基于物聯(lián)網(wǎng)的GPRS遠(yuǎn)傳IC卡表系統(tǒng)

馬丹松

摘 要：以物聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，在其之上研發(fā)出與遠(yuǎn)程抄表相關(guān)的管理系統(tǒng)：IC卡膜式燃?xì)獗磉h(yuǎn)程抄表管理系統(tǒng)，介紹該系統(tǒng)從設(shè)計初期，研發(fā)，協(xié)議的確定到實現(xiàn)的全部過程。同時結(jié)合模塊圖，流程圖，數(shù)據(jù)庫截圖及實際系統(tǒng)的用戶界面與操作，展示了當(dāng)下順應(yīng)互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)管理硬件設(shè)備的一個趨勢和實現(xiàn)過程。大同小異的技術(shù)實現(xiàn)會讓物聯(lián)網(wǎng)的運(yùn)用更深入到企業(yè)的發(fā)展中去，為企業(yè)產(chǎn)品的銷售，維護(hù)，管理注入新的活力，也能讓產(chǎn)品得到前沿管理系統(tǒng)的配套，增強(qiáng)產(chǎn)品競爭力。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；JAVA WEB；遠(yuǎn)程抄表

1.引言

1.1本課題開發(fā)的背景

傳統(tǒng)燃?xì)獗頌槟J(rèn)安裝模式，燃?xì)夤景丛禄虬醇九蓪Ｈ素?fù)責(zé)上門檢表，抄取表讀數(shù)。小區(qū)有很多樓，樓又存在多單元，逐一上門實地抄取燃?xì)獗碜x數(shù)，人力投入巨大，且時間成本也很高，為了改善傳統(tǒng)燃?xì)庑袠I(yè)模式，產(chǎn)生了IC卡預(yù)付費(fèi)表。

新表的產(chǎn)生不僅改善了傳統(tǒng)先使用，后付費(fèi)的收費(fèi)模式，也減小了人力和時間成本。用戶主動到燃?xì)夤举徺I氣量充入IC卡，回家中把IC中存在的氣量信息充入到表具中去而后使用，在表內(nèi)剩余氣量使用完后，表會自動關(guān)閥。迫使用戶提前到燃?xì)夤举徺I下一階段預(yù)計的用量，變?yōu)橄荣徺I，后使用的新模式。但是在使用過程當(dāng)中，也存在諸多問題，給用戶和燃?xì)夤編砹艘欢ǔ潭壬系膿p失，且IC卡作為載體，存在諸多問題。IC卡表在國內(nèi)市場的出現(xiàn)也存在了一定時間，為了改變IC卡表現(xiàn)階段的問題，遂GPRS遠(yuǎn)傳表應(yīng)運(yùn)而生。

1.2本課題要達(dá)到的目標(biāo)

通過對GPRS遠(yuǎn)傳表管理系統(tǒng)的設(shè)計，窺探當(dāng)下物聯(lián)網(wǎng)發(fā)展的總體模式，物到物的操作好處以及弊端。同時也從系統(tǒng)到表通訊的實現(xiàn)過程，操作過程，細(xì)化信息傳輸?shù)耐緩郊霸O(shè)計方案，從而最終達(dá)到更好，更合理科學(xué)的運(yùn)用物聯(lián)網(wǎng)軟件的目的。

2.系統(tǒng)設(shè)計

2.1開發(fā)技術(shù)及工具

系統(tǒng)主要設(shè)計功能分支：

語言：JAVA

IC卡讀寫庫：jna、jnative、DR_Soft.dll（第三方動態(tài)庫）

通訊： Socket通訊、通訊協(xié)議

硬件： DTU、集中器、信號采集器、終端智能GPRS燃?xì)獗?/p>

2.2系統(tǒng)功能模塊

1.上位機(jī)管理系統(tǒng)及數(shù)據(jù)庫

2.中間的通訊傳輸部分 DTU+集中器+采集器

3.用戶家中的智能燃?xì)獗?/p>

在實際操作過程當(dāng)中，首先由上位機(jī)針對某個小區(qū)某個用戶家里的燃?xì)獗戆l(fā)送一條命令，如關(guān)閥，后上位機(jī)在數(shù)據(jù)庫中找到該燃?xì)獗淼纳霞塂TU，集中器，采集器號碼，根據(jù)這些唯一的特征碼，進(jìn)行定向有針對性的通訊，通過互聯(lián)網(wǎng)，將命令按照事先已經(jīng)確定好的通訊協(xié)議轉(zhuǎn)換整理，發(fā)送出去。

DTU內(nèi)藏手機(jī)SIM卡，實現(xiàn)了GPRS功能，能夠全天無線遠(yuǎn)程存在于網(wǎng)絡(luò)上 ，當(dāng)接收到了服務(wù)器發(fā)來的操作命令后，按照協(xié)議開始解析所接收到的信息。從協(xié)議中可以獲取DTU下設(shè)的集中器號，集中器下的用戶表號，具體命令號，根絕這些內(nèi)容再進(jìn)行針對性的傳輸，最后達(dá)到遠(yuǎn)程操作的目的。操作完成后，會向服務(wù)器返回執(zhí)行特征碼，全過程縮短到15秒以內(nèi)。

GPRS遠(yuǎn)傳表特點(diǎn)是無需抄表人員登門，燃?xì)夤局苯釉诰W(wǎng)上便可對表具進(jìn)行讀數(shù)操作，實時的獲取用戶數(shù)據(jù).表中GPRS模塊，可模擬電話信號遠(yuǎn)程與服務(wù)器對應(yīng)控制程序相連接.

3.開發(fā)過程涉及實際問題詳述

3.1JAVA驅(qū)動硬件讀卡器寫卡

傳統(tǒng)客戶端模式（C/S架構(gòu)）程序，使用VB，VC技術(shù)編寫，其中含有特定的方式可以直接使用第三方廠家提供的讀卡器驅(qū)動程序文件，JAVA則沒有直接使用動態(tài)庫的方式。但為何使用JAVA語言來開發(fā)上位機(jī)系統(tǒng)則是因為JAVA是網(wǎng)頁，網(wǎng)站，WEB程序的基礎(chǔ)，是順應(yīng)當(dāng)下流行趨勢的成熟技術(shù)，通過網(wǎng)頁就可以對表端進(jìn)行管理，技術(shù)先進(jìn)性優(yōu)于VB，VC且界面以及用戶體驗也會更好。

JAVA來調(diào)用驅(qū)動程序，涉及JAVA中的類庫及第三方提供的動態(tài)庫文件。首先，要對動態(tài)庫有深入了解，動態(tài)庫文件是第三方廠家為方便用戶二次開發(fā)把與硬件相聯(lián)系的所有方法代碼封裝到一個文件中的集合。通過對集合的使用，我們雖然不知道代碼，但是我們知道從這個“門”進(jìn)去，可以實現(xiàn)我們想要進(jìn)入房間的這件事。

其次，使用現(xiàn)階段成熟的JNA技術(shù)，間接和動態(tài)庫建立聯(lián)系。JNA可以將動態(tài)庫文件加載到內(nèi)存中，加載后JAVA底層通過對JNA建立的內(nèi)存文件進(jìn)行訪問，實現(xiàn)動態(tài)庫中功能。

3.2通訊協(xié)議

實現(xiàn)通過電腦對用戶家燃?xì)獗磉M(jìn)行管理，則會有網(wǎng)絡(luò)通訊的環(huán)節(jié)。一個安全，高校，穩(wěn)定，健全的通訊規(guī)則是應(yīng)對各種突發(fā)事件的基礎(chǔ)。表具生產(chǎn)單位的研發(fā)力量不可能也不允許獨(dú)自指定通訊協(xié)議，通訊協(xié)議通常涉及到表端，集中器，DTU多個廠家。DTU，集中器廠家提供了現(xiàn)成的產(chǎn)品和使用規(guī)則，我們則需要將小區(qū)接收端的程序和協(xié)議燒錄進(jìn)DTU與集中器中，為我們所用。所以協(xié)議經(jīng)過協(xié)商，與某高校分院研究所合作，共同制定了協(xié)議。

3.3集中器下所掛表具數(shù)量的分配和實際集中器的應(yīng)用

遠(yuǎn)端用戶小區(qū)所必須具備的設(shè)備是DTU和集中器，一個DTU下可以設(shè)置多個集中器，而每個集中器下面，則可以設(shè)置1～300臺左右數(shù)量的用戶無線燃?xì)獗?。為考慮信號穩(wěn)定及負(fù)載的關(guān)系，按照小區(qū)單元來分布集中器，一個集中器只對應(yīng)一個單元，方便管理的同時也便于編號維護(hù)。

DTU與集中器采用有線通訊方式，集中器和用戶家中表具，采用短程無線通信方式。集中器與表具通訊，則是根據(jù)表具中的無線模塊廠商提供的通訊協(xié)議和規(guī)則另行確定協(xié)議與通訊方式。短無線通訊與GPRS方式相比較為簡單和單一，傳輸難度小。

3.4通訊協(xié)議的調(diào)試

調(diào)試的過程當(dāng)中，不能按照全套設(shè)備上線的模式完整調(diào)試，為了測試效率，采用了確定某個固定號碼的DTU和集中器進(jìn)行，同時集中下只掛了8個單片機(jī)焊板模擬表具。為了能更好的模擬發(fā)送接收信號，在集中器程序還沒有燒錄前，用電腦跑集中器的測試程序，來模擬集中器進(jìn)行測試。而后上位機(jī)程序也沒有完全固定寫死，為了通訊協(xié)議和集中器程序的完整性，測試的同時做修改，都用電腦相互傳輸來模擬，也為測試抗干擾性提供了機(jī)會，最終經(jīng)過了多次的修改以確定。

4.GPRS遠(yuǎn)傳表上位機(jī)系統(tǒng)

上位機(jī)系統(tǒng)的用戶開卡錄入主界面：

上位機(jī)系統(tǒng)實現(xiàn)了IC卡收費(fèi)管理和無線遠(yuǎn)程表具管理兩部分的管理功能，這種模式仍然存諸多的問題，比如需要穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)環(huán)境，需要穩(wěn)定服務(wù)器及保持小區(qū)集中器，DTU部分的暢通性，比如要確保用戶家中的只能燃?xì)獗砭唠娫闯渥恪?/p>

物聯(lián)網(wǎng)的實際就是物到物通過網(wǎng)絡(luò)連通方式進(jìn)行管理，物到物的過程當(dāng)中就不可或缺通訊和通訊協(xié)議，且數(shù)據(jù)也需要一定的存儲環(huán)境，根據(jù)這種模式我們可以推出當(dāng)下的物聯(lián)網(wǎng)模式一般為：

遠(yuǎn)程控制端： 服務(wù)器、控制器、數(shù)據(jù)庫存儲

通訊端： 通訊協(xié)議、穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)

物端： 燃?xì)獗?、家電、儀器、監(jiān)控、傳感器等

這種模式讓電腦把諸多設(shè)備的控制功能集于一身，實現(xiàn)了遠(yuǎn)端智能控制，或根據(jù)一定規(guī)則進(jìn)行自我的日常運(yùn)行，見減小了人為成本和看護(hù)的財力物力，同時穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)條件也顯得尤為重要。通過智能使用網(wǎng)絡(luò)，最終實現(xiàn)了改變?nèi)藗兩罘绞剑岣呱罟?jié)奏的一個目的。物聯(lián)網(wǎng)具有很大的實用性，但是在運(yùn)用的過程當(dāng)中會涉及到網(wǎng)絡(luò)領(lǐng)域，硬件領(lǐng)域比較專業(yè)的問題，合理科學(xué)的解決這些問題，才是一個企業(yè)產(chǎn)品競爭力得以提升，企業(yè)研發(fā)得以成績的一個重點(diǎn)。

參考文獻(xiàn)

[1] 張鐵男，羅曉梅.《產(chǎn)業(yè)鏈分析及戰(zhàn)略環(huán)節(jié)的確定研究》，2005.

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