅ２．１５ｓｅｔｔｉｎｇｏｆＴＰ—ＶＰ十六進(jìn)制０ｘ００．Ｏｘ８Ｆ０ｘ９０．０ｘＡ７０ｘＡ８．０ｘＣ４０ｘＣ５．０ｘＦＦ十進(jìn)制０．１４３１４４．１６７１６８．１９６１９７．２５５表示含義（ＶＰ＋１）×５分鐘１２小時＋（ＶＰ．１４３）×３０分鐘（ＶＰ－１６６）×１天（ＶＰ－１９２）×１周２．４．２ＰＤＵ字串解析發(fā)送和接收的ＰＤＵ串，結(jié)構(gòu)是不完全相同的。下面，用兩個實(shí)際的例子說明ＰＤＵ串的結(jié)構(gòu)和編排方式：（１）手機(jī)發(fā)送的一個ＰＤＵ串０８９１６８３１０８２００８０５ＦＯｌｌ１９０Ｄ９１６８３１８８９０２８４８Ｆ４０００８ＦＦ１０８ＦＤ９６６２Ｆ４Ｅ００６７６ｌ６Ｄ４８８ＢＤ５７７ＥＤ４ＦＥ對比３ＧＰＰ協(xié)議得到表２．１６：（二進(jìn)制代碼從左到右依次為高位到低位）表２．１６手機(jī)發(fā)送ＰＤＵ串分段表Ｔａｂｌｅ２．１６ｔｈｅｓｕｂ－ｔａｂｌｅｏｆＰＤＵｓｅｎｔｓｔｒｉｎｇ分段０８含義Ａｄｄｒｅｓｓ—Ｌｅｎｇｔ（地址長度）說明短信息中心地址長度。指（９１）＋（６８３１０８７０１３０５ＦＯ）的長度。８個字節(jié)，包括其后的９ｌ見表２．１０一個字節(jié)內(nèi)反轉(zhuǎn)，８６１３８００２８０５００，如果長度為奇數(shù)則需要加“Ｆ”補(bǔ)齊見表２．１１９１９１Ｔｙｐｅ—ｏｆ－Ａｄｄｒｅｓｓ（地址類型）６８３１０８２００８０５ＦＯ（Ｓｅｒｖｉｃｅｃｅｎｔｅｒｎｕｍｂｅｒ）短信中心號碼ＦｉｒｓｔＯｃｔｅｔ字段１１１６通信原理與通信協(xié)議１９消息參考值ＴＰ．ＭＲ，ＴＰ－?Ｍｅｓｓａｇｅ－?Ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ使用“ＯＯ”值代表讓電話自己設(shè)置消息參考值其結(jié)構(gòu)與短信中心號碼字段部分類一般設(shè)置為ＯＯ，表示普通ＧＳＭ，點(diǎn)對點(diǎn)方式，詳見見表２．１２指示ＴＰ．ＵＤ的編碼方式，詳見表２．１３有效期設(shè)置見表２．１４注意不同編碼下用戶長度定義不同中文“這是一條測試短信”的Ｕｎｉｃｏｄｅ編碼ＯＤ９ｌ６８３１８８９０２８４８Ｆ４００對方號碼字段上層協(xié)議指示ＴＰ．ＰＩＤ，ＴＰ．．Ｐｒｏｔｏｃ０１．．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ０８數(shù)據(jù)編碼設(shè)置，ＴＰ??Ｄａｔａ??Ｃｏｄｉｎｇ－?ＳｃｈｅｍｅＦＦ有效期ＴＰ．ＶＰＦＦＴＰ－Ｖａｌｉｄｉｔｙ－Ｐｅｒｉｏｄ１０用戶數(shù)據(jù)ＴＰ—ＵＤ，ＴＰ－Ｕｓｅｒ－Ｄａｔａ－Ｌｅｎｇｔｈ８ＦＤ９６６２Ｆ４Ｅ００６７６１６Ｄ４８８ＢＤ５７７ＥＤ４ＦＥ用戶數(shù)據(jù)ＴＰ—ＵＤ（ＴＰ．Ｕｓｅｒ－Ｄａｔａ）（２）手機(jī)接收的ＰＤＵ串０８９１６８３１０８２００８０５Ｆ００４０Ｄ９１６８３１８８９０２８４８Ｆ４０００８５０２０８１５１７５４５００１０８ＦＤ９６６２Ｆ４Ｅ００６７６１６Ｄ４８８ＢＤ５７７ＥＤ４ＦＥ１～該接收字串的分段信息如表２．１７所示。表２．１７手機(jī)接收ＰＤＵ串分段表Ｔａｂｌｅ２．１７ｔｈｅｓｕｂ—ｔａｂｌｅｏｆＰＤＵｒｅｃｅｉｖｅｄｓｔｒｉｎｇ分段０８９１６８３１０８２００８０５ＦＯ含義（Ｓｅｒｖｉｃｅｃｅｎｔｅｒｎｕｍｂｅｒ）短信中心號碼ＦｉｒｓｔＯｃｔｅｔ字段發(fā)送方號碼上層協(xié)議指示ＴＰ．ＰＩＤ，ＴＰ．．Ｐｒｏｔｏｃ０１．．Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ說明一個字節(jié)內(nèi)反轉(zhuǎn)，８６１３８００２８０５００，如果長度為奇數(shù)則需要加“Ｆ＂補(bǔ)齊見表２．１１＋８６１３８８０９８２８４４０４０Ｄ９１６８３１８８９０２８４８Ｆ４００一般設(shè)置為ＯＯ，表示普通ＧＳＭ，點(diǎn)對點(diǎn)方式，詳見表２．１２指示ＴＰ．ＵＤ的編碼方式，０８表示Ｕｎｉｃｏｄｅ編碼，詳見表２．１３字節(jié)反轉(zhuǎn)０５／０２／１８１５：５７：５４最后的００代表時區(qū)，這里為０注意不同編碼下用戶長度定義不同中文“這是一條測試短信＂的Ｕｎｉｃｏｄｅ編碼０８數(shù)據(jù)編碼設(shè)置，ＴＰ．ＤＣＳＴＰ?－Ｄａｔａ－?Ｃｏｄｉｎｇ?－Ｓｃｈｅｍｅ５０２０８１５１７５４５００ＴＰ．ＳＣＴＳ，短信時間戳用戶數(shù)據(jù)ＴＰ．ＵＤ，ＴＰ－Ｕｓｅｒ－Ｄａｔａ－Ｌｅｎｇｔｈ用戶數(shù)據(jù)ＴＰ．ＵＤ（ＴＰ．Ｕｓｅｒ－Ｄａｔａ）１０８ＦＤ９６６２Ｆ４Ｅ００６７６１６Ｄ４８８ＢＤ５７７ＥＤ４ＦＥ對比表２．１６可以看出接收與發(fā)送過程基本一致，在接收時沒有有效期的信息，但多了短信時間戳字段，它們的基本編碼過程都是一樣的。１７北京交通大學(xué)碩十學(xué)位論文２．５ＡＴ命令簡介系統(tǒng)通過ＧＰＲＳ方式或者公用電話網(wǎng)進(jìn)行通訊的時候，主要用到的是ＡＴ命令。ＡＴ即Ａｔｔｅｎｔｉｏｎ，ＡＴ指令集是從終端設(shè)備（ＴｅｒｍｉｎａｌＥｑｕｉｐｍｅｎｔ，ＴＥ）或數(shù)據(jù)終端設(shè)備（ＤａｔａＴｅｒｍｉｎａｉＥｑｕｌｐｍｅｎｔ，ＤＴＥ）發(fā)送的。通過ＴＡ，ＴＥ發(fā)送ＡＴ指令來控制移動設(shè)備的功能，與ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)業(yè)務(wù)進(jìn)行交互。用戶可以通過ＡＴ指令進(jìn)行呼叫、短信、電話本、數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)、傳真等方面的控制。ＧＳＭ模塊與計算機(jī)之間的通信協(xié)議是一些ＡＴ指令集。ＡＴ指令是以ＡＴ作首，“＼ｒ”（回車）字符結(jié)束的字符串，指令中的字符串根據(jù)不同的命令有不同特定的字符串，每個指令執(zhí)行成功與否都有相應(yīng)的返回。其他的一些非預(yù)期的信息（如錯誤的指令、如在沒有返回前再發(fā)指令等）模塊將有對應(yīng)的一些信息指令，接收端可做相應(yīng)的處理。ＡＴ命令簡單、容易掌握，使用它可以配置調(diào)制解調(diào)器，配合通信軟件工作，與遠(yuǎn)端系統(tǒng)通信，發(fā)起或應(yīng)答一個呼叫。使用ＡＴ命令設(shè)置調(diào)制解調(diào)器時，用戶使用的通信軟件必須提供一個到調(diào)制解調(diào)器的自連接狀態(tài)，使用戶能夠從命令行輸入所需的ＡＴ命令，如在ＷＩＮＤＯＷＳＸＰ下的“超級終端”建立一個自接到串口的連接便可以使用ＡＴ命令，也可以自接用ＡＴ命令設(shè)置串口屬性，通過串口控制調(diào)制解調(diào)器。２．６本章小結(jié)本章介紹了電力載波，ＧＰＲＳ、ＧＳＭ、載波通信等集中器背景知識，這些構(gòu)成了集中器的通信基礎(chǔ)，ＧＰＲＳ模塊、電話Ｍｏｄｅｍ模塊等通信設(shè)備為集中器遠(yuǎn)程通信提供了基本條件。中心站以華北電網(wǎng)有限公司制定的《電力載波居民集抄系統(tǒng)集中器上行通信規(guī)約》為基礎(chǔ)，通過ＧＰＲＳ網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)了點(diǎn)對多點(diǎn)的可靠通信。集中器則以ＤＬ／Ｔ６４５或者《低壓電力線載波信道復(fù)費(fèi)率通訊規(guī)約》為基礎(chǔ)，使用相應(yīng)通信載波、ＲＳ４８５等通信鏈路實(shí)現(xiàn)對電表對象的管理，并通過《電力載波居民集抄系統(tǒng)集中器上行通信規(guī)約》實(shí)現(xiàn)與中心站的有序通信。集中器的硬什設(shè)計３集中器的硬件設(shè)計集中器的硬件設(shè)計主要分為三部分，第一部分主要為集中器提供電源并建立載波通信鏈路，第二部分為主控電路部分，該部分電路是集中器進(jìn)行數(shù)據(jù)采集和管理的核心，同時提供各通信部分的接口以及操作接口，第三部分為通信模塊電路設(shè)計。以下詳細(xì)介紹各部分的電路結(jié)構(gòu)。３．１系統(tǒng)的電源及載波通信鏈路設(shè)計幽３１電源及載波通信結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ３Ｉｔｈｅ￥ｔｌｕｃＲｌｒｌ｝ｏｆｐｏｗｅｒｓｕｐｐｌｙａｎｄＰＬＣｃｉｒｃｕｉｔ北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文如圖３．１所示，集中器通過變壓器獲取以及整流橋電路獲得電源，并送至外部接口２提供上層主控電路板的電源；同時電力線路、線圈和載波收發(fā)電路構(gòu)成了載波信號通信回路。由圖可知載波信號由載波芯片１（Ａ相載波芯片）統(tǒng)一發(fā)出，在三相線路同時并發(fā)，通過載波發(fā)射電路以及線圈等耦合至電力線，實(shí)現(xiàn)載波發(fā)射。這種設(shè)計的好處在于編程變得簡單，同時不管電表實(shí)際處于哪一相上都能夠Ｊ下確抄收，能夠提高電表抄錄的成功率。當(dāng)然這種形式也使得三條線路每個時刻只能抄錄一個電表，占用的資源較大，對抄錄的效率有一定影響。３．１．１載波電路設(shè)計載波收發(fā)電路如圖３．２所示，電路可以很明顯的分為發(fā)送和接收電路兩部分。經(jīng)過載波芯片調(diào)制后的信號由ＰＳＫ．ＯＵＴ送出，經(jīng)過阻容電路并由８０５０和８５５０組成功放對管放大后，由ＬＣ串聯(lián)濾波送至載波線圈，由線圈將信號輸送至電力線；接收電路是一無源ＬＣ并聯(lián)諧振電路組成的帶通濾波器，主要對信號進(jìn)行濾波。載波信號濾波后經(jīng)Ｃ１５電容耦合至載波芯片載波輸入端，并由載波芯片對該信號進(jìn)行解調(diào)，獲取數(shù)據(jù)。ＡＧＮＤ圖３．２載波收發(fā)電路Ｆｉｇ．３．２ｔｒａｎｓｍｉｔｔｉｎｇａｎｄｒｅｃｅｉｖｉｎｇｃｉｒｃｕｉｔｏｆＰＬＣ２０集中器的硬件設(shè)計Ｌ１和Ｃｌ主要起到濾波作用，以減少對電網(wǎng)的污染，載波的調(diào)制頻率為１２０ｋＨｚ，所以應(yīng)有２ｎ：ｆＬ－－ｃ＝ｌ／ｆ＝１／（１．２１０５），圖中?。茫剑埃备?，Ｌ＝１８ｐＨ。圖ｘ３．３是Ａ相載波芯片的電路原理圖：習(xí)｜ｌ｜｜｜ｋ樸Ｈ卡阡Ｈ一筐ｏＮ血２ｏ止＾ＩＵｌＰＵ２０ｌ６４一Ｎ寸●ｌ＾Ｉ；號Ｉ高罱《《）ｏ＝厶厶■譬一一ｊ＞≥≥ｊ■－拈Ｒ２５面ＮＤ—。Ｌ—一…ｌｋ圖３．３Ａ相載波芯片原理圖Ｆｉｇ．３．３ｔｈｅｓｉｍｐｌｉｆｉｅｄＰＬＣｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｐｈａｓｅＡ載波芯片選用ＰＬ３２０１，芯片內(nèi)集成的載波通信單元采用ＱＰＳＫ（四相相移鍵控）調(diào)制方式，可變偽隨機(jī)碼速率（帶寬）的多地址通信技術(shù)。其載波中心頻率為１２０ｋＨｚ，偽隨機(jī)碼速率可達(dá)到１５Ｋ和３０Ｋ，由于采用了ＱＰＳＫ調(diào)制技術(shù)，在帶寬不變的情況下，數(shù)據(jù)傳輸速率是ＢＰＳＫ調(diào)制方式的一倍，根據(jù)偽隨機(jī)碼的速率不同數(shù)據(jù)速率可達(dá)到１Ｋｂｐｓ和５００ｂｐｓ。同時采用了６３位Ｇｏｌｄ／Ｋａｓａｍｉ序列，從而實(shí)現(xiàn)了碼分多址，其地址數(shù)目最多可達(dá)４１個，其中３３個Ｇｏｌｄ序列，８個Ｋａｓａｍｉ序列，將使臺區(qū)之間的干擾減ｄ，Ｎ最??；同時ＰＬ３２０１向下兼容ＰＬ３１０５的通訊方式（ＢＰＳＫ二相相移鍵控），及其１５／３１位偽隨機(jī)碼模式。此外ＰＬ３２０１的載波調(diào)制輸出信號可由軟件靈活配置成正弦波輸出或方波輸出模式。ＰＬ３２０１芯片內(nèi)嵌增強(qiáng)型８０５１兼容微處理器，配置有８／１６位ＡＬＵ、２５６ｂｙｔｅｓ＋１０２４ｂｙｔｅｓＳＲＡＭ以及１６ＫｂｙｔｅｓＥ２ＰＲＯＭ、三個８／１６位定時／計數(shù)器，～個看門狗定時器以及三個外部中斷，為用戶提供豐富的嵌入式資源和理想的應(yīng)用開發(fā)平臺；芯片基于指令流水線架構(gòu)，同等主頻情況下８倍速于標(biāo)準(zhǔn)８０５１微處理２ｌ北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文器；帶有兩個全雙工ＵＡＲＴ（通用同步／異步接收／發(fā)送器），ＵＡＲＴＯ可配置為３８ＫＨｚ紅外通信模式。在本文中Ｐ１．２用于載波收發(fā)狀態(tài)的顯示，當(dāng)芯片在接收到載波信號或者發(fā)射載波信號Ｖ４閃爍，以便于觀察芯片工作是否正常，Ｖ１為上電狀態(tài)指示，在系統(tǒng)上電時Ｖ１將會閃爍，以顯示系統(tǒng)是否Ｊ下常工作。Ｉｏ口Ｐ３．７是芯片的載波信號發(fā)射腳，ＳＩＧＩＮ為載波信號接收端口，Ｐ１．０、Ｐ１．１、Ｐ３．２、Ｐ３．３構(gòu)成程序下載接口以方便應(yīng)用，Ｐ３．０和Ｐ３．１構(gòu)成上層通信口。芯片自身通過Ｐ１．３和Ｐ１．５的端口值判斷所處的相序位置。程序應(yīng)現(xiàn)的基本功能包括基本寄存器的初始化以啟動載波收發(fā)以及相應(yīng)的端口管理，在收到載波信號后，根據(jù)自身所處的相序位置，將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)或者上傳至圖３．１所示的外部端口２，以實(shí)現(xiàn)于上層控制電路的通信，三相載波芯片外圍接線基本相同。３．１．２電源電路設(shè)計考慮集中器所處的環(huán)境可能比較惡劣，比如存在較大的電源噪聲、雷擊造成較強(qiáng)的沖擊電流等等，本文對集中器的電源入端采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。圖３．４給出了集中器電源接口電路圖。Ｒ１２Ａｍ，－－－．－，４Ｂ５≥“Ｍ忍７－３∞Ｒ４ＲＴｌ觚乒ｃＭ丑７．３∞ＲＮ５４圖３．４集中器電源接口Ｆｉｇ．３．４ｔｈｅｐｏｗｅｒｉｎｔｅｒｆａｃｅｏｆｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ從圖３．４中可以看出三相電源首先經(jīng)過ＲＳｌ～ＲＳ３保險絲組送到ＥＡ～ＥＣ，ＲＶｌ～ＲＶ３為過壓保護(hù)器，ＥＡ～ＥＣ為濾波器，對共模噪聲電壓以及強(qiáng)的瞬時浪涌電壓有較好的抑制作用。這樣濾波器左側(cè)就能得到較為純凈的正弦交流電壓，ＲＴｌ～ＲＴ３為過流保護(hù)裝置，防止集中器側(cè)出現(xiàn)故障短路而造成損壞。如圖３．５所示，集中器采用了三個雙繞組的變壓器（即圖中的ＦＸＢ０５．ＣＬ３０５），集中器的硬件設(shè)計其中一組電源經(jīng)過全波整流橋ＤＢｌ０４Ｓ后通過二極管實(shí)現(xiàn)并聯(lián)，二極管主要作用是防止并聯(lián)電源出現(xiàn)環(huán)流，這樣能夠較大的提高電源的電能質(zhì)量。本文主要應(yīng)用本組電源對載波芯片以及主控電路進(jìn)行供電。變壓器另一組電源直接通過三個二極管實(shí)現(xiàn)三相半波整流，經(jīng)過７８Ｌ０５穩(wěn)壓塊后對４８５等通信電路供電。這兩組電源是在電氣上是相互隔離的。這樣實(shí)現(xiàn)了內(nèi)部控制電路與外部通信的電氣隔離，提升系統(tǒng)在惡劣工作環(huán)境下抗干擾的能力，提高系統(tǒng)的工作性能。圖３．５集中器變壓整流電路圖Ｆｉｇ．３．５ｔｈｅｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍｏｆｒｅｃｔｉｆｉｅｒｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ３．２系統(tǒng)主控電路設(shè)計圖３．６顯示了主控電路的基本結(jié)構(gòu)圖，可以將該圖分成中心處理器和外圍接口設(shè)計兩大部分，中心處理器選用ＡＲＭ處理器，而其外圍部分主要可以分為三個部分：存儲系統(tǒng)、輸入輸出以及通信接口部分。主控板從內(nèi)部端口中獲取電源并實(shí)現(xiàn)與載波部分電路通信，該端口與圖３．１中的外部端口２對應(yīng)。需要特別指出的是北京交通大學(xué)碩七學(xué)位論文圖３．６中ＧＰＲＳＭｏｄｅｍ和電話Ｍｏｄｅｍ并不集成在主控電路板中，主控電路板僅提供一個Ｍｏｄｅｍ的通信連接端１３，也就是說在集中器實(shí)際使用時只能選擇其中一種Ｍｏｄｅｍ作為遠(yuǎn)程通信方式。網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)網(wǎng)１時電Ａ砌訂處理器裂業(yè)恩再紅外通信電路Ｒ￥４８５魎歷Ｕ地ＧＰＲＳＭｏｄｅｍ幽電話Ｍｏｄｅｍ接口圖３．６主控電路結(jié)構(gòu)圖Ｆｉｇ．３．６ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｍａｉｎｃｏｎｔｒｏｌｃｉｒｃｕｉｔ３．２．１中心處理器ＡＲＭ簡介ＡＲＭ（ＡｄｖａｎｃｅｄＲＩＳＣＭａｃｈｉｎｅｓ），既可以認(rèn)為是一個公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。１９９１年ＡＲＭ公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計技術(shù)的授權(quán)，作為知識產(chǎn)權(quán)供應(yīng)商，本身不直接從事芯片生產(chǎn)，靠轉(zhuǎn)讓設(shè)計許可由合作公司生產(chǎn)各具特色的芯片，世界各大半導(dǎo)體生產(chǎn)商從ＡＲＭ公司購買其設(shè)計的ＡＲＭ微處理器核，根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，加入適當(dāng)?shù)耐鈬娐?，從而形成自己的ＡＲＭ微處理器芯片進(jìn)入市場。采用ＡＲＭ技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（ＩＰ）核的微處理器已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品市場，ＡＲＭ技術(shù)正在逐步滲入到我們生活的各個方面。采用ＲＩＳＣ架構(gòu)的ＡＲＭ微處理器一般具有如下特點(diǎn)：（１）體積小、低功耗、低成本、高性能；（２）支持Ｔｈｕｍｂ（１６位）／ＡＲＭ（３２位）雙指令集，能很好的兼容８位／１６位器件；集中器的硬件設(shè)計（３）大量使用寄存器，指令執(zhí)行速度更快；（４）大多數(shù)數(shù)據(jù)操作都在寄存器中完成；（５）尋址方式靈活簡單，執(zhí)行效率高；（６）指令長度固定。ＡＲＭ微處理器目前主要包括ＡＲＭ７，ＡＲＭ９，ＡＲＭ９Ｅ，ＡＲＭｌ０Ｅ，ＳｅｃｕｒＣｏｒｅ以及Ｉｎｔｅｌ的Ｘｓｃａｌｅ和ＳｔｒｏｎｇＡＲＭ等系列。每個系列除具有ＡＲＭ體系結(jié)構(gòu)的共同特點(diǎn)以外，都有各自的特點(diǎn)和應(yīng)用領(lǐng)域。而目前市場上應(yīng)用得最廣泛的是ＡＲＭ７和ＡＲＭ９系列芯片。ＡＲＭ７系列微處理器為低功耗的３２位ＲＩＳＣ處理器，是基于ＡＲＭ體系結(jié)構(gòu)的Ｖ４版本，是ＡＲＭ通用３２位微處理器家族成員之一。它具有６４位乘法指令、支持片上調(diào)試、高密度１６位的Ｔｈｕｍｂ指令集擴(kuò)展和ＥｍｂｅｄｅｄｌＣＥ觀察點(diǎn)。它使用三級流水線來增加處理器指令的速度，如圖３．７所示。圖３．７ＡＲＭ７３級流水線Ｆｉｇ．３．７ｔｈｅａｓｓｅｍｂｌｙｌｉｎｅｉｎＡＲＭ７ＡＲＭ７ＴＤＭＩ．Ｓ處理器使用流水線來增加處理器指令流的速度這樣可使幾個操作同時進(jìn)行并使處理和存儲器系統(tǒng)連續(xù)操作。ＡＲＭ微處理器支持兩種指令集：ＡＲＭ指令集和Ｔｈｕｍｂ指令集。其中，ＡＲＭ指令為３２位的長度，Ｔｈｕｍｂ指令為１６位長度。Ｔｈｕｍｂ指令集為ＡＲＭ指令集的功能子集，但與等價的ＡＲＭ代碼相比較，可節(jié)?。常埃ィ瘢埃ヒ陨系拇鎯臻g。３．２．２ＡＲＭ處理器模式及寄存器組ＡＲＭ體系具有７種處理器模式：用戶模式、系統(tǒng)模式、特權(quán)模式、數(shù)據(jù)訪問中止模式、未定義指令中止模式、外部中斷模式和快速中斷模式。除了用戶模式外，其他６種模式是特權(quán)模式，可以訪問所有系統(tǒng)資源，也可以進(jìn)行處理器模式的切換。處理器模式可以通過軟件控制進(jìn)行切換，也可以通過外部中斷或者異常處理過程進(jìn)行切換。ＡＲＭ處理器有３７個寄存器，包括３１個通用寄存器和６個狀態(tài)寄存器。ＡＲＭ在每一種處理器模式中有一組相應(yīng)的存器組。在任一種模式下，可見的寄存器包括１５個通用寄存器（Ｒ０，－．Ｒ１４）、一個或者兩個狀態(tài)寄存器及程序寄存器（ＰＣ）。其中，通用寄存器又可以分成未分組寄存器Ｒ０～Ｒ７和分組寄存器Ｒ８一Ｒ１４。每一個未分組寄存器Ｒ０～Ｒ７，在任何模式下所使用的是對應(yīng)的同一個物理寄存器，而分組寄存器Ｒ８～Ｒ１４，它們所實(shí)際訪問的物理寄存器取決于處理器的模式。用戶和北京交通大學(xué)碩士學(xué)位論文系統(tǒng)模式共用同一組寄存器，表３．１顯示了各模式下寄存器組織概要。表３．１ＡＲＭ寄存器組織概要Ｔａｂｌｅ３．１ｒｅｇｉｓｔｅｒｓｏｆＡＲＭ寄存器類別寄存器名稱Ｒ０（ａ１）Ｒｌ（ａ２）各模式實(shí)際可以訪問的寄存器用戶（系統(tǒng)）管理中止ＩｍＲ１未定義中斷快中斷Ｒ２（ａ３）Ｒ３（ａ４）ｌ毪Ｒ３Ｒ４（ｖ１）通用寄存器和ｇｓ（ｖ２）Ｒ６（ｖ３）ＩＭｌＵＲ６Ｒ７（ｖ４）Ｒ８（ｖ５）Ｒ９（ＳＢ，ｖ６）ＲｉＯ（ＳＬ，ｖ７）Ｒ１Ｒ８Ｒ９Ｒ７程序計數(shù)Ｒ８＿ｆｉｑＲ９ｆｉｑ器ＲｌＯＲ１０＿ｆｉｑＩ（ＦＰ，ｖ８）ＲｌｌＲｌｌ』ｑＲ１２』ｑＲ１３ｕｎｄＲ１３＿ｉｒｑＲｌＲ１２（ＩＰ）Ｒ１２Ｒ１３（ＳＰ）Ｒ１４（ＬＲｌＲ１３Ｒ１３ＳＶＣＲ１３ａｂｔＲ１３』ｑＲ１４＿６ｑＲ１４Ｒ１４ＳＶＣＲ１４ａｂｔＲ１４ｕｎｄ４－ｉｒｑＲ１５（ＰＣ）狀態(tài)寄存器ＣＰＳＲＲ１５ＣＰＳＲＳＰＳＲ無ＳＰＳＲＳＶＣＳＰＳＲａｂｔＳＰＳＲｕｎｄＳＰＳＲ．．ｉｒｑＳＰＳＲ＿ｆｉｑ３．２．３中心處理器ＡＲＭ的選型ＡＲＭ微處理器有著眾多優(yōu)點(diǎn)，但是，由于ＡＲＭ微處理器有多達(dá)十幾種的核結(jié)構(gòu)，幾十個芯片生產(chǎn)廠家，以及千變?nèi)f化的內(nèi)部功能配置組合，以適應(yīng)不同的應(yīng)用領(lǐng)域。從應(yīng)用的角度出發(fā)，在選擇ＡＲＭ微處理器時所應(yīng)考慮的主要問題：（１）內(nèi)核的選擇：用戶如果希望使用ＷｉｎＣＥ或標(biāo)準(zhǔn)Ｌｉｎｕｘ等操作系統(tǒng)以減少軟件開發(fā)時間，就需要選擇ＡＲＭ７２０Ｔ以上帶有ＭＭＵ（ＭｅｍｏｒｙＭａｎａｇｅｍｅｎｔＵｎｉｔ）功能的ＡＲＭ芯片，ＡＲＭ７２０Ｔ，ＡＲＭ９２０Ｔ，ＡＲＭ９２２Ｔ，ＡＲＭ９４６Ｔ，Ｓｔｒｏｎｇ－ＡＲＭ都帶有ＭＭＵ功能。而ＡＲＭ７ＴＤＭＩ則沒有ＭＭＵ，不支持集中器的硬件設(shè)計ＷｉｎｄｏｗｓＣＥ和標(biāo)準(zhǔn)Ｌｉｎｕｘ，但目前有Ｉ上Ｃ／ＯＳ．ＩＩ，ｕＣＬｉｎｕｘ等不需要ＭＭＵ支持的操作系統(tǒng)可運(yùn)行于ＡＲＭ７ＴＤＭＩ硬件平臺之上。因本文設(shè)計中選擇了ＬｔＣ／ＯＳ．ＩＩ操作系統(tǒng)，所以本文選擇ＡＲＭ７ＴＤＭＩ內(nèi)核的ＬＰＣ２０００系列芯片。（２）系統(tǒng)的工作頻率：系統(tǒng)的工作頻率在很大程度上決定了ＡＲＭ微處理器的處理能力。刪７系列微處理器的典型處理速度為０．９ＭＩＰＳ／ＭＨｚ，常見的１００ＭＨｚ．２３３ＭＨｚ．ＡＲＭｌ０最高可以達(dá)到７００ＭＨｚ。ＡＲＭ７芯片系統(tǒng)主時鐘為２０ＭＨｚ．１３３ＭＨｚ，ＡＲＭ９系列微處理器的典型處理速度為１．１ＭＩＰＳ／ＭＨｚ，常見的ＡＲＭ９的系統(tǒng)主時鐘頻率為（３）芯片內(nèi)存儲器的容量：大多數(shù)的ＡＲＭ微處理器片內(nèi)存儲器的容量都不太大，需要用戶在設(shè)計系統(tǒng)時外擴(kuò)存儲器，但也有部分芯片具有相對較大的片內(nèi)存儲空間。如ＬＰＣ２２１Ｘ系列芯片中ＬＰＣ２２１４有４個Ｂａｎｋ可以外擴(kuò)Ｆｌａｓｈ和ＳＲＡＭ，更重要的是這款芯片的內(nèi)部集成了１６Ｋ的內(nèi)部ＲＡＭ和２５６ＫＦｌａｓｈ。（４）片內(nèi)外圍電路的選擇：片內(nèi)外圍電路的選擇除ＡＲＭ微處理器核以外，幾乎所有的ＡＲＭ芯片均根據(jù)各自不同的應(yīng)用領(lǐng)域，擴(kuò)展了相關(guān)功能模塊，并集成在芯片之中，被稱之為片內(nèi)外圍電路，如ＵＳＢ接口、ＩＩＳ接口、ＬＣＤ控制器等。本文選擇的ＬＰＣ２２１４外圍接口非常豐富，其中內(nèi)部集成了兩路ＵＡＲＴ，其中的一路是用來控制Ｍｏｄｅｍ。３．２．４ＡＲＭ的端口設(shè)計及外圍電路設(shè)計ＡＲＭ的端口資源非常豐富，如果按ＧＰＩＯ分類可以有四套ＩＯ口資源，從Ｐ０～Ｐ３，在本文中Ｐ３口和Ｐ２端口分別用于片外地址尋址和數(shù)據(jù)線，Ｐ０和Ｐｌ口則用于ＩＯ控制和通信端口。存儲部分由ＲＡＭ和Ｆｌａｓｈ組成，由于程序運(yùn)行時需要有較大的數(shù)據(jù)空間，因此在設(shè)計時選用了ＩＳ６１ＬＶ２５６１６。ＩＳ６１ＬＶ２５６１６是美國ＩＳＳＩ公司的高速ＳＲＡＭ器件，具有１６位數(shù)據(jù)寬度，芯片容量為５１２Ｋ字節(jié)，工作電壓為３．３Ｖ，高速訪問時間１０．１２ｎｓ、低功耗工作、低等待模式功率小于ＣＭＯＳ５ｍＡ典型值的等待電流、ＴＴＬ兼容接口電平、完全靜態(tài)操作無需時鐘和刷新、三態(tài)輸出、高低字節(jié)數(shù)據(jù)控制。在這部分設(shè)計中，芯片ＩＳ６１ＬＶ２５６１６與ＬＰＣ２２１４的連接示意圖如圖３．８所示。圖中用兩個ＩＳ６１ＬＶ２５６１６組成３２位存儲器，而后直接與ＡＲＭ數(shù)據(jù)總線實(shí)現(xiàn)連接。其中ＲＡＭ段地址為０ｘ８３００００００￣Ｏｘ８３１０００００。集中器需要存儲自身以及電表的參數(shù)、電表日凍結(jié)數(shù)據(jù)、月凍結(jié)數(shù)據(jù)、整點(diǎn)３ＡＯＡ北京交通大學(xué)碩十學(xué)位論文凍結(jié)數(shù)據(jù)以及指定時間抄錄的數(shù)據(jù)，保存數(shù)據(jù)量較大，因此Ｆｌａｓｈ芯片選用了ＡＭＤ公司的ＡＭ２９ＬＶ０６５以滿足要求。該芯片為ｎｏｒｆｌａｓｈ類型，芯片的容量為８Ｍ字節(jié)，主板上共設(shè)有共４個存儲器接口以備使用，其占用的地址空間為０ｘ８０００００００～Ｏｘ８１ＦＦＦＦＦＦ，實(shí)際應(yīng)用時可以依據(jù)需要確定Ｆｌａｓｈ芯片的數(shù)量。２８９１０４１６２９３０３２３５３６３７Ｑ墜Ｄ１７Ｄ１８Ｄ１９Ｄ２１ＤＢＤ２４Ｄ簽Ｄ２７Ｄ露Ｄ剪Ｄ３０一６’Ａ４Ａ５ｌ毒豐蓉√鏨羋／６３４２‘ＩＩ二ｒ。工＃箕噩薦噩＃一Ｓ莊ｌＵ遷３９ＳＳＳｒｆｊＬ５；３ｒ＾ＶＥＩ（）Ｅ４０１７４ＩＨ￡ｎＢ疆ｎＷＥＯＥｎｎＶ∞Ｖ霞ＶⅡ）３．３Ｖ辱Ａ９Ａ—嘗牟Ｘ苦ｊ—嘗掣：甚辱１２—祟車工五五Ａ１８莖＃噩＃噩菩一鬻Ａ２陌０馳擘阜黼—警—喜一～Ａ４筮１２一Ａ６２ｌＡ１０一△！?。玻俺觯忽疲?。?Ｉ＝ＡＢ１ｊ：：２３：ＡＹ：２４△！ｚＡ１９絲４３４４３９岱ｎＩ鯽ＬＶ珂２１６ＧｍＧｍｂ．～寸咖津燁ｗ…Ｅ＿ａ‘彗巨斗ｏＥＳｌ刪ｓ０ｉｉ２８銎Ａ１８。１＿＝～．ｎ．Ｘ磊ＶＩｒＶ‘ｒ呈≥絲．堡．§一戮ＧｍＧｍＩ鞠ＬⅣ乳２１６圖３．８集中器存儲器沒計Ｆｉｇ．３．８ｔｈｅｄｅｓｉｇｎｏｆｍｅｍｏｒｙｉｎｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒＩＯ口的控制包括鍵盤輸入，顯示輸出以及其他外圍器件如通信方式切換的控制線等。集中器沒有非常復(fù)雜的鍵盤控制系統(tǒng)，僅需要做通信方式選擇以及程序系統(tǒng)編程控制按鍵，共４個按鍵，一個復(fù)位鍵及三個功能按鍵，其中３個按鍵用于集中通信方式的選擇。ＶⅡ瑚圖３．９上行通信切換選擇電路Ｆｉｇ．３．９ｓｗｉｔｃｈｃｉｒｃｕｉｔｏｆｕｐｌｉｎｋｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ顯示部分主要采用ＬＥＤ發(fā)光管，用于監(jiān)測通信收發(fā)數(shù)據(jù)，電源以及Ｍｏｄｅｍ控制線等基本控制信息。通信接口部分電路主要為通信方式切換選擇，提供相應(yīng)的接口形式。其核心是使用四選一電路ＣＤ４０５２建立ＡＲＭ與各通信模塊之間的通信鏈路，圖３．９給出了上行通信選擇的電路原理圖。在圖３．９中ＰＯ．２７．４０５２．Ａ０、集中器的硬件設(shè)計Ｐ０．２８．５０５２．Ｂ０以及ＴＸＤ０和ＲＸＤ０通過光耦連接至ＡＲＭ處理器的相應(yīng)ＩＯ端口和