手機(jī)APP與電力智能設(shè)備通信的實(shí)現(xiàn)

遲屹楠+王洪+劉忠祥

摘 要：互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展逐漸滲透到電力行業(yè)，文章提出手機(jī)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(yuǎn)距離通信問題，在無線范圍內(nèi)只需要打開手機(jī)APP就能精準(zhǔn)讀取電力電子設(shè)備運(yùn)行狀態(tài)，并且控制其運(yùn)行方式，實(shí)現(xiàn)“四遙”功能。

關(guān)鍵詞：電力電子；手機(jī)APP；通信

中圖分類號：TN929.5 文獻(xiàn)標(biāo)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(dá)的位置[1]，這種情況下，設(shè)備人員需要讀取設(shè)備液晶屏上顯示的運(yùn)行參數(shù)或控制設(shè)備運(yùn)行方式時，就會很不方面，人工成本較大。

本文提出了手機(jī)APP監(jiān)控設(shè)備運(yùn)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(jī)連接上無線網(wǎng)絡(luò)，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(shè)備的運(yùn)行。手機(jī)APP監(jiān)控軟件在設(shè)備無線覆蓋的范圍內(nèi)，能實(shí)現(xiàn)“四遙”功能，遙信是對裝置開關(guān)信息的測量。遙控是對裝置運(yùn)行模式的遠(yuǎn)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(shè)備參數(shù)的遠(yuǎn)程調(diào)控。使用手機(jī)APP監(jiān)控就舍棄了液晶屏的安裝，節(jié)約設(shè)備成本，具有很高的實(shí)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(shè)備的安裝在位置上具有靈活性同時需要實(shí)時監(jiān)控，可采用手機(jī)APP作為上位機(jī)的方式來實(shí)現(xiàn)對裝置在無線范圍內(nèi)的實(shí)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(luò)，手機(jī)APP再接入網(wǎng)絡(luò)中，與裝置進(jìn)行通信。整個系統(tǒng)布局如圖1所示結(jié)構(gòu)。

相比于現(xiàn)在普遍使用的液晶屏作為上位機(jī)，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)木窒扌裕瑢?shí)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(yùn)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(luò)，利用手機(jī)APP接收信息不僅能夠?qū)崟r掌握機(jī)器生產(chǎn)運(yùn)行狀況，也具有很強(qiáng)的靈活性，特別是針對戶外設(shè)備情況。

2 硬件平臺搭建

2.1 Wifi模塊配置及下位機(jī)通信設(shè)計(jì)

在目前主流的Bluetooth、ZigBee和Wifi三種無線通信技術(shù)中，藍(lán)牙使用的是FHSS（跳頻擴(kuò)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(shù)。Wifi技術(shù)具有組網(wǎng)簡單靈活、傳輸速率快、覆蓋范圍廣的特點(diǎn)[2]。三種通信技術(shù)都支持?jǐn)?shù)據(jù)的傳輸，本系統(tǒng)選用Wifi無線通信技術(shù)，其技術(shù)比較成熟，在工業(yè)領(lǐng)域更具有通用性。

本次系統(tǒng)中Wifi模塊的基本參數(shù)設(shè)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(jìn)行匹配，包括波特率，數(shù)據(jù)位，校驗(yàn)位，起始位，停止位。

下位機(jī)采用DSP數(shù)據(jù)處理器，主要的電路結(jié)構(gòu)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(jì)算機(jī)通用語言。在工業(yè)領(lǐng)域中，傳輸協(xié)議是電力電子設(shè)備之間，電力電子設(shè)備與網(wǎng)絡(luò)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(jī)將報(bào)文發(fā)送給下位機(jī)，報(bào)文就是一段數(shù)據(jù)代碼，發(fā)送的報(bào)文信息就是告知從設(shè)備需要執(zhí)行哪種任務(wù)。例如功能代碼中的03，是命令讀取下位機(jī)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(jī)。數(shù)據(jù)代碼中需要告知下位機(jī)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(bào)文最后還有校驗(yàn)位，檢驗(yàn)發(fā)送和接受的報(bào)文數(shù)據(jù)內(nèi)容是否正確。回應(yīng)是下位機(jī)對上位機(jī)發(fā)送的報(bào)文作出回答，也是以報(bào)文的形式發(fā)送，上文的例子中，下位機(jī)接收到的是讀取信息的報(bào)文，下位機(jī)回應(yīng)的報(bào)文就應(yīng)該包含所需寄存器里的數(shù)據(jù)內(nèi)容。另外當(dāng)上位機(jī)需要將數(shù)據(jù)寫入寄存器時，下位機(jī)的回應(yīng)就是告知是否寫入成功。

3 手機(jī)APP設(shè)計(jì)

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(yīng)用軟件。最開始是應(yīng)用于手機(jī)，隨著技術(shù)的開發(fā)，可支持平板等其他領(lǐng)域，安卓系統(tǒng)的應(yīng)用也越來越廣泛[3]。在安卓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)中，包括有三層設(shè)計(jì)，底層是linux操作系統(tǒng)，中層是虛擬機(jī)和函數(shù)庫，上層為針對用戶的應(yīng)用軟件。endprint

現(xiàn)有的手機(jī)都是一套成熟的安卓系統(tǒng)，安卓應(yīng)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(yīng)用程序?qū)υ捒蚧蛘咂渌木W(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序的頁面窗口來說，它是安卓手機(jī)與用戶交流的組件，也就是我們常見的手機(jī)界面，其設(shè)計(jì)需考慮其生命周期，通常可以獨(dú)立的在后臺運(yùn)行。Intent是運(yùn)行中的綁定機(jī)制，它是應(yīng)用程序中四大組件的一個樞紐，同時也可用于不同應(yīng)用程序之間，主要是來告知系統(tǒng)本應(yīng)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(jī)軟件，智能手機(jī)的應(yīng)用軟件主要分為三個部分，首先是APP與無線Wifi的網(wǎng)絡(luò)連接，建立手機(jī)與無線之間的通信，再就是讀，寫功能的編輯，完成對下位機(jī)數(shù)據(jù)的讀取和命令的下達(dá)，最后是顯示部分，實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互的界面。手機(jī)APP軟件的編輯使用的是Java語言[5]。當(dāng)Wifi設(shè)置完成之后，手機(jī)APP需要接入進(jìn)行，那么需要手機(jī)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(shè)計(jì)采用top標(biāo)題模式，共有五個子界面，每個界面都有單獨(dú)的進(jìn)程進(jìn)行讀寫，點(diǎn)開一個界面時屏蔽掉另外四個，避免進(jìn)程之間的相互干擾。

3.3 APP與下位機(jī)通信處理

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

APP發(fā)送讀功能的數(shù)據(jù)格式：從機(jī)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(yàn)（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(jī)接受到讀報(bào)文后返回的報(bào)文格式：從機(jī)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(yàn)。其中數(shù)據(jù)內(nèi)容包括：返回?cái)?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(jī)地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗(yàn)。讀取設(shè)備運(yùn)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(bào)文為讀功能

add = 0x1300； //讀取下位機(jī)的寄存器地址

num = 0x0F； //讀取的寄存器個數(shù)

Pack（0x03， add， num）；報(bào)文信息打包

if （true == ReceiveThreadClose） {

outStream.write（m_bTxBuf， 0， 8）； //發(fā)送報(bào)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(jī)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(yàn)。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(jī)接收到寫報(bào)文后返回的報(bào)文格式：從機(jī)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(jī)地址、功能域（0x83）、錯誤代碼、CRC校驗(yàn)。寫功能的報(bào)文主要為控制命令，流程圖如圖4。

3.4 APP界面設(shè)計(jì)

手機(jī)APP界面主要顯示的是電力電子裝置運(yùn)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(shè)計(jì)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(shè)計(jì)的主要界面圖如圖5。

4 實(shí)驗(yàn)調(diào)試結(jié)果

電力電子裝置運(yùn)行時，手機(jī)APP監(jiān)控主要界面如圖6。

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

5 結(jié)束語

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

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