欒昊

（太原科技大學(xué)，山西太原，030024）

1 基于GPRS的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)使用及設(shè)計(jì)的必要性

當(dāng)前的自動(dòng)抄表系統(tǒng)會(huì)采用到有線通信技術(shù)、電力線載波通信技術(shù)這兩大通信技術(shù)類型，它們都擁有尚佳的系統(tǒng)應(yīng)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(duì)密集的商業(yè)區(qū)或居民區(qū)，電力線路相對(duì)復(fù)雜且會(huì)受到外界大量諧波干擾，所以在如此背景下采用自動(dòng)抄表系統(tǒng)容易受到較大影響，出現(xiàn)錯(cuò)碼、丟碼現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，抄表結(jié)果的準(zhǔn)確性大打折扣。

GPRS通信技術(shù)并不陌生，它在移動(dòng)通信領(lǐng)域有較廣泛應(yīng)用，它的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中所提供的是典型的無(wú)線IP，可為自動(dòng)抄表系統(tǒng)構(gòu)建遠(yuǎn)程無(wú)線抄表技術(shù)體系，形成全新的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)。由于GPRS遠(yuǎn)程通信的巨大優(yōu)勢(shì)特點(diǎn)，所以新的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)覆蓋范圍面積上也有所擴(kuò)大，能夠滿足永久在線要求，且對(duì)線路的自由切換自如，擁有較寬的數(shù)據(jù)帶寬，在適應(yīng)性與性價(jià)比方面也表現(xiàn)突出。所以說(shuō)，采用GPRS通信技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)全新的遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)是技術(shù)融合的最佳選擇，它基于技術(shù)優(yōu)勢(shì)體現(xiàn)出了一定的行業(yè)設(shè)備設(shè)計(jì)應(yīng)用必要性[1]。

2 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)分析

2.1 遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)思路與設(shè)計(jì)流程分析

首先應(yīng)該明確一點(diǎn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的基本設(shè)計(jì)流程，它應(yīng)該為每一戶用戶安裝一個(gè)數(shù)據(jù)采集器，再配合在對(duì)象區(qū)域內(nèi)每距離300m安裝一個(gè)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(shí)現(xiàn)信息聯(lián)通，而數(shù)據(jù)采集器則專門(mén)負(fù)責(zé)從各個(gè)用戶的計(jì)量表位置實(shí)時(shí)采集電脈沖信號(hào)，將電脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化、存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)集中器中，再通過(guò)采集器中的GPRS模塊與網(wǎng)絡(luò)抄表管理后臺(tái)中心進(jìn)行聯(lián)系，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信，配合無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊與數(shù)據(jù)采集器進(jìn)行實(shí)時(shí)通信。實(shí)際上，這一通信過(guò)程是連續(xù)不斷的，這就是對(duì)數(shù)據(jù)的集中過(guò)程，抄表管理中心方面會(huì)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(luò)接收數(shù)據(jù)。如果發(fā)生任何通信問(wèn)題，GPRS網(wǎng)絡(luò)會(huì)配合數(shù)據(jù)采集器對(duì)計(jì)量表中的繼電器作出相應(yīng)控制動(dòng)作，即停電、停水、斷氣等等，然后及時(shí)報(bào)警，由企業(yè)方面派人進(jìn)行人工維護(hù)維修。遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)本身也是與電網(wǎng)電力企業(yè)、水務(wù)局以及燃?xì)馄髽I(yè)營(yíng)業(yè)系統(tǒng)相互聯(lián)網(wǎng)的，通過(guò)遠(yuǎn)程抄表就能完成各種常規(guī)化的費(fèi)用計(jì)量、統(tǒng)計(jì)報(bào)表工作，所以它在企業(yè)中的應(yīng)用職能地位不言而喻。

2.2 數(shù)據(jù)采集器的設(shè)計(jì)分析

數(shù)據(jù)采集器中就包括了主控制器、無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸模塊、異常處理報(bào)警模塊、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊以及脈沖采集模塊等等，某些先進(jìn)的數(shù)據(jù)采集器中還設(shè)計(jì)了時(shí)鐘電路和看門(mén)狗安全系統(tǒng)。

數(shù)據(jù)采集器中要設(shè)計(jì)脈沖采集模塊，它在實(shí)際應(yīng)用中主要從用戶的電表、水表以及燃?xì)獗碇蝎@取輸出采樣脈沖信息，再經(jīng)過(guò)輸入電路將脈沖信息轉(zhuǎn)化為信號(hào)電平，最后傳送到單片機(jī)I/O口中，轉(zhuǎn)換為方波再處理。所以在設(shè)計(jì)過(guò)程中一定要優(yōu)化這一脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)化及統(tǒng)計(jì)模塊，采用高速存儲(chǔ)器配合存儲(chǔ)列表對(duì)信號(hào)脈沖數(shù)據(jù)的采集地質(zhì)進(jìn)行分析，凸顯數(shù)據(jù)集中器的抄寫(xiě)功能。而且系統(tǒng)在設(shè)計(jì)過(guò)程中還要配備充電后背電源，保證在停電時(shí)自動(dòng)啟用后背電源能夠?yàn)橄到y(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(shè)計(jì)分析

在數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)中運(yùn)用到了多個(gè)微處理器和存儲(chǔ)模塊，如圖1所示。

在對(duì)數(shù)據(jù)集中器進(jìn)行設(shè)計(jì)過(guò)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(chǔ)模塊功能，結(jié)合NOR Flash來(lái)存放啟動(dòng)代碼，編寫(xiě)抄表數(shù)據(jù)文件。在數(shù)據(jù)集中器的系統(tǒng)設(shè)計(jì)中主要圍繞主程序運(yùn)行空間及數(shù)據(jù)堆棧區(qū)展開(kāi)，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(yuǎn)程抄表畫(huà)面。在數(shù)據(jù)集中器設(shè)計(jì)中的關(guān)鍵要點(diǎn)就是它的無(wú)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(shè)計(jì)二者融為一體，就能夠利用GPRS技術(shù)聯(lián)通數(shù)據(jù)集中器與數(shù)據(jù)采集器，并與后臺(tái)處理中心聯(lián)動(dòng)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表。

圖1 數(shù)據(jù)集中器的基本設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)示意圖

2.4 通信通道的設(shè)計(jì)分析

遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中設(shè)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(guān)鍵設(shè)計(jì)還在于高效的信道糾錯(cuò)編碼技術(shù)。在設(shè)計(jì)過(guò)程中利用通信接口調(diào)整通信速率達(dá)到10000b/s，專門(mén)設(shè)計(jì)為半雙工通信信道，滿足多點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)通信條件。而在數(shù)據(jù)集中器中則設(shè)計(jì)了微處理器配合串口連接，換言之它所采用的就是單片機(jī)接口設(shè)計(jì)，這保證了通信通道在實(shí)際應(yīng)用中的通信流暢性。

2.5 軟件的設(shè)計(jì)分析

遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)最關(guān)鍵，它是整個(gè)抄表系統(tǒng)的管理核心，所以圍繞它設(shè)置一套應(yīng)用管理軟件，結(jié)合數(shù)據(jù)庫(kù)構(gòu)建收費(fèi)管理系統(tǒng)與控制系統(tǒng)非常有必要。在上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)中主要采用多點(diǎn)查詢通信方式展開(kāi)設(shè)計(jì)應(yīng)用，并結(jié)合通信規(guī)約存儲(chǔ)數(shù)據(jù)來(lái)將所有數(shù)據(jù)上傳到后臺(tái)抄表系統(tǒng)管理中心中。在抄表系統(tǒng)管理中心的軟件設(shè)計(jì)方面主要會(huì)采用到模塊化設(shè)計(jì)，它主要包括了抄表管理、信息管理、聯(lián)網(wǎng)繳費(fèi)、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(shè)計(jì)后實(shí)際應(yīng)用的功能全面性與功能有效性。

除此之外，遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的軟件設(shè)計(jì)還包括了下位機(jī)軟件模塊設(shè)計(jì)，它專門(mén)負(fù)責(zé)管理數(shù)據(jù)集中器與采集器，同時(shí)能夠存儲(chǔ)和協(xié)調(diào)大量的計(jì)量表數(shù)據(jù)和計(jì)量表相關(guān)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(jiǎn)析

3.1 案例概述

本文以某遠(yuǎn)程自動(dòng)電表抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)為例，結(jié)合案例展開(kāi)簡(jiǎn)要分析。該案例中的電表遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)采用了GPRS無(wú)線通信方式，它的服務(wù)器運(yùn)行中就運(yùn)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(tái)，客戶可通過(guò)普通瀏覽器訪問(wèn)該抄表管理軟件，了解自家用電指標(biāo)。

3.2 設(shè)計(jì)方案簡(jiǎn)析

在系統(tǒng)設(shè)計(jì)方面，采用多個(gè)RS-485總線與GPRS采集終端、各家用戶電表相連，同時(shí)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(jìn)行串口抄表功能銜接，并配置了“設(shè)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸啟動(dòng)功能。另外，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中還配置了固定IP，以保證對(duì)GPRS采集終端的遠(yuǎn)程銜接，實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)化管理。