直读远程抄表系统设计

直读远程抄表系统设计（精选6篇）

直读远程抄表系统设计 篇1

0 引言

燃气表的预收费自动抄表功能及相应的运营管理功能受到燃气企业的高度重视，它克服了普通人工抄表方式存在的弊端，不需入户，收费便利，提高了管理效率，减轻了维护人员的工作强度，避免进户抄表给住户带来麻烦。

IC卡方式是一种典型的预收费系统，但其存在不少问题[1]。随着光电直读式无线自动抄表系统的成功运行，我们研发了新一代光电直读式无线自动抄表预收费系统[2,3,4]，其显著特色一是类似于手机预存话费方式的光电直读式无线自动抄表预收费管理，二是具有可靠数据传输和保护的自动路由技术。与IC卡方式相比，它具有以下优点：

1)实现了系统预收费又实现了系统自动抄表；2)方便实际用量统计；3)方便能源价格调整；4)实时监控避免失控；5)无需工程布线。

系统的成功运行规避了IC卡预付费燃气表的不足，真正解决燃气公司入户难、抄表难、调价难和资金回笼难等问题，真正实现预存燃气使用费和对表具可控可抄。

1 系统组成

光电直读式无线自动抄表预收费系统如图1所示。由小区管理机、无线集中器和带有无线收发功能的燃气表组成，如出现漏抄或数据丢失，可辅以手持抄表器补充。

各单元的结构和功能如下：

1)小区管理机

小区管理机由计算机通过串口与无线集中器相连，具有数据采集、存储以及向管理中心传送表具计量值、接收命令和转发命令等功能。

2)无线集中器

无线集中器由微处理器系统和发射接收模块等组成，负责与燃气表等进行无线数据交换并发读表、限停等各种指令，将各表的数据集中打包后送小区管理机。无线集中器可管理多达100只表具。

3)光电直读式燃气表

光电直读式燃气表是安装在用户家中的计量表，读数装置采用光电直读式结构，由发光二极管和光敏接收管组成[5]。表内含有微处理器和发射接收模块等组成的管理单元，用高性能锂电池供电。由于采用休眠和抄表日唤醒工作方式，耗能极低，表中电池可工作大于六年。

采用光电直读式也克服了其他一些方式数据不准的问题[6,7]，可准确的读出使用数据。另外，我们采用机电阀控制供气，只需在动作时供电，避免电磁阀耗能的缺点。工作可靠性极高。

2 管理功能描述

管理功能主要有以下一些运作组成：

1)系统预收费

由购买气量改为充入金额，预存费用保存在数据中心，以便燃气公司在国家对燃气价格进行调整时对用气价格进行实时调价(只需调整价格因子即可对调价时刻以后的所有用户使用量执行新价格标准)，全面规避了燃气单价调整前的囤积行为，也在价格调低时保护了用户的利益。

2)系统自动抄表

在抄表日，系统从休眠中唤醒，采用无线路由的方式将使用数传到系统管理机。个别由于故障或传错的可由人工抄表者用手持式抄表器在表的附近(无需进户)无线抄录。

可实现远程定时抄表，也可实时监控抄收。

3)实际用量统计

通过对表具定时抄表可了解用户表具的运行状态，对用户用气情况和系统运行情况等做出科学的统计和分析。对汇总的数据可进行多种运算处理，并与各总表比较，分析数据是否合理，有无泄漏，找出泄漏区域进行及时抢修。

4)人性化管理

预存费用使用完毕，系统即发出指令切断供气，但用户表上设有一个应急按钮，用户可按此按钮继续用气，避免饭做到一半或正在洗澡时停气。系统可根据用户信用等级设置超额使用量。但此按钮只能在每次费用耗尽时使用一次。

5)安全设计和实时监控

通气(开阀)过程必须人工干预，确保通气后的燃气安全。系统可定时或随时扫描各主集和子集的工作状态，避免失控情形的发生。还可根据预付费及用气情况对表具进行实时控制。

系统管理功能也可根据实际情况进行修改和升级。

3 无线自动路由

无线自动路由是我们在光电直读式无线自动抄表预收费系统中采用的一项高技术，原来系统是采用点对点抄表方式，即无线集中器与每个表具点对点交互，由于建筑物钢筋水泥墙体、门窗及橱柜材料等对无线信号衰减严重，致使每只无线表的实际无线传输距离较短，工程实际应用时基本上每个集中器只能接收20～30只表的数据，即每个集中器只能管理20～30只表具。通过增加单个表具的无线发射功率将违反国家无线电管理的相关规定，同时会使内置锂电池的使用寿命大大缩短。

根据网络通信中的路由算法，结合短距离微功率无线通信技术与无线抄表应用的具体要求，我们对路由算法进行改进，研制出具有双向多跳、无线中继功能的无线抄表系统。系统采用中继方式实现数据汇总，从而解决微功率无线表具的通信距离瓶颈，实现远程大范围无线信号可靠传输。系统示意图如图2。

无线通信链路上的各个节点(无线燃气表)通过无线电波串在一起，链路上任意两表间可相互辨识、相互通信(在相互有效距离范围内)。抄表命令从链路的第一个节点(例如一楼的燃气表)逐层逐级向上传递，直至链路的最后一个节点(例如最高层的燃气表)，然后再从最后一个节点将抄表数据向下逐层逐级传递，每个节点将上一级传来的抄表数据加上自身的抄表数据打包传给下一节点，直至链路的开始节点。

起始节点燃气表可配置成链路的管理者，即充当数据集中器。每月抄表日，起始节点会发出群抄命令，抄取整个链路的所有表具的读数，再将所有表具的数据保存在自身存储器中，与无线集中器进行交互。

所有节点均有自动路由功能，自动寻找下一级通信对象。命令上行时N节点的表会主动寻找N+1节点的表并与之通信，若N+1节点出现故障，就自动寻找N+1节点以上的表，直至寻找到链路上能与之通信的表具,并将命令传递到该表,即网络具有自愈合功能。若直至链路最后一个节点都未找到能与之通信的表具,则从该节点将抄表数据按命令上行时所识别的路径回传到链路的起始节点。

采用无线自动路由技术使无线集中器可管理多达100只表具。

结束语

我们研发了类似于手机预存话费方式的光电直读式无线自动抄表预收费系统。已在成都、福州等地安装使用，成都温江区一住宅小区已开通328户，使用一个小区管理机和8个集中器，近一年的运行达到抄表率100%，被抄数据准确率100%。实践证明，在计费管理自动化方面取得明显效果，改善了现在一些抄表和预收费方式的不足。

参考文献

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[3]仉志华,刘文聪,田咏桃.一种实用的居民用电无线集中抄表系统[J].自动化仪表,2009,30(4):24-26.ZHANG Zhi-hua,LIU Wen-cong,TIAN Yong-tao.A Practical Wireless Centralized Meter Reading System for Electric Power Consumption of Residents[J].Process Automation Instrumentation,2009,30(4):24-26.

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直读远程抄表系统设计 篇2

下位机的软件设计是在硬件设计的基础上，根据系统结构划分功能模块，进行主程序和各模块程序的设计。

上位机用VC++6.0编写了相应的通信及控制程序。

由PC机和8031组成的远程控制和数据采集系统，控制简便、灵活，人机界面友好，进行大量的数据传输及数据处理极为方便。

关键词：远程;温度采集系统;PC机;8031单片机;串行通信

温度是液化汽储罐的一个重要参数，所以要进行多点测量，为实现对温度的控制提供数据。

系统检测温度范围为0～50℃，分辨率≤0.2℃。

在数据采集系统中，常利用PC机串行口通过串行通信，实现远程数据采集。

这一问题可以通过微机与下位机的串行通信来解决。

远程多点温度数据采集系统以8031单片机为下位机进行现场四点温度数据采集，并实现采集数据向PC机的串行传输。

PC机通过串行通信向下位机发布数据传送命令，完成数据处理、存储、显示及历史查询。

一、系统的.硬件构成

Win环境下远程多点温度数据采集系统框图如图1所示。

系统的硬件构成主要由两大部分组成：一是8031单片机作为下位机所控制的现场数据采集电路，负责采样温度数据;另一是PC机与8031单片机的远程通信电路。

(一)8031单片机数据采集系统

本设计的温度检测范围属于低温，采用集成温度传感器AD590，其工作温度范围为-55～150℃。

它能把温度信号转换为与温度成比例的电流信号， 再通过OP07对电流作加法运算，在运放输出端可得到合适的电压信号，作为A/D转换器的输入。

A/D转换器的种类很多，本设计选用8位通用型ADC0809。

ADC0809输出8位二进制数，片内有三态输出锁存器，因此与8位机的连接比较简便。

将A/D转换器作为8031的一个扩展I/O口，用高位地址线P2.7(结合或)选通芯片。

模拟输入通道地址的译码输入信号A、B、C，由低位地址线P0.0～P0.2经锁存器后提供。

这样输入通道IN0～IN7的口地址为7FF8H～7FFFFH，而本设计只要求进行4点温度数据采集，只用输入通道IN0～IN3。

由于只对4路模拟信号进行数据采集，故选择常用的8031作为下位机。

片外程序存储器选用2732A EPROM，容量为4K×8位，留有相当余量。

8031的端固定接地。

P0口通过锁存器74LS373向 EPROM提供低8位地址，同时复用作为数据线。

和是访问外部程序存储器的两个控制信号。

2732A的数据线接8031的P0口。

12根地址线中，低8位接锁存器输出端，高4位接8031的P2口。

输出允许端与8031的相连。

因只有一片EPROM，其片选端可以不接高位地址线而固定接地。

8031单片机与PC机之间的通信为了减少送线、降低成本，采用串行通信方式。

若将PC机与8031的RS-232C串行口直接相连,双方收发最大距离为15m。

而在实际应用中，最大距离远大于此值。

为此，采用了一个RS-232C到RS-422方式的转换装置，使PC机与8031间接相连，以RS-422A方式进行通信，这样可大大增加传送距离。

RS-422A标准是一种以平衡方式传输的标准，可双端发送、双端接收。

发送端和接收端分别采用平衡发送及差动接收。

通过前者把逻辑电平变成电位差，完成终端信息接收。

并且RS-422A采用双线传输，大大提高了抗干扰能力。

最大传输速率可达10Mbit/s(传输距离15m时)，传输速率降至90 Mbit/s时，最大传输距离可达1200 m，这能充分满足系统“远程”的要求。

MC1489是RS-232C串行通信接x器，它把计算机串行TXD发出的232C电平转换为TTL电平，供MC3487驱动传输。

MC1488是RS-232C串行通信发送器，它把MC3486接收的电平，送到计算机串行接收RXD。

这样接入该转换器后，PC机与8031变成了差分传输，只需D+、D-两根双绞线就能提高传输距离，并消除了共地电势的影响。

(二)硬件合成

把以上各单元组合起来，得到完整的硬件系统，如图2所示。

二、8031单片机程序的编制

8031单片机作为PC机的下位机，一方面要定时完成现场温度数据的采集、更新;另一方面，要能接收上位机定时发出的“准备发送数据”命令，产生中断，实现与PC机的串行通信。

所以，8031单片机的程序主要由串行通信程序和数据采集程序组成。

(一)串行通信程序的编制

8031的主程序主要完成系统的初始化，包括定时器、串行口、中断系统的初始化，然后等待中断。

中断有上位机发出的“准备发送数据：命令而产生的串行口中断，还有自己定时启动A/D转换器的定时中断，优先级以串行口中断为高优先级。

主程序流程图如图3所示。

1.串行口初始化。

串行通信方式选方式1。

方式1为波特率可变的8位异步通信方式，由TXD发送，RXD接收。

一帧数据为10位：1位起始(低电平)、8位数据位(低位在前)和1位停止位(高电平)。

波特率取决于定时器T1的溢出率(1/溢出周期)和波特率选择位SMOD。

用定时器T1作波特率发生器时，通常选用定时器工作方式2(8位重装定时初值)，但要禁止T1中断(ET1=0)，以免T1溢出时产生不必要的中断。

设TH1和TL1的初值为N，那么

2-1从而得到定时器T1工作在方式2时的初值为：

2-2在波特率的设置中，SMOD位数值的选择影响着波特率的准确度。

本设计中，波特率=2400b/s，fosc=6MHZ，这时SMOD位可以选0或1。

直读远程抄表系统设计 篇3

关键词：时统 同步 预警 TDS2CM

中图分类号：TP274 文献标识码：A

Title Design of Second Synchronization Fault Distant Early Warning System of Time Unified System

Zeshui Liu， Haidong Zou

（China Satellite Maritime Tracking and Control Department， Jiangyin Jiangsu 214431）

Abstract： In the task， when using the oscilloscope to monitor the synchronization accuracy of time unified system， staff positions will take time to closely monitor the status of the oscilloscope， easy fatigue， and can not detect equipment failure， delays in the processing time to affect the successful completion of the task. Presents a design ideas which is second synchronization fault distant early warning system of Time rnified system， use communication expansion module TDS2CM of oscilloscope to monitor collect monitoring signal of oscilloscope， through microcontroller and network module processing， transmission to the IP network for remote monitoring. Audible alarm is triggered when native seconds and outer second beyond a certain set of values??， Timely reminder staff positions for manual synchronization to prevent synchronization accuracy beyond the prescribed range of technical indicators to achieve the purpose of warning fault.Key words：  Time unified system; Synchronous; Warning; TDS2CM

1 引言

时统设备作为任务的重要设备，承担着为其它系统提供标准时间和标准频率信号，实现时间同步的重要任务。在任务过程中，时统设备需要进行“对时”和“守时”操作。所谓“对时”，就是以GPS秒信号或者铷守时钟等外秒信号作为对时标准，使时统时码设备产生的本机秒信号的秒前沿与外秒信号秒前沿取齐，实现同步的目的，时统设备对时原理如图1所示。所谓“守时”，就是对时完毕后，时统设备按照自身的频率进行走时，并将时码信号传输给时统用户。所以，时统设备所采用的频率标准的频率准确度和稳定度决定了时码信号的精度。时统设备采用铷原子钟作为频率标准，在开机运行过程中，铷原子钟的频率会产生一定漂移，使时码信号的秒信号随之产生漂移，开机时间越长，产生的漂移值就越大，最终超出所容许的范围。所以，在任务中，时统岗位人员需用示波器实时监测时统本机秒信号与外秒信号的同步精度。当两者的同步精度超出规定的技术指标范围时，需要岗位人员及时进行手动同步操作，使同步精度恢复到正常范围内。

收稿日期：

作者简介：刘泽水（1978—），男，贵州玉屏，工程师，本科，研究方向：有线通信

*通讯联系人，E-mail：maohpu@126.com

图1 时统设备对时原理

然而，由于时统设备本身缺乏有效的故障监测和预警手段，且在使用示波器监测同步精度时，岗位人员需长时间密切注视示波器状态，极易疲劳，无法及时发现设备故障，延误处理时机，影响任务顺利完成。设备由于老化严重，各项性能指标下降明显，在过去任务中就曾经发生过同步精度超出指标范围而影响任务的情况。所以有必要设计一套时统秒同步故障预警系统对时统同步精度进行实时监测，当同步精度超出某一设定的数值时触发声音告警，及时提醒岗位人员进行手动同步操作，防止同步精度超出规定的技术指标范围，达到故障预警的目的。

2 系统硬件设计

系统硬件结构如图2所示。

图2 时统秒同步故障远程预警系统硬件结构

从图中可以看出，该系统采用了TDS2CM通信扩展模块，它的作用是对数字示波器监测信号进行采集。当要对一个高频信号（比如高达100MHZ的雷达波形）进行采集和处理的时候。通常会设计一个高速或者超高速硬件采集电路，包括放大部分、滤波部分、A/D和D/A转换部分等，这种电路的要求非常高，要求边采集边存储，电路速度高，而且要考虑各种辐射干扰等，同时，目前市场上成品价格很难承受。并且根据采样定理，采样频率F应大于或等于被采样信号的最高频率f的2倍，即F≥2f。考虑到实际恢复波形的低通滤波器不可能具有完全理想的特性，为了正确恢复信号，通常取F=（2.5～5）f或者更高。当采样的信号高达100MHZ时，就应该达到500MHZ的采样率。时统本机秒和外秒信号的同步精度通常需要达到几十个纳秒才能满足技术指标要求，所以，要对时统秒信号进行采样，信号采集设备就需要达到1GS/S左右的采样率。这是一般信号采集卡所达不到的，即便能达到，价格也非常昂贵。

Tektronix公司的TDS200系列数字示波器早已经在各处得到广泛应用，并且其配套的扩展模块TDS2CM具有与外部设备双向通信的功能，可直接与打印机、计算机连接，使波形的存储打印等工作变得十分方便。其中TDS220数字示波器拥有100MHZ的带宽，以10倍的扫描方式，达到1GS/S的采样率。 当配套的TDS2CM模块采用RS232电缆用串口通信与计算机连接后，利用相应软件（如Matlab等）可以对示波器的数据、波形直接进行读取和处理。所以，经综合考虑，时统秒同步故障远程预警系统决定采用TDS2CM扩展模块作为信号采集设备。

TDS2CM是Tektronix公司针对TDS200系列数字示波器开发的通信扩展模块，可直接插入任何TDS200系列示波器的后面板，能够对示波器信号进行采集处理。该模块有GPIB和RS232两种接口，并配有一个centronics硬拷贝打印端口。

在该系统中，将时码器输出的本机秒信号和外秒信号通过示波器探头输入TDS220数字示波器，经TDS2CM通信扩展模块采集后通过RS232接口传输至单片机进行处理。处理后的信号送入网络模块，经IP网络传送到远程监控终端，实现时统秒同步故障的远程监控。

3 系统软件设计

系统的软件设计主要涉及两个部分：单片机分系统与网络模块对TDS2CM通信扩展模块现场采集的串口数据进行解析与重新封装处理，以利于网络传输;远程监测终端能够对获得的数据进行存储、查询以及实时预警等。

3.1 单片机分系统软件处理

单片机部分的软件主要完成现场监测数据的协议转换与远程传输，也就是将RS232的串口数据转换为利于网络传输的自定义数据包，再通过网络模块实现网络远程传输。主要分为串口数据包的完整性检测，数据预计算与现场预警，数据重新封装与网络传输三个部分。其基本实现流程如图3所示。

图3 单片机软件处理流程图

3.2 远程监测终端软件处理

远程监测终端部分主要完成对实时获取的远程采集数据进行存储、响应查询、实时故障预警等。为了能够快捷、准确的为通信总体决策分析提供数据支持，需要给本系统所采集的数据设计一个存储数据库系统。远程监测系统可以采用VC编程实现，实现数据库的通信可以通过MFC ODBC编程接口来实现，通过在监测平台中装载ODBC驱动，软件编程调用DatabaseConnect类，即可实现平台与数据库的通信。其基本软件处理流程如图4所示。

图4 远程监测终端软件处理流程图

远程监测系统在运行之后，执行与本地数据库的连接建立工作。连接成功之后，系统在固定的端口接收远程传输的数据包，通过对数据包的解析处理之后，进行判断是否超过预设的阈值，如果判断结果为真，则进行远程报警并转入人工处理。同时将所解析的数据按照预定格式写入本地数据库。此后，通过数据可视化处理，实现采集数据的可视化显示，如此完成一个完整的数据采集与远程预警流程。

4.结束语

利用已经广泛使用的TDS200系列数字示波器和配套的TDS2CM通信扩展模块构建时统秒同步故障远程预警系统，具有几个方面的优点：一是硬件结构搭建简单易行，只需利用现有的TDS220数字示波器，购买相应的硬件模块即可;二是所应用的通信技术成熟可靠;三是系统的可兼容性较强;四是系统的可扩展性较强，因为数字示波器具有较高的数据采样率，所以只需要对软件系统进行修改，系统便可对其它高频信号进行采集，构建相应的设备远程监控和故障预警系统。

参考文献

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直读远程抄表系统设计 篇4

2012-03-17f关键字： 在线监测 上位机 无线服务

环保数据监测系统是环境保护中的重要环节，传统的环境监测是人工采集数据，监管效果差。针对这一问题设计了一种无线远程环境在线监测系统，下位机采用西门子S7-200 PLC(可编程控制器)采集、存储现场数据，通过GPRS(通用分组无线服务)DTU(数据传输单元)主动向数据中心发送采集到的实时数据，并能够在指定的时间段内接收上位机指令，进行历史数据查询;上位机利用VB 6.0的Winsock控件接收多台数据采集终端的数据，并进行分析处理。该系统已经在佛山市南海区运行，有效地提高了环境监管的效率。

传统的环境监测，大多是环保局工作人员到污染源现场采集数据，手工记录工厂的污染治理情况。由于要监测的厂家众多，且厂家地理位置分散，工厂偷排现象十分普遍，即使花费了大量的人力和物力也无法完整地采集到污染源的相关数据。可见，传统的人工环境监测手段已无法满足环境监测的需要，针对这些问题，设计一个远程环境在线监测系统，系统要求：①实时监测生产设备和治污设备的运行状态;②能够存储一周内的数据，进行历史数据的查询和补足;③以动画形式实时显示设备状态，以曲线形式进行对比分析，为污染源监管提供客观科学依据，提高环保执法现代化水平。

现场数据的采集、远程传送、上位机可靠接收数据是一个成功的远程监控系统的关键所在。本系统采用西门子PLC(programmable logic controllerr，可编程控制器)采集生产设备和治污设备的开关量信息;使用工业级GPRS(general packet radio service，通用分组无线服务)DTU(data terminal unit，数据传输单元)传送数据;利用2个基于TCP/IP(transmission control protocol/internet protocol，传输控制协议/网际协议)协议的应用程序之间相互通信的套接字(Socket)技术接收数据。数据中心服务器将接收到的数据存储到数据库中，并以动画、曲线等形式显示。1 系统架构 系统的总体结构如图1所示。系统主要由3部分组成：西门子S7—200CPU 224XP CN采集实时数据部分、GPRS DTU数据传输部分、环保局数据中心部分。、图1系统总体结构 1.1 PLC实时数据采集

PLC实时读取输入寄存器IW0的值，将时钟信息和设备状态信息数据打包后，通过串行口RS 485每隔30S将数据发送到GPRS DTU通信模块，然后再传送到中心服务器，供实时的动画和曲线等显示使用，PLC每隔5 min存储一条记录到历史数据表中，历史数据表可在指定的时间段内接受数据中心服务器发送来的数据杏询/数据补足等命令，完成相应的历史数据查询功能和某天的数据补足功能。1.2 GPRS无线数据传输

GPRS是在现有GSM(global system for mobilecommunication，泛欧式数位行动电话系统)网络的基础上叠加了一个新的网络形成的逻辑实体而发展出来的新的分组数据承载业务。GPRS的理论带宽可达171.2 kbit.S-1，实际使用带宽大约在10～70kbit.S-1，底层支持TCP/IP协议，使得GPRS能够与Internet实现无缝连接，GPRS无线网络具有接入速度快、永远在线、覆盖面广、运营成本低廉、组网灵活、系统扩容方便等特点。

GPRS DTU是GPRS网络的数据终端，GPRSDTU提供了RS232/RS485接口，可以跟PLC等串口设备连接起来进行数据交互，在GPRS DTU模块上配置了串口设备的波特率、数据位、校验位、数据中心的IP地址、端口等信息后，就可以透明地将PLC发往串口的数据通过GPRS网络传送到Internet网络，然后再通过局域网将数据传送到数据中心服务器。1.3数据中心服务器 数据中心服务器接收并保存数据到SQL(structured query language，结构化查询语言)数据库中，然后对数据进行相应的操作，最终将数据以动画、曲线等形式显示，为科学执法提供数据支持，数据的接收采用VB 6.0的Winsock控件来实现，是本系统的关键之一。在数据传输过程中，要求数据中心服务器的IP地址与GPRS DTU中的IP地址一致。系统运行时，启动Socket监听，与远程数据采集终端建立通信连接之后，就可以进行正常的数据接收。2 PLC的程序设计 2.1 PLC通信方式

选择合适的通信方式，是实现高效数据传输的关键。西门子S7—200系列CPU224XP_CN的通信方式有4种。

2.1.1点对点(point to point interface，PPI)方式

用于和西门子编程软件或西门子的人机接口产品通信，是一种主从应答式通信模式。这种通信方式需要专用的PPI电缆。

2.1.2多点接口协议(multipoint interface，MPI)方式

用于在西门子的产品之间建立小型的通信网络，允许多主通信和主从式通信。2.1.3 DP(decentralized periphery，分散外设)方式

用于实现与分布式I/O(远程I/O)的高速通讯。可以使用不同厂家的PROFIBUS(process field bus，过程现场总线)设备，但是需要专门的接口卡。2.1.4 自由端口通信方式

这种通信方式允许用户根据自己的实际情况定义通信协议，在多种智能设备之间进行通信。PLC通过串口将数据上传至GPRS DTU，再由GPRS DTU通过无线网络将数据发送到数据中心服务器。自由端口通信协议可以通过程序灵活控制PLC串口的通信方式，通过程序控制，在大部分时间内使PLC作为主机，主动上传实时数据，在指定的时间段内又可使PLC为从机，接受上位机的查询命令，进行历史数据的查询，这样可以最大限度地降低系统数据流量，降低运营成本。2.2 PLC程序

PLC程序的流程如图2所示，采用模块化编程。主要程序为串口初始化子程序，实时数据发送子程序，历史数据存储子程序，历史数据查询中断程序。2.2.1 串口初始化子程序 S7-200系列CPU224XP_CN提供了2个标准的RS485端口Port0和Port1，选用Port0进行自由端口通信。串口初始化主要是设置一些标志寄存器的值，让其按照指定的方式通信，比如，通过改变特殊标志位寄存器SMB30的值，就可以改变通信的波特率、奇偶校验位、停止位等信息。这些设定必须与GPRS DTU的相关参数值相一致。串口初始化子程序只在每次PLC重启时运行一次。

图2 PLC程序流程图 2.2.2实时数据发送子程序

S7-200系列PLC有专用的发送指令XMT，其格式为XMT_TABLE_PORT。接收指令为RCV，其格式为RCV_TABLE_PORT，其中PORT为通信端口，本系统设为端口0，TABLE为发送(接收)数据的数据缓冲区，其第1个字节为发送字符的个数，最大为255字节。在本系统中，监测的设备都是比较大型的设备，不会频繁启停，也就是说监控对象的状态不会频繁地发生变化，每隔30 s发送一次实时数据到数据中心，已经可以满足系统的实时性要求。

2.2.3历史数据存储子程序

系统将采集到的生产设备和治污设备的开关量信息(2字节)，隔5 min存储一次到历史数据表中。考虑到要进行历史数据补足查询，每8 h(192字节)数据作为一个数据存储单元，再加上数据头和数据尾等信息，一个数据区200个字节。历史数据保存7 d需要4 200字节，在PLC内存中就可以存储最近7 d内的历史数据。PLC程序使用时钟信息确定每个数据具体的存储位置。

2.2.4历史数据查询子程序

PLC利用时钟信号控制自由端口通信，让PLC在每天指定的时间段内，允许数据中心服务器对下位机进行历史数据查询。当进行数据补足时，就将缺失数据所在的数据区的数据(200字节)全部发送到数据中心服务器，确保数据库历史数据的完整。查询结束后，自动返回到PLC主动发送实时数据模式。3 上位机程序设计 3.1 Winsock控件原理

对数据进行可靠的接收是整个系统的关键。Socket流式套接字是一种针对TCP的面向连接的套接字。直接采用Socket技术来实现数据中心服务器和远程数据终端通信比较复杂。因此，采用集成了Socket技术的Winsock控件。

Winsock控件是微软Windows提供的网络编程接口，提供了基于TCP/IP协议的接口实现方法。它把与网络通信相关的Windows Sockets API(application programming interface，应用程序接口)函数封装成为一个整体。将网络编程要用的函数作为控件的属性和方法。通过对控件相关属性的设置和方法的调用就可以实现稳定的网络通信功能。该控件为用户提供了访问TCP和UDP(user datagramprotocol，用户数据包协议)网络的极其方便的途径，并且适用于Microsoft Access，Visual Basic，VisualC++和Visual FoxPro等多种可视化编程环境。本系统有多台数据终端，要为每台数据终端建立一个线程，负责实时高效的接收和发送数据。Visual Basic 6.0的Winsock控件数组可以很方便地实现这一功能，因此采用Visual Basic 6.0开发上位机程序。

图3表示单台数据终端与服务器数据中心进行数据交互的过程。当有多台数据终端时，数据终端与服务器建立连接进行数据交互的过程相同，只需要增加新的Winsock控件实例，这里使用控件数组。具体方法是：在窗体中加入Winsock控件，命名为Listener，将它的Index属性设置为0。作为Winsock控件数组的第一个元素。然后在窗体的Load事件中声明一个模块级的变量Count，把Count设置为0，数组中的第一个控件的Local port属性设置为1011(与GPRS DTU一致)，接着调用控件的Listen方法。然后在连接请求时，代码将检测Index是否为0，如果为0，监听控件将增加Count的值，并使用该号码来创建新的控件实例，然后使用新的控件实例接受新的连接请求。这样就可以完成多台终端与服务器数据中心通信程序的设计。

图3单台数据终端与服务器通信工作流程 3.2数据中心服务器接收数据

数据中心服务器接收PLC实时数据的界面如图4所示。可以看出，接收的实时数据有12个字节，以16进制显示。在实时数据框中，00 04表示机器码，09 12 02 09 33 02 00 04，表示09年12月02日09点33分02秒，00系统保留位，04表示星期三，8D CF表示设备的开关信息。在历史数据框中，可以看到每隔30 s接收到的PLC的实时数据，1表示设备开，0表示设备关。在下位机补足数据框中，是数据中心服务器检测到数据库中某个时间段的数据有缺失时，进行数据补足查询，得到的一段历史数据。

图4上位机接收的数据画面

图5实时状态图

服务器将收到的数据存储到SQL数据库中，然后在服务器的人机界面中，将数据以动画、曲线等形式显示出来，生动地展示污染源生产设备和治污设施的开关情况，为科学监管厂家的治污情况提供了数据支持。4 结语

直读远程抄表系统设计 篇5

关键词：远程教学系统交互式层次结构

【中图分类号】TP311.52

1.远程教育

1.1关于远程教育

远程教育是指教与学在物理时空位置上相互分离的教育方式。随着现代信息技术在远程教育中越来越广泛地应用，远程教育已不仅仅是原有意义上的远程教育，而是融现代信息和多媒体技术为一体的新型教育方式。

1.2远程教育的特点

（1）通过各种现代远程教育教学的交互手段，保证现代远程教育得以方便、顺利实施。

（2）为各远程教育机构，提供切实可行的远程教育操作平台。

（3）通过学生状态记录系统、网络测试、作业机制等系统，远程教育可以提供一个适应素质教育的公正的学习评价系统。

（4）采用统一、完整的界面，教师和学生都在同一个登录界面下以不同的身份登录，教师能够教师界面下完成其教学所需的一切操作，学生也能够通过学生界面完成学习所需的一切联结。

（5）通过提供最能体现网络特色的主控式的教学模式，改变传统教学中强迫式教学方式，增强学生在学习过程中的主动性。

（6）支持多教室、多科目的同时教学。

（7）能实现PowerPoint分页同步浏览。

2.远程教育系统的功能特点

交互式远程教育系统是实现远程教育的工具和方式，它具有4个主要特点。

1、先进性、方便性

交互式远程教育系统通过一些专用的工具来实现其功能，这些工具主要有：BBS系统、邮件系统、电子白板、视频会议系统、举手提问功能、作业功能、网络考试等。通过这些工具，教师在教学过程中，可以在不同的交互系统之间进行切换，从而提高教学效率。

2、多功能、实用性

交互式远程教育系统不仅突破了教室的时空间概念，而且是基于互联网的以学习者为中心的一种新的教学方式——教师从知识的传授者和教学的组织者转变为学习的帮助者和引导者的主控式教学方式。

3、开放性、可扩展性

交互式远程教学系统能解决各种常用的教学资源和教学程序之间的兼容问题，能在Windows环境下运行各种的辅助教学程序，能够支持所有能形成IE浏览的各种文件。

4、易用性

交互式远程教学系统界面简单易用，初次使用的用户也能在半个小时内学会全部使用方法。在系统维护方面，无须专业人员维护。

3.系统设计

3.1层次化模型

系统层次化模型应由5层构成，每层又由不同的对象组成。远程教学系统能根据所处的环境和能够获得的硬件、软件支持来选择不同的远程教学形式。

根据这种层次化的方法，每个远程教学系统都由一系列有组织的层组成，每一层代表一个子系统，它包含了所选择的相应的服务对象。层中的每种对象被定义了一套与该层相关并可被执行的特殊功能。每种对象都由能够执行这个服务对象所选择的方法组成。方法是用以完成对象所提供服务的特殊策略。在远程教学中，很多方法能实现特殊的教学效果，但这些方法必须依赖于特殊的远程教学环境，不同的远程环境有不同的方法。比如，我们在授课过程中要进行通信交流，我们把“课程通信”称为对象，为这一对象可以选择的方法有：电话、传真、信函、e-mail、電视电话会议、聊天室、讨论组等服务对象和方法。每个层中的对象都有一个或多个方法，这些方法决定了对象的属性，为了建立实用的系统，有些对象在设计中是必须的，而另一些是可选的。在上面的那个“课程通信”对象的例子中，我们发现问题不在于我们是否应该选择这个对象（因为这个对象是必须的），我们只需要为这个对象选择合适的方法就可以了。层次间的方法使我们能够定义相邻层间的工作流。每一层，除了最底层，使用一系列的服务，这些服务由（N-1）层对象提供，最底层包括一些通信技术对象，这是实现个性化远程教学的基础，第（N）层为第（N+1）层提供服务，并使用第（N-1）层提供的服务。最高层给远程教学中的教师和学生实施教学提供透明的服务。

3.2算法实现

有很多算法都可以根据此模型设计出个性化的远程教学系统，最常用的有两种：一种是自下而上的算法，另一种是自上而下的算法。自下而上的算法主要适用于那些在物理层受到限制的情况，比如无法连接互联网，或者连接互联网的带宽受到限制。自上而下的算法主要适用于那些在物理层不受限制的系统，所有的远程教学方法都可以实现。另外，教学平台的设计也不可能一步到位，需要在平台的运行过程中，不断收集教师与学生的反馈意见，以及实际的教学数据，根据这些数据再对平台的设计做进一步修正。

4.技术支持

（1）Web技术

Web是独立的模块化的业务流程应用程序，它基于WSDL（用于描述的）、UDDI（用于做广告和联合的）以及SOAP（用于通信的）等行业标准技术。它使用户能够以平台独立和语言独立的方式连接不同的组件，在连接时甚至可以跨越组织边界。

（2）数据挖掘技术

数据挖掘技术尤其是Web挖掘技术对于远程教学系统有很重要作用。

（3）浏览器/服务器技术（B/S技术）

B/S技术是在服务器和浏览器之间建立相应通道，使客户能够通过网络访问和使用服务器提供的各种信息和服务。通过数据库系统的实现，并结合JAVA、CGI和Web等技术能实现更好的效果。

结论

远程教育系统作为一种崭新的教育模式，可以最大限度利用现有教育资源，是实现高等教育大众化、现代化、终身化和国际化的新型教育形式和必然途径。随着现代计算机技术、网络技术、通信技术、多媒体技术、数据库技术和人工智能技术的发展，远程教育系统也越来越被更多的教育机构所采纳，成为实现现代教育必不可少的途径之一。

参考文献

[1]【美】ScotJohnson著ActiveServerPages详解北京电子工业出版社1999

[2]杜军平、黄杰SQLServer2000数据库开发北京机械工业出版社2001

直读远程抄表系统设计 篇6

关键词 玉米；生长监测；远程诊断系统

中图分类号：S513；TP274 文献标志码：A DOI：10.19415/j.cnki.1673-890x.2016.18.135

玉米群体结构特征的主要表现是其生长发育进程整体分布情况，可以反映玉米的生长变化，掌握玉米的生长动态。大量研究表明，对玉米群体结构特征监测思路或方法主要包括2大类：第一，重点对玉米长势情况进行宏观研究，通过对其生长环境数据不断检测与分析，提出一些规律性变化过程[1，2]；第二，重点通过现代信息设备实时采集玉米生长信息与生长动态[3-5]，并提出动态变化规律。

本研究根据宁夏扬黄灌区的土壤条件与玉米生长的实际情况，结合滴灌栽培玉米的种植方式、水肥运筹与管理等相关措施，辅助农业气象数据，不断采集玉米各生育期的生长发育状况高清数字图片、视频数据等信息，并根据当地用户的各种需求，提出玉米数字化监测与诊断指标，构建数字化监测与诊断服务模式。

1 系统总体结构设计

玉米生长监测与远程诊断系统的总体设计如图1所示，具体架构思路分为3层。第一层是处于系统监测诊断的最底层，称之为信息传感层，主要采用手机与相机拍照、摄像头抓拍等采集方式对玉米生长信息、冠层信息或群体结构特征的感知与获取，从而建立玉米数字图像采集系统。第二层是玉米生长监测与远程诊断网络服务层，即中间层，称之为核心网络层，该层主要针对信息传感层提取的玉米生长信息、图像信息或群体结构等通过互联网远程传输到服务器，服务器安装图像处理软件对传输的玉米图像信息等进行分析处理，提取玉米图像特征参数或属性，从而建立玉米图像特征参数与属性数据库，并通过不断存贮与记录，构建玉米生长图像标准参数库和历史图像信息数据库等，然后通过对玉米生长信息和图像信息的分析，做出决策分析结果，并将决策结果与具体执行措施发布给农民、种植户或农业企业等客户端。第三层是是一个开放层，即用户应用层，或称之为客户端，主要针对农民、种植户、农业企业或玉米栽培与管理专家等，他们通过计算机浏览器和智能手机客户端对第二层网络服务中心发送的图片信息、决策分析信息等进行浏览，也可以通过网络客户端进行信息咨询。

2 监测/分析/处理/决策/浏览5大中心设计

由系统整体结构框架图1可知，要想实现玉米生长监测与远程诊断的合理性与准确性，得出较为理想的生长监测与诊断信息，系统设计必须实现可输入、可输出、可查询与可调用等功能。因此，系统设计一定要达到可兼容、可嫁接、可独立和可开放的设计的理念，既可以嫁接到网络系统中，也可单机运行，从而解决这个矛盾体系。于是，我们通过不断的分析研究，架构了监测/分析/处理/决策/浏览5大中心，分别由玉米生长远程监测与网络控制服务、图像获取与视频抓拍采集、图像分析采集、玉米生长与决策诊断、用户浏览与访问等组成。具体结构图如图2所示。

3 数据库设计与架构

数据库设计与架构是玉米生长监测与远程诊断系统设计与架构的核心部位，系统若离开了数据库的设计与架构，系统的功能服务功能就失去灵魂。玉米生长监测与远程诊断系统数据库实现的主要功能是对玉米生长监测的方法和玉米生长监测与诊断过程中所搭建的模型进行导入、存储、备份和修改等各种操作。同时，本研究数据库还包括图形图像导入、存储，视频数据流导入、存储，扬黄灌区各玉米田块的土壤地力和肥力等基础数据导入、存储。玉米栽培管理与植保信息导入、存储，降雨量等气象信息导入、存储，土壤含水量等墒情信息及田间管理的水肥运移规律信息导入、存储等。

该数据库还要实现的功能是必须根据玉米生长过程中构建的数学模型做出相关分析与推理判断，并根据不断增加和补充玉米种植管理的历史数据，最后得出玉米生长监测与决策诊断方案。

4 系统服务功能设计

玉米生长监测与远程诊断系统实现的主要服务功能主要有监测指标确定、图像特征参数提取、诊断指标确定、生长监测模型调用、数据库查询等模块调用、玉米生长监测关键数据发布、诊断方案发布及系统维护等多个组成部分。

监测指标确定其实质就是系统要实现的首要功能，即筛选合理的监测指标。例如，监测玉米的叶面积、监测玉米的覆盖度、监测玉米叶绿素含量等，只有确定了准确的监测指标，方能收集合理的图像与视频资料。因此，监测指标确定是整个系统服务功能设计的先决条件。假如缺少叶面积指数这1个监测指标，就等于缺少实时采集到的玉米生长数字图像与视频信息资料，必然就缺少了图像数据库，从而无法确保图像监测指标的信息提取。同时，必须注意强化玉米田间图像采集的质量，加大实时更新力度。

图像特征参数提取功能设计，该模块设计的主要目的就是实现将玉米图像分层分割、特征参数提取，并搭建图像特征参数与玉米农学属性间的数学关系模型，其目的就是通过图像特征参数数据分析玉米的实际生长状况，从而补充决策分析模型的分析库。

系统诊断指标的确定，该功能模块可能会受传统的栽培理念与方法的影响与制约，因此设计时必须转变观念，明确其设计的目的就是通过数学分析方法，将大量的数据采用相关性分析，构建相关性关系模型，提出模型决策方案。

数据库的查询功能和历史数据查询功能其实质就是后台数据库管理，按照玉米生长监测与远程诊断系统具体要求實现数据库表单，建立数据库报表，最后实现数据库的管理。同时该数据库设计要考虑数据查询的灵活性与多样性。

玉米生长监测关键数据发布、诊断方案发布功能设计，该模块相对来说较为重要，必须通过实时发布玉米长势情况，提供权威信息，方便玉米种植大户、农民和农业管理者宏观调控。此模块要为玉米生产管理者提供极其可靠的技术服务，解决农民、种植户和农业企业急需解决的本质问题。例如，通过抓拍到的玉米照片如何判断玉米就目前的生长状态下到底是缺水还是缺肥等问题，就像现场请到了一位农业专家一样，能够通过观测给出一个准确可靠的解决方案，这才真正达到玉米生长监测关键数据发布这个模块所实现的核心功能价值。同时，关键数据发布也能给上级农业管理部门提供方便快捷的服务工作与信息。

系统维护功能模块设计，毫不夸大地讲，此模块是每一个监测系统必备的功能模块，也是一个重要的设计环节与过程。因为每个系统不论内容多么完善，肯定总会有其不足之处或尚未考虑到的问题出现，因此必须进行后期运行状态维护、后台数据管理与数据库维护、以及系统运行过程中的安全管理等。

由此可见，玉米生长监测与远程诊断系统设计有7个服务功能模块，为了简化思路，通过集成与分析整理，将该系统进行归类，主要归纳为用户管理、网络控制、数据库管理、终端配置和监测诊断5大类，其归类图如图3所示。

5 讨论与结论

随着现代信息技术云计算与云服务的发展，“互联网+现代农业”的快速推进[6-10]，运用现代化技术手段对宁夏扬黄灌区玉米生长监测与远程诊断关键技术研究已取得了突破性进展和质的飞跃。其应用模式不断完善，应用技术不断成熟，应用范围不断扩大，应用力度明显提高，并展现出其蓬勃的竞争力。因此，加快玉米生长监测与远程诊断系统的构建刻不容缓，必须跟上“互联网+现代农业”飞速发展的步伐，通过大力推广与示范，形成一个可服务宁夏玉米、小麦、水稻和马铃薯四大粮食作物生长监测与远程诊断平台，以及服务宁夏农业不同领域的物联网应用体系[11-13]。

本设计思路简洁、可行，监测原理简单、实用，对玉米生长信息获取真实、可靠，同时也集成了各种现代化技术手段与信息采集原件，初步实现对玉米生长信息进行监测与远程诊断。当然，该设计方法与思路也可应用水稻、小麦和马铃薯等农作物的生长监测与诊断[6-10]。但是，本设计仅仅考虑了图像、视频采集手段对作物的监测与诊断模式，还有一些更重要更关键的技术并未展开讨论，且农作物生长监测与远程诊断所涉及的参数和影响因子也非常多，需要各位学者进一步深入的研究与探讨。

参考文献

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