遠程自動集控監測抄表系統的製作方法

2023-05-30 22:42:21

專利名稱：遠程自動集控監測抄表系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種通過計算機進行遠程監測管理系統，尤其是一種基於
RS-485和乙太網或GPRS、 CDMA無線通訊的計算機進行遠程監測的電錶
抄讀數據管理系統。
背景技術：
城鎮電網已經遍布城鎮的每一個角落，為計量用戶用電額度，電能表 安置於小區住宅的每一個樓洞。條件較差的城鎮，長期以來抄讀這些電能 計量表數據都需要人工來完成，即每次抄表時，抄表員需要挨個樓洞敲門， 讓居民打開樓洞防盜門，然後才能進入樓層打開電錶箱用肉眼來讀取電能 表上的數據，人工記錄數據，這樣抄表效率及其低下，且人工記錄數據難 免會出錯，影響數據的準確性。條件稍好的城鎮，已經安裝有較為簡單的 電能管理系統。
電能管理系統是指由遠程上位機通過傳輸媒體將多個電能表電能量 的記錄值的信息集中抄讀，並對電能及其相關數據、狀態進行管理和監測 的系統。近年來，隨著網絡、通信和控制技術的飛速發展，以及建立電力 市場的迫切要求，電能管理系統得到了前所未有的發展，各種電能管理系 統相繼在我國的各大網局、省局、各級供電局得到應用。
而在新的技術標準出臺後，上代系統的一些瓶頸暴露出來，人工抄表 更是無法滿足現在電能管理的要求。首先是通信的實時性，為了細化管理 用戶電錶數據，新的電能管理系統需要更加頻繁地抄讀電錶數據，這就對 數據的實時性提出了更高的要求；其次人機接口不夠友好，甚至只是一個 封裝鐵盒，不具有人機互動接口，為方便電力管理員更好的了解小區電力 使用狀態和故障情況，電力管理系統應該有較好的人機互動接口；再次數 據存儲接口等方面達不到新標準的要求。於是迫切需要開發新的更高性能 平臺下的電能管理系統滿足用戶需求，從根本上解決數據實時性和存儲訪問方面的問題。

發明內容
本發明的目的在於針對目前使用的電能管理系統無法滿足新的電能 管理系統對實時性提出的要求；不具有人機互動接口，無法了解小區電力 使用狀態和故障情況；以及數據存儲接口不能滿足新標準的要求等一系列 問題，提供一種遠程自動集控監測抄表系統。
本發明的目的是這樣實現的 一種遠程自動集控監測抄表系統，其 特徵在於
a) 數據採集終端以嵌入式處理器為核心，外設數據存儲器EEPROM， 擴展兩個RS-485串口通訊模塊，模塊上設有相應的通訊接口，其中一個 用於掛接電子式電能表，另外一個連接到數據集中器；所述的數據採集終 端至少下掛兩個電子式電能表；
b) 數據集中器以嵌入式ARM處理器為核心，同時，外設程序存儲器 FLASH和數據存儲器SDRAM，外擴RS-485串口通訊模塊和遠程通訊模 塊；其中RS485串口通訊模塊掛接數據採集終端，數據集中器至少下掛 兩個數據採集終端；
c) 遠程管理上位機以一臺普通PC為基礎，連有資料庫伺服器，遠程 管理上位機至少通過乙太網通訊模塊與兩個數據集中器溝通。
在本發明中所述的數據採集終端以樓道電錶箱內的全部電子式電能 表為構建基礎；所述的數據集中器以變電所轄區內的全部數據採集終端為
構建基礎；所述的遠程管理上位機以供電所轄區內的全部數據集中器為構 建基礎。
在本發明中數據採集終端採用的嵌入式處理器具有ARM7TDMI內 核，擴展的兩個RS-485串口通訊模塊分別為全雙工的RS-485接口和半雙 工的RS-485接口，其中半雙工的RS-485接口用於掛接電子式電能表，全 雙工的RS485接口連接到數據集中器。
在本發明中數據採集終瑞通過SPI總線擴展I/0接口， 1/0接口的輸入部分包括16路脈衝表輸入、16路鍵盤輸入、16路的交流掉電檢測輸 入，1/0接口的輸出包括16路繼電器控制輸出和16路的指示燈輸出。
在本發明中所述的數據集中器基於ARM9微處理器，數據集中器中 包括乙太網或GPRS、 CDMA無線通訊、RS485、 LCD觸控螢幕、SD卡和 USB的接口電路。
在本發明中數據集中器軟體包括嵌入式Linux設備驅動程序，嵌入 式中間層和上層通訊管理應用層，其中嵌入式中間層包括嵌入式GUI、 嵌入式資料庫SQLITE和嵌入式WEB伺服器，上層通訊管理應用層包括 包括B/S模式和C/S模式，其中B/S模式監控終端軟體採用了基於Java Applet技術的客戶端技術，使其與數據集中器應用軟體的Socket通信。
在本發明中數據採集終端與電子式電能表之間的485串口通訊模塊 以半雙工的方式工作，並遵循DL/T 645—1997多功能電能表通訊規約作為 通訊信息傳送的載體；數據採集終端與數據集中器之間的485串口通訊模 塊以485總線的方式提供數據採集終端與數據集中器之間的通訊信道，以 四線全雙工的方式工作，作為數據採集終端與數據集中器之間信息傳送的 載體；數據集中器與遠程管理上位機之間藉助於街區鋪設的寬帶，以以太 網或GPRS或CDMA提供數據集中器與遠程管理上位機之間的通訊信道， 作為數據集中器與遠程管理上位機之間通訊信息傳送的載體。
本發明的優點在於由於數據集中器以嵌入式ARM處理器為核心， 採用嵌入式資料庫SQLITE對抄讀的電能數據進行管理數據管理功能強 大；由於採用了數據採集終端、數據集中器和遠程管理上位機，對抄讀的 電能數據具有多點備份等冗餘數據保護措施，防止意外情況下數據丟失； 由於數據集中器中配有LCD觸控螢幕，能夠在現場提供較好的人機互動接 口。
本發明的優點還在於由於系統採用集控監測，可以節省人力物力， 同時可以實時電價設定分時計價，反竊電控制措施健全；數據採集終端、 數據集中器和遠程管理上位機之間的通訊系統帶有數據加密解密措施，安全性高，尤其是數據集中器和遠程管理上位機之間存在多種通訊渠道，確
保系統中的通訊暢通。


圖1是遠程自動集控監測抄表系統拓撲結構示意圖2數據採集終端的總體結構；
圖3是數據採集終端的軟體結構框圖4是數據集中器硬體框圖5是數據集中器功能模塊圖。
具體實施例方式
附圖非限制性地公開了本發明的具體實施例，下面結合實施例對本發 明作進一步的描述。
如圖1所示，遠程自動集控監測抄表系統由電子式電能表、數據採集 終端、數據集中器、遠程管理上位機以及它們之間的通訊電路組成，其中 一個遠程管理上位機對應多個數據集中器， 一個數據集中器管理對應多個 數據採集終端， 一個數據採集終端連接多個電子式電能表。通訊電路包括
數據採集終端與電子式電能表之間的RS-485串口通訊模塊、數據採集終 端和數據集中器之間的RS-485串口通訊模塊、數據集中器與遠程管理上 位機之間的乙太網通訊模塊。
使用中，數據採集終端將採集的多個電能表的電能量等數據信息處理 後通過信道將數據傳送到數據集中器；數據集中器將接收的各數據採集終 端的數據通過乙太網通訊或GPRS、 CDMA無線通訊模塊將數據傳送到遠 程管理上位機，由遠程管理上位機對多個電能表實施遠程管理。
具體實施時，數據採集終端可以以樓道電錶箱內的全部電子式電能表 為構建基礎；數據集中器可以以變電所轄區內的全部數據採集終端為構建 基礎；遠程管理上位機可以以供電所轄區內的全部數據集中器為構建基 礎。
由圖2可見，數據採集終端以嵌入式處理器為核心，外接數據存儲器 EEPROM，擴展兩個RS-485串口通訊模塊，模塊上設有相應的通訊接口，其中一個用於掛接電子式電能表，另外一個連接到數據集中器；所述的嵌 入式處理器具有ARM7TDMI內核。在本實施例中，以嵌入式處理器採用 了LPC2131，它用8位的地址選擇開關來設置本數據採集終端的地址，並 用跳線來選擇本數據採集終端下電錶的模式(脈衝式電錶模式或者RS-485 電錶模式)；用兩片串行EEPROM AT24C1024來構成本數據採集終端的存 儲模塊，來存儲各個電錶的電量數據和電錶地址信息；由全雙工的RS-485 接口來和集中器進行通信，上傳電量數據；由半雙工的RS-485接口來和 RS-485電錶進行通信，讀取其電量數據；由LPC2131自帶的A/D轉換器 來構成電壓和電流檢測模塊；用SPI接口來進行I/O擴展，其中的I/O輸 入部分主要有三個部分16路脈衝表輸入、16路鍵盤輸入、16路的交流 掉電檢測輸入，1/0輸出部分也分為兩個部分16路繼電器控制輸出和16 路的指示燈輸出。
由圖3可見，數據採集終端的軟體劃分為以下四個模塊系統初始化 模塊、系統通訊模塊、數據採集與系統管理模塊以及電網參數檢測模塊， 如所示。系統初始化模塊主要是在系統正常運行之前做一些系統的初始化 工作，主要包括兩個部分的初始化， 一部分是硬體的初始化，包括串口、 fC接口、 SPI接口以及定時器等的初始化；另一部分是一些重要系統參數
的初始化，包括數據採集終端地址的初始化，電錶模式的初始化，電錶地 址的初始化和用戶電量數據的初始化。數據採集終端的系統通信模塊主要
完成與集中器的RS485通信。而系統功能模塊主要實現電能採集、故障指 示等數據採集終端功能。電網參數檢測模塊主要實現電網電壓以及用戶用 電的通斷狀態的檢測功能。
數據集中器(ccmcentratoi:)是指收集數據採集終端或數據採集模塊(或 電能表)的數據，並進行處理存儲，同時能和遠程上位機或便攜機(手持 編程抄表器)進行數據交換的設備。具體來說集中器的主要任務有兩個 一是完成與數據採集終端的數據通信工作，向數據採集終端下達繼電器開 關命令，定時循環接收數據採集終端的電量數據，或根據系統要求接收某 個電錶或某組電錶的數據；二是根據系統要求完成與遠程上位機的溝通，將用戶用電數據等遠程上位機需要的信息傳送到遠程上位機資料庫中。
數據集中器基於ARM9+嵌入式Linux開發平臺，採用嵌入式資料庫 SQLITE;數據採集終端基於ARM7TOMI平臺。遠程管理上位機和數據集 中器之間採用乙太網、GPRS、 CDMA模塊進行通訊。其中乙太網通信一 方面提供傳統的C/S模式的監控方式，另一方面開發B/S模式的網頁服務。 數據集中器和數據採集終端之間採用485總線通訊。數據採集終端和用戶 電錶之間通訊方式視電錶而定，如果是脈衝電錶，直接連接；如果是485 電錶，則通過485總線連接。
由圖4可見數據集中器基於ARM9微處理器，核心板採用Samsung 的16、 32位RISC處理器S3C2410。
根據集中器對數據存儲容量的要求，每次的電量信息至少要保存用戶 編號，用戶電能值，抄表時間等信息，對於如此大存儲容量，本系統採用 了SD卡進行存儲。
人機接口模塊，採用了 240X320液晶屏和觸控螢幕接口，兼顧用戶習慣， 留用了四個操作按鍵。
對於沒有乙太網的小區，與遠程上位機之間可以選用GPRS、 CDMA 無線模塊進行溝通。
本系統的RS-485通信採用的是專用的RS-485模塊，專用模塊的抗幹 擾等性能得到保障，而且專用模塊有成熟的中繼器，方便進一步組網。以 太網晶片採用比較常用的10M/100M自適應乙太網接口晶片DM9000。
由圖5可見，在本實施例中，數據集中器基於ARM9微處理器，核心 板採用Samsung的16、 32位RISC處理器S3C2410，配置有網絡驅動芯 片、RS-485串口通訊模塊、LCD驅動晶片、SD卡、USB存儲器、觸控螢幕、 LCD和按鍵。同時
數據集中器的上層通訊管理應用層包括WEB動態頁面服務模塊、 JavaApplet、 C/S模式遠程管理接口模塊、通信模塊、數據管理模塊、人機 接口模塊、錯誤處理模塊。
中間件包括嵌入式GUI、嵌入式資料庫SQLITE和嵌入式WEB伺服器、作業系統適配層。
為了實現數據集中器功能，數據集中器軟體中包括嵌入式Linux設備 驅動程序，嵌入式中間件程序，上層通訊管理應用程式。驅動程序包括 網卡驅動、串口驅動、USB驅動、SD卡驅動、觸控螢幕驅動、LCD驅動和 按鍵驅動。
在實際運用中-
與遠程上位機通訊模塊物理層採用寬帶乙太網(或者GPRS、 CDMA 可選)，系統層的驅動程序實現socket的接口函數。應用層通過調用系統 適配層提供的Socket接口進行TCP/IP通訊。值得一提的是本模塊需要實 現應用層網絡協議，應用層網絡協議的實現需要考慮易於實現、與平臺無 關、傳輸效能和安全性等問題。
數據採集終端通信模塊的物理層採用了 RS485模塊，RS485模塊將處 理器出來的RS232電平轉換為485差分信號與數據採集終端進行通信。與 數據採集終端之間通訊需要實現485通訊協議。本系統實現了國家多功能 電錶通信規約DL/T645-1997中的一個子集。
人機接口模塊GUI部分基於嵌入式圖形接口 MiniGUI。需要對 MiniGUI進行移植，包括觸控螢幕、按鍵和LCD驅動程序編寫。另外需要對 MiniGUI輸入抽象接口層(IAL)進行移植，以及編寫用戶界面和實現界 面功能。
數據管理模塊負責數據的存儲、檢索等工作。人機接口模塊以及通信 模塊需要調用數據管理模塊的接口函數。這裡數據管理模塊沒有作為單獨 的線程運行。它只是封裝了一組供其它模塊調用的函數接口。
容錯模塊負責捕捉各個線程的錯誤以及記錄系統狀態。通過各個線程 通過調用此模塊提供的接口函數來進行錯誤狀態標記和査詢。
系統管理遠程上位機(system PC)位於抄表中心內部， 一般為一臺普 通PC機，運行上位機軟體，負責與集中器通信並且存儲、管理相應的各 類用戶數據。遠程上位機系統定時或隨時抄收電錶的電能量數據，對集中 器設置通信參數及操作參數，與供電局用電營業網聯網後，可以進行電費計算、票據列印、統計報表、電費實收等功能。
遠程管理上位機與集中器之間採用了 Win Socket進行編程，實現通信 協議。Windows Sockets規範是一套開放的、支持多種協議的Windows下 網絡編程接口。它是從Berkeley Sockets擴展而來的，其在繼承Berkeley Sockets的基礎上，又進行了新的擴充。這些擴充主要是提供了一些異步 函數，並增加了符合WINDOWS消息驅動特性的網絡事件異步選擇機制。 Winsock是TCP/IP編程最低級的API。其代碼一部分位於wsock32.dll中， 另一部分位於Windows核心。
本遠程管理上位機採用MFC框架的ADO技術進行資料庫開發。ADO
(ActiveX Date Object)是Microsoft資料庫應用程式開發的新接口 ，是建 立在OLE DB之上的高層資料庫訪問技術。ADO技術基於COM
(Component Object Model),具有COM組件的諸多優點，可以用來構造 可復用應用框架，被多種語言支持，能夠訪問包括關係資料庫、非關係數 據庫及所有的文件系統。
ADO封裝了 OLE DB所提供的接口 ，是基於OLE DB模型之上的更高 層應用，比起OLEDB提供者，ADO的接口可以使程式設計師在更高級別上 進行數據交互，並且保留了 MFC/ODBC和DAO的特性。ADO技術不僅 可以應用於關係資料庫，也可以應用於非關係資料庫。可以用統一的方法 對不同的文件系統進行訪問，大大簡化了程序編制，增加了程序的可移植 性。
權利要求
1、一種遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於a)數據採集終端以嵌入式處理器為核心，外設數據存儲器EEPROM，擴展兩個RS-485串口通訊模塊，模塊上設有相應的通訊接口，其中一個用於掛接電子式電能表，另外一個連接到數據集中器；所述的數據採集終端至少下掛兩個電子式電能表；b)數據集中器以嵌入式ARM處理器為核心，同時，外設程序存儲器FLASH和數據存儲器SDRAM，外擴RS-485串口通訊模塊和遠程通訊模塊；其中RS-485串口通訊模塊掛接數據採集終端，數據集中器至少下掛兩個數據採集終端；c)遠程管理上位機以一臺普通PC為基礎，設有資料庫伺服器，遠程管理上位機至少通過遠程通訊模塊與兩個數據集中器溝通。
2、 根據權利要求l所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於 所述的數據採集終端以樓道電錶箱內的全部電子式電能表為構建基礎；所 述的數據集中器以變電所轄區內的全部數據採集終端為構建基礎；所述的 遠程管理上位機以供電所轄區內的全部數據集中器為構建基礎；所述的遠 程通訊模塊乙太網通訊模塊和/或GPRS通訊模塊和/或CDMA通訊模塊。
3、 根據權利要求1或2所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵 在於所述的數據採集終端採用的嵌入式處理器具有ARM7TDMI內核； 所述的電子式電能表是指脈衝式電錶模式或者RS-485電錶模式的電能 表。
4、 根據權利要求3所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於 數據採集終端通過SPI總線擴展I/0接口， 1/0接口的輸入部分包括16 路脈衝表輸入、16路鍵盤輸入、16路的交流掉電檢測輸入，1/0接口的輸 出包括16路繼電器控制輸出和16路的指示燈輸出。
5、 根據權利要求1或2所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵 在於所述的數據集中器基於ARM9微處理器，數據集中器中包括乙太網。GPRS、 CDMA、 RS485、 LCD觸控螢幕、SD卡和USB的接口電路。
6、 根據權利要求5所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於 數據集中器軟體包括嵌入式Linux設備驅動程序，嵌入式中間層和上層通 訊管理應用層，其中嵌入式中間層包括:嵌入式GUI、嵌入式資料庫SQLITE 和嵌入式WEB伺服器，上層通訊管理應用層包括包括B/S模式和C/S 模式，其中在B/S模式監控終端軟體採用了基於Java Applet技術的客戶端 技術，使其與數據集中器應用軟體的Socket通信。
7、 根據權利要求l所述的遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於 數據採集終端與電子式電能表之間的485串口通訊模塊以半雙工的方式工 作，並遵循DL/T 645—1997多功能電能表通訊規約作為通訊信息傳送的載 體；數據採集終端與數據集中器之間的485串口通訊模塊以485總線的方 式提供數據採集終端與數據集中器之間的通訊信道，以四線全雙工的方式 工作，作為數據採集終端與數據集中器之間信息傳送的載體；數據集中器 與遠程管理上位機之間藉助於街區鋪設的寬帶，以乙太網或GPRS或 CDMA提供數據集中器與遠程管理上位機之間的通訊信道，作為數據集中 器與遠程管理上位機之間通訊信息傳送的載體。
全文摘要
本發明涉及一種遠程自動集控監測抄表系統，其特徵在於數據採集終端以嵌入式處理器為核心，外接數據存儲器EEPROM，擴展兩個RS-485串口通訊模塊，模塊上設有相應的通訊接口，其中一個用於掛接電子式電能表，另一個連接到數據集中器，數據採集終端至少下掛兩個電子式電能表；數據集中器以嵌入式ARM處理器為核心，同時，外設程序存儲器FLASH和數據存儲器SDRAM，外擴RS-485串口通訊模塊和遠程通訊模塊，其中RS-485串口通訊模塊掛接數據採集終端，數據集中器至少下掛兩個數據採集終端；遠程管理上位機以一臺普通PC為基礎，設有資料庫伺服器，遠程管理上位機至少通過遠程通訊模塊與兩個數據集中器溝通。
文檔編號G01R11/00GK101285849SQ20081012392
公開日2008年10月15日 申請日期2008年6月12日 優先權日2008年6月12日
發明者丁志穩, 超 嚴, 斌 張, 白文保, 馬旭東 申請人:江蘇中電科技有限公司