电力系统通信技术结课论文 doc

GPRS 技术在电力系统中的应用

摘 要：

随着电力系统自动化要求的不断提高和移动通信技术的不断发展，GPRS应用在电力系统中越来越呈现出良好的前景。本文阐述了GPRS技术的基本原理，分析了GPRS技术在电力系统中应用的优势。在此基础上，构建了基于GPRS技术的电力系统无线数据传输系统，并介绍了此系统的总体结构。本系统基于单片机W77E58和GPRS模块GR47为主体进行硬件设计，采用C51和VC进行软件开发。文章详细阐述了系统的硬件结构和软件流程。本设计构建的GPRS传输系统具有安全、可靠、成本低等特点。

关键词： GPRS；硬件系统；软件流程

1 GPRS技术简介

随着无线通信技术的不断提高，利用移动运营商提供的无线网络实现电网数据采集和监控S C A D A ，是电力系统现代化的一个重要发展方向。GPRS 通信技术具有技术成熟、覆盖面广、无盲区等特点，利用其实现电力系统数据的无线传输，不仅可以节省数据传输网络的投资，还可以不受地域的限制，数据传输安全可靠。GPRS是通用分组无线业务(General Packet RadioService)的英文简称，是一种基于GSM系统的无线分组交换技术。它提供端到端的、广域的无线IP 连接。

GPRS的特点和技术优势表现在如下几个方面： (1)高速率

GPRS能够同时利用一个无线信道的全部8个时隙，理论上的最高速率能够达到171．2 kbit／s。虽然运营者一般不可能分配所有的时隙给数据服务，而与现有的电路交换数据服务(9．6 kbit／s)和短消息服务(每次小于160字符)相比，仍然具有很大的优越性(实际应用带宽大致为40～100 kbit／s)，并且GPRS能够根据数据通信量进行计费，而不是像电路交换数据服务那样按连接时长进行计费，用户就可以得到更多的实惠。

(2)永远在线

每当用户要发送或者接收信息时，只要能够得到无线信道，GPRS就能够立刻建立连接。实际上，虽然GPRS并不预留信道，而用户总是处于“一直在线”状态，用户不再需要使用电路交换数据服务中必须的拨号Modem来建立费时的连接。

(3)费用低廉

GPRS通常按照流量计费，客户可以一直在线，按照接收和发送数据包的数据来付费用；没有数据流量的传递时，客户即使挂在网上，也不用付费。按照中国移动制定的资费标准，GPRS数据传送1 K数据只需要1 min的费用；而且中国移动对GPRS漫游不另收取费用，这对野外施工、长途运等行业使用该技术传送数据非常有利。

(4)快捷登录

GPRS的用户一开机，就始终连接在GPRS网络上，每次使用时只需一个激活的过程，一般只需1～3 s便能即刻登录至互联网或专用网络。 2 系统总体结构

本文提出一种以GPRS无线网络和 Internet为通信通道的电力数据无线系统，该系统总体结构如图1：

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场站数据端INTERNETGPRS接入客户端通信服务器

图1 系统总体结构

本系统由三部分组成：厂站数据端、GPRS 网络部分、客户端。

（1）厂站数据端完成电力数据的采集和GPRS发送，由数据采集模块、单片机、GPRS 通信模块等组成。GPRS模块以GPRS网络和互联网为传输通道，实现和客户端前置机的实时通信。由于客户端拥有固定IP 地址，故采用GPRS模块主动向客户端前置机请求建立TCP连接的方式，当它们连接好后，即可交换分组数据。

（2）GPRS 网络部分完成数据的传输功能，实现存储并转发GPRS终端和客户端前置机双方的数据。在Internet上设置一个通信服务器，通过建立虚拟连接技术，中转客户端前置机与终端设备之间的通信。通信服务器设有专用防火墙，保证系统的数据安全，并具有通道检测功能。GPRS网络部分的服务功能由移动运营商提供。

（3）客户端负责从Internet 上接收厂站数据端发送过来的电力数据，并进行存储、分析、处理。客户端可以通过任意方式使用固定IP 登陆Internet。客户端也可以向厂站端发出查询命令或者控制命令。命令通过GPRS网络发送到GPRS模块中，再由模块传送给单片机做相应的处理。 3 厂站端设计

3.1 厂站端硬件结构

厂站端硬件结构如图2，由单片机（W77E58）、GPRS 模块（GR47）、SIM 卡座、RS232 接口、扩展数据存储器等部分组成。单片机作为核心控制部分，控制GPRS模块通过GPRS网络接收和发送信息，通过标准RS232 串口和外部控制器（数据采集端）进、行数据通信，完成数据的转发。数据传输终端和数据采集端的数据可以双向流动。

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GPRS模块W77E58SIM卡座扩展数据存储器RS232接口电路数据采集端

图2 厂站端硬件结构

核心控制芯片选用WinBond公司生产的高速增强型51 系列单片机W77E58，它内含4 个8 位I/O口、3个16位计数器和全双工串行通信接口，其性能较之于标准的8052单片机有很大提高，特别是它具有两个全双工的串行接口，因而在通信方面的能力大大增强。另外，W77E58 还增加了一个片内的看门狗。GPRS模块本文采用索尼爱立信公司生产的工业级双频GR47 模块。该模块使用方便，有很好的技术支持，性价比很高，且模块内嵌TCP/IP 协议栈，有利于缩短开发周期。 3.2 厂站端软件设计

软件采用C编写，用Cx51编译器完成程序代码的调试。Keil Cx51是德国Keil software公司专为8051单片机设计的高效率的C 语言编译器，符合A N S I（American National Standard Institute）标准，为8051提供了全新的C语言环境。本文在C51集成开发环境uVision2 对软件进行开发。软件的流程如图3。对GR47 模块的控制采用GSM 网络通信协议GSM0707 所规定的AT 指令进行，单片机通过AT 指令初始化GPRS 无线模块，使之连接到GPRS 网络上，获得网络运营商动态分配的GPRS 终端的IP 地址并与目的终端建立连接。GR47 连接网络的过程主要包括建立数据帐户（data account ）、激活PDP（Packet Data Protocol，分组数据协议）环境、TCP或UDP 连接等步骤。传输的数据包采用TCP/IP协议格式，与Internet、X.25 网络所采用的协议相对应。 4 客户端设计

客户端开发平台采用Visual C开发工具，利用面向对象的思想进行编程开发。整个系统设计是建立在通信和数据管理模块之上的，本着通用性原则，不同的用户对终端初始值的选择可能有所不同，因而系统中也设计了参数设置模块。

参数设置模块是识别终端初始化的一个串口程序，用户可以根据自己系统的实际情况对GPRS模块实行初始化，设置自己需要的参数。网络通信模块主要采

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用服务器模式，即服务器不断侦听，在接收到请求后提供相应的服务，服务器进程一般启动后一直随系统运行而存在，直到被终止。

通信模块中最重要的部分是网络侦听模块。网络侦听模块采用服务器模式和Socke控件来实现实时侦听数据的功能。模块开始工作时，首先创建TCP 套接口，还有Winsocket 控件组，用bind 方法绑定套接口，紧接着调用低一级控件监听套接口，使其成为监听控件，判断是否有连接请求。没有请求就回到刚才的位置继续等待；当请求到来时，获取登陆者的IP 地址，判断是否有该地址的记录，若有就接收其请求，否则创建一个新的控件，用新的控件来接收请求。一旦连接建就要不断检测是否有数据过来，仍然没有数据就返回到调用控件的位置，有数据过来，就触发DataArrival 事件，调用GetData 方法接收数据，事件完成后还要判断数据的标志是否正确，提取数据信息，根据数据的类别分别存储到不同的位置。其流程如图4.

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图4 网络侦听模块流程图

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5 GPRS技术在电力行业中的典型应用结构 (1)点对点数据通信

即在数据发送端和数据接收端都使用一个GPRS无线智能传输模块。两端都走移动的空中信道资源。这种方式虽然结构简单，但存在一些明显的问题。两端都走移动的空中信道在建立连接和真正双向数据传输上表现出相对的不稳定性，因为依赖各地移动GPRS网络的实际情况表现不完全相同。另外：此种方式下只能实现点对点应用，不太适合电力行业上述的几种典型应用(如果希望一点对多点通信则需要采用不断的轮巡方式)。在移动通信现有的网络资源情况下，需要两端的SIM卡(有GPRS功能权限)都提供静态IP地址，在一个APN(GPRS标准下典型的概念：Access Point Name)下使用。 (2)一点对多点集群通信

即在数据发送端使用一个GPRS无线智能传输模块，数据接收端使用专线方式(与当地移动的核心交换系统直接连接GGSN)。这样，只有数据发送端走移动的空中信道资源，另外的数据接收端则走专线方式。在这种应用方式下，表现的结果是非常稳定和可靠的，时延非常小(1 S左右)，可以满足电力通信远动的需要。在服务端其实是一台服务器，通过通信软件来完成与大量(可以上千)的数据发送端的及时通信，可以通过配置在Linux或Unix下的多进程(或单进程下的多线程)来保证服务端的稳定和可靠。

连接控制模块主要负责发送和接受TCP处理模块对数据包进行解析，将TCP包分成普通数据包和管理包。配对管理模块负责对要求转发的普通数据包寻找配对目标的网络连接。加解密模块对中转的数据包进行加解密处理。设备管理模块对管理包进行处理，完成身份认证的管理和网络的后台管理、显示、配置等功能。 6 结论

采用GPRS网络远程数据通信方式解决了电力数据远程无线传输的问题，比起其他的有线通信方式有着无可比拟的优越性。数据传输实时、安全、可靠、无地域限制，且利用移动运营商已有的网络，大大减少了投资。相信随着GPRS网络的逐渐完整和应用技术的不断成熟，GPRS 在电力系统的应用必将越来越广阔。

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电气化13 届《电力系统通信技术》

课程论文

论文题目

学生姓名 崔海龙 学 号 8021209234 所属学院 机械电气化工程学院 专 业 农业电气化与自动化 班 级 电气化13-2

日 期 2011.11.3

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塔里木大学教务处制

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