摘? 要： 介紹基于GSM短消息的電能量采集系統。探討了GSM短消息業務原理，闡述了系統的組成以及抄表采集器的通信原理和功能實現。

　　關鍵詞： 電能量采集? GSM網? 短消息

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??? 在電力用戶的用電量中，工業大用戶的用電量占整個用電量（包括居民用戶）的60％～80％。為準確、可靠地對工業大用戶用電進行計量，對電網的輸變電元件進行監測，本文根據實際情況開發了基于全球移動通信系統GSM(Global System for Mobile Communication)短消息的電能量采集系統。本系統與電力系統的管理機制相匹配，可大幅度減少管理成本，實現了抄表數據和電網運行狀態及時準確的采集、傳輸和處理。本文對系統的組成以及抄表采集器的通信原理和功能實現進行詳細的介紹。

1 GSM及其移動短消息業務

　　GSM系統是目前基于時分多址技術的移動通信中比較成熟、完善，且應用最廣泛的一種系統。目前已建成的覆蓋全國的GSM數字蜂窩移動通信網是我國公眾移動通信網的主要方式。

　　GSM短消息是移動通信部門利用GSM網絡在提供電路交換的各種電信業務和承載業務之外提供的基于數據分組交換的一項增值業務。SMS以數字蜂窩終端發送和接收字母數字消息的功能為基礎，使用SS7信令信道來傳輸數據分組，在無業務信道呼叫時使用獨立專用控制信道(SDCCH)，有業務信道呼叫時使用慢伴隨控制信道(SACCH)。因此允許用戶在做一個話音或數據呼叫的同時接收一個文本消息。同時，SMS是目前GSM網內惟一采用分組方式的數據業務，一個活躍移動臺能夠在任何時候發送和接收一個短消息的傳輸協議數據單元(TPDU)，不管當時業務信道上是否有正在進行的話音和數據呼叫。值得一提的是GSM短消息的傳遞是有保證的，即使一個目的蜂窩終端不可達(比如關機或不在服務區內)，網絡也會保留發給它的消息并當該蜂窩終端重新出現在網絡中時傳遞。短消息可以傳送的最大消息長度為140字節或160個字母數字。

2?GSM短消息的電能量采集系統

　　基于GSM短消息的電能量采集系統由電業局局端抄表計算機、GSM采集器、智能電能表三部分組成。分為二層結構：上層（局端抄表計算機與采集器之間）數據通信采用星型網絡，局端抄表計算機、GSM采集器的微處理器都裝有GSM模塊，通過GSM網絡收發短消息，完成局端抄表計算機和GSM采集器的通信；底層（采集器與智能電能表之間）數據通信采用總線結構，采集器通過RS485總線按照國家頒布的《多功能電能表通信規約》所規定的抄表協議與智能電能表以總線方式進行通信,實現抄表數據的傳輸。系統結構框圖如圖1所示。

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　　本系統無線通信工具采用西門子公司的TC35i GSM模塊。TC35i模塊是一個達到工業級標準的完整GSM Modem：擁有EGSM900/GSM1800雙頻段功能，支持數字、語音、短消息以及傳真業務，有較寬的電壓輸入范圍，提供LED網絡信號指示以及簡便的串行接口，小巧的外形易于集成。抄表系統通過移動終端的電話號碼為采集器分配惟一地址，將抄表命令和數據打包成PDU數據包，通過TC35i收發短消息進行通信，建立無線抄表通信網絡，為抄表采集器和抄表計算機提供一個網絡化通信接口，從根本上解決了因變電站分布廣、距離遠而難以組網的難題，實現了數據的遠程雙向傳輸。

3?? GSM采集器

3.1 GSM采集器的主要功能

　?。?）抄表功能：根據收到的抄表命令抄取三相多功能電能表的數據，并在每天凌晨抄取日末累計電量。

　?。?）執行用電監察功能：對失壓、斷相、逆相序以及用電異常等事件進行實時監察。

　?。?）短消息數據處理：解析收到的局端抄表計算機的抄表消息，并將抄表所得的數據進行標準GSM7位編碼，使之成為可以發送的PDU短消息數據包。

　　（4）通過TC35i和局端抄表計算機通信，接收抄表、對時信息；向局端抄表計算機發送抄表數據和報警信息。

3.2 GSM采集器的構成

　　GSM采集器的核心部分是它的主控制板，結構如圖2所示。

　　主控制板由89C51作為主控芯片，通過單片機自身的串口和485總線相連，完成抄收電能表數據的任務；外接128KB的Flash閃存（29C010）存儲抄表數據；通過16C550作為串口擴展電路和TC35i通信實現短消息的收發；時鐘電路為系統提供實時時鐘；而顯示電路用來顯示采集器當前的狀態；同時，系統通過對89C51進行軟件編程實現智能控制。

4? TC35i和單片機的通信

4.1 通信初始化

　　TC35i有標準的RS-232接口，通信接口為標準異步RS-232全雙工方式，通信字格式采用TC35i支持的10位編碼格式：1位停止位，8位數據位，無校驗，波特率為9 600bps；幀格式采用標準的AT命令結構：幀頭(固定為AT)+指令(參考AT指令集)+結束標志(固定為)。在串口通信過程中，每發出一條AT命令后都必須等待Modem的響應，若在Modem響應之前發出下一條AT命令，則后一條命令不會被執行。所以，單片機必須在發下一條AT命令前檢測上一條命令的執行結果，或者等待足夠長的時間(試驗證明1秒的等待是必須的)后再發新的AT命令。

　　TC35i同時支持文本(Text Mode)和PDU(Protocol Description Unit)二種方式發送和接收SMS短信息。在此，選擇其中的PDU模式，它可以使用任何編碼方式，適合抄表數據的傳輸。TC35i中設定短消息模式的AT命令為AT+CMGF=0(當設定AT+CMGF=1時，TC35i將按照文本模式識別短消息）。

4.2 短消息的接收和存儲

　　由于短消息在傳輸過程中有時延，所以短消息的到達時間是不確定的。因此必須設定短消息到達提示命令，并定時檢測，這樣可以通過在TC35i上電時對其進行初始化實現。設定短消息到達自動提示的AT命令為AT+CNMI=3，1，0，2。當短消息到達時會收到+CMTI：“SM”，n的提示消息，其中+CMTI:為提示信息的幀頭，"SM"表示短消息的存儲區域為SIM卡存儲區，n為新到的短消息在指定存儲區的存儲序號，可以根據序號到給定的存儲區將短消息讀出來。

　　為了在有限的空間存儲更多的有效信息，TC35i為短消息提供了3個存儲區域，每個區域都可以存儲20條短消息，并可以指定短消息存儲地址的優先級。將接收到的短消息存儲到SIM卡可節省Modem內部尋址時間，這是最快的存儲方式。所以在保證收到的短消息及時處理的條件下，將接收到的短消息優先存儲到SIM卡中，提高了采集器讀短消息的速度。

4.3 短消息有效數據的獲取

　　獲得新到短消息的內容是通過讀新消息完成的。對于不同的存儲區域應該采取不同的讀命令，讀存儲在SIM卡中的短消息的AT命令為：AT+CMGL=0。當SIM卡中沒有新的短消息時，Modem只返回OK；SIM卡中有新的短消息時，Modem在短消息設定為PDU模式時按以下格式返回新短消息：

　　第1條未讀的短消息（識別短消息頭字節+短消息體）

　　……

　　第N條未讀的短消息（識別短消息頭字節+短消息體）

　　OK

　　其中短消息頭字節采用的格式為：+CMGL：n，0，，len，n表示本條短消息在SIM卡短消息存儲區中的存儲序號，0表示本條短消息目前處于首次被讀的狀態，len表示短消息長度；短消息體為具體的短消息內容，是所需的有效數據。

4.4 短消息的刪除

　　TC35i中采用填空的方式存儲新收到的短消息，它總是將收到的短消息放在最小的存儲序號位置，當所有的存儲區被填滿時，將不再接收新的短消息，所以經過處理的短消息要及時刪除。刪除短消息的AT命令為：AT+CMGD=n，其中n表示將要刪除的短消息的序號。

????值得注意的是：AT命令以及它的響應字符都是ASCII碼，而PDU數據包都采用國際通用的標準GSM7位編碼[1]，進行數據處理時必須進行相應的編碼和解碼。

5? 結束語

　　本文開發的基于GSM短消息的電能量采集系統已在湖南益陽電業局進行了試運行。實踐證明，本系統完全可以滿足數據傳輸在數據量、通信質量、實時性等方面的要求，實現了全局數據共享，適應了大電力客戶的電能量采集以及電網監控的需要。同時，對于電力大客戶這種數據傳輸量較小的應用具有良好的經濟效益。