无线远程抄表系统的开发

来源:用户上传      作者: 王丽慧

　　2010年以后国家电网进行了新的一轮产业升级，在这次的产业升级中智能化电表、便携式移动收费终端以及无线抄表系统的应用成为本次产业升级的重要发展方向。在我国，目前电能表升级已经到了第三代电表，也就是目前国家正在积极推广的智能电表。智能电表可以极大地解决抄表、算费、交费的功能。但目前智能电表的价格成本高并且只是在某些城市进行试点，所以不具有普遍推广性。在我国大部分的地区前两代电表依然在使用，这就造成了三代电表共存的现状。尤其县乡一级电表数量巨大，且普遍使用的电表为第一代的机械电表和第二代的磁卡电表，所以往往导致抄表的困难，虽然目前市面上抄表器种类繁多但主要是针对安装红外功能的电表并且数据不能及时上报至电力局导致对账不方便。本文针对目前县乡一级普遍使用的机械表，进行设计一套基于红外无线GPRS远传的无线远程抄表系统。该系统首先将表码记录到抄表器内，再将表码通过GPRS网络远传至电力局抄表中心。电力局抄表中心将收到数据进行解析后将表码记录。这样避免了县乡一级大规模更换电表，为将来大规模的电表产业升级做好了铺垫。
　　此无线抄表系统采用分布式体系结构，电力局抄表中心与农电工抄表器之间数据的采集采用星型结构；集中器与采集器之间数据的采集采用网状网结构。在基于GPRS抄表器下的无线远抄系统中首先通过抄表器进行电表表码的采集，采集后将数据存储到抄表器内部数据库中，然后通过抄表器内部GPRS模块将数据上发至电力局抄表中心。电力局后台服务器直接通过防火墙与移动专线、DDN或者Internet等相连，服务器具有外部IP。GPRS抄表器Modem登录到GPRS网络后，通过中国移动的接入点获得外部IP，建立访问接入点网络的通道。然后，GPRS抄表终端Modem通过连接通道，连接到电力局，电力局后台服务器就可以记录各个无线抄表终端客户端的连接信息了。至此，GPRS抄表终端Modem和电力局后台服务器就实现了相互之间的数据信息传输。
　　此无线抄表器主要应用以下相关技术：ARM芯片，WindowsCE系统，SQLite嵌入式数据库，红外通信技术，GPRS通信技术。设计内容如下：
　　1.硬件设计
　　基于GPRS无线抄表系统的抄表器应用系统硬件部分的设计，主要是基于ARM的嵌入式开发板为主，配以交叉开发用的PC机Windows平台和烧写下载用线等设备，完成开发后，目标硬件板可脱机单独运行工作。ARM2410核心板配以ARM9处理器芯片S3c2410，控制着 LCD液晶屏、以太网接口、USB接口等硬件资源。GPRS模块、打印模块，作为独立的部分，通过串口连接到ARM开发板上达到整个系统无线传输和打印功能的实现。
　　2.抄表器红外部分设计
　　所设计的红外部分符合红外传输方式的特点。抄表器中红外芯片与CPU之间通过串口进行数据传输，遵守RS-232电平规则，接口形式为9芯针插座，工作方式为全双工。通讯座机的RS-232接口参数，接口电平符合RS-232标准接口电平规定。红外通信协议物理层采用了IEC1107中的光学接口部分，同时吸收了我国当前电力系统中普遍采用的RS-485 标准的串行电气接口和调制型红外光接口；链路层中的字节格式、帧格式参照IEC1142中的有关内容；树状结构的数据信息编码格式参考IEC1107有关内容；数据域传输时采用余3编码原则；在数据分组、标识编码方面保证了传输数据的快捷方便，兼顾了信息的可扩充性。
　　3.GPRS传输设计
　　GPRS无线数据传输流程：首先通过抄表器红外模块进行抄表将抄表返回值记录下来；然后由抄表器程序控制GPRS模块的电源，以决定是否进行无线数据传输；待开机成功后，查询网络是否注册成功；成功后即可建立模块与电力局抄表中心服务器的连接，根据需要发送一定格式的心跳信息。
　　无线传输数据格式采用帧格式。具体指令功能采用AFN功能码。不同电表类型数据在KN处进行细分标示，在确定电表类型后，抄表器将采集数据值上发。数据传输协议是实现整套系统数据传输的重要依据，只要抄表器和电力局抄表中心进行匹配的数据交流，才可以完成整套系统的实现。在抄表器中需要建立用户登录表存储登陆名和数据；电表表码记录用来存储抄表情况与抄表状态。本设计中移动抄表器主要使用的数据库表主要有：抄表器抄表记录表，系统登录表和参数表。
　　开发首先要按照WinCE的工程向导创建一个基于模拟器的工程，当工程创建完成后，需要编译WinCE，编译完成后，需要配置连接属性，就可以将WinCE下载到模拟器上面运行。如果要想使在模拟器上运行的WinCE具有网络连接，可以选择绑定某个网卡，也可以选择绑定当前PC的网卡。选择在模拟器上运行时所支持的串口，还可以获得打印信息。最后模拟器配置完成后，WinCE的image就会被下载，就可以在模拟器中运行。
　　系统在全部环境稳定可靠的情况下，整套系统的测试结果如下：
　　在进行网络系统通信测试时，发现GPRS连接出现不稳定情况，传输数据时常导致丢帧现象，经查阅资料发现目前移动网络信号存在不稳定现象在一段时间收费终端不与主站进行通信会导致网络连接异常。需要在程序中加上终端定期发送握手通信的数据，既心跳帧，为是程序灵活性增加程序中涉及流量的使用所以程序提供用户选择心跳时间的接口。用户可以自行设定心跳时间。
　　在测试红外抄表的过程中，将程序保存在数据库中，但存储数据过多会导致执行速度慢，查询时间长的问题，所以将缴费成功的数据备份到备份库中，再将这些用户删除掉。
　　在系统实地测试过程中，使用者反映在进行查询时常会出现程序反应慢。为了解决问题在现场实地测试发现程序在开始运行时速度正常，但时间一长会出现反应慢的问题，经对程序的分析返现程序没有问题。故在现有硬件设备上进行分析发现设备长时间使用会导致内部电源温度上升，导致设备缓慢，为解决问题在设备上加入散热模块。使得设备温度保持常温，程序执行缓慢问题都已解决。
　　随着多功能电表和阶梯电价在电力行业的普及，本系统所设计抄表器在电力营销业务中发挥着越来越重要的作用。它具有直观、操作简便、可靠性高等优点。有利于户外数据的采集，特别利于在恶劣自然条件下的抄表工作，并能很好地处理多功能多费率电表分时电价问题。还能妥善解决停电抄表问题。本论文设计的无线抄表系统可以彻底杜绝了“人情电”“估抄电”的现象。是电力营销管理工作的一种创新尝试。
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