黃自強(qiáng)　黃凌霄　鄭特　賴啟勇

摘要：為提高電力行業(yè)的辦事效率，減輕人工上門(mén)抄表的工作量，本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了一款基于SX1278和GPRS的遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)由采集端、網(wǎng)關(guān)端和管理端構(gòu)成。通過(guò)硬件和軟件的設(shè)計(jì)與調(diào)試，使系統(tǒng)設(shè)備在室外環(huán)境下?lián)碛休^高的穩(wěn)定性，抄表數(shù)據(jù)擁有較高的準(zhǔn)確性，從而達(dá)到智能遠(yuǎn)程抄表的目的。測(cè)試表明，該系統(tǒng)傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)，傳輸效率高，應(yīng)用領(lǐng)域廣泛，為智能化辦公提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：SX1278；GPRS；雙向通信；無(wú)線抄表

中圖分類(lèi)號(hào)：TN914.3 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2018）01-0172-02

近年來(lái)，隨著通信技術(shù)的高速發(fā)展，傳統(tǒng)的手工抄表方式已經(jīng)不再適應(yīng)現(xiàn)代化社會(huì)。自動(dòng)抄表的出現(xiàn)不僅節(jié)約了勞動(dòng)力成本，而且降低了誤抄，漏抄等手工抄表所帶來(lái)的問(wèn)題。無(wú)線遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表技術(shù)工作效率高，數(shù)據(jù)精確，使電力系統(tǒng)的管理效率得到顯著提高[1]。

本系統(tǒng)采用多種無(wú)線通信技術(shù)，由SX1278和GPRS作為系統(tǒng)總體框架，組建一個(gè)電表數(shù)據(jù)管理中心與用戶電表間的智能抄表系統(tǒng)。SX1278是半雙工傳輸?shù)牡椭蓄l收發(fā)器，常應(yīng)用于電量，水量等數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。GPRS是GSM的延續(xù)，采用了分組交換技術(shù)，擁有傳輸速度快，傳輸穩(wěn)定等特點(diǎn)。結(jié)合并運(yùn)用這兩種方式，可大大提高遠(yuǎn)程無(wú)線抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性和準(zhǔn)確性。

1 系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)分為三個(gè)部分，分別是采集端、網(wǎng)關(guān)端和管理端，如圖1所示，采集端由RS-485總線采集電表數(shù)據(jù)并通過(guò)SX1278無(wú)線模塊發(fā)送至網(wǎng)關(guān)端，網(wǎng)關(guān)端將收到的數(shù)據(jù)通過(guò)GPRS發(fā)至管理端，最后管理端對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行管理。本系統(tǒng)具有雙向通信的功能，上行：電表數(shù)據(jù)上傳至管理端，管理端接收數(shù)據(jù)并進(jìn)行處理、解析和管理；下行：管理端發(fā)送抄表指令至電表，實(shí)現(xiàn)抄表功能。

1.1 modbus協(xié)議

Modbus協(xié)議是本系統(tǒng)電表數(shù)據(jù)的傳輸協(xié)議，它是通訊協(xié)議的一種，可以通過(guò)不同的媒介方式傳輸，如RS232、RS485、光纖、無(wú)線電等。Modbus通訊協(xié)議包括以下兩個(gè)方面：一是波特率，檢驗(yàn)方式，數(shù)據(jù)位，停止位須按需求進(jìn)行設(shè)置；二是數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)須進(jìn)行以下定義：起始符+設(shè)備地址+功能代碼+數(shù)據(jù)+校驗(yàn)+結(jié)束符，如此才能保證接收方正確地接收到發(fā)送方傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，該方式極大地提高了傳輸?shù)目煽啃?，保證了傳輸?shù)捻樌M(jìn)行[2]。

1.2 硬件端設(shè)計(jì)

1.2.1 采集端

采集端主要由電表（n）、采集器（1）、RS-485總線、SX1278無(wú)線模塊、復(fù)位模塊、TTL轉(zhuǎn)RS485模塊、時(shí)鐘模塊和電源模塊構(gòu)成。采集器選用STC12C5A60S2作為主控芯片，該芯片內(nèi)部集成MAX810專(zhuān)用復(fù)位電路，2路PWM，2個(gè)串口，8路高速10位A/D轉(zhuǎn)換（250K/S），具有高速/低功耗/超強(qiáng)抗干擾的性能，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，性價(jià)比較高。采集端選取的RS-485總線允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器，可以采用一對(duì)多的工作方式采集電表數(shù)據(jù)，同時(shí)該總線的傳輸性高且抗干擾能力強(qiáng)。SX1278無(wú)線模塊采用高效的循環(huán)交織糾檢錯(cuò)編碼，具有遠(yuǎn)距離的抗干擾能力，可以保證數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)不易失真，同時(shí)還具有靈敏度高/無(wú)線喚醒等功能。

1.2.2 網(wǎng)關(guān)端

網(wǎng)關(guān)端主要由集中器、SX1278無(wú)線模塊、復(fù)位模塊、GPRS模塊、時(shí)鐘模塊和電源模塊構(gòu)成，集中器采用STC12C5A60S2作為主控芯片，通過(guò)SX1278無(wú)線模塊與采集端建立短距離無(wú)線通信。GPRS擁有分組交換技術(shù)，每個(gè)用戶可同時(shí)占用多個(gè)無(wú)線信道，同一無(wú)線信道又可以由多個(gè)用戶共享，資源可以被有效的利用，同時(shí)允許用戶在端到端分組轉(zhuǎn)移模式下發(fā)送和接收數(shù)據(jù)，而不需要利用電路交換模式的網(wǎng)絡(luò)資源進(jìn)行連接，十分適用于間斷的數(shù)據(jù)傳輸，本系統(tǒng)利用該技術(shù)實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)端與管理端的遠(yuǎn)程通信。

1.3 管理端設(shè)計(jì)

系統(tǒng)采用Eclipse開(kāi)發(fā)平臺(tái)，Java語(yǔ)言和SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)開(kāi)發(fā)完成電力管理網(wǎng)站，管理人員以及普通用戶通過(guò)登錄該網(wǎng)站可以隨時(shí)在線查詢各電表不同時(shí)段的用電情況，網(wǎng)站設(shè)計(jì)分為以下三個(gè)模塊：

用戶管理模塊設(shè)計(jì)：用戶權(quán)限分為管理員和普通用戶，管理員登錄系統(tǒng)可實(shí)現(xiàn)對(duì)電表用戶的增加、刪除、修改以及查詢等功能。普通用戶登錄系統(tǒng)只能查詢電量或修改基本資料。每個(gè)賬戶只有輸入正確的用戶名和密碼才能進(jìn)入系統(tǒng)并進(jìn)行下一步的操作和管理。

實(shí)時(shí)查詢模塊設(shè)計(jì)：普通用戶可查詢系統(tǒng)的基本信息，每月電量及年度電量信息、每月電費(fèi)及年度電費(fèi)等信息。用戶點(diǎn)擊實(shí)時(shí)查詢按鈕即可進(jìn)入查詢頁(yè)面，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)發(fā)送查詢命令，待接收到電表數(shù)據(jù)后存入數(shù)據(jù)庫(kù)并更新，同時(shí)可根據(jù)上次的電表值自動(dòng)計(jì)算出所用電量。

數(shù)據(jù)庫(kù)模塊設(shè)計(jì)：本設(shè)計(jì)選用了SQL server數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)，作為微軟發(fā)布的一個(gè)典型關(guān)系型數(shù)據(jù)庫(kù)，其功能強(qiáng)大，操作簡(jiǎn)單，安全可靠。本系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)表包括用戶注冊(cè)表，用戶信息表，歷史電量表以及當(dāng)月電量表等。

2 系統(tǒng)測(cè)試與結(jié)果分析

在室外環(huán)境下對(duì)系統(tǒng)設(shè)備的穩(wěn)定性，抄表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性進(jìn)行測(cè)試。測(cè)試內(nèi)容包括：不斷調(diào)整采集端與網(wǎng)關(guān)端的距離，使系統(tǒng)達(dá)到正常通信狀態(tài)。不同地址的電表同時(shí)發(fā)送用電數(shù)據(jù)，采集端與網(wǎng)關(guān)端進(jìn)行接收，整理后將數(shù)據(jù)匯總給管理端，管理端對(duì)用電數(shù)據(jù)進(jìn)行解析和管理。對(duì)比電表端與管理端的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)一致則表明用電數(shù)據(jù)上傳成功，反之亦然。通過(guò)1個(gè)月的測(cè)試發(fā)現(xiàn)，抄表數(shù)據(jù)的成功率達(dá)99%，準(zhǔn)確性達(dá)98%，測(cè)試誤差為SX1278和GPRS模塊受到周邊干擾造成的。測(cè)試結(jié)果表明該系統(tǒng)具有環(huán)境適應(yīng)性好，傳輸效率高，傳輸穩(wěn)定性強(qiáng)的特點(diǎn)，完成了智能遠(yuǎn)程抄表的功能。

3 結(jié)語(yǔ)

本文將計(jì)算機(jī)技術(shù)，數(shù)字通信等熱門(mén)技術(shù)結(jié)合，設(shè)計(jì)出一套智能無(wú)線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。通過(guò)系統(tǒng)測(cè)試，表明該系統(tǒng)功能強(qiáng)大，抄表效率高，能解決傳統(tǒng)抄表的種種問(wèn)題，為電力管理人員提供更便捷的方法與措施。同時(shí)，該系統(tǒng)擁有廣泛的應(yīng)用范圍，能拓展到溫濕度監(jiān)控，空氣質(zhì)量檢測(cè)等多種辦公領(lǐng)域，表明其應(yīng)用在現(xiàn)代化辦公的發(fā)展中擁有較強(qiáng)優(yōu)勢(shì)。

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