雙向用電信息發(fā)布系統(tǒng)設(shè)計

董海波，馮 帆，張海鵬，于仲華，趙高建

（1鄭州華力信息技術(shù)有限公司 河南 鄭州 450006；2國網(wǎng)鄭州供電公司 河南 鄭州 450006）

良好的服務(wù)是電力行業(yè)永恒的主題。提高居民用電質(zhì)量，讓人民群眾享受到優(yōu)質(zhì)、高效、便捷的供電服務(wù)，是電力行業(yè)義不容辭的責(zé)任。隨著人民群眾生活水平的不斷提高，對供電部門的供電服務(wù)質(zhì)量需求也越來越高，城市規(guī)模的不斷擴大伴隨著用電用戶的激增也給供電部門的服務(wù)質(zhì)量帶來極大的挑戰(zhàn)。服務(wù)好用戶，減少用戶投訴，是供電部門努力追求的目標(biāo)。在突發(fā)故障情況下，現(xiàn)有的服務(wù)體系已經(jīng)不能滿足群眾的迫切需要。

目前在居民用電的服務(wù)工作中，故障停電搶修、計劃停電檢修、電費抄收催繳等服務(wù)還存在問題，涉及到用戶信息獲知這方面還不夠完善，造成信息通告工作無法滿足用戶需求：

1）故障停電信息反饋不及時，故障停電受影響區(qū)域面積不能及時確定。

2）計劃停電中服務(wù)信息針對性差，比如公共途徑發(fā)布的停電信息不一定能讓真正受影響的用戶獲知。

3）電費抄收催交，人工通知催交造成用戶服務(wù)信息獲知速度慢，或獲知信息不全。

4）在大面積停電或者故障時，受影響的用戶無法獲知準(zhǔn)確信息，集中撥打服務(wù)熱線95598造成線路擁塞，降低服務(wù)質(zhì)量。

5）不能及時安撫停電區(qū)域群眾的情緒，造成投訴量激增。

為此，我們開發(fā)了雙向用電信息發(fā)布系統(tǒng)，它不但具備遠(yuǎn)程實時信息發(fā)布功能，還可以實時收集現(xiàn)場信息。它的信息發(fā)布功能既可以發(fā)布通用信息，如用電常識、安全提醒、天氣預(yù)報等，又能根據(jù)設(shè)備位置發(fā)送特定的用電服務(wù)信息，如計劃停電信息、故障停電信息和提醒交費信息等。現(xiàn)場信息收集通過每一臺前置終端的市電監(jiān)測、終端監(jiān)測等傳感器，將現(xiàn)場的供電、終端工作狀態(tài)情況上傳到主站服務(wù)器，通過系統(tǒng)分析，能在第一時間內(nèi)獲取設(shè)備所在區(qū)域的供電情況，比如是線路整體停電或者是個別停電；是單線路停電或者是多線路停電等，并根據(jù)停電計劃進(jìn)行分析，如果是非計劃停電，在第一時間向故障區(qū)域內(nèi)的顯示設(shè)備發(fā)布警示安撫信息，通知相關(guān)的檢修部門進(jìn)行故障處理，極大縮短故障派修時間。

1 系統(tǒng)概述

雙向用電信息發(fā)布系統(tǒng)主要由服務(wù)器主站和現(xiàn)場終端兩部分組成，服務(wù)器主站由可靠的服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫和web工作站等組成，主站管理軟件運行在服務(wù)器上，并將終端上傳數(shù)據(jù)和用戶下發(fā)數(shù)據(jù)分別存儲在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，另外有權(quán)限用戶還可以根據(jù)權(quán)限進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢，發(fā)布信息和系統(tǒng)管理。現(xiàn)場終端主要完成數(shù)據(jù)處理顯示與信息采集，包括視頻攝像頭、LED顯示屏、人機接口、市電檢測和揚聲器等功能模塊的管理，并通過無線GPRS模塊借助移動通信網(wǎng)絡(luò)，完成遠(yuǎn)程與主站的數(shù)據(jù)通信。總體設(shè)計如圖1。

1.1 服務(wù)器主站功能簡介

服務(wù)器主站主要功能是管理各現(xiàn)場終端、信息分析發(fā)布和數(shù)據(jù)共享。

終端管理包括終端的運行狀態(tài)是否正常，各功能模塊的運行情況，比如視頻攝像頭、LED信息顯示屏、人機交互、市電檢測、揚聲器等模塊的工作狀態(tài)。現(xiàn)場終端會定時向主站服務(wù)器回傳終端本身以及各模塊的工作狀態(tài)信息，這樣可以實時監(jiān)控現(xiàn)場設(shè)備的工作情況。當(dāng)有終端或模塊發(fā)生故障時，服務(wù)器主站會產(chǎn)生報警信息通報管理員，從而讓相關(guān)人員能夠及時了解現(xiàn)場情況，采取主動措施進(jìn)行現(xiàn)場維修。

圖1 系統(tǒng)總體設(shè)計圖Fig.1 Overall system design

主站還會根據(jù)實際情況主動發(fā)布信息，當(dāng)有計劃停電信息需要發(fā)布時，可以主動發(fā)送計劃停電信息到指定終端的LED信息顯示屏。如果有故障停電時，終端市電檢測模塊就會主動發(fā)出停電報警信息給主站，主站會綜合各種停電報警，進(jìn)行信息分析判斷停電原因，是個別停或是線路停電，采取資源調(diào)配及時搶修，并發(fā)布安撫信息以及停電原因和維修情況。

服務(wù)器主站管理通過權(quán)限劃分，主要分為管理員和授權(quán)用戶。管理員統(tǒng)管整個系統(tǒng)，它有最高權(quán)限，可以做任何工作。授權(quán)用戶，只有有限管理權(quán)限。另外主站通過自身和其他系統(tǒng)的接口，進(jìn)行數(shù)據(jù)共享，對營銷系統(tǒng)、客服系統(tǒng)、配調(diào)系統(tǒng)等互相提供數(shù)據(jù)服務(wù)和支持。

1.2 現(xiàn)場終端功能簡介

現(xiàn)場終端主要完成信息發(fā)布和數(shù)據(jù)采集工作，并通過GPRS無線通信技術(shù)與服務(wù)器主站進(jìn)行信息實時交換。

信息發(fā)布的主要模塊是LED顯示屏和揚聲器，終端通過GPRS模塊收到主站的指令和數(shù)據(jù)，通過LED顯示屏把告知信息滾動顯示出來，它還可以根據(jù)指令把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成語音信息通過揚聲器進(jìn)行廣播。本系統(tǒng)在設(shè)計時，專門配備了一塊大容量鋰電池，做為保障停電時的緊急供電系統(tǒng)，它可以在停電后繼續(xù)保證工作2小時以上的時間，完全能夠準(zhǔn)確的完成信息實時發(fā)布功能。

數(shù)據(jù)采集的基本功能是市電檢測，如故障停電時，市電檢測模塊就會感知并產(chǎn)生報警信號，終端會把停電信息通過GPRS及時傳回服務(wù)器主站。人機交互功能是數(shù)據(jù)采集的擴展功能，可以現(xiàn)場采集用戶對供電服務(wù)的滿意度調(diào)查，它設(shè)置了非常滿意、滿意、一般、差等調(diào)查內(nèi)容，用戶可以根據(jù)自己的用電體驗來對供電服務(wù)進(jìn)行評價。通過人機交互功能系統(tǒng)可以統(tǒng)計出供電服務(wù)中的不足，從而進(jìn)一步提高服務(wù)質(zhì)量。

2 硬件設(shè)計簡介

雙向用電信息發(fā)布系統(tǒng)現(xiàn)場終端采用意法半導(dǎo)體的32位ARM控制器，作為主信息處理單元。并結(jié)合電源、GPRS通信、LED顯示屏、市電檢測，揚聲器等功能模塊完成用電信息的發(fā)布與現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集。功能框圖如圖2所示。

圖2 功能框圖Fig.2 Functional block diagram

2.1 供電電源

電源電路采用外接市電和鋰電池供電兩種方式。市電220VAC轉(zhuǎn)5VDC的開關(guān)電源輸出電流10 A，電池用12.3 AH的鋰電池。在有市電的情況下系統(tǒng)用市電供電，還可以給鋰電池充電，沒有市電的情況下自動零延時切換到電池供電。并且保證在沒有市電的情況下整個系統(tǒng)還可以持續(xù)工作2個小時以上。

2.2 主控制器

主CPU采用72M主頻的STM32F103，10KB SRAM內(nèi)存，64K ROM Flash程序存儲器和3個UART等外設(shè)接口組成。STM32F103基于專為要求高性能、低成本、低功耗的嵌入式應(yīng)用設(shè)計的ARM?Cortex-M3內(nèi)核。它主要完成各模塊的信息收集與處理工作。

2.3 無線GPRS通訊

GPRS采用有方的M590E是一款SMD類型的GSM/GPRS四頻模塊，M590E基于工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)接口，支持GSM/GPRS 850/900/1800/1900MHz的語音、短信、數(shù)據(jù)傳輸和傳真等功能，具有小尺寸、低功耗的特點。它是現(xiàn)場設(shè)備與主站軟件信息交換的通道，實現(xiàn)遠(yuǎn)程對各個功能的管理。

2.4 停電檢測

220 V市電電源檢測模塊，直接接入市電220 V交流電壓。當(dāng)有交流電時，模塊會產(chǎn)生一個持續(xù)高電平；當(dāng)市電停電時，模塊沒有220 V交流電壓接入，此時模塊輸出持續(xù)低電平產(chǎn)生報警信號。

2.5 LED顯示屏

它是本系統(tǒng)主要的顯示功能模塊，采用的是P10的戶外高亮紅綠雙色LED顯示屏單元板設(shè)計，可以顯示紅色、綠色、黃色等字體顏色。它的主要功能是把主控設(shè)備發(fā)送過來的內(nèi)容顯示出來，比如本系統(tǒng)經(jīng)常要用到的（停送電信息、緊急通知、服務(wù)性提醒信息等）。并且它帶有狀態(tài)檢測功能，當(dāng)顯示屏本身發(fā)生故障時，檢測模塊檢測到故障10秒鐘后向主控設(shè)備報警；當(dāng)檢測到顯示屏體故障排除時，檢測模塊立即把恢復(fù)正常OK指令發(fā)送到主控設(shè)備。這樣系統(tǒng)就能實時跟蹤設(shè)備工作狀態(tài)，以提高設(shè)備工作的可靠性。

2.6 語音廣播

有些信息需要通過語音播放提示的，終端會通過主站語音指令把數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成音頻信息通過揚聲器進(jìn)行廣播。數(shù)據(jù)信息轉(zhuǎn)換成音頻信息，本系統(tǒng)采用的是合肥訊飛數(shù)碼科技有限公司高性價比的中文語音合成芯片XFS3031CNP，是業(yè)界最好的中文語音合成芯片，合成的語音具有音色甜美、音質(zhì)優(yōu)異、順暢自然等突出優(yōu)勢，芯片采用LQFP64封裝，方便集成。

CPU主控設(shè)備主要完成信息的收集分析處理工作。當(dāng)主站通過GPRS模塊下發(fā)顯示內(nèi)容時，它會把顯示內(nèi)容及時準(zhǔn)確的發(fā)布到LED顯示屏上。如果下發(fā)的是語音指令時，內(nèi)容會被轉(zhuǎn)換成語音進(jìn)行廣播。并且存儲主站下發(fā)數(shù)據(jù)和設(shè)備參數(shù)到內(nèi)部FLASH存儲器中，以備后續(xù)調(diào)用與查詢。當(dāng)220V電源檢測模塊產(chǎn)生停電報警、LED屏狀態(tài)檢測模塊發(fā)生故障報警或產(chǎn)生人機交互信息時，終端會在30秒內(nèi)及時把信息回傳主站。

3 軟件設(shè)計簡介

3.1 主站軟件設(shè)計

雙向用電發(fā)布系統(tǒng)主站采用TCPServer模式，采用IOCP技術(shù)可以支持幾千個終端實時連接通訊，現(xiàn)場終端通過GPRS連接服務(wù)器。現(xiàn)場終端與服務(wù)端建立連接后，服務(wù)器收到連接信息后記錄下終端地址和設(shè)備編號，現(xiàn)場終端定時發(fā)送心跳包至服務(wù)器，保障通訊的及時可靠。

系統(tǒng)完成啟動后就會一直等待終端連接，服務(wù)器會把每一個終端連接情況記錄在數(shù)據(jù)庫內(nèi)，如果有終端產(chǎn)生了停電報警信息時，服務(wù)器會記錄它的發(fā)生時間及停電具體地址，并把報警信息存入SQL數(shù)據(jù)庫方便以后查詢，及時把報警信息通過短信、網(wǎng)絡(luò)、web頁面等多種方式報知管理員，管理員會協(xié)調(diào)其它系統(tǒng)進(jìn)行分析數(shù)據(jù)，及時通知維修部門快速維修。

當(dāng)有計劃停電信息需要發(fā)布時，其他系統(tǒng)比如營銷系統(tǒng)、客服系統(tǒng)、配調(diào)系統(tǒng)都可以通過本系統(tǒng)接口，將計劃信息發(fā)給指定終端；如果是區(qū)域性停電信息，則可以進(jìn)行信息群發(fā)處理。外聯(lián)系統(tǒng)還可以通過服務(wù)接口實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享，如客服系統(tǒng)可以直接通過服務(wù)接口，及時獲取停電地址、停電原因、停電時間等信息。軟件流程如圖3所示。

圖3 主站軟件流程圖Fig.3 Master software flow

3.2 現(xiàn)場終端程序設(shè)計

終端程序設(shè)計如圖4所示。系統(tǒng)上電后，首先對系統(tǒng)時鐘和各功能模塊初始化，設(shè)定工作狀態(tài)，通過GPRS模塊主動連接指定服務(wù)器。

圖4 終端程序流程圖Fig.4 Terminal program flowchart

單片機完成啟動后，開始對各功能狀態(tài)進(jìn)行檢測，程序采用循環(huán)檢測模式。當(dāng)檢測市電5次以上為停電狀態(tài)時，將確定為停電并產(chǎn)生停電報警，報警信息由終端主動回傳服務(wù)器主站，并把停電記錄保存在存儲器中。各模塊的工作狀態(tài)是否正常，系統(tǒng)會進(jìn)行不斷的檢測，當(dāng)出現(xiàn)LED顯示保障時，終端會連續(xù)5次收到時ERR信息，或者10鐘內(nèi)沒收到OK信息，都斷定為顯示故障。人機交互通過按鍵評價時，系統(tǒng)就會對按鍵信息進(jìn)行編碼：01H表示非常滿意，02H表示滿意，03 H表示一般，04H表示差。終端會主動把模塊狀態(tài)信息與交互信息打包上傳至服務(wù)器。

信息發(fā)布通常是服務(wù)器主動發(fā)送的信息內(nèi)容。如果是計劃停電信息，服務(wù)器主站會主動下發(fā)顯示停電指令，終端會根據(jù)指令把內(nèi)容顯示在LED顯示屏上，主站下發(fā)語音信息指令時，信息會被終端根據(jù)指令轉(zhuǎn)換成語音數(shù)據(jù)通過揚聲器進(jìn)行廣播。如果是故障停電發(fā)生時，終端先把故障停電報警上傳至服務(wù)器，服務(wù)器經(jīng)過信息分析處理后，再下發(fā)特定的顯示信息或語音信息給終端。終端程序循環(huán)運行，一直處于實時檢測狀態(tài)。

4 結(jié)束語

目前雙向用電信息發(fā)布系統(tǒng)主要是針對提高電力行業(yè)供電服務(wù)而專門設(shè)計的。它是基于意法半導(dǎo)體的STM32F系列RAM芯片作為主控制器，顯示與采集現(xiàn)場用電信息，并通過無線GPRS通信模塊可靠的與服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。該系統(tǒng)經(jīng)過現(xiàn)場6個月的試運行，性能穩(wěn)定，方便快捷。在一定程度上提高了供電服務(wù)質(zhì)量。

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[3]LED顯示屏控制說明[S].鄭州藍(lán)一科技有限公司，2013.

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