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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