远程电力抄表系统的设计

通信论坛　计算机与网络创新生活　３９　远程电力抄表系统的设计　刘力军　汤新广　（１河北经贸大学信息技术学院　河北石家庄０５００６１）　（２中国电子科技集团第五十四研究所河北石家庄０５００８１）　【摘要】远程自动抄表系统可以快速准确、经济、实时可靠地获得用水、电、气管理的各类数据，工作效率高，耗能计量准确、　可靠。在国外已得到广泛普及和应用。本文描述了智能抄表系统实现的硬件原理、方法，居民用水、电、气数据抄表系统基于网络　的通信原理及协议．给出了Ｗｉｎｄｏｗｓ系列操作系统平台下软件功能、实现方法和主要架构，对远程抄袁系统的设计具有一定的　借鉴意义。　【关键词】智能抄表视窗操作系统协议　中图分类号：ＴＰ２７４＋．２　文献标识码：Ａ　文章编号：１Ｏ０８—１７３９（２ｏ０８）１５－３９—３　Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｒｅｍｏｔｅ　Ｍｅｔｅｒ－Ｒｅａｄｉｎｇ　Ｓｙｓｔｅｍ　Ｕｓｉｎｇ　Ｐｏｗｅｒ　Ｌｉｎｅ　Ｃａｒｒｉｅｒ　Ｄａｔａ　Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　ＬＩＵ　Ｌｉ－ｊｎｎ　ＴＡＮＧ）（ｉｎ—ｇｕａＩ１　（１　Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｉｔｏｎ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ；Ｈｅｂｅｉ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｅｃｏｎｏｍｉｃｓ　ａｎｄ　Ｔｒａｄｅ，Ｓｈｉｊｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００６１，Ｃｈｉｎａ）　（２　Ｔｈｅ　５４ｔｈ　Ｒｅｓｅａｒｃｈ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ　ｏｆ　ＣＥＴＣ，ｓ　ｉａｚｈｕａｎｇ　Ｈｅｂｅｉ　０５００８１，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｃｏａｌ　ｇａｓ　Ｃａｎ　ｂｅ　ｏｂｔａｉｎｅｄ　ｑｍｃ￣ｙ　ａｎｄ　ｒｅｌｉａｂｌｙ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｅｒ—ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ．　Ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｅｒ—ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍｓ，ｗｈｉｃｈ　ｈａｖｅ　ａｌｒｅａｄｙ　ｂｅｅｎ　ｗｉｄｅｌｙ　ｕｓｅｄ　ａｂｒｏａｄ，Ｃａｎ　ｎｏｔ　ｏｒｄｙ　ｍｅａｓｕｒｅ　ｔｈｅ　ｅｎｅｒｇｙ　ｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎ　ｅｘａｃｔｌｙ　ａｎｄ　ｅｆｌＳｃｉｅｎｄｙ．ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｍａｎｙ　ａｕｔｏｍａｔｉｃ　ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ．Ｔｈｅ　ｐａｐｅｒ　ｄｉｓｃｕｓｓｅｓ　ｔｈｅ　ｈａｒｄｗａｒｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ｈｔｅ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｅｔｅｒ—ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ，ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ｎｅｔｗｏｒｋ—ｂａｓｅｄ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　ｕｓｅｄ　ｉｎ　ｙｓｓｔｅｍｓ　ｗｈｉｃｈ　ｔｒａｎｓｍｉｔ　ｔｈｅ　ｄａｔａ　ｏｆ　ｗａｔｅｒ，ｅｌｅｃｔｒｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｇａｓ　ｃｏｍｕｍｐｔｉｏｎ，ａｎｄ　ａｌｓｏ　ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ｓｏｆｔｗａｒｅ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ，ｒｅａｌｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ　ｎａｄ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｅｔｅｒ—ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ＷＩＮＤＯＷＳ　ｐｌａｔｆｏｒｍ．Ｔｈｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｍａｙ　ｐｒｏｖｉｄｅ　ｒｅｆｅｒｅｎｃｅ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ｒｅｍｏｔｅ　ｍｅｔｅｒ—ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｔ　ｍｅｔｅｒ　ｒｅａｄｉｎｇ　ｓｙｓｔｅｍ；ＷＩＮＤＯＷＳ；ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ｐｒｏｔｏｃｏｌ　各类数据，是进行费用自动结算、用量分析、计量表运行状况监　１引言　测、负荷出力计划等应用管理的基础。智能抄表数据远程传　输系统就是基于这个目的而实现的加速计量表抄收及数据管　理的自动化程度较强的智能能数据采集和管理系统。该系统　传统的供水、供电、供气计量操作通常是由各管理部门派　以普通微型计算机为核心。通过电话线路进行数据远传即利用　人到装表地点抄表，由于用户面广、量大，极易造成差错，人工　用户现有电话网为主要传输媒介，并配以抄表器、调制解调器　抄表不但效率低，而且不利于科学管理，给城市管网的建模、　等装置而组成的分布式数据采集、传输和综合分析管理系统。　分析、规划等都带来很大的困难。　它可以充分利用现有的通信网络实现数据远传，不需要在传输　随着电子和计算机技术的迅速发展，造成了应用自动抄　信道上进行专项投资。　表的大环境，管理体制现代化呼唤着自动抄表时代的到来。　这有利于管道煤气公司、自来水公司和供电部门信息网络的　建立，也有利于将来城市各种信息系统的建设。　２抄表系统硬件组成及工作原理　快速准确、经济实用、实时可靠地获得用水、电、气管理的　定稿日期：２００８－０６－２６　智能抄表系统主要由主站（Ｍａｓｔｅｒ　ｓｔａｔｉｏｎ）、基表、采集终　河北省科技厅项目．河北省科技攻关计划项目患力载波通信技术研究　２００８年第１５期《计算机与厨络》　通信论坛　计算机与网络创新生活　端（Ｃｏｌｌｅｃｔｏｒ）、数据集中器（Ｃｏｎｃｅｎｔｒａｔｏｒ）、掌上机以及便携机　等主要设备组成。　系统的基表通过传感器以脉冲信号方式传输给采集器。　采集器接收到多路脉冲信号后进行计数和处理，并将结果储　存。采集器与集中器采用ＲＳ４８５或电力线通讯方式，采集器　４中继及协议描述　中继的目的是扩充信号传输距离。本系统利用采集器实　现中继的功能．采集器实现数据采集功能的同时兼作中继器。　中继器进行协议转换或其他协议处理，再通过中继器的发射　装置将数字信号发送到中继器的输出。　中继协议目的是要让集中器能够寻找到所有采集器的中　继路径，以和所有的采集器通讯。约定集中器和一个采集器通　讯最多中继３次．３次的设定取决于数据帧的大小以及网络　的规模。　平时处于接受命令状态，当接收到集中器的操作指令时，则按　照指令内容操作，并将有关数据送至集中器。采集器可用手抄　器在现场通过ＲＳ２３２进行抄表和参数设置。　数据经过处理后通过信道将数据传送到系统上一级中继　器或集中器。集中器收集各采集终端的数据，并进行处理存　储．对数据采集终端通过网络接口发送抄表命令并接收抄表　数据，通过网络接口接收抄表命令并发送抄表数据。　本系统中的数据采集终端可对１＂－２４户基表输出的脉冲　进行计数，完成水电气等数据采集及本地存储功能；通过网络　接口实现与数据集中器的通讯，完成数据上传；实现与掌上机　的现场有线或红外通讯。　在集中器的存储器中为每一个采集器分配如下的中继路　径数据结构：　ｔｙｐｅｄｅｆ　ｓｔｒｕｃｔ｛　ｕｎｓｉｇｎｅｄ　ｃｈａｒ　ｄｅｓ［４】；　ｕｎｓｉｎｅｇｄ　ｃｈａｒ　ｒｅｌａｙ『３１【４】；　／／采集器目的地址　／／该采集器中继地址，最　３系统通信原则　系统通信的基本原则首先应考虑降低系统编程的复杂　性，其次应符合消费电子总线（ＣＥＢｕｓ）标准。本系统的通信采　用如下原则：　多３级中继　ＲＥＬＡＹ　ＡＤＤＲＥＳＳ，＊ＰＲ＿ＥＬＡＹＡＤＤＲ＿ＥＳＳ；／／中继路　径数据结构　其中每个地址占４个字节，中继器最多实现３级中　继．所以用一个３ｘ４的２维数组表示中继地址。对于不　需中继的采集器，数组ｒｅｌａｙ【０】、ｒｅｌａｙ【１】、ｒｅｌａｙ【２】均为　Ｏ０００００００Ｈ。对于需一级中继的节点，数组ｒｅａｌｙ［０］中填写　虚拟中继器的地址，ｒｅｌａｙ【１】、ｒｅｌａｙ【２】为００００００００Ｈ，２、３　①Ｍａｓｔｅｒ／Ｓｌａｖｅ结构，集中器为Ｍａｓｔｅｒ，其他设备为Ｓｌａｖｅ。　即整个网络中只有集中器发命令．其他设备只能对集中器的命令　应答，而不会主动发出命令；该方式有利于降低通讯的复杂度；　级中继依此类推。　②根据通信性质的不同，采用不同的服务。例如：抄表需　要可靠、准确，可以采用ＡＤＲＡＣＫ（地址确认应答）；而广播对　时可以用ＵＮＡＣＫ（无确认应答）；　下面以图２所示的典型线路来说明如何寻找到每一个采　集器的中继路径。　图中采集器中的数字为预分配的地址；连线代表实际有　效的信道，连线上的数字代表信道编号；采集器按需中继的次　数依次划分为０级中继设备、１级中继设备、２级中继设备和　３级中继设备。　寻找中继路径步骤如下：　③每个设备都有一个固定的地址。该地址的获得可以采　用多种方式；可以将地址写在Ｒ０Ｍ中，或用拨盘开关设置地　址，也可模仿ＴＣＰ／ＩＰ协议中的ＤＨＣＰ（Ｄｙｎａｍｉｃ　Ｈｏｓｔ　Ｃｏｎｆｉｇｕｒａｆｏｎ　Ｐｒｏｔｏｃｏｌ，动态主机配置协议）协议，动态的给每　个设备分配地址。本系统中使用拨盘开关设置地址。抄表系统　的结构如图１所示。　电　站　①集中器首先找到所有的０中继设备。依次轮询所有的　采集器，能够发出应答帧的采集器为０中继设备，并设置中继　路径数据结构。剩下的采集器为１中继设备、２中继设备和３　远程抄表系统　⑩　中继设备：　②集中器将找出所有的１中继设备。依次通过０虚拟中　继设备来做中继，给步骤１中剩下的设备发出问询帧，能发出　应答帧的为１中继设备；　③集中器将找出所有的２中继设备。依次通过０、１虚拟　中继设备来做中继。给步骤２中剩下的设备发出问询帧，能发　一宴ｊ　监皂枣一．　盘曼斑．皂庭皂　．　图１抄表系统结构图　出应答帧的为２中继设备；　《计算机与网络》２００８年第１５期　通信论坛　计算机与网络创新生活　４１　④集中器将找出所有的３中继设备。依次通过０、１、２虚　拟中继设备来做中继，给步骤３中剩下的设备发出问询帧，能　发出应答帧的为３中继设备；　系型数据库，支持Ｃｌｉｅｎｔ／Ｓｅｒｖｅｒ结构。　根据用户需求和该系统有关的国内外先进系统实现的功　能，我们认为抄表系统软件实现的功能：　⑤搜索结束。　以上过程由集中器定期运行，并将寻找成功的路径储存　在存储器中。　①随机抄表：主站可随时调用集中器中的数据；　②定时抄表：主站定时将集中器中的数据取出放到本地　数据库存放；　③可按编号、地址、姓名、电话等信息查询用户资料；　④对每月消耗的水、电、气用量进行统计并计算出金额；　ｆ筒　●Ｊ　；　●　集　０　⑤可远程对系统中的设备进行设置；　⑥具有信号线断线检测、防磁等自动报警功能；　⑦通过数据库中的信息，分析用户用电异常情况；　⑧以树形图的形式显示出系统中设备的连接关系。　抄表软件分为４大模块：数据库管理，设备管理，用户管　理和报表管理。各模块的关系如图３所示。　图２典型的线路连接图　图中采集器中的数字为预分配的地址；连线代表实际有　效的信道，连线上的数字代表信道编号；采集器按需中继的次　数依次划分为０级中继设备、１级中继设备、２级中继设备和３　级中继设备。　寻找中继路径步骤如下：　①集中器首先找到所有的０中继设备。依次轮询所有的　采集器，能够发出应答帧的采集器为０中继设备，并设置中继　路径数据结构。剩下的采集器为１中继设备、２中继设备和３　中继设备；　②集中器将找出所有的１中继设备。依次通过０虚拟中　继设备来做中继，给步骤１中剩下的设备发出问询帧，能发出　应答帧的为１中继设备；　图３软件模块关系　③集中器将找出所有的２中继设备。依次通过０、１虚拟　中继设备来做中继，给步骤２中剩下的设备发出问询帧，能发　出应答帧的为２中继设备；　６结束语　本文介绍的智能抄表系统是一个完整的用水、电、气自动　④集中器将找出所有的３中继设备。依次通过０、１、２虚　拟中继设备来做中继，给步骤３中剩下的设备发出问询帧，能　抄表和管理系统，具有自动化程度高、计量量抄集准确、不受　用户表计类型、用户负荷大小的限制、兼容性强等特点。该系　统的投入使用，为水、电、气管理部门实现自动化迈出了关键　的一步。　发出应答帧的为３中继设备；　⑤搜索结束。　以上过程由集中器定期运行．并将寻找成功的路径储存　在存储器中。　参考文献　【１】杨凤鸣，于砚福．无线数传自动抄表系统的研究Ｕ】．华北电力　５软件系统的实现　智能自动抄表软件运行在主站上、对整个系统进行管理。　采用Ｗｉｎｄｏｗｓ２０００为开发平台，该软件经过重新编译后，也　技术，１９９７（１）：２０—２１．　［２】赵兴勇，马小丹．远程自动抄表系统研究Ⅱ】．电力学报，２０００　（１）：３４－３６．　可以用在Ｗｉｎｄｏｗｓ　ＸＰ下。后台数据库采用ＳＱＬ　Ｓｅｒｖｅｒ７．０关　２００８年第１５期《计算机与网络》