手機APP與電力智能設備通信的實現
2018-02-03 07:32:04遲屹楠王洪劉忠祥
科技創新與應用 2018年5期
遲屹楠+王洪+劉忠祥
摘 要：互聯網技術的發展逐漸滲透到電力行業，文章提出手機APP通信方法，將針對性地解決電力行業中電力電子裝置中遠距離通信問題，在無線范圍內只需要打開手機APP就能精準讀取電力電子設備運行狀態，并且控制其運行方式，實現“四遙”功能。
關鍵詞：電力電子；手機APP；通信
中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0040-03
Abstract： The development of Internet technology has gradually penetrated into the power industry. This paper proposes a mobile phone APP communications method， which will solve the problem of long-distance communications in power electronic devices. Within the wireless range， people only need to open the mobile phone APP to accurately read the power electronic equipment running state and control its operation mode in order to achieve "four remote" functions.
Keywords： power electronics； mobile phone app； communications
引言
隨著國家電網配電覆蓋面積越來越廣，戶外配電的需求也日益提高，許多電力電子裝置需要投入到戶外配網中去，安裝在戶外的裝置往往其位置在電線桿上或者其他人難以到達的位置[1]，這種情況下，設備人員需要讀取設備液晶屏上顯示的運行參數或控制設備運行方式時，就會很不方面，人工成本較大。
本文提出了手機APP監控設備運行狀況的方法，即在電力電子裝置中安裝無線模塊，將電力電子的通信串口與無線模塊相匹配，將數據傳輸到無線模塊中，利用手機連接上無線網絡，通過APP來讀取電力電子裝置的通信信息，并通過APP來控制設備的運行。手機APP監控軟件在設備無線覆蓋的范圍內，能實現“四遙”功能，遙信是對裝置開關信息的測量。遙控是對裝置運行模式的遠程控制。遙測是對裝置電壓，電流，功率等工作情況中參數的測量。遙調是對電力設備參數的遠程調控。使用手機APP監控就舍棄了液晶屏的安裝，節約設備成本，具有很高的實用性和通用性。
1 系統總體描述
戶外和戶內電力電子設備的安裝在位置上具有靈活性同時需要實時監控，可采用手機APP作為上位機的方式來實現對裝置在無線范圍內的實時監控。本次系統中電力電子裝置與Wifi模塊連接采用串口RS485，通過Wifi模塊發射無線網絡，手機APP再接入網絡中，與裝置進行通信。整個系統布局如圖1所示結構。
相比于現在普遍使用的液晶屏作為上位機，該系統最大的不同是增加了Wifi無線模塊，打破了依靠串口線或網線傳輸的局限性，實現了電力電子裝置與通信系統中的Wifi互連，數據信息共享。電力電子裝置的運行狀況，基本參數等信息通過Wifi通訊模塊發送到無線網絡，利用手機APP接收信息不僅能夠實時掌握機器生產運行狀況，也具有很強的靈活性，特別是針對戶外設備情況。
2 硬件平臺搭建
2.1 Wifi模塊配置及下位機通信設計
在目前主流的Bluetooth、ZigBee和Wifi三種無線通信技術中，藍牙使用的是FHSS（跳頻擴譜）方式，通信距離一般是10米。ZigBee的傳輸速度不高，但功耗低，是一種新型技術。Wifi技術具有組網簡單靈活、傳輸速率快、覆蓋范圍廣的特點[2]。三種通信技術都支持數據的傳輸，本系統選用Wifi無線通信技術，其技術比較成熟，在工業領域更具有通用性。
本次系統中Wifi模塊的基本參數設置首先需要匹配電力電子裝置中的通信參數配置建立電力電子裝置與Wifi模塊之間的通信，電力電子裝置中采用的通信方式485串口通信則需要對Wifi模塊的串口參數進行匹配，包括波特率，數據位，校驗位，起始位，停止位。
下位機采用DSP數據處理器，主要的電路結構如圖2所示，SCIRX1和SCITX1為DSP的數據收發口，485-RTS為傳輸方向控制信號口，SH65HVD是485收發器，最后電路外接口為RS485的A，B口。
2.2 傳輸協議的規范
傳輸協議是指計算機通用語言。在工業領域中，傳輸協議是電力電子設備之間，電力電子設備與網絡之間的一種通信語言規范。本次系統采用的是Modbus協議，協議中規范了查詢和讀取這兩個主要功能。查詢是上位機將報文發送給下位機，報文就是一段數據代碼，發送的報文信息就是告知從設備需要執行哪種任務。例如功能代碼中的03，是命令讀取下位機的保持寄存器，并將保持寄存器中的數據返回給上位機。數據代碼中需要告知下位機讀取哪些寄存器即從哪個寄存器開始及寄存器的數量。報文最后還有校驗位，檢驗發送和接受的報文數據內容是否正確?；貞窍挛粰C對上位機發送的報文作出回答，也是以報文的形式發送，上文的例子中，下位機接收到的是讀取信息的報文，下位機回應的報文就應該包含所需寄存器里的數據內容。另外當上位機需要將數據寫入寄存器時，下位機的回應就是告知是否寫入成功。
3 手機APP設計
3.1 Android系統概述
Google安卓的開發平臺包括操作系統，中間件，用戶界面和應用軟件。最開始是應用于手機，隨著技術的開發，可支持平板等其他領域，安卓系統的應用也越來越廣泛[3]。在安卓系統的設計結構中，包括有三層設計，底層是linux操作系統，中層是虛擬機和函數庫，上層為針對用戶的應用軟件。endprint
現有的手機都是一套成熟的安卓系統，安卓應用程序就是最上層的軟件編寫，主要程序包括Activity、Content Provider、Service、Intent等部分[4]，其中Activity相對于其他的應用程序對話框或者其他的網絡應用程序的頁面窗口來說，它是安卓手機與用戶交流的組件，也就是我們常見的手機界面，其設計需考慮其生命周期，通?？梢元毩⒌脑诤笈_運行。Intent是運行中的綁定機制，它是應用程序中四大組件的一個樞紐，同時也可用于不同應用程序之間，主要是來告知系統本應用程序需要什么請求，想做的是一件什么樣的事情，使用Intent能在各個活動之間相互切換。系統軟件流程圖如圖3。
3.2 APP與Wifi連接
開發手機軟件，智能手機的應用軟件主要分為三個部分，首先是APP與無線Wifi的網絡連接，建立手機與無線之間的通信，再就是讀，寫功能的編輯，完成對下位機數據的讀取和命令的下達，最后是顯示部分，實現人機交互的界面。手機APP軟件的編輯使用的是Java語言[5]。當Wifi設置完成之后，手機APP需要接入進行，那么需要手機APP與Wifi的IP地址和端口號相匹配正確。
接網的具體代碼如下：
IPText = （EditText） findViewById（R.id.IPEditText）；
IPText.setText（“192.168.11.254”）；讀取wifi模塊的IP地址
PortText = （EditText） findViewById（R.id.PortEditText）；
PortText.setText（“8001”）；讀取wifi模塊的端口號
將IP地址與端口號配置完成后，就需要建立線程一直讀取數據：
public void ConnectWifiClick（View v） {
sIPaddrText = IPText.getText（）.toString（）；
String sPortText = PortText.getText（）.toString（）；
iport = Integer.parseInt（sPortText）；
ConnectionStatus.setText（“連接中 ” + “ ....”）； ConnectionStatus.setBackgroundColor（android.graphics.Color.GREEN；
SocketConnectThread=newThread（SocketConnectWIFIThread）；//通信線程
SocketConnectThread.start（）；
}
}
本次APP設計采用top標題模式，共有五個子界面，每個界面都有單獨的進程進行讀寫，點開一個界面時屏蔽掉另外四個，避免進程之間的相互干擾。
3.3 APP與下位機通信處理
在編寫讀，寫代碼時，要嚴格依照之前定義的Modbus協議，來規范發送和接受的報文格式。為防止報文傳輸錯誤，報文的校驗采用CRC校驗法。
APP發送讀功能的數據格式：從機地址（1字節）、功能域（1字節）、數據域（4字節）、CRC校驗（2字節）。其中數據域包括待讀寄存器地址的高位，待讀寄存器地址底位，待讀N個寄存器個數的高位，待讀寄存器個數的底位。一次最多允許讀取20個寄存器。下位機接受到讀報文后返回的報文格式：從機地址（1字節）、功能域（1字節）、數據內容（2*N+1個字節）、CRC校驗。其中數據內容包括：返回數據的字節數、N個數據高位、N個數據低位。讀取錯誤時返回：從機地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗。讀取設備運行狀態時的代碼如下：
private void ReadData_Timestate2（） {
int j；
int num， add；
try {
m_nAddr = 1； //判斷報文為讀功能
add = 0x1300； //讀取下位機的寄存器地址
num = 0x0F； //讀取的寄存器個數
Pack（0x03， add， num）；報文信息打包
if （true == ReceiveThreadClose） {
outStream.write（m_bTxBuf， 0， 8）； //發送報文
} else {
ReadDataTimestateFlag = false；
}
} catch （IOException e） {
ReadDataTimestateFlag = false；
}
}
APP發送寫功能的數據格式：從機地址（1字節）、功能域（1字節）、數據長度（5+2*N字節）、CRC校驗。其中數據長度包括寄存器地址高位、寄存器地址低位、寄存器個數高位、寄存器個數低位、字節數、數據內容。下位機接收到寫報文后返回的報文格式：從機地址、功能域、寄存器地址高位、寄存器數據地址低位、寫入寄存器個數高位、寫入寄存器個數底位。寫入錯誤時返回：從機地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗。寫功能的報文主要為控制命令，流程圖如圖4。
3.4 APP界面設計
手機APP界面主要顯示的是電力電子裝置運行的參數和人為控制的命令編寫部分，在Andriod中使用布局管理器可以很方便地控制各組件的位置和大小，本次設計選用的是線性布局管理器（LinearLayout），組件的位置可以直接在eclipse中拖動擺放，也可定義組件的格式，例如“連接”按鈕的定義代碼如下：endprint
