手機APP與電力智能設備通信的實現(xiàn)

遲屹楠+王洪+劉忠祥

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)技術的發(fā)展逐漸滲透到電力行業(yè)，文章提出手機APP通信方法，將針對性地解決電力行業(yè)中電力電子裝置中遠距離通信問題，在無線范圍內(nèi)只需要打開手機APP就能精準讀取電力電子設備運行狀態(tài)，并且控制其運行方式，實現(xiàn)“四遙”功能。

關鍵詞：電力電子；手機APP；通信

中圖分類號：TN929.5 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2018）05-0040-03

Abstract： The development of Internet technology has gradually penetrated into the power industry. This paper proposes a mobile phone APP communications method， which will solve the problem of long-distance communications in power electronic devices. Within the wireless range， people only need to open the mobile phone APP to accurately read the power electronic equipment running state and control its operation mode in order to achieve "four remote" functions.

Keywords： power electronics； mobile phone app； communications

引言

隨著國家電網(wǎng)配電覆蓋面積越來越廣，戶外配電的需求也日益提高，許多電力電子裝置需要投入到戶外配網(wǎng)中去，安裝在戶外的裝置往往其位置在電線桿上或者其他人難以到達的位置[1]，這種情況下，設備人員需要讀取設備液晶屏上顯示的運行參數(shù)或控制設備運行方式時，就會很不方面，人工成本較大。

本文提出了手機APP監(jiān)控設備運行狀況的方法，即在電力電子裝置中安裝無線模塊，將電力電子的通信串口與無線模塊相匹配，將數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線模塊中，利用手機連接上無線網(wǎng)絡，通過APP來讀取電力電子裝置的通信信息，并通過APP來控制設備的運行。手機APP監(jiān)控軟件在設備無線覆蓋的范圍內(nèi)，能實現(xiàn)“四遙”功能，遙信是對裝置開關信息的測量。遙控是對裝置運行模式的遠程控制。遙測是對裝置電壓，電流，功率等工作情況中參數(shù)的測量。遙調(diào)是對電力設備參數(shù)的遠程調(diào)控。使用手機APP監(jiān)控就舍棄了液晶屏的安裝，節(jié)約設備成本，具有很高的實用性和通用性。

1 系統(tǒng)總體描述

戶外和戶內(nèi)電力電子設備的安裝在位置上具有靈活性同時需要實時監(jiān)控，可采用手機APP作為上位機的方式來實現(xiàn)對裝置在無線范圍內(nèi)的實時監(jiān)控。本次系統(tǒng)中電力電子裝置與Wifi模塊連接采用串口RS485，通過Wifi模塊發(fā)射無線網(wǎng)絡，手機APP再接入網(wǎng)絡中，與裝置進行通信。整個系統(tǒng)布局如圖1所示結構。

相比于現(xiàn)在普遍使用的液晶屏作為上位機，該系統(tǒng)最大的不同是增加了Wifi無線模塊，打破了依靠串口線或網(wǎng)線傳輸?shù)木窒扌?，實現(xiàn)了電力電子裝置與通信系統(tǒng)中的Wifi互連，數(shù)據(jù)信息共享。電力電子裝置的運行狀況，基本參數(shù)等信息通過Wifi通訊模塊發(fā)送到無線網(wǎng)絡，利用手機APP接收信息不僅能夠?qū)崟r掌握機器生產(chǎn)運行狀況，也具有很強的靈活性，特別是針對戶外設備情況。

2 硬件平臺搭建

2.1 Wifi模塊配置及下位機通信設計

在目前主流的Bluetooth、ZigBee和Wifi三種無線通信技術中，藍牙使用的是FHSS（跳頻擴譜）方式，通信距離一般是10米。ZigBee的傳輸速度不高，但功耗低，是一種新型技術。Wifi技術具有組網(wǎng)簡單靈活、傳輸速率快、覆蓋范圍廣的特點[2]。三種通信技術都支持數(shù)據(jù)的傳輸，本系統(tǒng)選用Wifi無線通信技術，其技術比較成熟，在工業(yè)領域更具有通用性。

本次系統(tǒng)中Wifi模塊的基本參數(shù)設置首先需要匹配電力電子裝置中的通信參數(shù)配置建立電力電子裝置與Wifi模塊之間的通信，電力電子裝置中采用的通信方式485串口通信則需要對Wifi模塊的串口參數(shù)進行匹配，包括波特率，數(shù)據(jù)位，校驗位，起始位，停止位。

下位機采用DSP數(shù)據(jù)處理器，主要的電路結構如圖2所示，SCIRX1和SCITX1為DSP的數(shù)據(jù)收發(fā)口，485-RTS為傳輸方向控制信號口，SH65HVD是485收發(fā)器，最后電路外接口為RS485的A，B口。

2.2 傳輸協(xié)議的規(guī)范

傳輸協(xié)議是指計算機通用語言。在工業(yè)領域中，傳輸協(xié)議是電力電子設備之間，電力電子設備與網(wǎng)絡之間的一種通信語言規(guī)范。本次系統(tǒng)采用的是Modbus協(xié)議，協(xié)議中規(guī)范了查詢和讀取這兩個主要功能。查詢是上位機將報文發(fā)送給下位機，報文就是一段數(shù)據(jù)代碼，發(fā)送的報文信息就是告知從設備需要執(zhí)行哪種任務。例如功能代碼中的03，是命令讀取下位機的保持寄存器，并將保持寄存器中的數(shù)據(jù)返回給上位機。數(shù)據(jù)代碼中需要告知下位機讀取哪些寄存器即從哪個寄存器開始及寄存器的數(shù)量。報文最后還有校驗位，檢驗發(fā)送和接受的報文數(shù)據(jù)內(nèi)容是否正確。回應是下位機對上位機發(fā)送的報文作出回答，也是以報文的形式發(fā)送，上文的例子中，下位機接收到的是讀取信息的報文，下位機回應的報文就應該包含所需寄存器里的數(shù)據(jù)內(nèi)容。另外當上位機需要將數(shù)據(jù)寫入寄存器時，下位機的回應就是告知是否寫入成功。

3 手機APP設計

3.1 Android系統(tǒng)概述

Google安卓的開發(fā)平臺包括操作系統(tǒng)，中間件，用戶界面和應用軟件。最開始是應用于手機，隨著技術的開發(fā)，可支持平板等其他領域，安卓系統(tǒng)的應用也越來越廣泛[3]。在安卓系統(tǒng)的設計結構中，包括有三層設計，底層是linux操作系統(tǒng)，中層是虛擬機和函數(shù)庫，上層為針對用戶的應用軟件。endprint

現(xiàn)有的手機都是一套成熟的安卓系統(tǒng)，安卓應用程序就是最上層的軟件編寫，主要程序包括Activity、Content Provider、Service、Intent等部分[4]，其中Activity相對于其他的應用程序?qū)υ捒蚧蛘咂渌木W(wǎng)絡應用程序的頁面窗口來說，它是安卓手機與用戶交流的組件，也就是我們常見的手機界面，其設計需考慮其生命周期，通常可以獨立的在后臺運行。Intent是運行中的綁定機制，它是應用程序中四大組件的一個樞紐，同時也可用于不同應用程序之間，主要是來告知系統(tǒng)本應用程序需要什么請求，想做的是一件什么樣的事情，使用Intent能在各個活動之間相互切換。系統(tǒng)軟件流程圖如圖3。

3.2 APP與Wifi連接

開發(fā)手機軟件，智能手機的應用軟件主要分為三個部分，首先是APP與無線Wifi的網(wǎng)絡連接，建立手機與無線之間的通信，再就是讀，寫功能的編輯，完成對下位機數(shù)據(jù)的讀取和命令的下達，最后是顯示部分，實現(xiàn)人機交互的界面。手機APP軟件的編輯使用的是Java語言[5]。當Wifi設置完成之后，手機APP需要接入進行，那么需要手機APP與Wifi的IP地址和端口號相匹配正確。

接網(wǎng)的具體代碼如下：

IPText = （EditText） findViewById（R.id.IPEditText）；

IPText.setText（“192.168.11.254”）；讀取wifi模塊的IP地址

PortText = （EditText） findViewById（R.id.PortEditText）；

PortText.setText（“8001”）；讀取wifi模塊的端口號

將IP地址與端口號配置完成后，就需要建立線程一直讀取數(shù)據(jù)：

public void ConnectWifiClick（View v） {

sIPaddrText = IPText.getText（）.toString（）；

String sPortText = PortText.getText（）.toString（）；

iport = Integer.parseInt（sPortText）；

ConnectionStatus.setText（“連接中 ” + “ ....”）； ConnectionStatus.setBackgroundColor（android.graphics.Color.GREEN；

SocketConnectThread=newThread（SocketConnectWIFIThread）；//通信線程

SocketConnectThread.start（）；

}

}

本次APP設計采用top標題模式，共有五個子界面，每個界面都有單獨的進程進行讀寫，點開一個界面時屏蔽掉另外四個，避免進程之間的相互干擾。

3.3 APP與下位機通信處理

在編寫讀，寫代碼時，要嚴格依照之前定義的Modbus協(xié)議，來規(guī)范發(fā)送和接受的報文格式。為防止報文傳輸錯誤，報文的校驗采用CRC校驗法。

APP發(fā)送讀功能的數(shù)據(jù)格式：從機地址（1字節(jié)）、功能域（1字節(jié)）、數(shù)據(jù)域（4字節(jié)）、CRC校驗（2字節(jié)）。其中數(shù)據(jù)域包括待讀寄存器地址的高位，待讀寄存器地址底位，待讀N個寄存器個數(shù)的高位，待讀寄存器個數(shù)的底位。一次最多允許讀取20個寄存器。下位機接受到讀報文后返回的報文格式：從機地址（1字節(jié)）、功能域（1字節(jié)）、數(shù)據(jù)內(nèi)容（2*N+1個字節(jié)）、CRC校驗。其中數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：返回數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)、N個數(shù)據(jù)高位、N個數(shù)據(jù)低位。讀取錯誤時返回：從機地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗。讀取設備運行狀態(tài)時的代碼如下：

private void ReadData_Timestate2（） {

int j；

int num， add；

try {

m_nAddr = 1； //判斷報文為讀功能

add = 0x1300； //讀取下位機的寄存器地址

num = 0x0F； //讀取的寄存器個數(shù)

Pack（0x03， add， num）；報文信息打包

if （true == ReceiveThreadClose） {

outStream.write（m_bTxBuf， 0， 8）； //發(fā)送報文

} else {

ReadDataTimestateFlag = false；

}

} catch （IOException e） {

ReadDataTimestateFlag = false；

}

}

APP發(fā)送寫功能的數(shù)據(jù)格式：從機地址（1字節(jié)）、功能域（1字節(jié)）、數(shù)據(jù)長度（5+2*N字節(jié)）、CRC校驗。其中數(shù)據(jù)長度包括寄存器地址高位、寄存器地址低位、寄存器個數(shù)高位、寄存器個數(shù)低位、字節(jié)數(shù)、數(shù)據(jù)內(nèi)容。下位機接收到寫報文后返回的報文格式：從機地址、功能域、寄存器地址高位、寄存器數(shù)據(jù)地址低位、寫入寄存器個數(shù)高位、寫入寄存器個數(shù)底位。寫入錯誤時返回：從機地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗。寫功能的報文主要為控制命令，流程圖如圖4。

3.4 APP界面設計

手機APP界面主要顯示的是電力電子裝置運行的參數(shù)和人為控制的命令編寫部分，在Andriod中使用布局管理器可以很方便地控制各組件的位置和大小，本次設計選用的是線性布局管理器（LinearLayout），組件的位置可以直接在eclipse中拖動擺放，也可定義組件的格式，例如“連接”按鈕的定義代碼如下：endprint

android：id=“@+id/Connect” //定義按鈕id

android：layout_width=“90dp” //定義按鈕寬度

android：layout_height=“40dp” //定義按鈕高度

android：layout_marginLeft=“60dp” //定義按鈕在界面中的位置

android：layout_marginTop=“130dp” //定義按鈕在界面中的位置

android：onClick=“ConnectWifiClick” //監(jiān)聽按鈕

android：text=“連接”//按鈕名稱android：textSize=“@dimen/activity_vertical_margin”/>

本次系統(tǒng)設計的主要界面圖如圖5。

4 實驗調(diào)試結果

電力電子裝置運行時，手機APP監(jiān)控主要界面如圖6。

由手機APP界面可看出，該APP在與設備通信成功之后，能正確顯示設備的運行狀態(tài)，以及設備運行時的各種實時參數(shù)，同時還能對設備進行控制，改變其運行方式。

5 結束語

從運行結果可看出利用手機APP，配合Wifi模塊完成了對電力電子裝置的監(jiān)控，APP的運行穩(wěn)定，通信速度快，具有很高的實時性和靈活性，并且能支持多個手機同時接入Wifi網(wǎng)絡對裝置進行監(jiān)測。針對戶外設備安裝在高處或人難以到達的位置時，該監(jiān)控方式將大大節(jié)省人力成本和設備成本。該系統(tǒng)對電力電子設備的監(jiān)控具有普遍意義，設計周期短，成本低。

參考文獻：

[1]凡明峰.電氣設備安裝工程常見問題及對策和安全監(jiān)督管理[J].科技資訊，2009（11）.

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[3]李興華.Android開發(fā)實戰(zhàn)經(jīng)典[M].北京：清華大學出版社，2012.

[4]羅伯茨.基于Java語言的安卓手機軟件的開發(fā)[M].北京：清華大學出版社，2010.

[5]蓋索林，王世江.安卓操作指南[M].北京：人民郵電出版社，2011（03）.