遠程自動抄表系統(tǒng)的設計

欒昊

（太原科技大學，山西太原，030024）

1 基于GPRS的遠程自動抄表系統(tǒng)使用及設計的必要性

當前的自動抄表系統(tǒng)會采用到有線通信技術、電力線載波通信技術這兩大通信技術類型，它們都擁有尚佳的系統(tǒng)應用穩(wěn)定性，但由于它們的鋪線工程量偏大，容易出現(xiàn)人為損壞，特別是在人口相對密集的商業(yè)區(qū)或居民區(qū)，電力線路相對復雜且會受到外界大量諧波干擾，所以在如此背景下采用自動抄表系統(tǒng)容易受到較大影響，出現(xiàn)錯碼、丟碼現(xiàn)實問題，抄表結果的準確性大打折扣。

GPRS通信技術并不陌生，它在移動通信領域有較廣泛應用，它的網(wǎng)絡系統(tǒng)中所提供的是典型的無線IP，可為自動抄表系統(tǒng)構建遠程無線抄表技術體系，形成全新的遠程自動抄表系統(tǒng)。由于GPRS遠程通信的巨大優(yōu)勢特點，所以新的遠程自動抄表系統(tǒng)在網(wǎng)絡覆蓋范圍面積上也有所擴大，能夠滿足永久在線要求，且對線路的自由切換自如，擁有較寬的數(shù)據(jù)帶寬，在適應性與性價比方面也表現(xiàn)突出。所以說，采用GPRS通信技術來設計全新的遠程自動抄表系統(tǒng)是技術融合的最佳選擇，它基于技術優(yōu)勢體現(xiàn)出了一定的行業(yè)設備設計應用必要性[1]。

2 遠程自動抄表系統(tǒng)的設計分析

2.1 遠程自動抄表系統(tǒng)的總體設計思路與設計流程分析

首先應該明確一點遠程自動抄表系統(tǒng)的基本設計流程，它應該為每一戶用戶安裝一個數(shù)據(jù)采集器，再配合在對象區(qū)域內(nèi)每距離300m安裝一個數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)集中器二者可以實現(xiàn)信息聯(lián)通，而數(shù)據(jù)采集器則專門負責從各個用戶的計量表位置實時采集電脈沖信號，將電脈沖信號轉(zhuǎn)化、存儲到數(shù)據(jù)集中器中，再通過采集器中的GPRS模塊與網(wǎng)絡抄表管理后臺中心進行聯(lián)系，實現(xiàn)遠程數(shù)據(jù)通信，配合無線數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)采集器進行實時通信。實際上，這一通信過程是連續(xù)不斷的，這就是對數(shù)據(jù)的集中過程，抄表管理中心方面會不斷上傳由數(shù)據(jù)集中器、采集器二者所回饋的數(shù)據(jù)并上傳命令，利用GPRS網(wǎng)絡接收數(shù)據(jù)。如果發(fā)生任何通信問題，GPRS網(wǎng)絡會配合數(shù)據(jù)采集器對計量表中的繼電器作出相應控制動作，即停電、停水、斷氣等等，然后及時報警，由企業(yè)方面派人進行人工維護維修。遠程抄表系統(tǒng)本身也是與電網(wǎng)電力企業(yè)、水務局以及燃氣企業(yè)營業(yè)系統(tǒng)相互聯(lián)網(wǎng)的，通過遠程抄表就能完成各種常規(guī)化的費用計量、統(tǒng)計報表工作，所以它在企業(yè)中的應用職能地位不言而喻。

2.2 數(shù)據(jù)采集器的設計分析

數(shù)據(jù)采集器中就包括了主控制器、無線數(shù)據(jù)傳輸模塊、異常處理報警模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊以及脈沖采集模塊等等，某些先進的數(shù)據(jù)采集器中還設計了時鐘電路和看門狗安全系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集器中要設計脈沖采集模塊，它在實際應用中主要從用戶的電表、水表以及燃氣表中獲取輸出采樣脈沖信息，再經(jīng)過輸入電路將脈沖信息轉(zhuǎn)化為信號電平，最后傳送到單片機I/O口中，轉(zhuǎn)換為方波再處理。所以在設計過程中一定要優(yōu)化這一脈沖信號轉(zhuǎn)化及統(tǒng)計模塊，采用高速存儲器配合存儲列表對信號脈沖數(shù)據(jù)的采集地質(zhì)進行分析，凸顯數(shù)據(jù)集中器的抄寫功能。而且系統(tǒng)在設計過程中還要配備充電后背電源，保證在停電時自動啟用后背電源能夠為系統(tǒng)供電，避免系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)丟失。

2.3 數(shù)據(jù)集中器的設計分析

在數(shù)據(jù)集中器設計中運用到了多個微處理器和存儲模塊，如圖1所示。

在對數(shù)據(jù)集中器進行設計過程中主要采用到了微處理器作為核心處理芯片，它芯片功能能耗偏低但集成度偏高。另外在系統(tǒng)模塊中也啟用了Flash存儲模塊功能，結合NOR Flash來存放啟動代碼，編寫抄表數(shù)據(jù)文件。在數(shù)據(jù)集中器的系統(tǒng)設計中主要圍繞主程序運行空間及數(shù)據(jù)堆棧區(qū)展開，再配合高速處理器可有效降低LCD的圖像延遲度，提供高清晰遠程抄表畫面。在數(shù)據(jù)集中器設計中的關鍵要點就是它的無線數(shù)據(jù)傳輸模塊旁邊還安裝了GPRS通信模塊，利用串口連接設計二者融為一體，就能夠利用GPRS技術聯(lián)通數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)采集器，并與后臺處理中心聯(lián)動實現(xiàn)遠程自動抄表。

圖1 數(shù)據(jù)集中器的基本設計結構示意圖

2.4 通信通道的設計分析

遠程自動抄表系統(tǒng)中設置了上行通信通道與下行通信通道，這兩大通信通道保證了數(shù)據(jù)采集器與數(shù)據(jù)集中器之間的有效聯(lián)系。而銜接兩大通信通道的關鍵設計還在于高效的信道糾錯編碼技術。在設計過程中利用通信接口調(diào)整通信速率達到10000b/s，專門設計為半雙工通信信道，滿足多點對多點通信條件。而在數(shù)據(jù)集中器中則設計了微處理器配合串口連接，換言之它所采用的就是單片機接口設計，這保證了通信通道在實際應用中的通信流暢性。

2.5 軟件的設計分析

遠程自動抄表系統(tǒng)中的上位機軟件設計最關鍵，它是整個抄表系統(tǒng)的管理核心，所以圍繞它設置一套應用管理軟件，結合數(shù)據(jù)庫構建收費管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)非常有必要。在上位機軟件設計中主要采用多點查詢通信方式展開設計應用，并結合通信規(guī)約存儲數(shù)據(jù)來將所有數(shù)據(jù)上傳到后臺抄表系統(tǒng)管理中心中。在抄表系統(tǒng)管理中心的軟件設計方面主要會采用到模塊化設計，它主要包括了抄表管理、信息管理、聯(lián)網(wǎng)繳費、異常處理這4大模塊，圍繞這4大模塊豐富抄表系統(tǒng)管理體系功能，保證設計后實際應用的功能全面性與功能有效性。

除此之外，遠程自動抄表系統(tǒng)中的軟件設計還包括了下位機軟件模塊設計，它專門負責管理數(shù)據(jù)集中器與采集器，同時能夠存儲和協(xié)調(diào)大量的計量表數(shù)據(jù)和計量表相關參數(shù)，滿足監(jiān)視采集終端的工作狀態(tài)功能優(yōu)化[2]。

3 案例簡析

3.1 案例概述

本文以某遠程自動電表抄表系統(tǒng)設計為例，結合案例展開簡要分析。該案例中的電表遠程抄表系統(tǒng)采用了GPRS無線通信方式，它的服務器運行中就運用到了采集終端管理軟件mServer以及其它抄表管理軟件。在后臺，客戶可通過普通瀏覽器訪問該抄表管理軟件，了解自家用電指標。

3.2 設計方案簡析

在系統(tǒng)設計方面，采用多個RS-485總線與GPRS采集終端、各家用戶電表相連，同時將具有聯(lián)網(wǎng)功能的GPRS數(shù)據(jù)卡安裝在采集終端SIM卡座中，配合采集終端配置串口線進行串口抄表功能銜接，并配置了“設置”按鍵，可保證在15s以內(nèi)完成數(shù)據(jù)采集器終端加電配置，滿足GPRS采集終端的遠程數(shù)據(jù)傳輸啟動功能。另外，在系統(tǒng)設計中還配置了固定IP，以保證對GPRS采集終端的遠程銜接，實現(xiàn)動態(tài)化管理。