1、 本科毕业设计 (论文 ) ( 届 ) 基于 GPRS 技术的电力电网参数测试系统 软件部分 Electricity grid based on GPRS technology parameters testing system- software components 所在学院 电子信息学院 专业班级 电子信息 工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完 成日期 年 月 日 摘 要 GPRS 全称为“ General Packet Radio Service” ,即通用无线分组业务。 GPRS是在现有 GSM 系统上发展出来的一种新的承载业务 ,其目的在于为 GSM 用户提供分组形式的数据业务
2、。 GPRS 允许客户在端对端分组转移模式下接收和发送数据，而不再需要利用电路交换模式的网络资源，从而提供了一种高效而低成本的无线分组数据业务。该业务特别适用于突发性、间断的和频繁的、少量的数据传输。 基于 GPRS 技术的电力电网参数测试系 统是把 GPRS 和远程监测技术融合一起的监控系统。 GPRS 技术通过中国移动、联通、电信通信在全国的普及性，基本上解决了监测系统在地域上的限制。该系统将电网参数采集模块与 GPRS 通信控制模块相结合，实现对包括电压、电流等电网参数的远程监测、分析和记录，得出评价电能质量的各项指标。电压终端设备使电压经过互感器降压之后再进行分压整流，通过 A/D 模
3、数转换芯片 C0832 实时采集电压信号，单片机STC89C52RC 处理采集到的电压数据经过计算后将数据结果显示在液晶屏上，并将数据通过 GPRS 模块发送到接收终端。 关键词： GPRS；单片机；电力电网。 Abstract GPRS called General Packet Radio Service. GPRS is a new development on the existing GSM system bearer service, with the aim of grouping form of data services for GSM subscribers. GPRS a
4、llows customers to receive and send data in the end-to-end packet transfer mode, and no longer need to use the circuit-switched mode of network resources, thus providing an efficient, low-cost wireless packet data services. The business, especially applies to a sudden, intermittent, and frequent, sm
5、all amounts of data transfer. GPRS technology based power grid parameter test system is the GPRS and remote monitoring technology to merge the monitoring system. GPRS technology by China Mobile, Unicom, telegraphic communication in national popularity, basically solved the monitoring system in the g
6、eographical constraints. The system will power parameter acquisition module and GPRS communication control module combination of voltage, current, power parameter monitoring, analyzing and recording, the evaluation of power quality indices. Voltage terminal voltage by transformer step-down after par
7、tial pressure rectifier, through A/D conversion chip C0832 real-time acquisition voltage signal, chip STC89C52RC process the collected voltage data calculated after the data results are displayed on the LCD screen, and data through the GPRS module is sent to the receiving terminal. Key Words： GPRS;
8、Single chip microcomputer; Electricity grid. 目 录 1 引言 . 1 1.1 基于 GPRS 技 术的电网参数监测系统的发展概况 . 1 1.1.1 电网参数远程监测系统发展现状 . 1 1.1.2 国内外电力电网参数远程监测系统的应用 . 2 1.2 选题的目的及其意义 . 3 1.2.1 课题构成 . 3 1.2.2 课题研究的目的、意义及其市 场前景分析 . 3 1.3 论文的任务、设计内容及技术路线 . 4 1.3.1 论文的任务 . 4 1.3.2 设计内容 . 4 1.3.3 技术路线 . 4 2 总体设计 . 5 3 硬件设计 . 6
9、 3.1 信号采集模块 . 6 3.2 单片机主控中心模块 . 8 3.2 串口通信电路 . 12 3.4 LCD 显示模块 . 13 3.4.1 1602LCD 的基本参数 . 13 3.4.2 1602LCD 接线图 . 13 3.5 GPRS 通信模块模块 . 14 3.5.1 GPRS DTU 简介 . 14 3.5.2 GPRS DTU 的选择 . 15 3.6 本章小结 . 16 4 软件设计 . 17 4.1 主程序设计 . 17 4.2 初始化程序设计 . 18 4.3 A/D 采样程序设计 . 18 4.4 数据处理程序设计 . 21 4.5 串口调试程序设计 . 22 4.
10、6 LCD 液晶显示程序设计 . 23 4.7 GPRS 通信模块程序设计 . 24 4.7.1 TCP/IP 协议 . 24 4.7.2 GPRS 无线通信模块的联网编程 . 24 4.7.3 GPRS 无线通信模块的组网通信流程 . 27 4.7.4 GPRS 无线通信模块收发 参数信号流程设计 . 28 4.8 本章小结 . 29 6 制作和调试 . 30 6.1 调式过程 . 30 6.2 实验结果 . 32 6.3 本章小结 . 33 7 结 论 . 34 致 谢 . 35 参考文献 . 36 附录 1 系统实物图 . 37 附录 2 实验原理图 . 38 附录 3 A/D 采样程序
11、代码 . 39 附录 4 串口调试程序代码 . 43 附录 5 单片机处理程序代码 . 46 附录 6 LCD 液晶显示程序代码 . 51 附录 7 GPRS 通信程序代码 . 55 1 引言 随着 社会 的 发展和 科学技术的飞速发展， 公用通信网的网络质量、可靠性和运行水平都得到了很大的提高 。伴随着计算机网络化、信息化技术和电子通信技术发展的步伐，结合多学科技术的测 量和仪表技术也发生了同新月异的变化。从早期的以模拟量测量技术为主，到 20 世纪 50 年代初期数字式仪表代替模拟式仪表，再到 20 世纪 80 年代各学科技术界线越来越模糊造成测量系统由集中模式向分布模式转变而使测控系统具
12、有了智能化功能，测量和仪表技术大致经历了早、中、近三个时期早期以模拟量测量为主的仪表中的典型代表是一些如电压表、电流表等模拟表； 20 世纪 50 年代至 70 年代测量和仪表技术步入中期阶段，数字式仪表就取代了模拟式仪表，成为这一时期仪表的典型代表；测量和仪表技术近期时代是从 20 世纪 80 年代中期开始的，主要是集成 电路技术的发展，再加上各学科技术如计算机技术、通信技术等互相结合，使得各学科之间的界限越来越模糊，测量和仪表技术与各种技术互相渗透，进入迅猛发展时期，在测量精度、准确度、自动化等方面有了大的突破。 1.1 基于 GPRS 技术的电网参数监测系统的发展概况 1.1.1 电网参
13、数远程监测系统发展现状 能源系统正日益成为支撑经济社会发展最重要的基础之一，电力在现代能源系统中的地位也越来越突出。随着经济社会的进一步发展，世界各国对电力的需求不断增长，用电量平均增速始终快于一次能源消费量。电力电网监测系统也是日趋完善。目前将 GPRS 无线传输技术应用于工业远程监控系统的数据传输是比较热门的研究课题。采用 GPRS-Internet 通信网络，使工业远程监控系统的监控空间延伸到了公用通信网络和 Internet，在保证系统实时性、可靠性的同时降低了系统的开发成本以及运营费用。 现如今，通信无线分组业务（ GPRS）网络的通信技术已经成熟，覆盖面又广，利用 GPRS 无线通
14、信方式来实现远程电网综合参数的实时采集，无疑是对现有资源的最大利用。 GPRS 最大的特点 是 真正实现数据的远程无线传输，它在应用上具有高速数据传输 (相对于 GSM)、永远在线等特点 ，可以即时传输电力线各种监测数据。 最重要的是 GPRS 网络是由移动运营商调控系统，可以节省数不胜数的导线材料及人工费用，达到环保、节能、资源最大共享的最终目的，而且免除了网络的日常修改和维护工作，最大限度的节省了投资。 1.1.2 国内外 电力电网参数远程监测系统 的应用 电力系统覆盖范围广、配电变压器节点多、电力网络线路极其复杂 ， 而我国的电力系统自动化管理水平却不高。随着科学技术的发展 ,电力系统管
15、理自动化成为必然的趋势 。基于此， GPRS 远程电力电网参数监测系统以其快速、实时、经济的特点应运而生。基于 GPRS 技术 的电网参数监测系统在生活中开始得到广泛的应用。 北京移动与北京夜景照明管理部门合作，建立了基于 GPRS 的夜景照明管理系统 (LMAS)，实现了对夜景照明的远程并制，以及对夜景照明系统设备的远程实时监控和集中管理，从而降低了新建夜景照明系统的网络投资和建设周期。胜利油田厂于 2002 年利用 GPRS 对配电网进行了自动化技术改造，有效改善了供电质量，提高了供电可靠性，对线路的运行实现实时监测，达到快速排除线路故障，降低运行费用，提高经济效益，减少劳动强度，实现了电
16、网的自动、优化、高效运行的目的。西南交通大学电气工程学院 和铁道部第二勘察设计院电气化设计处在当前铁道监控系统中对监控图像清晰度要求不高和 GPRS 网传输速度低的前提下，对利用 GPRS 在铁路系统中进行图像、视频传输做了实验研究，采取了一定的打包传送策略和图像格式转换和压缩技术，实验达到了设计目标并取得了较好的实验结果。 国内诸多例子数不胜数，而在国外，电网参数远程监测系统也在各部门得到广泛的应用。意大利 Pirelli.Ambiente Tecnologia SPA 公司开发的基于 GPRS 的空气质量监控系统，对大范围内的国上环境进行监控来获得实际的空气质量等级以保障公众 身体健康。荷
17、兰 2004 年完成的移动健康工程，通过在病人身上放置一个移动的传感部件实时采集病人的健康状况数值并通过 GPRS 方式发送到监控中心，使医务人员可以随时随地查看到病人的健康情况，以预防突发疾病和及早做出治疗。 1.2 选题的目的及其意义 1.2.1 课题构成 电力电网参数监测系统是电站系统的一个关键部分，起着重要的作用，同时也是保证电站系统供电品质的一个重要手段。 此次基于 GPRS 技术的电力电网参数监测系统将电压控制在测量市电的范围内。此系统总体上分为：电网参数采集模块、 GPRS 通信控制模块和电力参数实 时监控、管理信息系统。 系统可实现的主要功能为： 将电网参数采集模块采集到的数据
18、通过 GPRS 模块和软件控制程序实时的发送到监控计算机上，从而达到对电网参数进行实时监测的目的 。 1.2.2 课题研究的目的、意义及其市场前景分析 随着经济技术的发展，电力设施在工农业生产中的作用愈发重要，电力系统正面临着前所未有的挑战。伴随的电力设施的维护、管理也成为了一项重要的工作。电力环境的电流、电压、有功、无功和频率等参数是供电管理的一项重要内容 ,也是电能质量的主要指标之一。本课题研究和开发的目的就是为了对电网的各环境 参数进行在线监测，确保电网供电设施可靠运行、电能充分利用和电网高效、安全运营。 该系统的研发，是一种移动数据通信技术的应用，其现实意义是很明显的： GPRS 网络
19、的商业运营，开辟了移动数据业务的新局面。 为电力部门供配电系统的设计提供了更为有效、经济的通信链路，使得管理的自动化、网络化进程步入商业化运营阶段。 从测控学科的发展角度来说，它极大的延伸了测控手段的空间，为遥感、遥测、遥控打开了一扇应用大门，而不再是实验室的“珍藏品”。得益于微处理器技术飞速发展并与移动通信技术的结合，使网络化测量、控制进入空 前发展的产品化阶段，有力得推动了测控学科的发展。 1.3 论文的任务、设计内容及技术路线 1.3.1 论文的任务 本论文的任务是开发设计一个数据采集、无线网络通信、数据集中管理系统。由此也可以看出此次设计的主要工作也就在这三个方面的设计与实现上。电压经
20、过分压整流降压处理，通过 A/D 模数转换芯片 C0832 实时采集电压信号，单片机 STC89C52RC处理采集到的电压数据经过计算后将数据结果显示在液晶屏上，并将数据通过 GPRS 模块 CE0682 发送到接收终端。 1.3.2 设计内容 该课题的设计内容分为硬件设计和软件设 计两大部分，本论文主要针对软件设计部分。具体功能模块有 :数据采集模块，单片机处理模块、 GPRS 信号接收和发送模块。 1.3.3 技术路线 总体方案确定 硬件电路原理图设计 软件设计 软件仿真 软件、硬件安装调试 整机试运行。 2 总体设计 电力电网参数测试系统 由单片机构成主控部分，进行主要的信息处理，接收外
21、部操作指令形成各种控制信号，并完成对于各种信息的记录；接口电路提供单片机与 GPRS 模块和 A/D 数据采集模块 的接口。 （见图 2-1） 电压 电压电流 电流 取样 图 2-1 系统原理框图 本文所设计的电网参数远程监测系统所要实现的功能为监测计算机实时接收 GPRS 模块发送来的电压、电流等电网参数，达到监测的目的。电压、电流经过互感器之后分压处理，经 A/DC0832 采集数据将数据传送给单片机STC89C52RC 处理，单片机处理后将数据传送给 GPRS 通信模块并显示在 LCD液晶屏上，最后 GPRS 通信模块通过 GPRS 网络将数据发送到监测计算机。 互感器 信号采集 单片机 GPRS 通信模块 监测计算机 LCD
