基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)

付炯華

摘要：該文研究利用GPRS對(duì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和控制等操作的方法，從而對(duì)GPRS在數(shù)據(jù)采集中的作用進(jìn)行研究，GPRS對(duì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程電表的狀態(tài)信息的采集以及控制具有很好的指導(dǎo)作用，節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力，該方案在一定程度上解決了人工抄表帶來(lái)的擾民、易出錯(cuò)和工作量大等問題。該文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)采用了無(wú)線的方式傳送數(shù)據(jù)，前期投資低，系統(tǒng)穩(wěn)定度高，可以說是免維護(hù)的，同時(shí)，使用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程儀器的狀態(tài)信息的采集以及控制也有很好的指導(dǎo)作用。

關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程抄表；GPRS；RS485

中圖分類號(hào)：TP393 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2016）12-0062-03

本文所研究的基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)使用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和控制等操作，實(shí)現(xiàn)一個(gè)具體的使用GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和控制的系統(tǒng)。從而實(shí)現(xiàn)對(duì)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)在數(shù)據(jù)采集中的作用的研究。雖然本系統(tǒng)的具體實(shí)現(xiàn)是通過GPRS無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)對(duì)遠(yuǎn)程電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和遠(yuǎn)程控制等操作。出于兼容性的考慮，本系統(tǒng)分為客戶端和服務(wù)器端。因?yàn)樵趯?shí)際操作中許多網(wǎng)絡(luò)是通過網(wǎng)關(guān)代理的方式連接到國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)的，而電表控制器只是一個(gè)啞終端，它只會(huì)向擁有國(guó)際互聯(lián)網(wǎng)IP地址的主機(jī)發(fā)送注冊(cè)信息。所以，為了使程序的適用范圍廣，在本系統(tǒng)中采用了服務(wù)器端中轉(zhuǎn)的方式來(lái)聯(lián)絡(luò)電表控制器和服務(wù)器端的。其中客戶端主要提供抄表管理、遠(yuǎn)程控制和電表用戶資料的管理功能，在抄表或者對(duì)電表進(jìn)行控制的時(shí)候，客戶端軟件就要線連接到服務(wù)器端，然后將控制信息通過服務(wù)器端軟件的中轉(zhuǎn)發(fā)送到相應(yīng)的電表上，以便對(duì)電表進(jìn)行各種操作。在服務(wù)器端上，要維護(hù)著兩個(gè)列表：已經(jīng)連接到服務(wù)器端的客戶端和注冊(cè)到服務(wù)器端的電表控制器的ID號(hào)。這樣就可以實(shí)現(xiàn)多用戶端同時(shí)對(duì)不同的電表控制器進(jìn)行操作，在這種情況下，服務(wù)器端軟件就得具有適當(dāng)?shù)穆酚晒δ埽挥羞@樣，才會(huì)使各個(gè)客戶端有條不紊的進(jìn)行工作。同時(shí)，為了減少客戶端和服務(wù)器端之間通信數(shù)據(jù)的簡(jiǎn)潔性，在本系統(tǒng)中，客戶端只將電表控制器的ID和相應(yīng)的控制碼傳送給服務(wù)器端，由服務(wù)器端將這些數(shù)據(jù)組織成符合DL/T645協(xié)議的數(shù)據(jù)格式發(fā)送給相應(yīng)的電表控制器。相應(yīng)的，由電表控制器傳送回來(lái)的抄表數(shù)據(jù)和斷送電執(zhí)行狀態(tài)也會(huì)由服務(wù)器端軟件進(jìn)行解碼，然后將解碼后的數(shù)據(jù)傳送給客戶端軟件。這樣，大大減少了客戶端和服務(wù)器端的通信量，提高了服務(wù)器端的響應(yīng)速度。

1 電表控制器

H7210無(wú)線DDN通信系統(tǒng)為用戶提供高速、永遠(yuǎn)在線、透明數(shù)據(jù)傳輸?shù)奶摂M專用數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)。主要針對(duì)電力系統(tǒng)自動(dòng)化、工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象、金融、證券等行業(yè)部門的應(yīng)用，利用GPRS網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息的透明傳輸，同時(shí)考慮到各應(yīng)用部門組網(wǎng)方面的需要，在網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)上實(shí)現(xiàn)虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)。

H7210 電表控制器是H7200無(wú)線DDN通信系統(tǒng)系列產(chǎn)品之一，RS232/422/485或TTL電平接口，高性能、工業(yè)級(jí)，外置式，適用于使用環(huán)境惡劣的各種工業(yè)監(jiān)控、交通管理、氣象等應(yīng)用場(chǎng)合。H7210網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用示意圖如圖1所示。

電表控制器和電表之間采用RS485接口進(jìn)行通信，之所以選擇RS485協(xié)議，是因?yàn)樗推渌麉f(xié)議相比有著不可比擬的優(yōu)勢(shì)。

由于本系統(tǒng)的服務(wù)器端軟件只有一個(gè)，多個(gè)客戶端軟件通過它對(duì)多個(gè)電表控制器進(jìn)行控制。所以，在設(shè)計(jì)時(shí)利用了H7210的點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸方式。H7210點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸示意圖如圖2所示。

基于GPRS的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖3所示。

2 系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)與難點(diǎn)

由于目前市場(chǎng)上用于集中抄表的電能表均以某種形式提供可供抄表的接口，例如RS485接口、紅外接口和載波接口等，只要電表控制器提供的指令格式符合國(guó)家電網(wǎng)公司規(guī)定的DL/T645協(xié)議，就可以通過這些接口讀出電表的數(shù)據(jù)或者是對(duì)電表進(jìn)行各種控制操作。各個(gè)電表生產(chǎn)廠家在生產(chǎn)用于集中抄表的電能表時(shí)，DL/T645協(xié)議是默認(rèn)寫入到電表的固件程序中的，所以只要電表控制器的接口和集抄電表的通信接口以及通信速率匹配時(shí)，就可以通過電表提供的通信接口對(duì)電表進(jìn)行讀數(shù)據(jù)以及其他控制操作。本系統(tǒng)采用的電表提供一個(gè)RS485接口以供電表控制器對(duì)電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和斷送電操作。由于電表控制器將GPRS網(wǎng)絡(luò)的傳輸協(xié)議透明化了，所以在抄表軟件客戶端將電表的控制信息準(zhǔn)備好后，傳送給相應(yīng)的電表控制器就可以實(shí)現(xiàn)對(duì)電表的控制。

本系統(tǒng)的最大難點(diǎn)就是實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)IP解析和服務(wù)器端軟件路由的功能，由于動(dòng)態(tài)IP解析功能的實(shí)現(xiàn)涉及計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中的許多協(xié)議和細(xì)節(jié)問題，一旦設(shè)計(jì)的不合理，就不能實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)IP解析的功能，或者是解析錯(cuò)誤。而服務(wù)器端軟件的路由功能的實(shí)現(xiàn)則要涉及許多路由算法，一旦算法選取的不合適，就可能造成數(shù)據(jù)超時(shí)或者路由錯(cuò)誤的問題。所以，這個(gè)系統(tǒng)實(shí)際上主要的任務(wù)就是解決這兩個(gè)問題，從而實(shí)現(xiàn)軟硬件的完美結(jié)合。

3 系統(tǒng)軟件實(shí)現(xiàn)

3.1 與客戶端連接的實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端軟件和客戶端軟件之間的通信方式采用的是socket方式。服務(wù)器端軟件先啟動(dòng)監(jiān)聽，然后客戶端才能鏈接到服務(wù)器端進(jìn)行后續(xù)的操作。Socket面向連接通信示意圖如圖4所示。

3.2 監(jiān)聽遠(yuǎn)端電表控制器上線和傳送數(shù)據(jù)的實(shí)現(xiàn)

在本系統(tǒng)中，采用了深圳市宏電公司的GPRS模塊H7210來(lái)實(shí)現(xiàn)電表控制器的功能，H7210從硬件上對(duì)GPRS網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行透明化，使用戶可以在不了解GPRS通信流程的情況下輕松地進(jìn)行設(shè)備間的GPRS通信。由于軟件采用模塊化的設(shè)計(jì)技術(shù)，將底層的細(xì)節(jié)封裝在一個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中，在這個(gè)動(dòng)態(tài)鏈接庫(kù)中實(shí)現(xiàn)了監(jiān)測(cè)遠(yuǎn)程電表控制器上線和發(fā)送數(shù)據(jù)等操作。前臺(tái)界面只需要調(diào)用相關(guān)的函數(shù)就可以實(shí)現(xiàn)在應(yīng)用程序中和遠(yuǎn)程電表控制器進(jìn)行數(shù)據(jù)的交換操作。

3.3 路由信息的轉(zhuǎn)發(fā)實(shí)現(xiàn)

服務(wù)器端軟件和遠(yuǎn)程電表控制器之間的數(shù)據(jù)交換操作，服務(wù)器端軟件的作用就是進(jìn)行數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)發(fā)的。它在接收到客戶端軟件對(duì)遠(yuǎn)程電表控制器的操作命令后，會(huì)將這個(gè)帶有命令的數(shù)據(jù)包依照數(shù)據(jù)包中的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)給遠(yuǎn)程電表控制器，遠(yuǎn)程電表控制器在將命令執(zhí)行完畢之后會(huì)向服務(wù)器端軟件發(fā)送執(zhí)行命令的結(jié)果，這時(shí)，服務(wù)器端軟件只需要再依照數(shù)據(jù)包中的目的地址轉(zhuǎn)發(fā)數(shù)據(jù)包就行了。

4 小結(jié)

本文利用GPRS對(duì)電力系統(tǒng)遠(yuǎn)程電表進(jìn)行數(shù)據(jù)抄讀和控制，節(jié)省了大量人力、物力和財(cái)力，并在一定程度上解決了人工抄表帶來(lái)的擾民、易出錯(cuò)和工作量大等問題。

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