無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的開發(fā)

2010年以后國(guó)家電網(wǎng)進(jìn)行了新的一輪產(chǎn)業(yè)升級(jí)，在這次的產(chǎn)業(yè)升級(jí)中智能化電表、便攜式移動(dòng)收費(fèi)終端以及無線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用成為本次產(chǎn)業(yè)升級(jí)的重要發(fā)展方向。在我國(guó)，目前電能表升級(jí)已經(jīng)到了第三代電表，也就是目前國(guó)家正在積極推廣的智能電表。智能電表可以極大地解決抄表、算費(fèi)、交費(fèi)的功能。但目前智能電表的價(jià)格成本高并且只是在某些城市進(jìn)行試點(diǎn)，所以不具有普遍推廣性。在我國(guó)大部分的地區(qū)前兩代電表依然在使用，這就造成了三代電表共存的現(xiàn)狀。尤其縣鄉(xiāng)一級(jí)電表數(shù)量巨大，且普遍使用的電表為第一代的機(jī)械電表和第二代的磁卡電表，所以往往導(dǎo)致抄表的困難，雖然目前市面上抄表器種類繁多但主要是針對(duì)安裝紅外功能的電表并且數(shù)據(jù)不能及時(shí)上報(bào)至電力局導(dǎo)致對(duì)賬不方便。本文針對(duì)目前縣鄉(xiāng)一級(jí)普遍使用的機(jī)械表，進(jìn)行設(shè)計(jì)一套基于紅外無線GPRS遠(yuǎn)傳的無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)首先將表碼記錄到抄表器內(nèi)，再將表碼通過GPRS網(wǎng)絡(luò)遠(yuǎn)傳至電力局抄表中心。電力局抄表中心將收到數(shù)據(jù)進(jìn)行解析后將表碼記錄。這樣避免了縣鄉(xiāng)一級(jí)大規(guī)模更換電表，為將來大規(guī)模的電表產(chǎn)業(yè)升級(jí)做好了鋪墊。

此無線抄表系統(tǒng)采用分布式體系結(jié)構(gòu)，電力局抄表中心與農(nóng)電工抄表器之間數(shù)據(jù)的采集采用星型結(jié)構(gòu)；集中器與采集器之間數(shù)據(jù)的采集采用網(wǎng)狀網(wǎng)結(jié)構(gòu)。在基于GPRS抄表器下的無線遠(yuǎn)抄系統(tǒng)中首先通過抄表器進(jìn)行電表表碼的采集，采集后將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到抄表器內(nèi)部數(shù)據(jù)庫(kù)中，然后通過抄表器內(nèi)部GPRS模塊將數(shù)據(jù)上發(fā)至電力局抄表中心。電力局后臺(tái)服務(wù)器直接通過防火墻與移動(dòng)專線、DDN或者Internet等相連，服務(wù)器具有外部IP。GPRS抄表器Modem登錄到GPRS網(wǎng)絡(luò)后，通過中國(guó)移動(dòng)的接入點(diǎn)獲得外部IP，建立訪問接入點(diǎn)網(wǎng)絡(luò)的通道。然后，GPRS抄表終端Modem通過連接通道，連接到電力局，電力局后臺(tái)服務(wù)器就可以記錄各個(gè)無線抄表終端客戶端的連接信息了。至此，GPRS抄表終端Modem和電力局后臺(tái)服務(wù)器就實(shí)現(xiàn)了相互之間的數(shù)據(jù)信息傳輸。

此無線抄表器主要應(yīng)用以下相關(guān)技術(shù)：ARM芯片，WindowsCE系統(tǒng)，SQLite嵌入式數(shù)據(jù)庫(kù)，紅外通信技術(shù)，GPRS通信技術(shù)。設(shè)計(jì)內(nèi)容如下：

1.硬件設(shè)計(jì)

基于GPRS無線抄表系統(tǒng)的抄表器應(yīng)用系統(tǒng)硬件部分的設(shè)計(jì)，主要是基于ARM的嵌入式開發(fā)板為主，配以交叉開發(fā)用的PC機(jī)Windows平臺(tái)和燒寫下載用線等設(shè)備，完成開發(fā)后，目標(biāo)硬件板可脫機(jī)單獨(dú)運(yùn)行工作。ARM2410核心板配以ARM9處理器芯片S3c2410，控制著 LCD液晶屏、以太網(wǎng)接口、USB接口等硬件資源。GPRS模塊、打印模塊，作為獨(dú)立的部分，通過串口連接到ARM開發(fā)板上達(dá)到整個(gè)系統(tǒng)無線傳輸和打印功能的實(shí)現(xiàn)。

2.抄表器紅外部分設(shè)計(jì)

所設(shè)計(jì)的紅外部分符合紅外傳輸方式的特點(diǎn)。抄表器中紅外芯片與CPU之間通過串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，遵守RS-232電平規(guī)則，接口形式為9芯針插座，工作方式為全雙工。通訊座機(jī)的RS-232接口參數(shù)，接口電平符合RS-232標(biāo)準(zhǔn)接口電平規(guī)定。紅外通信協(xié)議物理層采用了IEC1107中的光學(xué)接口部分，同時(shí)吸收了我國(guó)當(dāng)前電力系統(tǒng)中普遍采用的RS-485 標(biāo)準(zhǔn)的串行電氣接口和調(diào)制型紅外光接口；鏈路層中的字節(jié)格式、幀格式參照IEC1142中的有關(guān)內(nèi)容；樹狀結(jié)構(gòu)的數(shù)據(jù)信息編碼格式參考IEC1107有關(guān)內(nèi)容；數(shù)據(jù)域傳輸時(shí)采用余3編碼原則；在數(shù)據(jù)分組、標(biāo)識(shí)編碼方面保證了傳輸數(shù)據(jù)的快捷方便，兼顧了信息的可擴(kuò)充性。

3.GPRS傳輸設(shè)計(jì)

GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸流程：首先通過抄表器紅外模塊進(jìn)行抄表將抄表返回值記錄下來；然后由抄表器程序控制GPRS模塊的電源，以決定是否進(jìn)行無線數(shù)據(jù)傳輸；待開機(jī)成功后，查詢網(wǎng)絡(luò)是否注冊(cè)成功；成功后即可建立模塊與電力局抄表中心服務(wù)器的連接，根據(jù)需要發(fā)送一定格式的心跳信息。

無線傳輸數(shù)據(jù)格式采用幀格式。具體指令功能采用AFN功能碼。不同電表類型數(shù)據(jù)在KN處進(jìn)行細(xì)分標(biāo)示，在確定電表類型后，抄表器將采集數(shù)據(jù)值上發(fā)。數(shù)據(jù)傳輸協(xié)議是實(shí)現(xiàn)整套系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸?shù)闹匾罁?jù)，只要抄表器和電力局抄表中心進(jìn)行匹配的數(shù)據(jù)交流，才可以完成整套系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)。在抄表器中需要建立用戶登錄表存儲(chǔ)登陸名和數(shù)據(jù)；電表表碼記錄用來存儲(chǔ)抄表情況與抄表狀態(tài)。本設(shè)計(jì)中移動(dòng)抄表器主要使用的數(shù)據(jù)庫(kù)表主要有：抄表器抄表記錄表，系統(tǒng)登錄表和參數(shù)表。

開發(fā)首先要按照WinCE的工程向?qū)?chuàng)建一個(gè)基于模擬器的工程，當(dāng)工程創(chuàng)建完成后，需要編譯WinCE，編譯完成后，需要配置連接屬性，就可以將WinCE下載到模擬器上面運(yùn)行。如果要想使在模擬器上運(yùn)行的WinCE具有網(wǎng)絡(luò)連接，可以選擇綁定某個(gè)網(wǎng)卡，也可以選擇綁定當(dāng)前PC的網(wǎng)卡。選擇在模擬器上運(yùn)行時(shí)所支持的串口，還可以獲得打印信息。最后模擬器配置完成后，WinCE的image就會(huì)被下載，就可以在模擬器中運(yùn)行。

系統(tǒng)在全部環(huán)境穩(wěn)定可靠的情況下，整套系統(tǒng)的測(cè)試結(jié)果如下：

在進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)通信測(cè)試時(shí)，發(fā)現(xiàn)GPRS連接出現(xiàn)不穩(wěn)定情況，傳輸數(shù)據(jù)時(shí)常導(dǎo)致丟幀現(xiàn)象，經(jīng)查閱資料發(fā)現(xiàn)目前移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)信號(hào)存在不穩(wěn)定現(xiàn)象在一段時(shí)間收費(fèi)終端不與主站進(jìn)行通信會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)連接異常。需要在程序中加上終端定期發(fā)送握手通信的數(shù)據(jù)，既心跳幀，為是程序靈活性增加程序中涉及流量的使用所以程序提供用戶選擇心跳時(shí)間的接口。用戶可以自行設(shè)定心跳時(shí)間。

在測(cè)試紅外抄表的過程中，將程序保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，但存儲(chǔ)數(shù)據(jù)過多會(huì)導(dǎo)致執(zhí)行速度慢，查詢時(shí)間長(zhǎng)的問題，所以將繳費(fèi)成功的數(shù)據(jù)備份到備份庫(kù)中，再將這些用戶刪除掉。

在系統(tǒng)實(shí)地測(cè)試過程中，使用者反映在進(jìn)行查詢時(shí)常會(huì)出現(xiàn)程序反應(yīng)慢。為了解決問題在現(xiàn)場(chǎng)實(shí)地測(cè)試發(fā)現(xiàn)程序在開始運(yùn)行時(shí)速度正常，但時(shí)間一長(zhǎng)會(huì)出現(xiàn)反應(yīng)慢的問題，經(jīng)對(duì)程序的分析返現(xiàn)程序沒有問題。故在現(xiàn)有硬件設(shè)備上進(jìn)行分析發(fā)現(xiàn)設(shè)備長(zhǎng)時(shí)間使用會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部電源溫度上升，導(dǎo)致設(shè)備緩慢，為解決問題在設(shè)備上加入散熱模塊。使得設(shè)備溫度保持常溫，程序執(zhí)行緩慢問題都已解決。

隨著多功能電表和階梯電價(jià)在電力行業(yè)的普及，本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)抄表器在電力營(yíng)銷業(yè)務(wù)中發(fā)揮著越來越重要的作用。它具有直觀、操作簡(jiǎn)便、可靠性高等優(yōu)點(diǎn)。有利于戶外數(shù)據(jù)的采集，特別利于在惡劣自然條件下的抄表工作，并能很好地處理多功能多費(fèi)率電表分時(shí)電價(jià)問題。還能妥善解決停電抄表問題。本論文設(shè)計(jì)的無線抄表系統(tǒng)可以徹底杜絕了“人情電”“估抄電”的現(xiàn)象。是電力營(yíng)銷管理工作的一種創(chuàng)新嘗試。