浅谈远程预付费水电自动抄表系统的设计
2021-09-06 10:30:08 来源：安科瑞王蒙蒙
摘要：本文将从技术角度探究远程自动抄表系统的总体设计与各部分分支功能系统设计，并在加以例证解读。
关键词: 远程自动抄表系统；设计；数据采集器；通信通道；系统软件
1 基于GPRS的远程自动抄表系统使用及设计的必要性
当前的自动抄表系统会采用到有线通信技术、电力线载波通信技术这两大通信技术类型，它们都拥有尚佳的系统应用稳定性，但由于它们的铺线工程量偏大，容易出现人为损坏，特别是在人口相对密集的商业区或居民区，电力线路相对复杂且会受到外界大量谐波干扰，所以在如此背景下采用自动抄表系统容易受到较大影响，出现错码、丢码现实问题，抄表结果的准确性大打折扣。GPRS通信技术并不陌生，它在移动通信领域有较广泛应用，它的网络系统中所提供的是典型的无线IP，可为自动抄表系统构建远程无线抄表技术体系，形成全新的远程自动抄表系统。由于GPRS远程通信的巨大优势特点，所以新的远程自动抄表系统在网络覆盖范围面积上也有所扩大，能够满足永久在线要求，且对线路的自由切换自如，拥有较宽的数据带宽，在适应性与性价比方面也表现突出。所以说，采用GPRS通信技术来设计全新的远程自动抄表系统是技术融合的选择，它基于技术优势体现出了一定的行业设备设计应用必要性。
2远程自动抄表系统的设计分析
2.1 远程自动抄表系统的总体设计思路与设计流程分析
首先应该明确一点远程自动抄表系统的基本设计流程，它应该为每一户用户安装一个数据采集器，再配合在对象区域内每距离300m 安装一个数据集中器，数据采集器与数据集中器二者可以实现信息联通，而数据采集器则专门负责从各个用户的计量表位置实时采集电脉冲信号，将电脉冲信号转化、存储到数据集中器中，再通过采集器中的GPRS模块与网络抄表管理后台中心进行联系，实现远程数据通信，配合无线数据传输模块与数据采集器进行实时通信。实际上，这一通信过程是连续不断的，这就是对数据的集中过程，抄表管理中心方面会不断上传由数据集中器、采集器二者所回馈的数据并上传命令，利用GPRS网络接收数据。如果发生任何通信问题，GPRS 网络会配合数据采集器对计量表中的继电器作出相应控制动作，即停电、停水、断气等等，然后及时报警，由企业方面派人进行人工维护维修。远程抄表系统本身也是与电网电力企业、水务局以及燃气企业营业系统相互联网的，通过远程抄表就能完成各种常规化的费用计量、统计报表工作，所以它在企业中的应用职能地位不言而喻。
2.2 数据采集器的设计分析
数据采集器中就包括了主控制器、无线数据传输模块、异常处理报警模块、数据存储模块以及脉冲采集模块等等，某些先进的数据采集器中还设计了时钟电路和看门狗安全系统。
数据采集器中要设计脉冲采集模块，它在实际应用中主要从用户的电表、水表以及燃气表中获取输出采样脉冲信息，再经过输入电路将脉冲信息转化为信号电平，传送到单片机I/O口中，转换为方波再处理。所以在设计过程中一定要优化这一脉冲信号转化及统计模块，采用高速存储器配合存储列表对信号脉冲数据的采集地质进行分析，凸显数据集中器的抄写功能。而且系统在设计过程中还要配备充电后背电源，保证在停电时自动启用后背电源能够为系统供电，避免系统中的数据丢失。
2.3 数据集中器的设计分析
在数据集中器设计中运用到了多个微处理器和存储模块，如图1所示。在对数据集中器进行设计过程中主要采用到了微处理器作为核心处理芯片，它芯片功能能耗偏低但集成度偏高。另外在系统模块中也启用了Flash存储模块功能，结合NOR Flash来存放启动代码，编写抄表数据文件。在数据集中器的系统设计中主要围绕主程序运行空间及数据堆栈区展开，再配合高速处理器可有效降低LCD的图像延迟度，提供高清晰远程抄表画面。在数据集中器设计中的关键要点就是它的无线数据传输模块旁边还安装了GPRS通信模块，利用串口连接设计二者融为一体，就能够利用GPRS技术联通数据集中器与数据采集器，并与后台处理中心联动实现远程自动抄表。
图 1 数据集中器的基本设计结构示意图
2.4 通信通道的设计分析
远程自动抄表系统中设置了上行通信通道与下行通信通道，这两大通信通道保证了数据采集器与数据集中器之间的有效联系。而衔接两大通信通道的关键设计还在于高效的信道纠错编码技术。在设计过程中利用通信接口调整通信速率达到10000b/s，专门设计为半双工通信信道，满足多点对多点通信条件。而在数据集中器中则设计了微处理器配合串口连接，换言之它所采用的就是单片机接口设计，这保证了通信通道在实际应用中的通信流畅性。
2.5 软件的设计分析
远程自动抄表系统中的上位机软件设计关键，它是整个抄表系统的管理核心，所以围绕它设置一套应用管理软件，结合数据库构建收费管理系统与控制系统非常有必要。在上位机软件设计中主要采用多点查询通信方式展开设计应用，并结合通信规约存储数据来将所有数据上传到后台抄表系统管理中心中。在抄表系统管理中心的软件设计方面主要会采用到模块化设计，它主要包括了抄表管理、信息管理、联网缴费、异常处理这4大模块，围绕这4 大模块丰富抄表系统管理体系功能，保证设计后实际应用的功能全面性与功能有效性。除此之外，远程自动抄表系统中的软件设计还包括了下位机软件模块设计，它专门负责管理数据集中器与采集器，同时能够存储和协调大量的计量表数据和计量表相关参数，满足监视采集终端的工作状态功能优化。
3 案例简析
3.1 案例概述
本文以某远程自动电表抄表系统设计为例，结合案例展开简要分析。该案例中的电表远程抄表系统采用了GPRS无线通信方式，它的服务器运行中就运用到了采集终端管理软件mServer以及其它抄表管理软件。在后台，客户可通过普通浏览器访问该抄表管理软件，了解自家用电指标。
3.2 设计方案简析
在系统设计方面，采用多个RS-485总线与GPRS采集终端、各家用户电表相连，同时将具有联网功能的 GPRS 数据卡安装在采集终端SIM卡座中，配合采集终端配置串口线进行串口抄表功能衔接，并配置了“设置”按键，可保证在15s以内完成数据采集器终端加电配置，满足GPRS采集终端的远程数据传输启动功能。另外，在系统设计中还配置了固定IP，以保证对GPRS采集终端的远程衔接，实现动态化管理。
4安科瑞AcrelCloud-3200预付费水电云平台
4.1 系统方案
系统为B/S架构，主要包括前端管理网站和后台集抄服务，配合公司的预付费电表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用户计量箱ADF300L系列，实现电能计量和电费管理等功能。另外可以选配远传阀控水表组成水电一体预付费系统，达到先交费后用水的目的，剩余水量用完自动关阀。
4.2 系统功能
AcrelCloud-3200预付费水电云平台由云平台-网关-预付费电能表组成，通过通信网络完成系统到表的充值、查询、监控、控制及短信报警等功能。
本系统适用于一些大集团和大物业，往往需要将多个物业环境、分散于各地的物业集中式收费和管理，面临着数据公网传输，财务操作分散，在线支付，总部财务扎口等复杂的需求。
远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表 。
水表预付费:可是查看某区域水表的实时状态信息，并可以进行单表或批量设置水价控阀等操作。
远程售电:财务集中管理，电量实时下发，并比对充值次数，方便快捷。
能耗分析:用户和管理员都可查询预付费表或管控表每天的用能状况；可提供能耗分析+财务轨迹一体式综合管理报表，包含用户表的能耗、财务数据、能耗和财务的期初期末值等数据。
在线支付:商户可以通过小程序或者微信公众号实现在线自助充值水电费，也可以实时关注商铺用水用电情况。
短信提醒:金额不足或金额欠费提醒、电表充值到账提醒，都可及时短信通知商户。
远程控制:可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理。
4.3 产品选型
【参考文献】
【1】栾昊.远程自动抄表系统的设计
【2】吴娟,索林生.基GPRS的远程自动抄表系统分析与设计[J].制造业自动化 ,2010(12):158-160．
【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06
作者简介：王蒙蒙，女，现任职于安科瑞电气股份有限公司，主要从事宿舍安全用电研究发展。
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