基于单片机STC12C2052AD和MAX202实现无线智能抄表系统的设计

随着电力市场的发展，尤其是小区﹑学校以及企事业等单位的不断增加，人工抄表显得十分繁琐，而基于无线传感器网络的抄表系统又由于其昂贵的费用而得不到广泛的应用。为解决抄表的问题，本文设计的基于GSM的无线智能抄表系统，充分利用了GSM网络覆盖面广﹑抗干扰能力强等特点，不但解决了人工抄表的效率低和实时性差的问题，而且大大降低了抄表过程中的通信费用。

1 基于GSM的抄表系统的结构

基于GSM的抄表系统由上位机﹑下位机和智能表三部分组成，如图1所示。上位机通过MAX202控制G100短信模块与各下位机进行通信，下位机中的单片机STC12C2052AD通过RS-485与智能表模块进行通信，采集电表中存储的数据，然后再通过G100短信模块以短消息的形式将数据发回给上位机管理系统，最后在上位机管理软件上显示抄表数据。

2 上位机管理系统

上位机管理系统包括上位机和G100短信模块。上位机通过采用VC++编程的上位机管理软件发出控制指令，再利用G100短信通信模块将指令以短消息的形式发送给指定的下位机，同时，G100短信模块还可以接收下位机通信模块回馈的抄表信息，将抄表数据显示在上位机上。上位机发出的控制指令包括抄表﹑购电﹑巡检﹑报警设置﹑读电表状态﹑数据清零﹑送电和断电，让系统管理员可以有效控制每个电表的工作状态［4］。上位机管理软件监控界面如图2所示。

3 下位机系统结构

3.1 下位机总体硬件结构

下位机的硬件由STC12C2052AD﹑G100﹑74HC4053D﹑VP3082和EL817等构成［5］。当管理中心发送一条控制指令给下位机的时候，下位机通信模块的信号灯会出现闪烁，并将接收到的指令送入MCU，MCU再处理读入的指令数据，根据相应的指令通过RS-485接口读取智能表的数据，并将数据返回给上位机管理系统［6］。这样，系统管理员无需出门，就可以在上位机管理中心得到所想要的数据，且整个过程耗时不足10 s，具有高效性和实时性。G100模块和下位机之间通过EL817隔离，可以有效避免电路中的干扰。硬件电路原理如图3所示。

3.2 单片机结构和性能

下位机系统选用的单片机是宏晶科技生产的STC12C2052AD，相比8051单片机，其速度要快12倍。使用低频晶振，工作频率35 MHz相当于8051单片机420 MHz的工作频率，可以大幅度降低EMI，具有加密型强、无法解密、抗干扰性强和超低功耗等优点。单片机采用全双工异步串行口和先进的RISC精简指令集结构，且兼容普通8051指令集。此外，它具有5 KB片内Flash程序存储器，擦写次数在10万次以上。

3.3 GSM模块功能介绍

下位机和上位机通信用的GSM模块为北京捷麦公司生产的G100短信模块，相比其他通信模块，G100模块具有以下优点：

（1）不必关心AT指令集，所有与AT有关的操作均有模块内部完成；

（2）具有格式和透明传输两种数据传输方式；

（3）完全独立开发，在使用或客户二次开发的过程中能提供良好的技术支持；

（4）支持总线式的被动传输数据方式；

（5）具有省电和正常两种工作方式；

（6）具有4 B密码，可使模块免受广告和通知等数据干扰。

G100模块自带RS232﹑RS485和TTL3种接口，可以方便地与PC机和单片机进行连机通信，可以快速﹑安全﹑可靠地实现系统方案中的短消息服务。工作电压范围为7~14 V，与上位机的连接方式如图4所示。

基于GSM的无线智能抄表系统通过短消息进行通信，通信费用低廉，且维护方便。目前，GSM网络已经覆盖全国，且传输距离远，数据传输可靠性高，这大大增强了基于GSM的抄表系统的性能。由于GSM网络在全国范围内实现了联网和漫游，用户无需另外组网，在提高网络覆盖范围的同时，也节省了建网费用和维护费用。相比其他抄表系统，基于GSM的无线智能抄表系统成本低、可靠性强，具有一定的经济效益。

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