传统的抄表收费方式存在许多弊端，如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等，已不适应现代物业管理的需要。由于无线通信技术的发展，完全可以构建远程无线抄表系统。GPRS网络的工业化应用解决了电力系统对智能抄表控制系统的通信需求，相比于传统的专用网络，其覆盖性和成本更加适合于工业应用。利用GPRS构建无线抄表系统，实时性强、能及时采集数据、可以远程控制，并且由于是利用GPRS公网的平台，因而只需用户安装终端模块，无需专门布线即可实现投资小、收益大、抄表范围广，并且系统传输容量大、速率高、费用低。

1．系统概述

    无线抄表系统有两种抄表模式，一种是主动抄表，即下层模块定时采集电表数据，发送到服务器。另一种是被动抄表，即服务器接收到抄表命令时，通过无线方式向下层模块发送抄表指令。下层模块接收到指令后通过485总线采集电表的数据，将数据打包后通过无线通讯芯片发送出去。服务器收到数据后，将数据解包，发送给抄表中心。本系统被动抄表方式。

    本系统是一种利用nRF401实现数据收发，并通过武汉兰瑞公司LR100控制处理模块进行数据传输和处理无线抄表系统。系统由多功能电表、nRF401、武汉兰瑞公司LR100和服务器端组成。该系统通过nRF401建立了GPRS无线通信链路，进行基于TCP/IP的数据传输，实现IP地址设定、电表数据无线抄读和定时存储、远程I/O端口控制、报警通知、停电数据保护、自动重启、三相供电等功能。无线收发芯片nRF401接收服务器端发来的指令，经过LR100校验分析，将相关的查询指令通过RS485总线传送给电表，电表接收到查询指令后，返回相关信息，经LR100分析校验及相应的处理后，经nRF401发送回送到服务器端。系统的组成框图如图1所示。

2．系统的硬件介绍

    2．1  nRF401

    nRF401是近两年比较流行的、应用比较广泛的一种无线收发芯片，由北欧的NORDIC公司设计推出。该芯片采用蓝牙核心技术设计，是一个为433MHzISM频段设计的真正单片UHF无线收发芯片，它采用FSK调制解调技术，最高工作速率可以达到20K，发射功率可以调整， 最大发射功率是+10dBm。天线接口设计为差分天线，便于使用低成本的PCB天线。该芯片具有待机模式，可以更省电和高效。nRF401的工作电压范围为2．7V～5．25V，发射电流约为8mA～18mA(—10dB输出)，接收电流约为10mA，待机电流为8μA。

    2．2  LR100 模块

    LR100模块实现对数据的有限透明传输和电表的智能控制，模块接收服务器端通过数据传输模块到达的数据，经过分析，查询指令经RS485接口传输给电表，控制指令通过控制I/O对电表智能控制。电表接收到查询命令后，反馈回相关信息，信息到达数据处理模块后，模块按事先配置的参数进行处理，需要回送到服务器的数据经数据传输模块传输，并根据电表反馈进行智能控制和报警处理。

    串口1：提供参数配置，通过对PC机上的配置软件进行通信对系统的参数进行配置。主要是对抄表服务器端的IP地址、端口号、通讯协议（TCP/UDP）等进行设置，以提供LR100系统软件初始化时的参数。

    串口2：提供对SIMCOM SIM100 GPRS模块的通信，通过标准的AT指令和扩展指令与模块进行通信，模块的硬件接口通过与LR100扩展电路板连接。这样实现了对SIMCOM SIM100 GPRS模块的数据（基于短信或GPRS）传输和接收。

    串口3：提供选择进行RS232/485通信，主要实现了对电表的数据通信，实现终端的数据响应。
GPIO接口： LR100提供的GPIO来实现对电表的智能控制，通过中间电路控制实现电表的报警和断电等智能处理。由于GPIO的端口充裕和简洁的程序控制实现使后续扩展更方便。

3．系统软件的实现

    3．1  数据的传输软件模块

    下层模块收到服务器发来的抄表命令，首先检查IP地址。如果IP地址不符，说明命令是发给其它模块的，则丢弃命令，继续等待。如果IP地址符合，则将上层模块发来的命令转发给，等待数据返回。如果超时则重新发送，超时三次则认为仪表故障，向上层返回异常信号。数据正常接收完毕后，模块按照与仪表的协议检验数据，如数据出现错误，则重新向仪表发送命令，如果正确则向上层发送数据，之后重新进入等待状态。其软件流程图分别如图2所示。

    3．2  数据分析模块
   
    数据分析模块是有限透明处理的中心逻辑，负责对收发数据进行判断。判断内容包括：服务器下达指令的分类－分为对电表的通用指令和智能操作的操作指令；电表上传服务器数据的分析—包括对数据情况的判别（是否需要进行智能控制）和数据的上行到服务器的处理；对短信指令的分类处理—分辨出配置指令和操作指令并进行相对应的处理。

    3．3  数据智能控制模块

    通过LR100的GPIO接口对电表进行控制，包括报警、断电等控制处理以及其他扩展处理。

    3．4  参数配置处理

    通过COM1和PC机连接，使用PC机上的配置软件对所需参数进行配置，包括：服务器端的IP地址、端口号、传输协议、打包数据长度、时延等。通过接收到的短信配置命令对参数进行配置，该模式适合于远距离作业时候的配置和处理。

    上层模块收到抄表中心的命令后，通过射频无线通讯方式向下层模块发送命令，同时开始计时。如果下层模块没有数据返回，超时后上层模块会重新发送命令。如果超过三次仍未有数据返回，则认为是下层模块工作异常，向抄表中心返回异常信号。

    3．4  服务器软件模块

    服务器收到抄表的命令后，通过射频无线通讯方式向下层模块发送命令，同时开始计时。如果下层模块没有数据返回，超时后服务器会重新发送命令。如果超过三次仍未有数据返回，则认为是下层模块工作异常，则返回异常信号。

4．结束语

    小区自动抄表系统是未来发展的必然趋势，而对于已经建成的住宅小区的家庭内自动抄表系统的改造，无线自动抄表系统具有使用方便、灵活、无需重新布线的优点，此外，一个模块可以同时连接多个电表，这样可以降低无线抄表系统成一，系统略加改造，还可以实现家庭内部的三表统一抄送，后续开发空间很大。

参考文献：

【1】Product Specification of 433MHz single chip RF transceiver nRF401 .Nordic,2003.

【2】LR100用户手册,武汉兰瑞信息技术有限公司

【3】钟章队  GPRS通用分组无线技术 【M】. 北京:人民邮电出版社，2000

【4】张常年,郭书军,左岐.计算机通信与工业控制【M】.化学工业出版社,2002

【5】孙鸣,吴珏  基于T45模块的无线抄表系统【J】,电子技术应用,2005.6:29-31