遠程自動抄表系統的設計

欒昊

（太原科技大學，山西太原，030024）

1 基于GPRS的遠程自動抄表系統使用及設計的必要性

當前的自動抄表系統會采用到有線通信技術、電力線載波通信技術這兩大通信技術類型，它們都擁有尚佳的系統應用穩定性，但由于它們的鋪線工程量偏大，容易出現人為損壞，特別是在人口相對密集的商業區或居民區，電力線路相對復雜且會受到外界大量諧波干擾，所以在如此背景下采用自動抄表系統容易受到較大影響，出現錯碼、丟碼現實問題，抄表結果的準確性大打折扣。

GPRS通信技術并不陌生，它在移動通信領域有較廣泛應用，它的網絡系統中所提供的是典型的無線IP，可為自動抄表系統構建遠程無線抄表技術體系，形成全新的遠程自動抄表系統。由于GPRS遠程通信的巨大優勢特點，所以新的遠程自動抄表系統在網絡覆蓋范圍面積上也有所擴大，能夠滿足永久在線要求，且對線路的自由切換自如，擁有較寬的數據帶寬，在適應性與性價比方面也表現突出。所以說，采用GPRS通信技術來設計全新的遠程自動抄表系統是技術融合的最佳選擇，它基于技術優勢體現出了一定的行業設備設計應用必要性[1]。

2 遠程自動抄表系統的設計分析

2.1 遠程自動抄表系統的總體設計思路與設計流程分析

首先應該明確一點遠程自動抄表系統的基本設計流程，它應該為每一戶用戶安裝一個數據采集器，再配合在對象區域內每距離300m安裝一個數據集中器，數據采集器與數據集中器二者可以實現信息聯通，而數據采集器則專門負責從各個用戶的計量表位置實時采集電脈沖信號，將電脈沖信號轉化、存儲到數據集中器中，再通過采集器中的GPRS模塊與網絡抄表管理后臺中心進行聯系，實現遠程數據通信，配合無線數據傳輸模塊與數據采集器進行實時通信。實際上，這一通信過程是連續不斷的，這就是對數據的集中過程，抄表管理中心方面會不斷上傳由數據集中器、采集器二者所回饋的數據并上傳命令，利用GPRS網絡接收數據。如果發生任何通信問題，GPRS網絡會配合數據采集器對計量表中的繼電器作出相應控制動作，即停電、停水、斷氣等等，然后及時報警，由企業方面派人進行人工維護維修。遠程抄表系統本身也是與電網電力企業、水務局以及燃氣企業營業系統相互聯網的，通過遠程抄表就能完成各種常規化的費用計量、統計報表工作，所以它在企業中的應用職能地位不言而喻。

2.2 數據采集器的設計分析

數據采集器中就包括了主控制器、無線數據傳輸模塊、異常處理報警模塊、數據存儲模塊以及脈沖采集模塊等等，某些先進的數據采集器中還設計了時鐘電路和看門狗安全系統。

數據采集器中要設計脈沖采集模塊，它在實際應用中主要從用戶的電表、水表以及燃氣表中獲取輸出采樣脈沖信息，再經過輸入電路將脈沖信息轉化為信號電平，最后傳送到單片機I/O口中，轉換為方波再處理。所以在設計過程中一定要優化這一脈沖信號轉化及統計模塊，采用高速存儲器配合存儲列表對信號脈沖數據的采集地質進行分析，凸顯數據集中器的抄寫功能。而且系統在設計過程中還要配備充電后背電源，保證在停電時自動啟用后背電源能夠為系統供電，避免系統中的數據丟失。

2.3 數據集中器的設計分析

在數據集中器設計中運用到了多個微處理器和存儲模塊，如圖1所示。

在對數據集中器進行設計過程中主要采用到了微處理器作為核心處理芯片，它芯片功能能耗偏低但集成度偏高。另外在系統模塊中也啟用了Flash存儲模塊功能，結合NOR Flash來存放啟動代碼，編寫抄表數據文件。在數據集中器的系統設計中主要圍繞主程序運行空間及數據堆棧區展開，再配合高速處理器可有效降低LCD的圖像延遲度，提供高清晰遠程抄表畫面。在數據集中器設計中的關鍵要點就是它的無線數據傳輸模塊旁邊還安裝了GPRS通信模塊，利用串口連接設計二者融為一體，就能夠利用GPRS技術聯通數據集中器與數據采集器，并與后臺處理中心聯動實現遠程自動抄表。

圖1 數據集中器的基本設計結構示意圖

2.4 通信通道的設計分析

遠程自動抄表系統中設置了上行通信通道與下行通信通道，這兩大通信通道保證了數據采集器與數據集中器之間的有效聯系。而銜接兩大通信通道的關鍵設計還在于高效的信道糾錯編碼技術。在設計過程中利用通信接口調整通信速率達到10000b/s，專門設計為半雙工通信信道，滿足多點對多點通信條件。而在數據集中器中則設計了微處理器配合串口連接，換言之它所采用的就是單片機接口設計，這保證了通信通道在實際應用中的通信流暢性。

2.5 軟件的設計分析

遠程自動抄表系統中的上位機軟件設計最關鍵，它是整個抄表系統的管理核心，所以圍繞它設置一套應用管理軟件，結合數據庫構建收費管理系統與控制系統非常有必要。在上位機軟件設計中主要采用多點查詢通信方式展開設計應用，并結合通信規約存儲數據來將所有數據上傳到后臺抄表系統管理中心中。在抄表系統管理中心的軟件設計方面主要會采用到模塊化設計，它主要包括了抄表管理、信息管理、聯網繳費、異常處理這4大模塊，圍繞這4大模塊豐富抄表系統管理體系功能，保證設計后實際應用的功能全面性與功能有效性。

除此之外，遠程自動抄表系統中的軟件設計還包括了下位機軟件模塊設計，它專門負責管理數據集中器與采集器，同時能夠存儲和協調大量的計量表數據和計量表相關參數，滿足監視采集終端的工作狀態功能優化[2]。

3 案例簡析

3.1 案例概述

本文以某遠程自動電表抄表系統設計為例，結合案例展開簡要分析。該案例中的電表遠程抄表系統采用了GPRS無線通信方式，它的服務器運行中就運用到了采集終端管理軟件mServer以及其它抄表管理軟件。在后臺，客戶可通過普通瀏覽器訪問該抄表管理軟件，了解自家用電指標。

3.2 設計方案簡析

在系統設計方面，采用多個RS-485總線與GPRS采集終端、各家用戶電表相連，同時將具有聯網功能的GPRS數據卡安裝在采集終端SIM卡座中，配合采集終端配置串口線進行串口抄表功能銜接，并配置了“設置”按鍵，可保證在15s以內完成數據采集器終端加電配置，滿足GPRS采集終端的遠程數據傳輸啟動功能。另外，在系統設計中還配置了固定IP，以保證對GPRS采集終端的遠程銜接，實現動態化管理。