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基于GPRS的电网监控的开发与研究（软硬件）样本
(样本只提供该系统的基本情况介绍,若需要完整的设计和论文,建议您购买本系统,凡是购买本站系统的,本站均根据您的要求,把系统上的开发信息,题目等修改成符合您的要求)
本系统开发工具：单片机/汇编
本设计包含内容：源代码+毕业论文+开题报告+答辩稿
论文大概：
基于GPRS的电力监控的研究与开发
1 摘
要
提出了一种可对无人值班变电站内直流设备进行远方监控的系统,它利用了站内的电话通道,可以实现：直流设备远方监控、直流设备运行历史查询和设备运行异常的情况上报等功能。
电力系统中的直流电源部分由蓄电池组、充电设备、直流屏等设备组成。它的作用是：正常时为变电站内的断路器提供合闸直流电源；故障时,当厂、站用电中断的情况下为继电保护及自动装置、断路器跳闸与合闸、载波通信、发电厂直流电动机拖动的厂用机械提供工作直流电源。它的正常与否直接影响电力系统的安全可靠运行。
过去,电力系统的各个变电站都有人值守,可以对直流设备的运行状态进行定期检查,因而可以及时发现并处理其出现的异常现象,保证变电站的安全稳定运行。目前,电力系统推广无人值班变电站,虽然调度中心可以通过远动通道获取变电站运行情况的实时信息,但是对于直流部分只能得到少量的重要信息(包括：遥信量——充电机交流电源故障,充电机故障,直流绝缘接地,直流电源电压异常；遥测量——控母电压)。它不能反映直流系统运行的详细信息,特别是它不能发现系统刚刚开始出现异常运行的情况,直到长期的异常运行发展为故障时才上发调度,此时,事故已经扩大。如果能在异常现象刚出现时就及时发现并及时处理,就可以避免异常情况扩大。所以需要设备维护人员对其进行定期检查。此外,对直流设备运行的控制也是由维护人员进行现场操作的。变电站多,维护人员少,显然无法保证按期按量完成。在这种情况下,直流监控系统应运而生。它的主要作用就是把各变电站的直流设备信息上送到监控中心,供其查询,同时监控中心也可以向各站发送控制命令。这样,维护人员不但可以在监控中心对直流设备进行远方监控,还可以及时发现设备运行的不正常状态,及时处理,而不等其发展演变成事故。所以,直流监控系统的建立,可以节省人力物力,提高工作效率。
关键词:GPRS,远程检测,单片机
2 Abstract
Paper,
a pair of unmanned substation equipment within DC remote monitoring
system It has made use of the telephone station access can be
achieved : DC remote monitoring equipment, DC equipment operating
history inquiries and equipment operations reported an anomalous
situation, and other functions. Power System DC power supply in part
by the battery charging equipment, DC screens components.
Its
role is : to within the substation breaker reclosing provide
DC power supply; Fault, when the plant, Station interruption of
electricity for the protection and automatic device, circuit breaker
tripping and reclosing, carrier communication, DC Motor Drive plant
factory machinery provide jobs DC power supply. It will have a
direct impact on the power system safe and reliable
operation. Past, the power system in all substations have people on
duty, DC on the operational status of equipment to carry out regular
inspection, I can timely detection and treatment of its anomalies,
substation to ensure the safe and stable
operation.
Currently, the power
system to promote unmanned substation, Although the dispatch center
can access remote operation of the substation to obtain real-time
information, But DC can only get a small part of the important
information (including : Tele letter volume -- Charger AC power
failure Charger fault, DC insulation grounding, DC supply voltage
anomaly; Distance measurements -- mother voltage control). It does
not reflect the DC system operation detailed information, In
particular, it found that the system has been unable to begin any
abnormal operations, until the long-term development of abnormal
operation of the fault when scheduling made at this time, the
accident has been expanded. If the anomaly first appeared on the
timely detection and timely treatment can prevent abnormal
expansion. Therefore, the need for equipment maintenance personnel
for their regular inspection. In addition, the DC operation of the
control equipment by maintenance personnel as well as on-site
operations. Substation, maintenance personnel, we can not guarantee
completion on schedule by volume. Under such circumstances, DC
control system came into being. Its main role is to the DC
substation equipment information to the control center, for its
inquiries, Meanwhile monitoring centers can also be sent to the
station control commands. Thus, maintenance staff can not only
control center in the DC remote monitoring equipment, also found
equipment in a timely manner without the operation of the
state, in time, not including its evolution into the accident.
Therefore, the DC establishment of the monitoring system, can save
resources and improve work efficiency.
Key Words: GPRS, remote
detection, SCM
3 目录
摘
要 0
ABSTRACT 0
目录 1
第一章 绪言 1
1.1
本课题的任务和要求 9
1.2系统解决的问题和拟采用的研究手段 14
1.3本文的工作 15
第二章
系统的总体设计 16
2.1工作控制程序设计 34
2.2模拟软件调试 38
第三章系统的实现和关键技术 48
3.1汇编程序与模拟软件 58
第五章
总结 84
致谢 86
参考文献 87
4 第一章 绪言
4.1 1.1
本课题的任务和要求
单片机又称微控制器,或称嵌入式控制器。单片机主要用于计算机外设、实时控制、仪器仪表、通信和家用电器等各个领域,是计算机技术和电子技术的综合性应用,在不同应用场合其技术要求各不相同,因此设计方法和研制的步骤不完全一样。
单片机应用系统由硬件和软件组成。硬件是指MCU、存储器、I/O接口和外设等物理器件的有机组合。软件是指系统监控程序的总称。在开发的过程中,它们的设计不能完全分开,二者需要互相配合、不断调整才能组成高性能的应用系统。单片机应用系统的开发包括系统总体设计、硬件设计、软件设计、系统调试等几个阶段,它们有时交叉进行。
一、 设计任务
（1）系统总体设计任务
在进行系统设计之前,首先应根据对系统的功能要求及其应用环境等确定合理的、具体的功能和技术指标,对应用系统的可靠性、通用性、先进性、可维护性、以及成本等进行综合考虑,以尽量合理并符合相应的标准。然后根据市场上各种单片机的货源情况和单片机的性能及开发工具等因素选择合适的机型。接下来要根据系统中可能遇到的传感器、模拟电路、I/O接口、存储器和显示器等器件和设备进行器件选择,使之符合系统在精度、速度和可靠性等方面的要求。最后确定硬件和软件的功能划分。由于在系统设计中某些功能用硬件和软件都能实现,在设计中应综合考虑研制周期和成本等因素具体划分软硬件功能。
（2）系统硬件设计任务
硬件设计的任务是根据总体要求,在所选的MCU和各个元器件型号的基础上设计出系统的电路原理图,做一些必要的不见实验,以及工艺结构的设计加工,印刷电路板的设计制作和样机的组装等。在硬件设计中,需要考虑系统总线的负载能力、系统扩展时的片选方式、模拟电路的速度和精度等,如需扩展存储器则尽量用一片完成,这样既降低了成本,又减小了线路板的面积,同时提高了系统的可靠性。
（3）系统软件设计任务
单片机应用系统的软件设计是系统设计中最基本而且工作量较大的任务。与系统机上操作系统支持下的纯软件不同,单片机的软件设计是在裸机的条件下进行的,而且随应用系统的不同而不同。在软件中一般需考虑以下几个方面：
1） 根据要求确定软件的具体任务细节,然后确定合理的软件结构。一般系统软件的主程序和若干个子程序及中断服务程序组成,详细划分主程序、子程序和中断服务程序的具体任务,确定各个中断的优先级。主程序是一个顺序执行的无限循环的程序,不停地顺序查询各种软件标志,以完成对事务的处理。在子程序和中断服务程序中,要考虑现场的保护和恢复,以及它们和主程序之间的信息交换方法。
2） 程序的结构用模块化结构,即把监控程序分解为若干个功能相对独立的较小的程序模块分别设计,以便于调试。具体设计时可采用自底向上或自顶向下的方法。
3） 在进行程序设计时,先根据问题的定义描述出各个输入变量和输出变量之间的数学关系,即建立数学模型,然后绘制流程图,再根据流程图用汇编语言进行具体程序的编写。
4） 在程序设计完成后,利用相应的开发工具和软件进行程序的汇编,生成程序的机器码。
（4）系统的调试任务
在系统样机的组装和软件设计完成以后,就进入系统的调试阶段。应用系统的调试步骤和方法是相同的,但具体细节与采用的开发系统（即仿真器）及选用的单片机型号有关。调试的过程就是软硬件的查错过程,分为硬件调试和软件调试。
1） 硬件调试
单片机应用系统的软硬件调试是分不开的,通常是先排除明显的硬件故障后再和软件结合起来进行调试。常见的硬件故障有逻辑错误、元器件失效、可靠性差和电源故障等。在进行硬件调试时先进行静态调试,用万用表等工具在样机加电前根据原理图和装配图仔细检查线路,核对元器件的型号、规格和安装是否正确。然后加电检查各点电位是否正常。接下来再借助仿真器进行联机调试,分别测试扩展的RAM、I/O口、I/O设备、程序存储器以及晶振和复位电路,改正其中的错误。
2）软件调试
软件调试就是检查系统软件中的错误。常见的软件错误有程序失控、中断错误（不响应中断或循环响应中断）、输入/输出错误和处理结果错误等类型。要把各个程序模块分别进行调试,调试通过后再组合到一起进行综合调试,达到预定的功能技术指标后即可将软件固化。系统的调试过程要结合具体的仿真器进行。
4.2 1.2系统解决的问题和拟采用的研究手段
本课题主要是针对目前电网监测设备本身的缺点采用基于神经网络算法的电力负荷预测、电力系统故障诊断以及模糊控制技术对电网进行无功补偿,实现电压、电流等模拟量数据的调理、采集,并实施无功补偿控制与测量值的显示,基于GPRS模块完成各监控机之间的数据交换,在系统出现故障时能及时声光报警。以下主要针对软件的实现：
1系统软件主要有GPRS无线网络数据通信软件、系统业务逻辑层软件和数据库服务器设置组成。
2数据通信软件主要完成GPRS模块与移动中心注册、连接远程数据终端、设定参数、召测数据、短消息功能等。
3系统业务逻辑层软件主要由业务层和数据通信软件之间的接口设计、中间层应用服务器设计、终端和变压器管理、用户及权限管理、通信参数设定、定时任务设置、召测数据、数据图形显示及报表等功能模块组成。
4数据库服务器设置实现优化应用程序对数据库的访问。
5系统软件为用户提供一个可视化界面,让用户足不出户即可了解远方变压器实时的运行状况,同时还可以查询、打印历史纪录。
4.3 1.3本文的工作
本文的工作就是介绍如何做GPRS的电力监控系统,第2部分给出相关方案的研究为后面程序设计打下基础,第3部分给出了系统的总体设计,对程序的模块分析、设计思想第4部分给出详细的实现过程和重要的技术实现。最后给出了我对这个设计一个看法,这个系统有些什么特色,还有展望之类的。
5 第二章
系统的总体设计
5.1 2.1工作控制程序设计
数据终端必须具备以下基本功能：自动登录GPRS网络,自动向数据中心注册动态IP地址和SIM卡的IMSI号,进行数据传输。
由于数据终端是用单片机实现的,必须从底层的串口通信开始逐渐实现GPRS登录,最终实现数据的传输,串口驱动实现打开串口（OpenComm）、关闭串口（CloseComm）、读串口数据（ReadComm）、向串口写数据（WriteComm）、串口中断（InterruptUartRxISR）等。
通过GPRSModem支持的AT[5]命令集对其进行初始化设置,初始化设置成功后即可进行拨号连接,GPRSModem的初始化及拨号过程如下：
AT+IPR=38400；
//把波特率设置为38400b/s,默认值为9600b/s。
AT+CGCLASS=“B”；
//设置移动终端的类别为B类,即具有GPRS上网和GSM语音功能,但二者不能同时使用,可自动切换。
AT+CGDCONT=1,“IP”,“CMNET”；
//设置GPRS接入网关,如果Modem返回“310D”则表示初始化成功。
发送“ATDT*99***1#”若Modem返回“310D”则表示成功接通GPRS网络。
GGSN与Modem通信时遵循PPP协议,Modem拨号后首先要与GGSN进行通信链路的协商,即进行点到点的各种通信链路的参数配置,协商过程遵循LCP、PAP、CHAP、IPCP等协议,其中LCP用于建立、构造、测试链路连接,PAP或CHAP用于处理密码验证部分；IPCP协议用于设置网络协议环境,并们配IP地址。Modem接收到IP后将其存入数据终端的配置地址域,数据终端向数据中心发送配置后的数据帧,告知其动态IP地址和IMSI号,数据中心存储收到的信息,作为下传数据的联络信息。
网络协商之后即可进行数据传送,GPRS网络支持TCP/IP协议,所以通过收发IP数据包来传送数据,此时,终端系统向GGSN发送的所有包含IP报文的PPP报文都会被传送给Internet网中相应的IP地址,从而完成终端系统向远程监控中心通过互联网传输数据的过程。
系统实现的一个难点是登录GGSN的过程,即终端系统登录GPRS网关（GGSN）并与网关通过LCP,PAP,IPCP协议进行协商的过程。
网络协商过程是一个复杂的过程,协商过程大致如下,在拨号成功连接后GPRS网关首先会返回一个PAPREQ帧,我们发送一个空LCPREQ帧,以强迫进行协议协商阶段,随后,GPRS网关发送LCP设置帧,我们拒绝所有的设置并请求验证模式,GPRR网关选择CHAP或PAP方式验证,我们只接受PAP方式,然后进行PAP验证用户名或密码过程,如果成功,GPRS网关会返回IPCP报文分配动态IP地址。此时就完成了GPRS网关的协商过程,流程如图3所示。
5.2 2.2模拟软件调试
单片机的程序设计调试分为两种,一种是使用软件模拟调试,意思就是用开发单片机程序的计算机去模拟单片机的指令执行,并虚拟单片机片内资源,从而实现调试的目的,但是软件调试存在一些问题,如计算机本身是多任务系统,划分执行时间片是由操作系统本身完成的,无法得到控制,这样就无法时时的模拟单片机的执行时序,也就是说
,不可能像真正的单片机运行环境那样执行的指令在同样一个时间能完成（往往要完成的比单片机慢）。为了解决软件调试的问题,第二种是硬件调试,硬件调试其实也需要计算机软件的配合,大致过程是这样的：计算机软件把编译好的程序通过串行口、并行口或者USB口传输到硬件调试设备中（这个设备叫仿真器）,仿真器仿真全部的单片机资源（所有的单片机接口,并且有真实的引脚输出）,仿真器可以接入实际的电路中,然后与单片机一样执行。同时,仿真器也会返回单片机内部内存与时序等情况给计算机的辅助软件,这样
就可以在软件里看到真实的执行情况。不仅如此,还可以通过计算机断的软件实现单步、全速、运行到光标的常规调试手段。总结一下两者的不同与相同：
相同点：
1：都可以检测单片机执行时序下的片内资源情况（如R0-R7
、PC计数器等）
2：可以实现断点、全速、单步、运行到光标等常规调试手段。
不同点：
1：软件调试无法实现直接连接硬件电路的调试,只能通过软件窗口虚拟硬件端口的电平输出情况而仿真器可以实现与单片机一样的功能的硬件连接,从某种意义上说这个时候仿真器就是一个单片机。
2：软件调试执行单片机指令的时间无法与真实的单片机执行时间画上等号,也就是说如果一个程序在单片机中要执行300us,可能在计算机中执行的时间可能会比这个长很多,而且无法预料。仿真器则是完全与单片机相同。
3：软件调试只能是一种初步的,小型工程的调试,比如一个只有几百上千行的代码的程序,软件调试能很好的完成,如果是一个协调系统,可能还需要借助几个单片机仿真器和相关的仪器才能解决。
4：软件仿真不需要额外花钱,而硬件需要,一个仿真器一般都上千元,同时可以仿真许多种单片机的工作。
Keil
uVision2是目前使用广泛的单片机开发软件,它集成了源程序编辑和程序调试于一体,支持汇编、C、PL/M语言。
这里我们仅仅介绍
Keil uVision2 的简单使用,更详细的使用方法见本光盘\单片机软件\Keil
c51\Keil书籍与资料目录中的内容。
下面将具体介绍如何使用Keil uVision
来软件调试单片机程序。
首先：打开一个已经编译通过的单片机项目（如何新建与编译单片机程序项目这里省略）
选择Debug下面的Start/Stop Debug
Session,这个选项可以打开调试也可以关闭调试
接下来看到的窗口就是调试窗口了：
下面具体说说相关子窗口的功能：
1：左侧的ProjectWorkspace
Regs是片内内存的相关情况值,Sys是系统一些累加器、计数器等。Regs很简单就不多说。具体介绍一下Sys
a
累加器ACC,往往在运算前暂存一个操作数（如被加数）,而运算后又保存其结果（如代数和）。
b
寄存器B ,主要用于乘法和除法操作
Sp sp_max
dptr 数据指针DPTR
PC $
states
执行指令的数量
sec 执行指令的时间累计（单位 秒）
psw
程序状态标志寄存器PSW,八位寄存器,用来存放运算结果的一些特征,如有无进位、借位等。
p
奇偶标志P。反映累加器ACC内容的奇偶性,如果ACC中的运算结果有偶数个1（如11001100B,其中有4个1）,则P为0,否则,P=1。
f1
ov
溢出标志位OV。MCS－51反映带符号数的运算结果是否有溢出,有溢出时,此位为1,否则为0。
rs
f0
ac
辅助进位标志AC。又称半进位标志,它反映了两个八位数运算低四位是否有半进位,即低四位相加（或减）有否进位（或借位）,如有则AC为1状态,否则为0。
cy
进位标志CY（PSW7）。它表示了运算是否有进位（或借位）。如果操作结果在最高位有进位（加法）或者借位（减法）,则该位为1,否则为0
由于PSW存放程序执行中的状态,故又叫程序状态字?运算器中还有一个按位（bit）进行逻辑运算的逻辑处理机（又称布尔处理机）
根据指令执行的不同上述值会有相应的变化,也正是为了监测这些在单片机中看不到的值而达到调试的目的。
虽然软件调试无法实现硬件调试那样的信号输出,但是可以通过软件窗口的模拟监测输出信号的高低电平以及单片机相关端口的变化。
上图所示,Port0,Port1,Port2,Port3就对应于单片机的四个P0,P1,P2,P3
口,共32个针脚。
这是全部打开后的效果。
有了输出,就应该有输入的设置：
这个按钮可以打开输入预设窗口,输入值窗口如下：
选择不同的Int Source 会有不同的 Selected
Interrupt的变化,通过选择与赋值达到模拟输入的目的。
接下来是串口的设置：
这是设置串口的窗口
监测窗口数据还有一个窗口：
点击：
将会出现,这个窗口可以监测从串口输出的ASCII代码。
关于串口的问题,以后我会有专门的文章介绍,这里就这样大致介绍一下。
最下面还有一个定时器的设置：
3个定时器与一个看门狗,设置定时器的数量与工程选择的单片机种类有关系,如果是8051就只有2个定时器,如果是选择8052
就有3个定时器了。
定时器的设置很简单：
下面再介绍一下一些常用的调试按钮：
就是Reset
,相当于单片机最简系统的复位按钮,按下后,所有的系统状态将变成初始状态
这是全速运行,相当于单片机的通电执行。
这个就是停止全速运行的按钮。
step
into 逐语句；进入并单步执行；单步执行
step over 逐过程
step
out 跳出
执行到断点处
可以在代码所在窗口的最左边右击按钮插入一个断点,如下图所示：
有了这个功能,你就可以控制监控要执行到某位置时系统的状态。
总之利用KEIL丰富的调试功能可以看到洗衣机执行程序的全部操作。
6 第三章系统的实现和关键技术