基于GPRS通信和uC/OS-ii的网络电能表设计

状态等。

2. 2. 6 三相电能表

三相电能表实现电能量及电压电流等数据的采集与计算。它与MPU 通过一个串行口连接， 通信规约满足DT / L645 协议， 模块定时抄读三相表数据， 包括电量、需量、电压、电流等实时数据， 并将抄读到的数据进行转换和存储， 以满足主站对模块的访问要求。

3 软件设计

3. 1 总体架构

软件设计基于uC/ OS-ii嵌入式操作系统的多任务设计， 整体架构如图2 所示。

图2总体架构框图

系统软件包括： 主任务、上行任务、下行任务、模拟串口任务、事件处理任务和控制处理任务。

3. 1. 1 主任务

实现全局变量初始化， 硬件环境初始化， 信号量和消息队列的建立、其他任务的创建和启动、键盘扫描、系统时间和定时处理、复位处理等功能。

3. 1. 2 上行任务

上行任务实现GPRS 通信链路的建立、维护及与主站的数据交换， 包括链路维护、数据收发、协议解析等功能。

3. 1. 3 下行任务

实现对基表数据定时抄读、数据处理、数据存储、数据的转发等功能。

3. 1. 4 模拟串口管理任务

由于系统必须实现上行通信端口、下行通信端口、RS 485 通信端口、RS 232 通信端口和红外通信端口5 个串行通信口， 而LPC2138 内部只有两个串行口， 所以必须对串口进行扩展。在此， 用软件来模拟串口通信， 以实现串口扩展。建立一个模拟串口管理任务， 专门管理下行抄表模拟串口、红外通信模拟串口和调试模拟串口。

3. 1. 5 事件处理任务

事件处理任务处理系统发生的各类事件， 包括事件记录、事件上报等。

3. 1. 6 控制任务

控制任务执行一些控制操作， 包括预购电控制、保电控制、告警控制等。

3. 1. 7 任务间的通信

任务与任务之间数据传递通过消息发送和接收来实现， 消息结构为：

消息传递函数定义为：

3. 2 软件模块实现流程

软件采用模块化设计， 每个任务包含不同的功能模块， 由于系统包含模块较多， 在此只给出主任务模块流程图及上行任务中的GPRS 链路维护模块流程图。

3. 2. 1 主任务流程

主任务程序流程如图3 所示。

图3 主程序流程图

3. 2. 2 GPRS 链路维护流程

上行任务中的链路维护模块包括： GPRS 网络登陆、链路状态检测以及心跳维护等。其中， GPRS 网络登陆程序流程如图4 所示。在GPRS 通信链路建立后，如果长时间无数据传输， 则GPRS 网络连接将被断开，所以必须在一定时间间隔内发一个心跳帧至主站， 确认主站应答后说明链路状态正常。不同品牌GPRS 模块的AT 指令集不同， 因此在编程前须熟悉相关GPRS 模块的指令集， 以实现链路的建立和维护。

图4 GPRS 链路维护流程图

4 结 语

介绍了GPRS 网络电能表的功能和GPRS 无线通信模块的软硬件设计， 它是对GPRS 网络电能表开发项目的总结。系统软件移植了C/ OS嵌入式操作系统， 采用多任务设计， 提高了系统的实时性， 对实现远程无线抄表具有积极意义， 设计的产品已在国家电网公司成功应用， 且运行稳定， 应用效果良好。