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本方案主要是面向配電自動化領域各種遠程抄表應用，系統CPU模塊采用英創(chuàng)公司成熟穩(wěn)定的嵌入式網絡模塊ETR186或ETR232i，遠程通訊信道采用GPRS或CDMA。英創(chuàng)嵌入式網絡模塊的特點是性能穩(wěn)定、成本低廉、接口豐富、底層驅動完整，加之又免費提供商業(yè)級的PPP TCP/IP協議庫，特別適合于遠程無線集抄的應用。本方案是在英創(chuàng)成熟的GPRS/CDMA方案的基礎上，推出的完整遠程抄表整機方案，特別適合客戶快速完成整機產品的設計。
硬件組成方案
按照本方案的設計模式，系統硬件一般可劃分為機殼、電源、電表單元以及集抄電路單元，其中的機殼、電源和電表單元，對電力系統客戶來講多半已有現成的部件可用，因此本方案重點介紹集抄電路單元的組成，該部分又可分成三個電路模塊：
(1) 嵌入式CPU模塊。也就是嵌入式網絡模塊，我們選用了英創(chuàng)成本較為低廉（百片采購單價僅300多元），而功能又比較完整的ETR186。ETR186是一款微型化的嵌入式PC模塊，帶有3個異步串口，正好滿足集抄單元的要求：COM2與GPRS/CDMA模塊相連，用于與遠端數據中心的無線通訊，COM3作為RS485與相應的計量表相連；COM1則作為調試維護串口。英創(chuàng)公司為ETR186配備了完整的PPP TCP/IP運行庫和對無線模塊的電源管理函數，應用程序通過調用這些函數可方便地實現無線上網進行數據傳輸的功能，為了方便客戶的應用程序設計，英創(chuàng)公司還提供了典型的使用TCP/IP庫實現無線上網數據傳輸的范例程序源碼。采用英創(chuàng)的PPP TCP/IP庫函數進行TCP/IP通訊的顯著優(yōu)點是應用程序可以同時操作多個數據連接以應對復雜的網絡情況，另一方面可降低無線模塊的成本。ETR186模塊的外形尺寸僅僅64mm×46mm，很容易嵌入各種用戶機箱。ETR186可滿足基本的數據存儲需求。
(2) GPRS/CDMA通訊模塊。對于使用GPRS方式的客戶，我們推薦使用Siemens MC39i模塊。
(3) GPRS集抄單元功能底板。這是一塊針對客戶機箱具體尺寸而設計適配底板，ETR186嵌入式網絡模塊和MC39i GPRS通訊模塊均安裝在該功能底板上，同時該底板引出了各種外接接口，如RS485接口、GPIO等等，RS485接口還可提供光電隔離等常規(guī)保護。功能底板可由客戶自行設計，也可以委托英創(chuàng)公司代為設計。
圖1是英創(chuàng)為不同客戶設計的功能底板以及所構成的集抄電路單元：
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DB-1功能底板 |
系統組成：ETR186 + MC39i + DB-1 |
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DB-2功能底板 |
系統組成：ETR186 + MC39i + DB-2 |
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DB-3功能底板 |
系統組成：ETR186 + MC39i + DB-3 |
圖1 幾種典型集抄電路單元硬件方案
其中DB-1所構成的系統是一種直接嵌入現有多功能數字表的方案，與電表的邏輯關系如圖2所示。由于直接與電表的RS485相連，所以不需要光電隔離。
圖2 集抄電路單元嵌入到現有的電表中
圖1中的DB-2、DB-3是兩種與機箱、電源獨立構成的集抄電路單元，其RS485通常都帶有光電隔離，可支持單表或多表的采集。對需要大量本地數據保存要求的應用，可選用ETR232i+DOC2000電子盤。
圖3 獨立集抄電路單元通過RS485與電表相連
軟件設計方案
在本方案中英創(chuàng)提供的GPRS集抄單元應用程序的框架主要以事件驅動機制為特色，核心是通過對一個簡單的任務命令隊列進行操作，來實現相應不同的應用程序功能，其中包括GPRS上網鏈路自動管理、GPRS網絡數據處理、645規(guī)約鏈路層數據處理，從而實現了作為GPRS電表集抄單元一方面能夠穩(wěn)定可靠地發(fā)送指令和數據到遠端的數據中心及電能表，同時也能夠穩(wěn)定可靠地接收到遠端的數據中心及電能表的指令和數據。
對于選用了該方案的客戶，還需要根據電能表的類型對電能表數據數據進行645規(guī)約類型相應的協議轉換，在英創(chuàng)提供的程序代碼中實現只是645規(guī)約鏈路層數據收發(fā)，客戶可以直接在此框架的基礎上做這部分工作，從而大大節(jié)省應用程序的開發(fā)時間，同時又保證應用程序的高穩(wěn)定性。
本方案的典型流程框圖：
圖4 應用程序主流程
此框架結構的主要特點是各個功能模塊都是按照無阻塞模式運行，整個程序在運行個過程中，特別典型的是一些交互的式通訊處理中，處理程序一旦需要等待對端的響應時，該功能模塊記則下當前的狀態(tài)，并及時返回系統，讓系統控制可以進行其他的處理，等下次再進入該功能模塊時，程序可根據當前狀態(tài)繼續(xù)相應的處理，這就是所謂的狀態(tài)機機制。在本方案中對于GPRS鏈路層的自動管理、與遠端數據中心TCP網絡連接的自動建立以及645鏈路層數據的收發(fā)都是采用有限狀態(tài)機的機制來實現。這樣系統程序就不會阻塞在某個處理之中，從而提高整個系統實時響應的能力，降低總的系統開銷。
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