抄表数据（共7篇）
抄表数据 篇1
0 引 言
随着无线网络的不断兴起,由于无线网络技术极大的优越性,使得越来越多的行业有线产品和技术被无线替代,在我国,自动无线抄表技术(AMR)作为一种新型的抄表技术,具有易操作,成本低,不入户等优点, ZigBee作为一种新兴的无线网络技术,具有功耗低、速率低、可靠性高、保密性强等特点,同时工作于国际免费频段,相比其他无线技术的较高网络费用,大大降低了成本,很适合应用于自动无线抄表系统中。本文所设计终端是无线抄表中的重要一部分,数据收集主要采用RS 485总线和MCU控制模块,无线发送部分采用ZigBee无线通信模块。
1 ZigBee协议分析
ZigBee协议栈依次从最底层开始由物理层、数据链路层、网络层和应用层组成,其中物理层和数据链路层由IEEE 802.15.4工作组制定,网络层和应用层(APL)由ZigBee联盟制定。物理层定义了3种流量等级:当频率采用868 MHz时,提供20 Kb/s的传输速率;当采用915 MHz时,提供40 Kb/s的传输速率;当采用2.4 GHz时,能够提供250 Kb/s的传输速率,在我国采用的是这种免费频段。数据链路层可分为逻辑链路控制子层(LLC)和介质访问控制子层(MAC),其功能包括数据包的分段与重组,数据包的顺序传输,无线链路的建立、维护和拆除,确认模式的帧传送和接收,信道接入控制、帧校验、预留时隙管理和广播信息管理等。网络层的功能包括拓扑管理、MAC管理、路由管理和安全管理。应用层是协议栈的最上层定义了各种类型的应用业务。该系统中主要涉及ZigBee网路中数据采集终端节点的设计,也可作为网络路由器应用。
2 无线抄表数据收发终端总体设计
RS 485总线具有很强的抗共模干扰能力,可以进行多点和双向通信,允许在一对双绞线上驱动一个或多个设备,这样就可以实现一个收发器管理多个用户电表。基于RS 485总线电表简单易操作,成本低,市场上很多都是采用RS 485智能电表,该系统可以广泛应用。无线ZigBee模块通过SPI接口接收来自微控制器系统的数据信号,将数据信号发送出去。
无线抄表数据收发终端在整个抄表系统中扮演的是路由和终端的角色,是一种全功能设备FFD(Full-Function Device)。该系统总体设计思路是:通过RS 485总线将电表数据收集,然后通过MCU电路处理,通过RS 232,SPI接口发送到ZigBee无线通信模块,最后利用无线通信模块发送到路由器节点或网络协调器。系统的总体结构如图1所示。
3 收发终端硬件设计
该终端系统主要包括:电表数据收集电路、无线发送电路和电源电路3部分。
(1) 电表数据收集电路主要是MCU控制电路,处理RS 485发送过来的数据。主要有MCU芯片,RS 485控制芯片、光耦隔离器、时钟电路、稳压电路等构成。
(2) 无线发送电路主要是通过SPI接口接收MCU的处理数据,通过RF射频天线发送。
(3) 电源电路主要是完成将交流220 V电压转化成直流电压,再通过稳压等完成对系统的供电。主要由小型变压器、热敏电阻、压敏电阻器、稳压芯片等构成。
系统主要器件选型:
MCU:选用Ateml公司的ATmega64L芯片,是一款基于支持实时仿真的高性能、低功耗的8位RISC结构的AVR微控制器。带有64 KB系统内可编程FLASH,4 KB的片内SRAM,64 KB可选外部存储空间,32个通用寄存器,实时计数器(RTC),4个具有比较模式与PWM的灵活定时器/计数器(T/C),2个USART,面向字节的两线串行接口,8路10位具有可选查分输入级可编程增益的ADC,看门狗定时器,一个SPI接口,JTAG接口,以及6个可以通过软件进行选择的省电模式,满足无线抄表系统中对可靠性和功耗的要求。
ZigBee芯片:选用TI公司的CC2430 RF,其是一颗真正的系统芯片,提倡CMOS解决方案,这种解决方案能够提高性能并能满足以ZigBee为基础的2.4 GHz ISM免费波段的应用,同时满足低成本,低功耗的要求。它结合一个高性能2.4 GHz DSSS(直接序列扩频)射频收发器核心和一颗工业级小巧高效的8051控制器,收发波特率250 Kb/s。CC2430在接收和发射模式下,电流损耗分别为27 mA或25 mA。CC2430的休眠模式和转换到主动模式的超短时间的特性,特别适合无线抄表这种要求电池寿命比较长的应用。接收数据时,当CC2430全部收到帧开始定界符SFD后,IRQ_SFD(中断标志位寄存器)置1;当RXFIFO中有数据时,RFSTATUS.FIFO置1,数据为空时,置0;当RXFIFO中未读过的字节超过编程设置在IOCFG0.FIFOP_THRRF_P的阈值时,RFSTATUS.FIFOP置1,反之,置0。 RF_N两个引脚显示接收和发送数据状态,RF_P引脚:接收时,正RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器);发送时,接收来自PA(功率放大器)的正RF(射频)信号。RF_N引脚:接收时,负RF(射频)输入信号到LNA(低噪声放大器);发送时,接收来自PA(功率放大器)的负RF(射频)信号。CC2430通过SPI接口接收ATmega64L的时钟信号和片选信号,由内部集成的8051核完成数据信号的处理和输入/输出操作,从而完成电表数据的传输。
片外FLASH:用来存储电表数据,选用金士顿1 GB SD卡,由于电源电路的输出电压为5 V,而SD卡需3.3 V供电,所以要将电压转换,用SE8117T33输出3.3 V电压,接到SD卡VDD引脚上。
时钟芯片:选用Philips公司的实时时钟芯片PCF8563T,是一种低功耗CMOS时钟芯片,提供一个可编程输出、终端输出和掉电检测器,所有地址和数据都通过I2C总线接口串行传输,得到最大的总线传输速度。
光电耦合器:选用本系统选用3个PC817光电耦合器,用来隔离上下级电路,减小电路干扰,简化电路设计。PC817是一种单通道线性光耦,能够传输连续变化的模拟电压和电流信号。
稳压芯片:选用L7805CV,是电源电路设计中常用的性能很好的稳压芯片。该设计中MCU控制电路和电源电路都用到稳压芯片,是电路能得到稳定的5 V电压。电源电路原理图如图2所示。
图2中R1电阻选用MYG 10K471压敏电阻器,主要做保护电路器件。
4 软件设计流程
该系统软件主要是MCU控制电路的初始化程序设计,ZigBee无线模块的初始化、接收和发送程序设计,初始化程序主要是对单片机、RF芯片、SPI等进行初始化;SPI初始化程序如下:
MCU系统所采集电表数据将通过单片机RS232接口、SPI接口送至射频发送模块,然后输出。路由设备或协调器设备接收数据并处理。收发终端软件总体设计流程如图3所示。
ZigBee无线节点软件流程如图4所示。
5 结 语
本文采用MCU和RF射频模块设计出在ZigBee无线抄表中的电表数据采集发送终端系统,安装方便,抗干扰能力强,具有很强的实用性,可作为一个整体功能模块应用于其他无线数据传输系统中,如家用水表,智能家居等方面,在试验使用过程中抄表数据可靠,无丢数据现象,现在的无线数据传输系统都有一定的距离要求,在此模块上加上RF放大模块,可增大传输距离,但效果不明显,利用无线路由器和定向增益天线可解决这一问题,可完全满足局域距离要求,且可作为集成模块应用到其他无线传输系统中,通用性和可移植性增强。
参考文献
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抄表数据 篇2
在远传抄表领域, 手持终端的功能是实现对各种远传抄表设备的数据采集和信息设置, 大部份的厂家自己都不开发手持机。一般都使用专业手持机厂家生产的手持机, 并在其硬件基础上做二次开发, 实现自己想要的应用。由于手持机厂家提供的硬件接口是固定的, 兼容性比较差, 用户为了能使用该手持机, 只能修改自己产品的硬件接口和软件协议, 或者与手持机厂家进行定制, 从而无形中增加了开发周期和成本。一旦手持机厂家, 停止生产或升级该型号的手持机, 将导致手持机无法使用。由于手持机的研发门槛比较高, 需要长期的技术积累才能保证其稳定性, 如果远传厂家自己开发手持机, 从长远来说是有利的, 但短期会带来开发成本高, 投入的人力, 物力较大, 从而限制了公司的发展。为此, 有必要对远传抄表领域中使用的手持终端设备进行进一步的改进。本文提出了一种灵活的替代方案, 数据转发器的软硬件设计。
1 总体设计
如图1所示, 数据转发器是智能手机与远传抄表设备之间的一个桥接设备。首先用户根据自己的协议和需求开发一个基于ANDROID或IOS平台的APP应用软件。由于APP可以运行在各种智能手机, 所以也就等于用户可以利用各种现成的智能手机硬件平台实现自己的特定需求。市场上各种智能手机均有配置3种通讯接口:蓝牙, WIFI, USB。因此数据转发器只要支持这3种通讯接口, 就可以与智能手机建立起通讯了。由于数据转发器不做数据处理, 只做数据转发, 因此后期只需根据实际需要调整硬件接口和驱动程序。如图1所示, 数据转发器的另一侧接口是连接至远传抄表领域的各种设备, 这些设备常见的接口有:红外、ISM无线、RS485、USB、MBUS、串口。由于数据转发器可同时支持这些常用接口, 因此也大大增加了兼容性, 后期如需修改也只要修改数据转发器即可。数据转发器这时通过这些接口与各种设备建立连接, 同时也与智能手机建立连接, 就构成了一个可以双向通信的链路。此时用户就可以通过智能手机对各种设备进行数据采集和信息设置了。
2 硬件设计
2.1 硬件组成
由于数据转换器采用的通讯方式都非常的成熟, 因此采用现成的模块方案作为设计思路可大大提高设备的稳定性, 节约开发周期和成本。如图2所示, 数据转发器由USB通讯模块, 蓝牙通讯模块, WIFI通讯模块, 主控制器, RS485通讯接口, 红外通讯电路, 无线通讯模块, 串口通讯接口, MBUS通讯接口电路组成。
2.2 主控制器选择
Microchip PIC24F系列的单片机采用16位改进型哈佛架构, 并提供了大量的增强功能。该系列的单片机具有nano Watt XLP节能技术, 并增加保持休眠模式, 深度休眠模式, VBAT模式, 从而大大降低了单片机的功耗。PIC24FJ128GA308的型号的MCU还集成了DMA控制器, LCD控制器、RTCC、4个UART、2个SPI.因此选择该型号MCU作为主控制器将大大简化数据转换器设计, 以及降低设备的功耗。
2.3 与智能手机端通讯接口的设计
目前大部分的智能手机均配有USB、蓝牙、WIFI通讯接口, 而这3种接口的技术都以非常成熟, 因此直接采用购买现成的模块, 大大缩短开发周期。
蓝牙通讯模块采用昆天科QS9321型号的蓝牙模块, 该模块是一款集成度很高且支持蓝牙4.0低功耗模块, 工作频率在2400MHZ到2483.5MHZ, 1MBPS通讯速率。该模块允许工作在主从模式且支持8模式。该模块的休眠电流仅2UA;电源内置DC-DC和LDO, 且该模块工作电压范围宽允许在2.4V~3.6V之间工作;在DC-DC模式下发射功耗为8.8MA, 接收功耗为8.9ma。它的输出接口同时支持SPI、UART和I2C接口, 大大提高硬件设计的灵活性。
WIFI通讯模块采用汉枫电子科技的HF-LPB超低功耗嵌入式Wi-Fi模块。该模块是一款一体化的801.11 b/g/n Wi-Fi的低功耗解决方案, 通过HF-LPB模块, 传统的低端串口设备或MCU控制的设备均可以很方便的接入Wi-Fi无线网络。且该模块集成度非常高, 硬件集成了MAC, 基频芯片, 射频收发单元, 以及功率放大器;嵌入式的固件则支持Wi-Fi协议及配置, 以及组网的TCP/IP协议栈。
2.4 与远传抄表设备端通讯接口设计
在远传抄表抄表领域, 通常有有线系统和无线系统。而这些设备主要采用传统或工业现场常使用的通讯技术, 如:RS485、MBUS、红外、串口、ISM无线。而这些通讯接口或技术已经相当的成熟, 稳定。为了提高数据转发器对各种设备的兼容性, 本设计将这些常用到的通讯技术全部设计进来, 这里注重介绍ISM无线方案。
Silicon Labs EZRadio PRO系列的SI4432是一款高度集成度的单芯片无线ISM收发器, 其包括了发射机, 接收机和射频收发器, 这样不仅降低了BOM成本同时也简化了设计。SI4432提供了先进的无线功能, 频率工作范围240~930MHZ且输出功率高达+20d Bm。SI4432同时支持FSK, GFSK, OOK通讯模式, 具有调频功能。且待机功耗只有400n A..数据传输率0.123~1256kbps。另外SI4432还有自动唤醒定时器、低电池电量检测器、64字节发射/接收缓冲。自动数据包处理, 并降低序言检测电流消耗, 并允许使用较低成本的MCU, 因此该方案非常适合数据转换器的应用。
2.5 红外通讯接口设计
为了便于设计, 以及考虑兼容性。所以红外收发不采用专用编码方式, 而直接采用普通串口通讯编码方式。如图4所示, 红外接收电路由红外接收管Q1, 滤波电容C1, C2构成。Q1的第1脚直接连接到MCU串口接收脚, Q1的第3脚连接到MCU的I/O口。当数据转换模块要开启红外接收功能, 只需让MCU_VDD置1, 并开启串口接收即可收到红外数据。红外发送电路由发射管DL1, 电阻R1, R2, R3, 三极管Q2组成, 为了简化硬件设计, 并节省I/O口资源;红外采用PWM+定时器模拟串口方式, 由硬件PWM实现38KHZ的载波频率, 然后配合定时器控制PWM开关和模拟串口的程序, 实现将串口数据调制后从红外发射管输出。
3 软件设计
数据转换器的软件架构, 采用驱动应用分层的写法, 并将各个模块软件打包形成模块任务化的结构。模块任务内部采用非阻塞行的状态机结构。从而保证各个模块相互独立, 易于扩展和维护且实时性高。
开机后MCU会对所有驱动和应用层及相关参数进行初使化。初始化成功后进入各个任务的循环。其中考虑到WIFI、蓝牙、无线这个3个模块的数据量较大, 而这3个模块同时支持SPI接口, 又由于智能手机只会通过WIFI或蓝牙其中一种模块通讯。所以WIFI和蓝牙通讯模块共用一个SPI, 无线模块单独用一个SPI。MBUS、串口、USB、RS485分别利用主控器的4个UART硬件资源, 由于红外速率较低所以采用I/O模拟方式实现, 以上接口均采用中断处理方式, 当收到一帧数据后, 通知相应任务模块进行处理, 处理后会通知数据转换任务函数。数据转换函数根据用户配置的输出接口, 就会把数据转给相应的任务模块进行处理, 处理后该任务模块就会将数据由对应的硬件模块将数据转发出去。由于各个任务模块相互独立, 内部不做直接转换, 而是由统一的一个数据转换任务接口函数做处理, 因此后期更改模块时只需增加相应的驱动程序和任务处理函数, 从而大大提高了数据处理器软件易维护性。
4 结束语
本文介绍的数据转发器替代手持机的方案, 不仅设计门槛低, 开发周期短, 成本低, 而且非常的灵活, 兼容性高, 用户可以利用现有的智能手机, 加上数据转发器就可以替代手持机。实现对现场各种远传设备的数据采集和信息设置。
参考文献
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抄表数据 篇3
1 SQL Server CE数据同步技术
SQL Server CE2.0是SQL数据库的一个优秀的小型实现方案,具有强大的数据存储功能、优化的查询分析器,以及可靠的连接性,是移动手持设备数据库开发的理想选择。它提供了两种基本方法来连接SQL Server数据库:RDA(Remote data access)和Replication。通过这两种方法,可以保证移动设备和后台服务器数据交换的一致性同步[1]。
1.1 SQL Server CE环境
手持移动设备上的SQL Server CE通过一些组件与服务器端的数据库系统进行数据交换。不论移动设备与服务器是始终连接还是间断性的连接,SQL Server CE都可以通过组件实现移动设备对中心数据库系统直接、高效的访问,以及保证数据一致性的合并复制。SQL Server CE与服务器的之间的架构如图1所示。该系统架构图描述了SQL Server CE不同组件之间的关联,对移动设备来说最主要的组件就是SQL Server CE Client Agent,它实现了移动设备操作本地数据库的引擎对象,和用于完成数据同步的复制(Replication)和远程数据访问(RDA)这两个对象。应用程序通过使用这些对象,来实现管理本地数据库以及与SQL Server数据库同步的功能[2]。
1.2 RDA和Replication
在任何一个分布式移动应用环境中,移动终端设备与中心数据库的数据交互一直是讨论和解决的热点问题。在网络连接不稳定或者网络连接中断时,通过数据同步技术来保证中心服务器和移动终端设备的数据一致性显的尤为重要。拿手持抄表的工作流程来讲,一旦有抄表任务,多个抄表员从数据中心下载用户相关信息(通过GPRS或Wi-Fi无线方式下载),然后他们到相应小区完成抄表任务,抄完表任务并更改手持抄表设备上的本地数据库后,将数据上传到数据中心。在整个工作流程当中,可以看出如何进行有效的数据通信和同步并合理解决冲突是问题的关键[3]。
RDA,即远程数据访问技术,它提供拉数据(pull),推数据(push),远程提交SQL等三种方法来实现数据交互,支持与SQL Server6.5以上版本的数据库的连接。Replication,即复制技术,基于SQL Server 2000的合并复制,利用订阅和发布来实现数据交互[4]。两种技术有以下共同点:
1)功能:两者都完成了从服务器下载数据;捕获并上传数据;下载、更新并上传数据。
2)连接:两种技术与中心数据库的通信连接均使用基于Web的协议:HTTP或者HTTPS。
3)传输:两种的通信协议均使用压缩数据来减少数据传输量,更适应用于无线网络传输。
4)安全:在传输过程中都使用IIS的加密技术来保护用户敏感数据,以及一系列授权技术来避免非法入侵。
尽管有上述共同点,在实际应用中仍然需要根据场合对这两种方法进行选择。与复制技术相比,RDA是一种比较简单的同步方法,它的安装和配置过程相对简单。但是这种方法仅能操作一张需要同步的表,在移动端不需要更改表的模式,并且没有完善的冲突检测和解决的机制[5]。
手持移动设备选择数据同步设计策略,主要看应用程序的用途、功能、规模、安全、稳定、日后的升级情况。由于实际手持抄表系统涉及到多个表的下载、更新、上传,中心服务器采用的是SQL Server 2000数据库,又考虑到日后数据中心逻辑结构的变化带来的升级问题,本手持抄表设备采用Replication方法完成和中心数据库的数据同步。
2 复制技术在手持抄表设备上的应用
整个抄表系统由数据采集与监控子系统和燃气服务信息子系统两大部分组成。数据采集与监控子系统,提供表具的实时运行状态和用气数据,物理上由中心服务器、通信网络、手持移动设备、终端网络和网络燃气表组成。燃气服务信息子系统,提供各种信息服务,物理上由网络表服务器和远程终端组成。手持设备与中心服务器同步的系统结构图如图2所示。
手持设备与数据中心进行复制同步有多种连接方式,这主要取决于抄表员所处的地点和当时的网络状况。可以采取的连接方式有:
1)当抄表现场距数据库服务器大于1千米,采用GPRS/Wi-Fi;
2)当抄表现场距数据库服务器小于10米,采用ActiveSync工具(USB/蓝牙);
2.1 手持抄表设备开发环境
本手持移动设备使用的是新大陆的PT980(PDA),其操作系统为WinCE.net6.0,具有良好的可视化界面。.Net应用程序是在一个运行库(CLR)的控制下运行的,CLR负责对创建的对象进行内存分配,对不再需要的对象进行垃圾回收,在执行编译时实现严格的安全检查。因此,使用.Net Compact Framework不仅可以缩短开发流程,还能设计良好的图形用户界面[6]。
2.2 服务器环境配置
SQL Server CE合并复制是基于SQL Server2000合并复制技术的,因此首先需要在服务器端对两者进行安装配置。下面列出服务器环境配置的步骤:
1)安装IIS、SQL Server2000+SP3、SQL Server CE+SP3;
2)在SQL Server CE连接配置管理工具下,为归并复制创建基于NTFS格式的虚拟目录,并设置其反问权限;
3)在SQL Server2000下新建一个服务器注册,同时服务器中的MSSQLSERVER和SQLSERVERAGENT更改为域账户登录,不能用本地系统账户来登录;
4)在SQL Server2000下创建一个合并发布,订阅服务器类型为SQL Server CE设备,选择需要发布的表,最后选择冲突种类和解决策略;
在完成上述安装与配置后,只要在移动设备端编写订阅程序,当和中心服务器有线或无线连接时就可以完成数据复制[7]。
2.3 手持抄表设备端复制程序实现
手持设备复制功能是通过.Net Compact Framework创建一个SqlCeReplication对象,然后调用其AddSubscription方法来实现的。调用AddSubscription方法后,就创建了本地SQL Server CE数据库文件,但是表和数据的初始化快照尚未出现,必须调用Synchronize方法将数据的初始快照传递给新的SQL Server CE数据库。创建完订阅和本地数据库后,就可以使用SqlServerCe对象来更新、插入以及删除数据。所做的任何修改都会在下次调用Synchronize方法时被合并入所发布的数据库[8]。示例代码如下:
3 结束语
SQL Server CE复制技术的采用,完善了移动设备与数据中心的数据交互过程,有效的解决了同步中的数据冲突问题,使抄表员的工作效率大大的提高。但是由于GPRS的带宽问题,当较大的表量数据通过该无线方式同步时,应用程序不能在短时间内对用户输入作出响应。拟在下一个版本中使用SQL Server2005 Compact Edition的异步数据同步功能,使用户在等待数据同步完成的同时继续处理其他信息,从而改进系统性能。
参考文献
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远传抄表——智能化住宅抄表系统 篇4
远程抄表系统为实现实时可靠地进行三表 (电表、水表、燃气表) 数据远程抄收而设计。此装置以星型、纵线型、无线电通讯, 三重网络结构实现远程抄表任务, 通过星型网使n个MDM (DD-862S机械式数字化电表) 电表 (例:n=32) 与一个数据采集器连接, 数据采集器通过纵线网络与电台连接, 一个纵线网可连接m个采集器 (例m=128) , 因此, 一个子网可将nm=32×128个电表共享一个电台。这是一种以星型-纵线型-无线型构成的三重网络结构。这种网络结构的组成元素为电表、水表或气表 (以下简称三表) 、数据采集器、无线电收发电台。
随着国内智能化系统的日益发展和完善, 目前在大多数的高档的住宅小区中都开始安装远程抄表系统, 作为现代化管理系统的重要组成部分, 该系统发挥了相当重要的作用。住宅区中每个住户家中的水表、电表、煤气表等计量表计。其安装位置各异, 有些表 (如电表) 集中安装, 有些表 (如水表) 却分散在住户家中;这样就给管理部门的抄表统计工作带来困难。逐户抄表时要耗费很多人力和时间, 而且入户抄表很难一次完成, 有时只能估计。集中式抄表管理系统将使这些问题成为历史。运用本系统后, 再无需进行人工逐户抄表。所有住户表计的计量值将由中心统一抄取。抄一只表只需1秒钟, 省时省力。系统包括了水、电、气自动抄表和家庭防煤气泄漏以及管理部门对用户用水、用电、用气进行实时通断控制等多种功能。
住宅集中式抄表管理系统可实现小区联网抄录电表、水表、纯水表和煤气表的读数, 在小区的管理微机上能进行自动抄录、自动计费、状态查询, 能够记录并打印历史数据, 提供表数据接口, 并在授权情况下进行人工修改、换表和水电气表结算。如果在管理中心添置相应的MODEM或路由器, 可以实现外部远程访问。
远程抄表系统主要是完成电度计量或信息采集、信息远传、后台软件处理和分析三部分任务。前后两部分技术已经成熟, 抄表系统技术关键是解决信息远传——通讯问题。
工频畸变跨台区远程抄表系统, 借助于配电网 (10kV和380kV线路) 做传输通道, 利用信息可以从用户节点 (380V处) 穿越用户变压器直接传递到变电站的特点, 把延伸到供电的每一个角落的分散的、大量节点通讯汇总到变电站一点通讯, 无需单独架设通讯网络, 也无须后续的通讯费用, 经济且实用性强, 从根本上解决了抄表乃至配网自动化的通讯问题。
一、分类
抄表系统系列产品部分主要分为两大类, 一是主站部分, 二是模块终端部分
1. 主站部分
(1) ZZ——2000——X:ZZ——主站;2000——管理2000户表, 一般用于台区表管理系统;X——代表母线分段数, 最多可同时管理两段分列运行的母线。
(2) ZZ——100000——X:ZZ——主站;100000——管理100000户表, 一般用于管理居民和台区同时抄取系统, X——同上。
(3) ZZ——XQ:ZZ——主站;XQ——小区管理, 该种型号的主站一般用于小区物业管理, 安装于小区供电系统的低压端或物业管理办公室, 该主站配有232或485接口, 管理小区范围内的电、气、水、消防等。
2. 模块部分
(1) C C Z——M——X:C——系统号, C——终端, Z——载波, M——脉冲, X——脉冲路数, 范围1——8, 一个终端最多可同时读取八块脉冲表。
(2) CCZ——485:485——代表智能接口, 如智能485表, 带有RS232/485接口的RTU或综合测试仪等, 智能接口单元内的所有数据都可读取, 如U、I、P、Q、COSΦ、有功电度、无功电度等。用户需提供智能接口设备的通讯协议才能通讯。
(3) CCZ——J:CCZ——同上, J——继电器输出, 可用于欠费停电或远程控制等, 用户供电、空调控制、10kV开关控制、380V接触器的投切等, 一般一个模块只提供一路继电器输出干节点。节点能力为AC5A/220V, 提供更大输出能力要单独定做。
(4) C C Z——U:C C Z——同上, U——电压检测功能, 能监测一相电压的电压合格率、极值、停电次数等。
二、特点
1. 远程抄表。
在中控室直接实行远程自动抄表功能, 可组成以中控室为中心的地域性抄表网络。
2. 通讯可靠。
由于采用的是天线定点通讯, 按技术要求安装高度完毕后, 即可进行24小时的通讯, 且不受电网波动的影响。
3. 快捷。
由于抄表速率高, 约每秒一个电表, 因此可进行分时段抄表和计费。
4. 技术手段先进。
通过电子眼识别电表读数, 并严格保持电子读数与表头读数一致。
5. 周期性读数。
根据不同指令, 中控室可对网络内的各电表进行每月一次, 每日一次或每日数次的指定周期性抄读。
6. 可与收费系统联为一体。
三、功能
1. 将电表上显示的数值正确识别出来, 并将该数值正确传送回去。
2. 中控室直接抄读现场用户电表读数, 可进行批量或个别选择抄读, 自动保存抄读的历史数据。
3. 对抄收到的电表数据进行统计、计费、双地址储存, 并形成详细的用电档案。
4. 可进行现场或远程用电校对。
5. 快速进行用电户用电量查询。
6. 分时段抄表, 实现分时计费, 能解决按电网负载的峰谷时段采用的峰谷电价的方式。
四、用途
台区表管理:自动抄收台区有功、无功表电度、台区485接口表内所有功能参数。
线损管理:后台软件可指令冻结所选择的电表在同一时刻的所有参数, 统计低压线损、10kV线路损耗、变电站综合损耗。
供电量、售电量管理:后台软件可指令冻结所选择的电表在同一时刻的所有参数, 对台区、线路、变电站的供电量、售电量进行统计。
欠费自动停电:利用模块的继电器可对欠费用户自动断电。
电压合格率及质量检测:利用模块的电压监测功能完成用户点电压质量监测。
多点管理:主站配置有MODEM, 可在用电管理部门、生产厂家、上级主管单位等处设置MODEM, 进行多点在线管理, 作为信息管理的子系统。
对于手拉手供电用户, 可分别计量不同电源的供电量。
家庭延伸服务:水表、煤气表的自动管理, 遥控空调等设备。
市政延伸服务:路灯、消防的自动管理。
油田延伸服务:油田蝌蚪机自动控制和管理。
配网自动化通讯平台:开关、电容器等设备的自动管理。
五、作用
1. 减少了抄表人员及管理费用
传统的抄表方式是派抄表员到现场去人工抄录, 每人每月抄录2000户左右, 劳动强度大, 抄表人员数量多, 管理成本大。用自动抄表系统, 一个城市的水表抄表工作可以在几分钟内抄完, 这部分成本能在现有成本的基础上降低90%。
2. 减少了人工抄表带来的弊端
由于现场条件的多样性和复杂性, 人工抄表过程中不可避免地会出现少抄、错抄、估抄、飞抄、漏抄、人情抄等情况;少抄、漏抄、飞抄、人情抄给水司带来经济损失, 错抄使水司工作量加大, 也给用户带来了不必要的麻烦。自动抄表可以杜绝上述情况, 抄见率、准确率、正确率达100%。
3. 自动抄表系统在调节水价工作中的作用
水价的调整涉及到每个家庭, 抄表员必须在规定的调价时间点去抄录表数, 平时一个月的工作量现在要在某个时间点上完成, 对抄表员来说这是不可能的, 即使增加人手也做不到。这就必然要在调价时间点左右几天来完成, 这样就有用户多出费用, 不利社会的和谐。自动抄表系统可以做到准确无误, 系统只要增加一个指令即可完成这项工作, 水司和用户都没有怨言。
4. 自动抄表系统在节水方面的作用
(1) 管道漏损率的提高
供水管道由于多种原因会出现渗漏、破损, 如没有科技手段这样的现象就不
能发现或及时发现, 自来水就会白白的浪费了, 自动抄表系统通过对系统线损 (即线路总表或考核表减去用户总表) 和流量突变的实时分析, 能及时作出报警, 维修人员能第一时间处理, 减少自来水的损失, 提高了漏损率。主管道一个小时的流失一般在几十吨至几百吨之间, 及时发现社会效应和经济效应相当可观。
(2) 跑、冐、滴、漏等用水异常现象及早发现
用户的用量异常有多种情况, 比如马桶漏水、水管渗水、太阳能热水器输水管路漏水等现象, 导致用水量变大, 如不能及时发现这些问题, 到水费结算时可能与用户发生纠纷。自动抄表系统通过对水表24小时的实时抄读 (特别是夜间或非用水时间水量的持续产生) 和上月用量的比较会很快发现问题, 及时处理, 减少水量流失。根据经验, 一个马桶一个月的流失量少则几吨, 多则十几吨;而太阳能热水器输水管路漏水的隐蔽性, 一个月多则一千多吨水, 及时发现, 意义重大。另一个现象由于水表的损坏而导致用水量的过大或过小, 系统通过上述分析方法, 能够及时发现, 过多、过少水司和用户之间都会产生矛盾, 主动及时解决, 社会效益不可估量。
5. 自动抄表系统在社会安定方面的作用
与传统抄表方式相比, 自动抄表系统可以很好的避免下列问题:
(1) 隐私问题:由于居民生活水平的提高、家庭财产价值越来越高、越来越重视隐私权等原因, 用户不希望被打扰。
(2) 水费分摊问题:由于入户抄表困难, 一些水司干脆只抄总表, 而分表则让用户抄, 不足部分由用户分摊, 致使邻里之间产生猜疑, 交费不配合, 导致使水费拖欠现象严重。
(3) 入室抢窃问题:很多不法分子利用抄表为借口进行入室盗窃和抢窃, 影响了社会稳定。
6. 抄表系统在管理精细化方面的作用
系统可以对每个用户、每个单元、每栋楼、每个小区、每条管线按小时、天、周、月、季度、年或任意时间周期进行分析并形成相应的曲线, 为水司调度系统、供应系统、生产系统提供了实时、可靠的数据, 减少了工作中的盲目性, 降低了成本, 为公司的决策提供了科学的依据。
7. 社会效益
自动抄表系统通过科技化、自动化手段, 提高水务管理部门主动服务的能力和水平, 及时处理可能出现的问题, 加上自动抄表系统节约的人力物力能够帮助企业提高服务效率和服务内容, 能够更好的实现与用户之间的和谐相处, 为水务主管部门创造良好的社会形象和社会效益。
六、通讯方式
通讯方式的选择是设计自动抄表系统的首要任务, 它直接关系到系统的性能。具体确定通讯方式时需要综合考虑系统面对的对象、用户的分布、用户的数量、地理条件、期望达到以的目标以及系统的扩展升级和与其他网络的兼容, 等等。因此, 上述的各种通讯方式不应该是孤立的, 而且任何一种通讯方式在不同的系统中的应用效果也不尽相同。
1. 按信道介质分, 常见的自动抄表通讯有光纤通讯、电话线通讯和无线通讯三种方式。
(1) 光纤通讯具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强等特点, 非常适合上层通讯网的要求。随着光纤技术的发展和广泛应用, 自动抄表系统中有可能更多地使用光纤。
(2) 由于电话在城镇的迅速普及, 利用现有电话网进行数据通讯是一个经济有效的方案。利用电话网通讯, 只需在数据集中器和工作主站处加装调制解调器即可, 其传输速率可达56Kbps。但电话线通讯的线路接通时间较长, 一般要几秒到十几秒。还有, 我国的广大乡村、小城镇还没普及电话。
(3) 对于分布分散的集中器, 利用无线方式进行数据通讯是一种较好的选择。目前我国已有车载无线通讯自动抄表系统投入运行。但无线通讯方式需要慎重选择频点, 并需申请频点使用权。
2. 若按连接方式分, 则自动抄表系统的通讯方式主要有星型和总线型连接方式。
(1) 星型连接通讯是以工作主站为中心, 以星型发散的形式分别通过通讯信道, 与分散于各地的集中器连接, 形成1对N的连接形式。这种方式下信道通讯数据量大, 要求有一定的传输速率和频宽。
(2) 总线型通讯以一条串行总线连接各分散的采集器或电度表, 实行各节点的互连。这种方式下, 信道上节点多, 传输速率也不会很高, 一般用于底层的电能数据的采集。常见的有RS-485总线网和低压电力线载波通讯网。由于电力线完全由电力部门控制, 如果用电力线实施载波通讯, 不需要再投资铺设通讯线路, 不仅可大大节约资金投入, 且还具有维护量小的特点;否则, 用低压电力线作通讯信道可以实现灵活的“即插即用”。尤其是近年来扩频通讯技术的较成功应用, 使得低压电力线载波通讯越来越多地用于自动抄表系统。利用低压电力线作为自动抄表系统的底层数据通道, 成本低、方便准确。
七、系统执行标准
1. GB/T17618:信息技术设备抗扰度限值和测量方法;
2. GB3836.1:爆炸性气体环境用电器设备的通用要求;
3. JG/T 162-2004:住宅远传抄表系统数据专线传输;
◆系统容量:
每个无线集中器管理本集中器信号覆盖范围内的所有无线表具终端, 表具数量无特别限制。
◆通讯接口:
管理计算机——集中器:中功率无线通讯;
集中器——户表:微功率无线通讯;
◆通讯距离:
管理计算机——集中器:空旷地可达可达3000米 (加中继器可延长) ,
集中器——户表:空旷地可达800米;
通信速率:2400、4800、9600bps可选 (常用2400) ;
掉电数据保存时间:≥10年;
工作方式:连续或非连续;
工作电压:AC220VK20%50K1Hz
采集器功耗:≤10W
工作环境:-25℃～+70°CRH<=93%
比较篇
近年来, 随着政府在电力、自来水等公用行业大力推行“一户一表, 抄表出户”工程, 传统的公用事业抄表收费管理模式受到了强烈冲击。采用人工方式逐户抄表收费的模式已经不能适应发展要求, 迫切需要新的自动化效率较高的管理方式来代替传统方式。
目前国内公用事业进行“一户一表”工程改造主要有两种模式:一是IC卡收费管理模式, 二是自动抄表收费管理模式。
一、IC卡收费管理模式
IC卡收费管理模式是将居民用户家里的普通计量仪表改装为IC卡智能仪表, 为居民用户提供一张缴费IC卡, 然后在行业管理部门搭建一个收费管理平台来实现的。按照一定的时间阶段居民用户持缴费IC卡到行业管理部门缴费写卡, 将购买量等相关信息写入缴费IC卡, 用户再将缴费IC卡插入IC卡智能仪表将相关控制数据传递到表内, 从而能够实现继续使用相关能源。
上面的网络结构可以根据实际应用的情况进行增减, 它反映了整个系统的逻辑构成, 主要由3部分组成:
1.IC卡智能仪表
安装有IC卡接口和控制机构的智能仪表。当满足设定的条件时, IC卡智能仪表表会通过控制机构禁止居民用户使用能源;当用户持卡缴费后将缴费IC卡插入IC卡智能仪表, 这时IC卡智能仪表就能够自动通过控制机构恢复居民用户使用能源。
2.用户缴费IC卡
用户缴费IC卡由行业管理部门发行, 居民用户持有, 用来在IC卡智能仪表和收费管理平台之间传递仪表中的计量和收费管理数据。考虑到卡片传输数据的重要性, 根据实际情况, 应该尽量选择安全性较高的IC卡介质。根据安全性的不同, 可以将IC卡介质分为三类:
(1) 存储卡:能够按物理地址对数据进行读写、存储操作, 但没有任何对数据的保护措施。典型的卡片有24CXX系列。
(2) 逻辑加密卡:能够按物理地址对数据进行读写、存储操作, 在对数据进行读写时, 首先需要进行密码校验, 只有密码校验通过才能够对卡片数据进行正常读写操作, 否则卡片拒绝操作并在一定条件下将卡片锁死。
(3) CPU智能卡:能够按逻辑地址对数据以文件的方式进行读写、操作, 卡片内部有CPU控制器可以进行复杂算法运算, 在对数据进行读写操作时, 首先需要使用一定的算法进行密钥认证, 认证通过后才能够对卡片数据进行正常读写操作, 并且还可以根据实际情况对数据进行加密和解密操作。如果认证不通过则不能对卡片进行正常操作。
从上面三种卡片的安全性进行比较, CPU智能卡的安全性最高, 操作最复杂, 存储卡的安全性最低, 操作最简单。在实际使用时, 如果在城镇或物业小区安装使用IC卡智能仪表, 由于范围较小, 使用存储卡和逻辑加密卡已经可以保证系统的安全性;如果在大中城市使用IC卡智能仪表, 由于范围较大, 数量较多, 人为监控较为困难, 因此应该使用安全等级较高的CPU智能卡做为用户缴费IC卡介质。
3.收费管理平台
设立在行业管理部门的营业网点或扩大到相关银行网点, 用来为居民用户完成缴费写卡以及行业管理部门内部的数据统计管理工作。收费管理平台主要强调的是对居民用户服务的及时性。这样又可以分为三种情况:
(1) 单机收费管理系统
所有软件和数据库都安装在一台计算机上, 配置一台IC卡读写器就可以为居民用户完成缴费写卡操作, 这种系统主要使用在城镇或物业小区, 收费系统的管理者不是行业管理部门而是物业管理者。单机收费管理系统一般由IC卡智能仪表生产厂家提供。
(2) 网络收费管理系统
在行业管理部门内部设立服务器, 所有的数据都保存在行业管理部门的服务器中, 同时在行业管理部门不同的营业网点或同一营业网点安装多个工作站, 每个工作站配置一台IC卡读写器来为居民用户进行缴费写卡操作。网络管理系统可以有效地把行业管理部门的业务管理和缴费写卡营业管理分开, 在管理中心可以配置专门的工作站来完成数据处理, 报表统计等各项工作, 有利于行业管理部门把业务管理和缴费写卡服务分离开来。网络收费管理系统一般在中小城市或城镇的行业管理部门使用, 软件可以由IC卡仪表生产厂家或委托第三方软件公司提供。由于IC卡智能仪表的数量较多, 当出现多家IC卡仪表生产厂家提供产品时, 应注意统一不同厂家IC卡仪表进行数据交换的接口规范, 以实现用统一的收费管理平台对不同IC卡仪表生产厂家的计量仪表进行管理。
(3) 银行网络收费管理系统
如果在大中城市大范围推广使用IC卡智能仪表, 由于数量众多, 但靠行业管理部门的营业网点是不能够为广大的居民用户提供有效周到的服务的。这时必须要借助于银行网络建立一套代收费管理系统。将行业管理部门的服务器通过专用通道和相关的银行中间业务服务器进行连接, 同时为银行网点柜台的工作站配置POS机完成对用户缴费IC卡的读写操作;同样在行业管理部门的营业网点还可以配置工作站和IC卡读写器完成对用户的缴费写卡服务, 这两种方式互为补充可以最大限度地为用户提供及时的收费服务。银行网络收费管理系统由于涉及环节较多, IC卡仪表生产厂家的技术人员已经不能够完成此系统的开发, 一般有银行技术人员和专业的第三方软件公司来共同完成程序的开发。在实际操作中, 也必须要注意对IC卡仪表生产厂家、银行和自来水公司之间进行数据交换的接口进行规范和统一, 以保证该网络收费管理系统的稳定性。
采用上面的所描述的IC卡收费管理模式在实际操作时可以有两种管理方法:
A.预付费管理方法
用户先缴费购买相关能源的使用权然后才能使用, 即“先买后用”的管理方式。其操作流程为:
a.为用户安装IC卡智能仪表, 安装完毕后用户不能立即使用相关能源;
b.用户持缴费IC卡到营业网点缴费写卡, 将购买量或购买金额写入到用户缴费IC卡中;
c.用户将缴费IC卡插入到IC卡智能仪表中, 将购买量或购买金额传递到IC卡智能仪表中, 这时IC卡智能仪表自动通过执行机构允许用户使用相关能源, 并开始对用户的使用量进行计量;
d.当用户所购买的使用量或金额使用完毕后, IC卡智能仪表会自动通过执行机构禁止用户继续使用相关能源, 这时用户需要再次持用户缴费IC卡到营业网点缴费写卡。
B.后结算管理方法
用户先使用相关能源, 然后根据使用量定期到营业网点进行缴费, 即“先用后买”的管理方式。其操作流程为:
a.为用户安装IC卡智能仪表, 安装完毕后用户立即可以使用, 智能仪表开始对用户的使用量进行计量;
b.用户使用一段时间后, 将缴费IC卡插入到IC卡智能仪表中, 将使用量数据传递到缴费IC卡中;
c.用户持缴费IC卡到营业网点根据卡中的实际使用量进行缴费, 缴费完毕后, 营业网点在用户缴费IC卡中写入缴费标志;
d.用户将缴费IC卡插入IC卡智能仪表, 将缴费标志信息传递到IC卡智能仪表, 以保证能够继续持续相关能源;
e.如果用户超过规定的使用量或使用时间 (可以在IC卡智能仪表中进行参数设置) 还没有插卡缴费, 这时IC卡智能仪表也会认为用户处于欠费状态而自动通过执行机构禁止用户继续使用相关能源, 用户可以立即插入缴费IC卡读出使用量到营业网点进行缴费, 缴费完毕后再次将缴费IC卡插入IC卡智能仪表读入缴费标志, IC卡智能仪表就会立即通过执行机构自动恢复用户继续使用相关能源。
以上两种方式各有特点, 预付费管理模式行业管理部门可以提前收到用户的缴费, 彻底杜绝了欠费现象, 但从为用户服务的角度来讲有垄断经营之嫌;后结算方式与传统抄表收费管理模式相同, 用户比较容易接受, 但行业管理部门还是不能保证及时将用户费用收缴上来, 还是有一个自然滞后。
二、自动抄表收费管理模式
自动抄表方式是在居民用户家中安装具有数据传输接口的智能仪表, 然后通过某种数据传输通道将用户仪表中的计量数据传递到户外。户外根据智能仪表的数量安装有数据集中器, 可以将多个用户的计量数据传递到集中器中, 然后再采用人工或自动的方式将集中器中的仪表计量数据传递到行业管理中心, 这样整个抄表过程就不需要用户参与, 自动化程度较高。
自动抄表系统可能会出现多种组合方式, 它一般由三层结构构成:
1.远传智能仪表
具有数据传输功能的智能仪表, 能够准确计量居民用户的使用量并对数据进行可靠存储, 同时可以通过数据传输通道将存储的数据传递出去, 在需要的时候, 也可以接受数据通道传递来的数据对远传智能仪表中的控制参数进行修改。如果在远传智能仪表中安装有执行机构, 也可以通过数据通道对居民用户的能源使用情况进行控制。
2.数据集中器
通过特定的数据通道和远传智能仪表连接, 可以将一定区域内多块远传智能仪表中的计量和工作数据采集过来并进行数据存储, 并可以向远传智能仪表发送指令进行数据抄收和控制。
3.抄表管理平台
安装在行业管理部门, 用来对从远传智能仪表抄收来的数据进行统计分析处理, 并结合营业管理系统完成最终收费过程。抄表管理平台获取数据一般有两种模式:一种是使用手持设备通过人工方式把各个数据集中器中的数据抄收回来, 另一种方式是通过通讯网络自动将各个集中器中的数据抄收到抄表管理平台。
在自动抄表系统的三层结构中, 涉及到两类数据通道, 一类是远传智能仪表到数据集中器之间的数据通道;另一类是数据集中器和抄表管理平台之间的数据通道。
(1) 无线抄表模式
在数据集中器和远传智能仪表中安装无线发射和接收电路模块, 这样远传智能仪表和数据集中器之间没有线缆连接, 现场安装施工简便;但无线通道容易受到干扰, 数据传输的可靠性和稳定性较低, 并且无线传输如果在大面积推广使用, 可能要考虑无线频段的管理问题以及对居民家庭电器设备的无线干扰评测问题。
(2) RS485专线抄表模式
在数据集中器和远传智能仪表之间敷设专用线缆, 数据通过专用线缆按照某种通信协议 (如RS485、MBUS) 进行传输。数据传输准确可靠, 稳定性好, 但现场安装施工工程量较大, 在运行过程中的技术支持维护工作量也大。
(3) 低压电力载波抄表模式
在数据集中器和远传智能仪表中安装低压电力载波通讯芯片, 并将两者都与居民家中的电力线进行连接, 通过低压电力线进行双方的数据交换。这种方式现场施工量可以大大减少, 但由于电力线可能存在多种干扰, 数据传输的可靠性和稳定性较低, 并且可能出现由于电力故障波及行业管理部门抄表系统的情况。
上面几种模式各有优劣, 目前都在小范围推广使用, 随着电子技术的不断发展, 可能还会逐渐出现新的抄表通讯模式, 但从目前自动抄表技术的发展状况来看, 数据集中器和远传智能仪表之间的通讯模式已经成为制约自动抄表技术发展的阻碍。
数据集中器和抄表管理平台之间的数据通道方式目前比较成熟, 只是根据投资成本和运行费用进行选择, 主要有两种方式:
(1) 自动抄表方式
利用目前覆盖面广的电信网络, 在数据集中器中安装MODEM或GPRS通讯模块, 可以实现数据集中器和抄表管理平台之间的实时连接, 数据传输稳定可靠, 但投资成本较高, 在运行过程中还需要向电信缴纳数据传输通道的运营费用。
(2) 人工抄表方式
为抄表人员配置手持抄表设备, 在数据集中器上设计与手持设备的数据通信接口, 这样在抄表周期, 由行业管理部门的抄表人员到现场将数据集中器中的仪表数据自动抄录到手持设备中, 再将手持设备中的数据导入到行业管理部门的抄表管理平台中。这种抄表方式简单可靠使用, 成本较低, 但数据的实时性略差。
三、IC卡收费管理模式和自动抄表收费管理模式的比较
IC卡收费管理模式和自动抄表收费管理模式目前在国内行业管理部门都得到了应用, 从数量上讲, IC卡收费管理模式应用面较广, 但自动抄表收费模式更加受到行业管理部门的关注, 下面将从几个角度来对这两种方案进行比较:
1.技术的先进性
IC卡收费管理模式和自动抄表收费管理模式都是将目前最新的电子信息技术应用到了行业管理部门的抄表收费管理上, 应该说都使用了目前最先进的电子技术;但两者在数据通道的选择上是有差别的。
(1) IC卡收费管理模式在数据传输通道上是选用了IC卡作为数据信息传输载体, 主要使用的是IC卡技术和信息安全技术;
(2) 自动抄表收费管理模式在数据传输通道上是使用各种通讯信道作为数据传输载体, 主要使用的有无线通讯技术、电力线载波通讯技术、总线通讯技术、电信通讯技术等等, 采用的技术方案种类大大多于IC卡收费管理模式, 并且随着电子技术的不断发展, 还会不断采用新的技术。应该说自动抄表收费管理模式在新技术的选用方面比IC卡收费管理模式会更灵活, 更能贴近最先进的技术;但由于技术不定型, 方案选择多, 自动抄表收费管理模式的技术稳定性比IC卡收费管理模式差。
2.技术的成熟性
国内在80年代末期就已经开始进行I C卡技术的应用推广, 特别是随着国家“金卡工程”的推广实施, IC卡技术在各个行业得到了广泛的应用。在公用事业方面, IC卡电表、IC卡水表、IC卡燃气表以及IC卡热力表都已经有大范围使用的先例。并且随着时间的推移, IC卡技术已经经历了从简单的存储卡发展到具有较高安全性的CPU智能卡的应用过程, 成功地将信息安全技术融入到IC卡应用中。技术的成熟度较高。
自动抄表收费管理模式出现的较晚, 在90年代中后期才在国内开始进行开发使用, 并且由于技术涉及面广, 要求高, 难度大, 目前还不能说自动抄表收费管理模式进入成熟期, 各地各行业还处在对各种抄表模式的比较试用选择期, 自动抄表收费管理模式还不定型, 还没有在行业内大范围使用自动抄表收费管理模式的先例。
3.技术方案的实效性
IC卡收费管理模式通过IC卡技术的应用, 将对居民用户的抄表、收费、控制合为一体, 有效地解决了恶意拖欠费用的问题, 收费难的情况将不复存在, 效率较高;但由于抄表缴费过程由用户实现, 会出现行业管理部门不能及时掌握居民用户水表使用状况的问题。
自动抄表技术非常有效地解决了IC卡收费管理模式中的非实时性的问题, 行业管理部门可以随时掌握居民用户的能源使用状况, 但在完成抄表的同时, 不能有效解决收费的问题, 还需要将自动抄表系统和行业管理部门的营业系统连接完成对居民用户的收费管理, 并且不能从根本上杜绝恶意拖欠费用的问题, 还会存在收费难的情况。
4. 技术方案的可操作性
在大中城市行业管理部门推行抄表收费管理模式都需要使用多种技术, 和多个不同行业的企业合作完成抄表收费管理模式的开发应用, 这样各个行业的企业对各种技术掌握的能力将直接影响行业管理部门的抄表收费管理模式的稳定性。
IC卡收费管理模式在设计过程中需要IC卡芯片供应厂商、IC卡智能仪表生产厂家、系统集成商、银行、行业管理部门共同配合完成, 在这个过程中各个企业只负责提供部分产品或系统, 并且目前各个部分的技术都是稳定成熟的。所以IC卡收费管理模式设计和运行过程中的稳定性是可以得到保证的。
自动抄表收费管理模式在设计过程中由于各项通信技术不定型, 所以整个项目目前基本上都是由仪表生产厂家和行业管理部门配合在建立系统, 有些地区开始引入系统集成商在搭建系统。这样就要求仪表生产厂家的技术人员在承担仪表设计技术的同时, 还要承担各种通讯技术、系统集成技术、数据库管理技术、计算机编程等相关技术的设计开发能力, 这需要一支非常强大的队伍, 而目前仪表生产厂家的技术人员在数量上以及精力上都有限, 只能掌握局部或者有选择性地消化相关技术, 这样设计的自动抄表收费管理系统的稳定性、可靠性就非常难以保证, 并且系统一旦进入实施运行, 也无法保证及时有效地保证对整个系统的运行维护。
5. 技术方案的投资成本
IC卡收费管理模式的成本主要在收费管理平台建设、用户缴费IC卡、IC卡智能仪表三个方面。自动抄表收费管理模式的成本主要在收费管理平台建设、数据集中器、数据通道建设、远传智能仪表等四个方面。收费管理平台的建设两种模式差别不大, 属于一次性投资费用
IC卡智能仪表和远传智能仪表的电子计量和显示部分的成本差别不大, IC卡智能仪表将增加IC卡读写部分和执行机构控制部分的成本;远传智能仪表将增加数据通道电子模块部分, 如果远传智能仪表不带执行机构控制则成本低于IC卡智能仪表, 如果也包括执行机构控制部分, 则成本将高于IC卡智能仪表。
用户缴费IC卡的成本目前随着使用量的增加, 价格处在逐渐下降的过程中, 而自动抄表系统中数据集中器和数据通道建设的费用将远远超过用户缴费IC卡的费用。
另外, 自动抄表系统的运行费用和维护费用是始终存在的, 而IC卡收费管理系统的这部分费用极低。综合分析, 建立一套完整的自动抄表收费管理模式的投资成本将高于建立IC卡收费管理模式的投资成本。
6. 技术方案的适用性
到目前为止, 选择I C卡收费管理模式主要侧重的是收费, 而选择自动抄表收费管理模式则主要侧重的是抄表管理。两者的出发点明显不同。
在方案的选择上, 目前使用I C卡收费管理模式的主要集中在中国、东南亚、中东、非洲、南美洲等发展中国家, 这些国家的特点是人口众多、金融信用等级评估和管理不健全, 欠费现象普遍存在, 只有依靠可靠的技术手段来完成居民能源使用费用的收取, 尤其是使用IC卡预付费收费管理模式, 取得了明显的效果。
自动抄表收费管理模式主要在欧美等发达国家得到普遍应用, 由于这些国家有良好的金融信用体系保证, 不存在欠费现象的发生, 行业管理部门只要能够将用户的使用量数据采集回来, 就可以通过金融体系在用户的信用帐户上自动扣款, 不能缴费的用户只可能是帐户透支, 金融信用体系就会降低用户的信用等级。这样行业管理部门主要考虑的不是收费问题, 而是如何建立一套可靠的体系对用户的仪表的使用情况进行抄收和管理, 所以不需要使用IC卡收费管理系统。
另一个方面, 由于投资成本的问题, 也造成了发展中国家选用IC卡收费管理模式而不大量使用自动抄表收费管理模式。目前在中国, 由于行业发展的不均衡性, 电力行业逐渐开始淘汰IC卡收费管理模式而转向自动抄表管理模式, 但自来水行业、燃气行业目前还不适于大规模采用自动抄表收费管理模式。
国外篇
国外抄表系统的数据远传方式和国内一样, 是百花齐放, 形成多种传输方式并存的局面。目前, 在国外常见的有四种传输方式、低压电力线载波传输方式和数据网络传输方式。
一、有线传输方式
1.RS-485总线传输方式
它是应用最早的技术, 也是目前多表远程抄录系统常采用的技术。它采用二线制实现半双工通讯。但随着家居智能化综合功能的增加以及系统的节点数扩大, RS-485方式的传输距离, 节点容量、传输速度等方面的限制爱到其他数据传输方式的严重挑战。
2.利用现场总线技术的传输方式
(1) 利用LonWorks技术
(2) 在处理多节点大流量实时控制时, 基于LonTalk协议的Lonworks控制网络比传统的总线有较明显的优越性。
(3) LIN总线的传输方式, 其主要技术特点有:
◆具有现场总线的一般特点
◆绝大多数的微控制器都有具备实现LIN总线所必需的硬件, 硬件成本低。
◆它是一种单数据线总线, 加上电源线和地线只需三根线就可实现节点间的串接。
◆数据传输速率最高可达20kbit/s。网络节点要求一般不超过1 6节, 有效通讯距离约40m。
◆具备完整的通讯协议, 可满足家庭网络内部的数据采集和家用电器控制等要求, 数据传输率较低的场合里, 实现简单的数据通讯。
(4) 以太网+现场总线+RS-485总线的多层网络结构的传输方式, 这种多层网络的结构形成多应用于下列场合:
◆几千户的大型场所, 上万户的卫星城
◆数公里的传输距离
◆庞大的数据交换量
◆要求投资少, 可靠性高, 实时性强的场合。
二、无线传播方式
1.目前用于家庭内部的无线传输技术有, 无线通信Home RF, 红外技术, 蓝牙技术、无线局域的IEEE802.11a和IEEE802.11b, 无线ZIGBEE协议。
2.美国使用无线网络的家庭调查
针对10500个美国具有互联网权限的家庭进行一次调查, 结果显示33%的家庭将有意购买家庭网络产品, 有超过50%的家庭表示他们更喜欢无线网络解决方案。据估计, 至2006年, 美国使用无线产品的家庭将达到700万个, 无线技术解决方案将抢占下一股家庭网络的应用趋势。
3.国外无线服务收入状况分析
2007年全球无线服务用户达18亿个, 其中亚太地区占38%。
2008的欧洲无线服务收入将达到500亿美元, 占用户平均支出的20%。
三、低压电力线载波传输方式
这种传输方式的特点是免布线, 对改造旧建筑以及装修后家庭的安装有独到之处。并对用电、用水、用气管理的现代化和推行分时电价或平谷电价创造条件。这种方式受到国内外供电部门和房地产开发公司的重视。
采用低压电力线载波方式远程自动抄表系统存在的主要技术问题是要解决电力线路上的干扰问题。与双绞线或电话线等相比, 电力线路有较大的干扰。例如, 电磁干扰, 电晕干扰, 家用电器干扰以及本身的纹波脉动千扰等。然而在电力系统内, 不同的电压等级, 其干扰程度也不相同, 电压愈高, 干扰愈严重, 电压等级愈低, 干扰就愈小。
110kV以上起高压线路的载波通信技术, 国外已经应用了近60年, 技术已成熟理论上较完善, 应用相当普遍。事实上, 采用了一整套的抑制干扰技术和措施, 在超高压上的载波通信, 其误码率早巳保证≤10-6。
低压380V电网我, 干扰程度比超高压小得多, 而对用户的覆盖面则比超高压广得多, 这是一个潜在的资源。国外于80年代已开始开发利用低压电网。现在国外有的国家习已利用低压电网开辟Internet系统, 范围达30公里。国际上正在对低压电网进行频率划分, 以充分利用这一资源。
现在有一个误区, 认为国外电力网比我国电力网干净。其实, 就低压电网来讲, 国外电器月用电量每人平均为200-500kW·h, 而我国平均用电量仅为其1/3-1/5。在低压电网中, 家用电器新产生的干扰是低压电网干扰的主要来源, 而对电网高次谐波的成分, 国外都有指标, 一旦发现超指标就得采取措施并对高次谐波干扰的部门予以罚款。
目前国外已对传统低压载波抄表技术采取了改进措施, 例如, 采用低压载波专用芯片嵌入快速C P U与相应接口电器路, 被嵌入设备具有载波信号调制解调, 电能脉;中采集管理和通讯协议处理等综合功能。各项参数可自适应调整的适应变化大的电力线信道。采取调整P L C技术实现电力线上的高速数据通信, 传输速率从最初的100b i t/s达到45Mbit/s, 甚至更高, 这大大提高了系统的稳定性和实量性。
意大利现有七万台载波电能表处于现场运行状态。
随着技术的发展, 有IP地址的芯片出现, 使许多产品具有IP地址, 不需通过家庭中的计算机就可独立上网, 基于IP芯片的智能传感器, 智能控制器, 网络智能表和智能系统将在智能家庭中得广泛的应用。所谓网络化就是说控制命令和信息传递是通过一个统一的高速网络平台来实现, 这个平台选择TCP/IP网络较合理, 因为TCP/IP是通用的可以无障碍地接入Internet.
抄表技术探究 篇5
1.1 本地抄表方式
曾风靡一时的本地抄表方式是电力企业长期以来普遍采用的抄表方式之一, 它的运行方式较简单, 是电力抄表人员使用仪器对电量信息进行现场抄录, 然后集中处理。但随着通信技术和计算机网络技术的发展, 已被新兴技术渐渐取代。
1.2 IC卡预付费抄表系统
在IC卡预付费系统应用初期, 鉴于其先进的技术和新异的方式, 是很有潜力的技术。但由于质量不过关, 经常出现误报警, 还容易被解密, 会带来严重损失;收费网点过少, 用户交费不便等原因, 一直停留在理论研究阶段。
2 自动抄表
自动抄表系统是指将电能计量数据进行自动采集、传输和处理的系统。和传统抄表相比它具有效率、精确度高, 稳定性强的优点。依据对数据采集方式的不同, 可大体分为本地和远程自动抄表系统。
2.1 本地自动抄表系统
本地自动抄表系统从本质上说, 只是将原始人工抄表配以相关仪器仪表, 变为了非接触式抄表。为满足此系统正常运行不仅需要配以专用电能表, 还需要为抄表人员配以抄表仪器, 其原理一般为将电能数据以红外信号传送到抄表仪, 然后工作人员进行抄录。而此种传输方式对距离要求很高, 与传统抄表技术比提高了数据的准确度, 但工作量仍然很大。
2.2 远程自动抄表系统
远程自动抄表系统是一种不需要人员到达现场, 利用特定方式对电能记录然后通过一定渠道传送到主控站, 由软件对数据进行统计、分析和计算的系统。此系统融合了先进的计算机技术和通信系统, 是非常有发展潜力的技术。远程自动抄表系统原理图如图所示。
具有自动抄表功能的电能表普遍采用由电子式电能表或加装了光电转换器的机电脉冲式电能表, 它们对用户电能进行计量并将用电量以电脉冲的形式传递给上一级数据采集装置。
采集器的作用是将多只电能表连接起来, 并从电能表中采集数据, 然后将数据传送到上一级。在采集器内部不仅装有备用电源, 看门狗技术, 而且使用了红外等通信功能, 以确保在突发情况下可采用半自动的方式对数据信息进行抄录, 确保系统仍能正常工作。
通信网络把采集到的电能数据传送到控制中心, 是数据传输的通道网络, 目前普遍采用电缆、无线电和低压电力载波等通信介质。而电缆或者无线电使用最为普遍, 但电缆与无线集中抄表系统安装结构容易受到限制, 成本也很高。采用电力载波传输采集数据充分使用了电力线资源节约成本, 这种技术仍在发展之中。
集中器不仅可对采集器中采集的数据进行接收, 然后经通信网络将数据传至主控站进行处理, 还可以接收来自主控站的控制命令, 是整个系统的核心。
调制解调器是一类通信设备的统称, 也称之为“猫”。其作用是调制接收到数字信号并将其转化为模拟信号, 然后进行准确有效的传输;同时还可解调模拟信号, 将其转为数字信号后进行传输。
主控站计算机数据处理系统是由工作站和相应软件构成, 工作人员利用软件对数据进行汇总分析后作出相应的决策。主控站除对集中器发送控制命令的功能外, 还可对整个系统的所有电能表信息进行时时监测及远程控制。
3 自动抄表技术的发展
在电能计量自动抄表系统中通信网络可谓整体关键, 它是系统稳定、数据信息准确的保障。但不同的通信方式各有优劣, 任何一种采用单一通信技术的方案均不甚完美。为解决此问题, 提出了复合通信方案。
复合通信方案的主体思想是在自动抄表系统中的不同阶段采用不同的信道通信, 充分利用各方式的优点。如在数据量传输较小或者距离不是很远的数据采集初期阶段, 可以采用低压电力线载波通信网络技术, 将采集到的电能数据传送至采集器。而从集中器到主控站段, 数据信息大量汇集, 则可采用效率高、速度快的电缆通信。以此使整个系统安全高效的工作。
总之, 抄表是电力企业运营的基础环节, 能否及时、准确地获得抄表数据, 直接关系到电力企业的切身利益。随着电力系统新技术的应用和改革的不断深入, 抄表技术也不断地发展, 不断循序渐进和不断完善。抄表系统的完善, 为提高供电质量和加强公共用电管理水平及其所带来的经济效益和社会效益是十分巨大的。
摘要：随着电力需求市场的迅猛发展, 在电能计量中的抄表环节, 也在日新月异不断地发展。现今广泛使用的自动抄表系统, 能够自动采集用户用电信息, 对其进行统一存储分析, 加强管理, 具有重要意义。
关键词：抄表技术,数据传输,发展
参考文献
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电力远程智能抄表系统 篇6
1 电力远程抄表系统
1.1 系统简介
采用GPRS无线通信网络的移动IP通讯,既可独立作为数传通道,也可作为已经架设光纤、数传电台等方式的辅助手段。因此,远程智能抄表系统便可利用主控机(即普通商用微机,在本系统中也称上位机),以先进的电力线载波通信(PLC)技术为基础,以系统工程思想为指导,采用了软件自动中继、模式识别和模糊处理等技术,通过多用户多功能电表、F2103 GPRS IP MODEM、采集器及中心服务器由GPRS网络或通过K8110光隔单口CAN总线适配卡(PCI总线)把数据汇集到中心服务器。具有采集数据快速准确,能快速生成用电统计分析、交费单据等特点,与传统的人工抄表、电话线抄表相比,极大地提高了对居民小区、公寓的用电进行统一、集中管理。
本系统设计用计算机集中、统一管理的方法,实现用户信息录入、用户购电、用户退电、用户用电数据采集、用户供电控制、用电查询以及相关用电信息报表打印等基本功能,另外该系统还具有用防窃电、电器识别、分时限电、复费率、透支额等特有的功能。
1.2 系统开发目标
远程智能抄表系统是利用现代的计算机电子技术和通讯技术结合,按照用户用电记费、管理部门检查、管理、收费的工作流程设计完成的。为了使本系统在小区、公寓的智能化管理中发挥更大的作用,实现工作过程的计算机化,提高工作效率和质量,而通过无线信道实现数据传送的,这样的抄表方式毋须置疑是最为简单、方便的抄表模式,甚至在建设部某通讯规约的讨论稿中也初定了“三表”无线抄表使用的无线电频点,但无线数据传输存在着在建筑物对无线电信号的反射、吸收等作用下,信号传输不稳定的问题。另外表计安装位置、空间抗扰等也对其稳定工作有较大影响,同时无线电表产品自身也存在功耗等问题,因此该模式概念上虽然都很好,但真正大面积推广应用还有相当的历程。
远程智能抄表系统应具有安全性、稳定性、和快捷性,同时注意到先进性;对用户的用电信息实行智能管理,减轻管理部门的工作量,并提高工作效率;能够对用户的用户购电、退电、用电信息实现报表打印;系统人性化设计,界面友好,方便用户的操作;还要提供设备管理功能,如告警:开箱告警、停电告警、逆相告警、超温告警、过载告警等,控制:对欠费用户进行拉闸等;提供停电数据保护功能,在停电48~72小时内仍可抄表和监控;系统还可提供丰富的接口,可与供电系统的MIS系统链接或进行二次开发。
2 系统原理分析
2.1 系统构架及功能
系统构架如图1所示。
多个电表通过RS485通信接口把电表数据传到采集终端器上,采集终端通过RS485或是电力线载波将数据传送到采集集中器上,采集集中器通过RS485通信接口和通信IP modem连接,远程数据中心服务器可以使用GPRS、APN专线或普通ADSL等作为网络接入。当集中器通过GPRS网络连接到远程数据中心服务器主机,建立透明数据通道后,采集终端产生的数据只要送到串口,集中器就会把收到的数据原封不动地发送到数据中心服务器主机;同时服务器主机下发的命令通过通道传输到集中器后,集中器通过串口送到采集终端,从而实现数据双向透明传输。
2.2 系统组成
(1)电能表。单相有功无功多功能表,有功0.5级、无功2级,具有RS485和低压电力载波通讯接口,并且采用最新单片微处理器及其外围芯片技术设计、制造,采用美国AD公司的专用单相电能计量芯片,通过对电流、电压信号采样,能计量双向有功电能,实现对低压居民用户的电力线载波自动抄表。
(2)采集器。采集器主采用先进微电子技术及SMT生产工艺制造,应用于低压电力线载波自动抄表系统,作为系统的终端设备之一,自带24个I/O口,可带24户电表,停电数据保护,带后备电源,停电后仍可抄表。实现24路用户电表的电量等数据采集,适合与带RS485接口的电表进行配合实现远程自动抄表。
(3)传输终端(通信模块/集中器)。RS485/电力载波IP MODEM一般都采用高性能嵌入式处理器,以实时操作系统为软件支撑平台,内嵌自主知识产权的TCP/IP协议栈。为用户提供高速,稳定可靠,数据终端永远在线,多种协议转换的虚拟专用网络。针对网络流量控制的用户,产品支持语音、短信、数据触发上线以及超时自动断线的功能。同时也支持双数据中心备份,以及多数据中心同步接收数据等功能。
(4)中心软件系统。抄表系统的核心部分是系统软件,它应遵循DL/T645部标通讯规约,并有扩展性。对于传入数据的方式的不同,还需有不同的软件来快速地实现中心端的数据接收和现场设备的管理。中心软件系统如图2所示。
3 系统构架的开发
3.1 传输终端和采集终端连接
目前无线传输模块同时支持RS232/485接口,可通过RS232/485与终端通讯,采用的是485的接口方式。
3.2 数据网络接入方式
中心采用APN专线,所有点都采用内网固定IP,管理中心通过一条2M APN专线接入移动公司GPRS网络,双方互联路由器之间采用私有固定IP地址进行广域连接,在GGSN与移动公司互联路由器之间采用GRE隧道。为管理中心分配专用的APN,普通用户不得申请该APN,用于GPRS专网的SIM卡才能进入专网APN,防止其他非法用户的进入。用户在内部建立RADIUS服务器,作为内部用户接入的远程认证服务器(或在APN路由器内,启用路由器本地认证功能)。只有通过认证的用户才允许接入,用以保证用户内部安全。用户在内部建立DHCP服务器(或在APN路由器内,启用DHCP功能),为通过认证的用户分配用户内部地址。移动终端和服务器平台之间采用端到端加密,避免信息在整个传输过程中可能的泄漏。双方采用防火墙进行隔离,并在防火墙上进行IP地址和端口过滤。中心采用APN专线接入的方式,在实时性,安全性和稳定性表现优异,适合于安全性要求较高、数据点比较多、实时性要求较高的应用环境。
3.3 无线数据传输方式
传输设备采用F2103,其功能齐全,性能稳定,简单易用,它是一款工业级别的无线传输终端,已经广泛地应用在各种各样的工业,金融场合。终端设备和传输设备连接好后,设置好各种通讯参数,工作模式后,在传输设备F2103中填入数据中心的地址和应用程序的端口号。这样当终端设备数据传给传输设备F2103,F2103就会把数据透明地传输到中心。
终端设备支持多种中心模式(主备中心、多中心),多种激活模式(电话,短信,数据),多种工作模式(TCP、UDP、telnet等),方便用户组网和各种系统需求。心跳包机制、注册包机制、数据帧可控、重连机制等多种机制不仅保证设备实时在线,而且稳定可靠,同时方便用户根据现场的情况来设置各种传输参数,进而达到最佳效果。
4 结束语
小区无线抄表系统设计 篇7
在传统的电能管理中, 使用的是人工抄表, 即每月定期派人到各用户那里抄表, 然后手工输入计算机, 再进行核算和收费的模式。随着生活提高, 电器的使用负荷的急剧增长, 这种模式显然已经不符合城市居民住宅小区自动化、现代化和智能化发展的要求, 使用人工抄表, 将耗费大量的人力, 物力与财力, 既不方便, 也容易发生漏抄、错抄的情况。而且在传统抄表模式下, 抄表周期比较长, 如一个月或者一个季度一抄表, 这样就使得用户用电量无法及时读取, 给电力管理部门分析用电情况带来很大的困难。随着电网的发展和电力市场运营进程的加快, 远程电能自动抄表就成为电能管理部门的一个重要课题。
自动抄表系统的出现解决了传统人工抄表过程中遇到的许多问题, 并且提高了工作效率和数据的准确性。随着近年来计算机技术、网络技术和微电子技术的飞速发展, 越来越多的新技术应用于自动抄表系统, 它们能够降低设备成本, 提高可靠性、准确性和抄表效率, 已经展现出十分广阔的应用前景。
本系统就是利用无线收发模块和微控制器实现的电能计量无线抄表系统。
2 总体结构
无线抄表系统主要由四部分部分组成, 包括用户电表、无线数据采集器、无线数据集中器和监控中心。系统框图如图1。
数据采集器采集安装于每栋居民楼中, 采集一栋居民楼内各个电表的电量数据, 其通过RS485总线收集每户电表的电量数据, 并存储在存储器中, 以完成对用户的抄表, 并在需要时将数据发送给数据集中器。
数据集中器安装于居民楼的中心位置附近, 并通过internet与监控中心连接, 其与数据采集器进行无线通讯, 实时的抄录电表的数据, 并完成与电量监控中心计算机的通信, 将用户电表参数、电量数据等监控中心需要的信息传送到监控中心数据库。
监控中心可对用电量数据进行统计处理, 实现对用户用电量的自动采集、传输和远程监控, 同时通过无线的双向系统实现对计量电表的远程控制, 进行参数调整、开关等控制操作。
本系统中, 采集器定时采集电表数据, 存放于存储器中;集中器每月按时从采集器收集电量数据, 然后以表的形式储存起来;监控中心根据需要通过internet读取集中器中的电量数据, 供工作人员查询使用。同时本系统可实现实时监控, 具体过程是监控中心通过internet向集中器发送控制或查询指令, 集中器接受到指令后从采集器收集当前用户的电表电量, 然后传回监控中心, 或者通过采集器对电表进行控制。
3 硬件设计
此系统的硬件部分可以分为两个模块:无线数据采集器和无线数据集中器。两个模块可选的微控制器与无线收发模块种类较多, 对各种可选型号进行仔细比较后, 本系统选用ARM微控制器LPC2210以及安美通公司的无线收发模块APC200A-43实现。
3.1 无线收发模块
APC200A-43是深圳安美通公司新一代无线数据传输模块, 其提供了多个频道的选择, 能够透明传输任何大小的数据, 而用户无须编写复杂的设置与传输程序, 并提供UART/TTL, RS-485以及RS-232三种接口。同时其兼具体积小巧, 宽电压运行, 较远传输距离等优点, 是目前应用较为广泛的无线传输模块之一。
该模块有以下特点:
(1) 采用GFSK (高斯频移键控) 调制方式, 有效传输距离1000米 (1200bps) , 工作频率431-478MHz, 只需很少外围元件就可实现可靠传输, 适用于工业场合;
(2) 提供16位的可选RFID, 支持UART/TTL, RS-485以及RS-232三种接口, 拥有超大的256bytes数据缓冲区, 方便驱动程序编写;
(3) APC200A-43模块有二种数据传输方式, 第一透明数据传输:所收的数据就是所发的数据;第二分地址数据传输:此时所传内容的前二个字节为地址, 后为数据, 若接收端接收到地址匹配的数据包, 即将地址、数据传给终端设备, 否则将丢弃, 使用这种方式可以减轻上位机的软件开销, 因此本无线抄表系统使用地址数据传输模式。
3.2 ARM微控制器LPC2210
为了使系统稳定可靠, 满足低功耗、智能化的设计要求, 本系统选用了LPC2210作为无线数据采集器和无线数据集中器的核心控制器。LPC2210是一个支持实时仿真和嵌入式跟踪的32位ARM7TDMI-S微控制器, 其主要性能如下:
(1) 32位ARM7TDMI-S核, 它具有高性能和低功耗的特性, 由于使用了流水线技术, 处理和存储系统的所有部分都可以连续工作, 可以高效地完成采集器和集中器的数据处理、收发工作;
(2) 拥有32k B的片内静态RAM, 128位宽度接口/加速器可实现高达60MHz的工作频率, 可实现在线编程和用于非易失性程序的存储, 可存储大量电量信息, 为无线抄表系统的设计提供方便;
(3) 支持2个低功耗模式:空闲和掉电, 同时可通过个别使能/禁止外部功能来优化功耗, 满足无线抄表系统的低能耗需求
3.3 无线数据采集器模块设计
数据采集器通过RS-485总线与电表连接, 并通过无线收发模块APC200A-43与数据集中器通信。采集器的外部扩展EEPROM用于保存电量记录和电能表的工作参数, 如剩余电量, 用电量, 表号等数据。本模块扩展采集器按时读取数字电表的读数, 并将数据以表的形式储入EEPROM中;同时采集器可接收集中器指令来传输储存的电量数据和进行效时操作。
3.4 无线数据集中器模块设计
数据集中器通过无线收发模块A P C 2 0 0 A-4 3接收和发送数据, 当APC200A-43收到数据, 经过处理后, 存入EEPROM中, 并可通过LCD查看用户用电量。同时, L P C 2 2 1 0通过以太网控制器RTL8019AS与internet相连, 通过internet与监控中心通讯。
4 软件设计
本系统的软件设计可以划分为采集器、集中器和监控中心上位机三个层次, 其中运行与采集器和集中器的程序采用C语言编写, 经过ARM编译软件ADS生成可执行程序, 运行于LPC2210中。使用Visual Basic 6.0开发上位机界面, 使用SQL Server存储和管理数据。整个上位机软件采用结构化设计, 便于维护与修改。
现在将采集器和集中器的部分程序加以分析。
4.1 无线采集器程序设计
采集器初始化之后, 检查是否有数据输入, 若无, 则定时调用RS-485通讯程序采集电表数据, 完成数据存储, 以后进入低功耗模式, 若有则进入数据接收模式接受数据帧, 待数据帧接收完成后分析数据帧, 根据数据帧内容选择完成修改电表参数或者发送数据两个操作。
4.3 无线集中器程序设计
集中器初始化后, 检查监控中心是否发来指令, 若无指令则定期采集无线采集器上的数据, 若有指令, 则分析指令, 选择完成修改某采集器控制下的电表的参数或者向监控中心上传保存的数据两种任务, 然后进入低能耗模式。如图6所示。
值得一提的是, 在程序设计中必须注意:APC200A-43模块虽然有256bytes大容量缓冲区, 但若串口速率大于等于空中速率, 则存在数据流量的问题, 可能会出现数据溢出而导致的数据丢失的现象。在这种情况下, 终端设备要保证串口平均速率不大于60%空中速率, 如串口速率为9600bps, 空中速率为4800bps, 终端设备每次向串口发送100字节, 那么终端设备每次向串口发送的时间约104ms, (104ms/0.6) * (9600/4800) =347ms, 所以终端设备每次向串口发送100字节每次间隔不小于347ms, 以上问题则不会出现。
5 结语
无线抄表是未来仪表的发展趋势, 采用无线抄表系统具有使用方便、成本低廉、应用灵活等优点。笔者利用微控制器LPC2200以及无线传输模块APC200A-43设计的无线抄表系统实现了对用户用电量的无线采集, 并通过对数据的统计处理, 实现了对用电量的实时监控, 是一种高效、可靠的自动化抄表系统。
摘要：介绍了一种基于微控制器LPC2210和无线通讯模块APC200A-43的无线抄表系统, 该系统实现了对用户用电量的无线采集和实时监控, 并且成本低、可靠性高、实时性强, 有效的防止了欠费和窃电等情况的发生。
关键词：无线抄表,LPC2210,APC200A-43
参考文献
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