遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng).doc

大學(xué)畢業(yè)論文 目錄：前言3一 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)簡(jiǎn)述3(一)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展3(二)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的工作原理及構(gòu)成3二 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)7(一)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集原理7(二)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成7三 數(shù)據(jù)通信與傳輸10(一)本文涉及的數(shù)據(jù)通信方式簡(jiǎn)介10(二)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議簡(jiǎn)介10(三)服務(wù)軟件12(四)數(shù)據(jù)傳輸安全問(wèn)題14四 數(shù)據(jù)處理14(一)數(shù)據(jù)處理中心的組成及功能14(二)安全措施16結(jié)論16致謝17參考文獻(xiàn)17遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng) 摘 要：隨著微電子技術(shù)、智能儀表、通信、計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)應(yīng)運(yùn)而生并得到了廣泛的發(fā)展。本文介紹了遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的各個(gè)組成的部分，包括數(shù)據(jù)采集器，數(shù)據(jù)通訊網(wǎng)絡(luò)及傳輸目的地的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)等方面的相關(guān)內(nèi)容。 關(guān)鍵詞：遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng) 數(shù)據(jù)采集 遠(yuǎn)程控制 網(wǎng)絡(luò) 通信 前言遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)是一種采用通訊和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，將安裝在用戶處的水電氣表所記錄的止碼數(shù)據(jù)通過(guò)線路傳輸匯總到營(yíng)業(yè)部門，代替人工抄表及后續(xù)相關(guān)工作的自動(dòng)化系統(tǒng)。采用此方式不僅能節(jié)約大量人力資源，更重要的是提高抄表的準(zhǔn)確性，物業(yè)管理部門能得到及時(shí)準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)信息，同時(shí)，用戶不再需要與抄表者預(yù)約時(shí)間。整個(gè)過(guò)程中無(wú)需人工參與，方便了用戶又提高了效率。一 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)簡(jiǎn)述(一)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展遠(yuǎn)程抄表是從電能計(jì)量表發(fā)展起來(lái)的，隨著電能計(jì)量表由傳統(tǒng)的機(jī)械式、電子式脈沖表向多功能電子式電能表的發(fā)展，遠(yuǎn)程抄表計(jì)費(fèi)系統(tǒng)也經(jīng)歷了一個(gè)從集中式系統(tǒng)向分布式、網(wǎng)絡(luò)化、開放式系統(tǒng)轉(zhuǎn)變的發(fā)展過(guò)程。用量的數(shù)據(jù)采集也同樣從集中式脈沖處理系統(tǒng)發(fā)展為分布式直接傳輸系統(tǒng)。采用集中脈沖方式的系統(tǒng)，用量采集和傳輸是以用量脈沖計(jì)數(shù)為基礎(chǔ)的，在廠站需增加中間轉(zhuǎn)換器用來(lái)存儲(chǔ)和傳輸根據(jù)脈沖計(jì)數(shù)值而得到的用量信息。數(shù)據(jù)采集中心不能直接與表通信，不能實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代水電氣等能源管理系統(tǒng)所必須的對(duì)表的參數(shù)的下載功能。脈沖電能表在80年代占主導(dǎo)地位，但90年代后分布式直接傳輸?shù)闹悄茈姳碓絹?lái)越普遍，且近年來(lái)的新型固態(tài)智能化多功能表的發(fā)展，使得先進(jìn)的分布式直接數(shù)字傳輸系統(tǒng)成為可能并占據(jù)主導(dǎo)地位。 近幾年其它能源計(jì)量方式發(fā)展很快，如智能水表、智能氣表等。這都促進(jìn)了遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表計(jì)費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)展。(二)遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的工作原理及構(gòu)成1.遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)原理及構(gòu)成簡(jiǎn)述：遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要包括4個(gè)部分：具有抄表功能的智能表、區(qū)域集中中心、抄表交換機(jī)和中央主控機(jī)房。區(qū)域集中中心是將多臺(tái)智能表連接成本地網(wǎng)絡(luò)，并將它們的用量數(shù)據(jù)集中匯總，其本身具有通信功能且含有專用軟件。當(dāng)多臺(tái)區(qū)域集中中心需再聯(lián)網(wǎng)時(shí)所采用的設(shè)備就稱為抄表交換機(jī)，它可與公共數(shù)據(jù)網(wǎng)接口。有時(shí)區(qū)域集中中心和抄表交換機(jī)可合二為一。中央主控機(jī)房是利用公用數(shù)據(jù)網(wǎng)，將所得智能表數(shù)據(jù)抄回并進(jìn)行處理的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)。遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)主要由水電氣智能表、采集器、集中器、數(shù)據(jù)傳輸通道、主站系統(tǒng)構(gòu)成，通過(guò)網(wǎng)絡(luò)還可以和供電、供水、供氣公司的營(yíng)業(yè)收費(fèi)系統(tǒng)相連實(shí)現(xiàn)抄表收費(fèi)一體化。如圖1。 表機(jī)械采多表載波集中器集電力線營(yíng)業(yè)系統(tǒng)表通信電器抄表主機(jī)子單表載波集中器調(diào)制解調(diào)器表載電力線 波表 機(jī)械信號(hào)線總線方式集中器采485紅外抄收集表電器網(wǎng)線圖1 子抄表有脈沖抄表和機(jī)械抄表兩種，脈沖抄表可輸出標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)到采集器，而機(jī)械抄表需將用戶的用量通過(guò)光或磁的方法轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)脈沖信號(hào)。 采集器(或稱為采集模塊)-采集器分為單表采集器和多表采集器兩種，單表采集器只能采集、存儲(chǔ)1塊表的數(shù)據(jù)，多表采集器可同時(shí)采集、存儲(chǔ)8、12、16、24、32或64塊表的數(shù)據(jù)，采集器除完成抄表的用量數(shù)據(jù)采集工作以外，還要根據(jù)系統(tǒng)的要求完成與集中器之間的數(shù)據(jù)通信，將需要傳送的數(shù)據(jù)送到集中器中。 集中器-集中器的主要任務(wù)有兩個(gè)，一是完成與采集器的數(shù)據(jù)通信工作，向采集器下達(dá)用量數(shù)據(jù)凍結(jié)命令，定時(shí)循環(huán)接收采集器的用量數(shù)據(jù)，或根據(jù)系統(tǒng)要求接收某個(gè)抄表或某組抄表的數(shù)據(jù)。另外的任務(wù)就是根據(jù)系統(tǒng)要求完成與主站的通信，將用戶所使用的水、電、氣用量的數(shù)據(jù)等信息傳送到主站數(shù)據(jù)庫(kù)中。 通信信道-上行通道：指的是集中器與主站之間的通信線路，可以采用電話、無(wú)線、專線等通信介質(zhì)；下行通道：指的是集中器與采集器之間的通信線路，主要有485總線、電力線載波兩種通信方式。 主站系統(tǒng)-定時(shí)或隨時(shí)抄收居民三表的數(shù)據(jù)，對(duì)集中器設(shè)置通信參數(shù)及操作參數(shù)，與供電供水供氣公司營(yíng)業(yè)網(wǎng)聯(lián)網(wǎng)后，可以進(jìn)行費(fèi)用計(jì)算、票據(jù)打印、統(tǒng)計(jì)報(bào)表、費(fèi)用實(shí)收等功能。2.各類遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表方式簡(jiǎn)介485總線方式自動(dòng)抄表系統(tǒng) 485總線方式的抄表系統(tǒng)主要由具有抄表功能的智能表、采集器、集中器、數(shù)據(jù)信道機(jī)以及若干臺(tái)計(jì)算機(jī)組成。其中采集器負(fù)責(zé)將若干個(gè)電表的用電數(shù)據(jù)集中進(jìn)行處理、計(jì)算及打包向上發(fā)送。若干個(gè)采集器通過(guò)雙絞線與集中器相連，組成一個(gè)485網(wǎng)絡(luò)。集中/轉(zhuǎn)發(fā)器負(fù)責(zé)與主臺(tái)計(jì)算機(jī)和采集器進(jìn)行通信，它與主臺(tái)計(jì)算機(jī)之間的通信可選電話線、無(wú)線電、專線電纜等多種方式。抄表集中器電路框圖通過(guò)RS485連接的智能表公用電話網(wǎng)總線式遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)框圖 圖2單485總線抄表系統(tǒng)： 系統(tǒng)由主站、信道、集中器、采集器和智能表構(gòu)成。主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與采集器之間(下行)采用屏蔽雙絞線，通信方式為485總線，采集器和智能表之間用一般導(dǎo)線連接，用于脈沖采集。 該系統(tǒng)適用于城市居民小區(qū)和較密集的商住樓，且智能表已安裝在集中式表箱中。每個(gè)單元安裝一臺(tái)采集器，可采集集中表箱內(nèi)的所有智能表脈沖。對(duì)于小區(qū)內(nèi)部的小商業(yè)用戶和單位，可以敷設(shè)脈沖線到就近樓層單元的采集器，若距離超過(guò)100m，應(yīng)單獨(dú)安裝一臺(tái)采集器。大約3050個(gè)采集器需配置一個(gè)集中器，但485網(wǎng)線長(zhǎng)度應(yīng)不超過(guò)1200m。 單485總線抄表系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)： 技術(shù)簡(jiǎn)單、成熟，易于實(shí)現(xiàn)；對(duì)全電子式智能表，無(wú)需改造；總線傳輸速率高，可靠性高。 通過(guò)采用相應(yīng)的信道編碼技術(shù)，網(wǎng)線的合理配置，可使抄收率和數(shù)據(jù)可用率達(dá)到兩個(gè)100%。 由于采用多塊表集中抄收的方式降低了每戶成本，同時(shí)也降低了整個(gè)系統(tǒng)造價(jià)。單485總線抄表系統(tǒng)缺點(diǎn)： 施工布線工作量大，網(wǎng)線很容易受人為破壞。 線路損壞后，故障點(diǎn)不易查找。 易受雷擊和過(guò)電壓的影響。 單485總線抄表系統(tǒng)的適用范圍： 該系統(tǒng)適用城市居民小區(qū)和較密集的商住樓，且智能表已安裝在集中式表箱中。雙485總線抄表系統(tǒng)： 系統(tǒng)由主站、信道、集中器、采集器、485模塊和具有抄表功能的智能表構(gòu)成。主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與采集器之間(下行)采用屏蔽雙絞線(485總線)，采集器和智能表之間也采用屏蔽雙絞線(485總線)，用于采集智能表數(shù)據(jù)。 該產(chǎn)品適用于城市較分散的商業(yè)用戶和居民用戶，每個(gè)智能表需要安裝內(nèi)置式485模塊，該模塊將智能表的脈沖轉(zhuǎn)換為數(shù)據(jù)，然后通過(guò)485接口傳送到采集器。智能表之間的485總線長(zhǎng)度不能超過(guò)1200m。 該系統(tǒng)由于采用了雙485總線結(jié)構(gòu)，故數(shù)據(jù)傳輸速率高，可靠性高，又因?yàn)橹悄鼙聿捎脙?nèi)置式485轉(zhuǎn)換模塊，脈沖傳輸更為可靠。缺點(diǎn)仍然是施工布線工作量大，網(wǎng)線易受人為破壞。載波抄表系統(tǒng) （以電能表為例）低壓電力線的基本傳輸特性及通信技術(shù)： 簡(jiǎn)單的說(shuō)，影響電力線載波傳輸質(zhì)量主要有兩個(gè)因素：一個(gè)是電力網(wǎng)絡(luò)的阻抗特性及其衰減，另一個(gè)是噪聲的干擾。第一個(gè)因素制約著信號(hào)的傳輸距離，第二個(gè)因素決定著數(shù)據(jù)傳輸?shù)馁|(zhì)量。 低壓電力網(wǎng)的噪聲干擾主要由配電變壓器和用戶裝置產(chǎn)生。噪聲基本來(lái)源為：通用交、直流兩用電機(jī)，帶有可控硅的調(diào)光裝置，電視接收機(jī)等。這些設(shè)備產(chǎn)生的背景噪聲包括：隨機(jī)噪聲、平滑頻譜噪聲以及工頻諧波噪聲等。 以上可以看出，載波傳輸系統(tǒng)所處的環(huán)境是很惡劣的，所以應(yīng)采取某些措施消除噪聲，特別是脈沖噪聲對(duì)數(shù)據(jù)傳輸?shù)挠绊憽?到目前為止，國(guó)內(nèi)廠家生產(chǎn)的載波采集模塊大部分是基于FSK調(diào)制技術(shù)的，部分廠家使用的是擴(kuò)頻技術(shù)。 相對(duì)于采用擴(kuò)頻技術(shù)的模塊而言，基于FSK調(diào)制的采集模塊的優(yōu)點(diǎn)是成本較低，實(shí)現(xiàn)比較容易，但其缺點(diǎn)也比較明顯，即抗噪聲干擾和抗諧波能力相對(duì)較差。 對(duì)于采用擴(kuò)頻技術(shù)的采集模塊，由于采用具有寬帶傳輸特征的擴(kuò)頻通信技術(shù)，使得系統(tǒng)在抗干擾能力方面有了較大幅度的改進(jìn)，使得抄表系統(tǒng)的可靠性得到了一定程度的提高。 實(shí)踐證明，為適應(yīng)不同電網(wǎng)結(jié)構(gòu)、不同居民區(qū)、以及不同時(shí)間劇烈變化的負(fù)荷的實(shí)際要求，不論是FSK調(diào)制，還是擴(kuò)頻調(diào)制的電力線載波系統(tǒng)，都必需針對(duì)具體情況，通過(guò)接力或加大功率(在允許的范圍內(nèi))等措施延長(zhǎng)傳播距離和提高傳輸可靠性，以實(shí)現(xiàn)全天候可靠的電表數(shù)據(jù)抄收。 單表載波模塊的載波抄表系統(tǒng)： 單表載波模塊的載波抄表系統(tǒng)指每塊表內(nèi)均安裝一塊載波采集模塊，每個(gè)采集模塊完成電量的數(shù)據(jù)采集計(jì)算，并通過(guò)低壓電力線與設(shè)在變壓器副邊側(cè)的集中/轉(zhuǎn)發(fā)器進(jìn)行通信。 系統(tǒng)由主站、信道、載波集中器、載波電能表構(gòu)成。 主信道(上行)一般采用公用電話網(wǎng)(PSTN)，集中器與載波電能表之間(下行)采用低壓電力線載波。該載波電能表是由電能表加載波模塊組成。其主要優(yōu)點(diǎn)：充分利用電力線資源，無(wú)需重新布線，技術(shù)先進(jìn)，是抄表技術(shù)的發(fā)展方向。 主要缺點(diǎn)： 高頻載波信號(hào)只能在一個(gè)臺(tái)區(qū)內(nèi)傳輸，無(wú)法跨臺(tái)區(qū)傳送信號(hào)，必需借助其它通信手段將電表數(shù)據(jù)從集中器送到電表抄收中心或營(yíng)業(yè)中心。 由于低壓電力線本身的介質(zhì)、結(jié)構(gòu)和負(fù)荷的影響，載波信號(hào)易受干擾，全天候的電能表可靠抄收比較困難，必需通過(guò)中繼或其它技術(shù)手段加以解決。 由于單表模塊尺寸和成本的限制，使得在軟件和硬件上，很難進(jìn)一步提高模塊的可靠性和穩(wěn)定性，這也在一定程度上，影響了系統(tǒng)的性能。 多表一個(gè)采集器的載波抄表方式： 多表一個(gè)采集器的載波抄表方式類似于485總線的抄表方式，多塊電能表共用1個(gè)采集器。唯一不同的是采集終端(模塊)與集中器之間的通信不是采用485雙絞線，而是通過(guò)低壓電力線實(shí)現(xiàn)載波通信。 其它特殊自動(dòng)抄表系統(tǒng) 超窄帶(UNB)載波抄表系統(tǒng)(跨臺(tái)區(qū)單表載波)： 該系統(tǒng)的技術(shù)特點(diǎn)：超窄帶技術(shù)的傳輸帶寬只有0.001Hz，傳輸功率只需0.3mW，載波單元可直接安裝在電能表內(nèi)，每個(gè)載波單元通過(guò)編程分配一個(gè)不同的頻率，多個(gè)載波單元(目前可接2880個(gè))與位于變電所的接收器同時(shí)進(jìn)行通信，通信傳輸距離長(zhǎng)，可達(dá)200km。由于使用極低的頻率(59.5Hz)進(jìn)行信號(hào)傳輸，因此信號(hào)穿透力強(qiáng)，可通過(guò)變壓器、線路和電容器，不需附加任何增益設(shè)備，不受其他設(shè)備的干擾，也不干擾其他設(shè)備的正常運(yùn)行。但由于采用超窄帶調(diào)制技術(shù)，數(shù)據(jù)傳輸速率較低，傳輸一個(gè)數(shù)據(jù)位需要33min，傳送一個(gè)完整的電量數(shù)據(jù)需要16h，實(shí)時(shí)性差。對(duì)于抄表系統(tǒng)而言，如果我們能夠忍受系統(tǒng)的延遲性(一個(gè)完整的數(shù)據(jù)包傳送需要十幾個(gè)小時(shí)以上)，那么出于超窄帶傳輸系統(tǒng)的極高傳輸可靠性以及極強(qiáng)的穿透力，完全可以認(rèn)為此系統(tǒng)是一可使用的實(shí)用抄表系統(tǒng)，對(duì)此應(yīng)當(dāng)引起我們的重視。該系統(tǒng)適合于城鄉(xiāng)分散的居民用戶和工業(yè)用戶抄表，特別適用于對(duì)農(nóng)村配變智能表的跨臺(tái)區(qū)的抄收。 紅外抄表系統(tǒng)： 系統(tǒng)由主站、紅外掌上機(jī)、采集器和智能表構(gòu)成，采集器完成對(duì)某一表箱中的所有表的用量采集，不設(shè)集中器，也不需要通信線路，抄表時(shí)由工作人員到現(xiàn)場(chǎng)，用掌上機(jī)抄收采集器中存儲(chǔ)的智能表數(shù)據(jù)，然后返回主站，將掌上機(jī)中已抄的智能表數(shù)據(jù)通過(guò)RS232口，傳送到主站計(jì)算機(jī)。該系統(tǒng)由于省去了集中器和485布線，故工程造價(jià)大大降低，缺點(diǎn)是需人到現(xiàn)場(chǎng)，自動(dòng)化程度有所降低。適合于城市或農(nóng)村水電氣表已集中的居民抄表。 3.上述系統(tǒng)主要由四層組成：第一層數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換層：主要負(fù)責(zé)將電、水、燃?xì)獗淼挠?jì)量脈沖信號(hào)轉(zhuǎn)換成編碼數(shù)據(jù)，供采集器收集。第二層數(shù)據(jù)采集層：主要負(fù)責(zé)將三表傳送到的編碼數(shù)據(jù)進(jìn)行處理收集、發(fā)送。第三層數(shù)據(jù)傳輸層：主要負(fù)責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸和通信。第四層數(shù)據(jù)管理層：小區(qū)用戶數(shù)據(jù)管理，如數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，數(shù)據(jù)查詢，輸出報(bào)表等；并與有關(guān)行業(yè)管理部門如電力公司，自來(lái)水公司，燃?xì)夤竞豌y行的計(jì)算機(jī)中心進(jìn)行用戶三表信息的數(shù)據(jù)交換和費(fèi)用收取。二 數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)智能水表(一)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集原理數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的原理框圖如圖所示：圖3RS485到RS232轉(zhuǎn)換單片機(jī)數(shù)據(jù)采集儀計(jì)算機(jī)智能電表 圖3智能氣表(二)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)組成在數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，為了提高系統(tǒng)的智能化、可靠性、實(shí)用性，采用雙CPU的方法，即在數(shù)據(jù)采集的遠(yuǎn)端、近端均采用單片機(jī)控制，遠(yuǎn)端完成數(shù)據(jù)采集、抽樣、平滑、發(fā)送，近端完成數(shù)據(jù)接收、校驗(yàn)、糾錯(cuò)、處理與顯示等。CPU采用目前廣泛應(yīng)有的MCSS51系列芯片，該芯片功能較強(qiáng)并且價(jià)格低廉，被廣泛應(yīng)用于測(cè)控系統(tǒng)中。在近端與遠(yuǎn)端通訊中，采用國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)RS485差分方式接口，使通訊速率和傳輸距離大于RS232標(biāo)準(zhǔn)接口方式，并且用線最少，在一定程度上減低了設(shè)備的復(fù)雜程度和成本。由于采用差分傳輸，可最大程度抑制共模信號(hào)，使抗干擾能力也有了很大提高。1.數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖：系統(tǒng)由以下幾個(gè)模塊構(gòu)成 數(shù)據(jù)采集器；主從CPU通信和數(shù)據(jù)處理；鍵盤控制與數(shù)據(jù)顯示。EPROM遠(yuǎn)端CPU數(shù)據(jù)采集器水電氣表 RS485接口顯示模塊8279RS485接口主控端CPUEPROM圖4鍵盤 采集器對(duì)智能水電氣表中的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行采集，轉(zhuǎn)換結(jié)果由單片機(jī)接收，之后再將單片機(jī)采集的數(shù)據(jù)通過(guò)串口經(jīng)電平轉(zhuǎn)換向上位機(jī)傳輸。其中單片機(jī)是整個(gè)數(shù)據(jù)采集器的核心。2.軟件設(shè)計(jì)在設(shè)計(jì)軟件時(shí)要從系統(tǒng)實(shí)用、可靠及方面使用幾方面予以考慮，特別加入了開機(jī)自檢、通訊線路故障警告等功能。本系統(tǒng)近端主機(jī)與遠(yuǎn)端從機(jī)的通訊協(xié)議如下：主機(jī)發(fā)送的一字節(jié)指令，其高四位和低四位均為要采集的通道號(hào)，格式為：0AAA0AAA。其中AAA000111。從機(jī)回送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)。主機(jī)發(fā)送完指令后，立即轉(zhuǎn)入接收狀態(tài)，等待從機(jī)回送兩字節(jié)的數(shù)據(jù)，若在一定時(shí)間內(nèi)未收到數(shù)據(jù)或收到的兩字節(jié)不一致，則認(rèn)為通訊有誤，轉(zhuǎn)而重發(fā)一次指令。若重發(fā)三次均未成功，則點(diǎn)亮線路故障警告燈提醒用戶。如圖5從機(jī)在收到指令后，對(duì)其進(jìn)行有效性分析，若由于干擾造成無(wú)效指令，則等待主機(jī)重發(fā)一次，否則發(fā)送兩字節(jié)數(shù)據(jù)。采用這種方式是為了增強(qiáng)通訊的可靠性，便于CPU檢驗(yàn)。如圖7為增強(qiáng)數(shù)據(jù)采集的實(shí)時(shí)性，從機(jī)在未收到指令時(shí)，輪流對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行采集變換，并存入緩沖內(nèi)存；在收到指令后，可以最快速度價(jià)格將最新的轉(zhuǎn)換結(jié)果回送主機(jī)。主機(jī)對(duì)收到的有效數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，將數(shù)值大小為0255之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為05V的電壓值，進(jìn)行顯示。同時(shí)掃描鍵盤，處理各種功能鍵，完成用戶的通道選擇、循環(huán)等功能。作為實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集、控制系統(tǒng)，CPU應(yīng)對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行各種處理，并輸出控制信號(hào)。如圖6開始錯(cuò)誤次數(shù)加1發(fā)送指令等待第一字節(jié)回送超時(shí)否？收到否？NNYY等待第二字節(jié)返回超時(shí)否？收到否？NNYY字節(jié)一致？N錯(cuò)誤次數(shù)3？YNY出錯(cuò)報(bào)警返回圖5 開始初始化取A路當(dāng)前通道號(hào)A路循環(huán)否？通道號(hào)加1YN開始調(diào)用SAMPLE子程序出錯(cuò)否？Y現(xiàn)場(chǎng)保護(hù)，取指令N高低四位相等？數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并顯示取B路當(dāng)前通道號(hào)N調(diào)用SAMPLE子程序Y取該通道A/D結(jié)果并回送兩字節(jié)出錯(cuò)否？YN恢復(fù)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并顯示返回按鍵處理延時(shí)結(jié)束否？N圖7Y圖6三 數(shù)據(jù)通信與傳輸(一)本文涉及的數(shù)據(jù)通信方式簡(jiǎn)介RS-485 通信網(wǎng)絡(luò)作為一種成熟的技術(shù),已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用于工業(yè)控制、汽車電子、電信設(shè)備等等很多領(lǐng)域。RS-485是一種多點(diǎn)、差分?jǐn)?shù)據(jù)傳輸?shù)碾姎庖?guī)范,它的噪音抑制能力很強(qiáng),數(shù)據(jù)傳輸速率可達(dá)10Mbps,傳輸距離長(zhǎng)達(dá)1200m。它能夠在一條或一對(duì)雙絞線上實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)的半雙工或全雙工的通信。在實(shí)際應(yīng)用中，遠(yuǎn)程抄表就是要將數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)得到的數(shù)據(jù)通過(guò)一條總線傳輸?shù)街鳈C(jī)上匯總、分析、計(jì)算、顯示、存儲(chǔ)等操作。這就構(gòu)成了一個(gè)一點(diǎn)（主機(jī)）對(duì)多點(diǎn)（被監(jiān)測(cè)對(duì)象）的分布式網(wǎng)絡(luò)，而且通信距離常常要求很遠(yuǎn)。這可以由RS485網(wǎng)絡(luò)完成。當(dāng)然數(shù)據(jù)傳輸也可以利用中國(guó)移動(dòng)的GPRS無(wú)線數(shù)字網(wǎng)絡(luò)，GPRS設(shè)為通道，通訊協(xié)議為TCP/IP,UDP；這里不贅述。(二)數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)及協(xié)議簡(jiǎn)介1.網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)：RS485的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)一般采用終端匹配的總線結(jié)構(gòu)，不支持環(huán)形或星型網(wǎng)絡(luò)。布線時(shí)應(yīng)該盡量使用一條單一的連續(xù)信號(hào)通道作為總線，從總線到節(jié)點(diǎn)的引出線盡量短，以便使信號(hào)在各支路末端反射后與原信號(hào)的疊加對(duì)總線信號(hào)的影響最低。總線在布線時(shí)，應(yīng)避免與動(dòng)力線系統(tǒng)電源線靠近且平行布置，盡量與其距離遠(yuǎn)一些布置。2.網(wǎng)絡(luò)介質(zhì)：RS485網(wǎng)絡(luò)的傳輸介質(zhì)一般選用雙絞線，在環(huán)境干擾比較大的時(shí)候，可以選用帶屏蔽的雙絞線，屏蔽層應(yīng)在網(wǎng)絡(luò)的源端單點(diǎn)接地，可有效地防止外界干擾?？偩€到節(jié)點(diǎn)的引出可以使用以太網(wǎng)經(jīng)常使用的二分口，也可以考慮直接將兩個(gè)直接相連的RJ45插座做到采集板上。3.通信協(xié)議：主機(jī)：整個(gè)系統(tǒng)的工作時(shí)序是由主機(jī)來(lái)控制的，一般采用輪訓(xùn)方式，即每隔一段時(shí)間主機(jī)對(duì)系統(tǒng)內(nèi)的所有從機(jī)依次查詢。具體的通信協(xié)議可以根據(jù)實(shí)際情況來(lái)決定，但是主機(jī)發(fā)送的查詢語(yǔ)句必須包含所要查詢的從機(jī)的地址。網(wǎng)絡(luò)中的通信采用輪訓(xùn)方式進(jìn)行，所有采集器都處于監(jiān)聽網(wǎng)絡(luò)中的數(shù)據(jù)狀態(tài)，所有主從機(jī)間的通信都由PC端發(fā)起，采集器和PC發(fā)送的數(shù)據(jù)格式采用不同的幀頭來(lái)區(qū)分，采集器只接收PC發(fā)送的幀，各個(gè)采集器之間不能互相通信，采集器只有收到地址相符的數(shù)據(jù)幀才開始發(fā)送數(shù)據(jù)，這樣就可以保證整個(gè)網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行的任意時(shí)刻都只有一臺(tái)設(shè)備在發(fā)送數(shù)據(jù)。從機(jī)：當(dāng)選用半雙工通信方式時(shí)，發(fā)送和接收使用同一條物理通道，在任意時(shí)刻都只有一個(gè)節(jié)點(diǎn)處于發(fā)送態(tài)，因此要求應(yīng)答的單機(jī)必須在監(jiān)聽到總線上查詢信號(hào)已發(fā)送完畢，并且經(jīng)過(guò)確認(rèn)該查詢信號(hào)的地址是否是本機(jī)的地址，如果是本機(jī)的地址才可以應(yīng)答，不是繼續(xù)監(jiān)聽。 PC機(jī)程序及單片機(jī)中斷服務(wù)程序的簡(jiǎn)單流程圖：終端服務(wù)程序關(guān)中斷接收命令幀開中斷返回圖8開始串口初始化發(fā)送命令幀延時(shí)事件驅(qū)動(dòng)？NN結(jié)束校驗(yàn)和正確？接受數(shù)據(jù)圖94.數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程中的檢錯(cuò)和糾錯(cuò)問(wèn)題由于模擬信道的噪聲比較嚴(yán)重, 為正確通信, 有必要使用一定的編碼方式進(jìn)行檢錯(cuò)和糾錯(cuò)。綜合考慮系統(tǒng)CPU資源的占用情況,可以選擇簡(jiǎn)單有效的二維奇偶校驗(yàn)碼作為基本校驗(yàn)碼, 但二維奇偶校驗(yàn)碼有明顯的局限性:不能檢出幀數(shù)據(jù)中構(gòu)成矩形的4個(gè)錯(cuò)碼元。為進(jìn)一步提高通信可靠性,在發(fā)送端多次發(fā)送同一幀數(shù)據(jù), 接收端在連續(xù)接收到的3幀數(shù)據(jù)中, 如果發(fā)現(xiàn)有2幀完全相同, 則認(rèn)為該數(shù)據(jù)發(fā)送正確, 稱為三中取二的方式, 其效果相當(dāng)于一個(gè)低通濾波器。用這種方法可以有效地提高通信的可靠性, 但需要注意的是, 如果接收端在某一幀的連續(xù)發(fā)送過(guò)程中始終沒(méi)有接到其正確幀, 則拒收本幀, 也即這種糾錯(cuò)方式不能確保所有幀的有效傳遞。5.幀信息的分段SDLC/HDLC的一幀信息包括以下幾個(gè)場(chǎng)(Filed），所有場(chǎng)都是從有效位開始傳送。（1）SDLC/HDLC標(biāo)志字符：SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定，所有信息傳輸必須以一個(gè)標(biāo)志字符開始，且以同一個(gè)字符結(jié)束。這個(gè)標(biāo)志字符是01111110，稱標(biāo)志場(chǎng)(F)。從開始標(biāo)志到結(jié)束標(biāo)志之間構(gòu)成一個(gè)完整的信息單位，稱為一幀(Frame)。所有的信息是以幀的形傳輸?shù)?，而?biāo)志字符提供了每一幀的邊界。接收端可以通過(guò)搜索“01111110”來(lái)探知幀的開頭和結(jié)束，以此建立幀同步。（2）地址場(chǎng)和控制場(chǎng)：在標(biāo)志場(chǎng)之后，可以有一個(gè)地址場(chǎng)A(Address）和一個(gè)控制場(chǎng)C(Control)。地址場(chǎng)用來(lái)規(guī)定與之通信的次站的地址?？刂茍?chǎng)可規(guī)定若干個(gè)命令。SDLC規(guī)定A場(chǎng)和C場(chǎng)的寬度為8位或16位。接收方必須檢查每個(gè)地址字節(jié)的第一位，如果為“0”，則后面跟著另一個(gè)地址字節(jié)；若為“1”，則該字節(jié)就是最后一個(gè)地址字節(jié)。同理，如果控制場(chǎng)第一個(gè)字節(jié)的第一位為為“0”，則還有第二個(gè)控制場(chǎng)字節(jié)，否則就只有一個(gè)字節(jié)。（3）信息場(chǎng)：跟在控制場(chǎng)之后的是信息場(chǎng)I(Information)。I場(chǎng)包含有要傳送的數(shù)據(jù)，并不是每一幀都必須有信息場(chǎng)。即數(shù)據(jù)場(chǎng)可以為0，當(dāng)它為0時(shí)，則這一幀主要是控制命令。（4）幀校驗(yàn)信息：緊跟在信息場(chǎng)之后的是兩字節(jié)的爭(zhēng)校驗(yàn)，幀校驗(yàn)場(chǎng)稱為FC(Frame Check)場(chǎng)或稱為幀校驗(yàn)序列FCS(Frame check Squence)。SDLC/HDLC均采用16位循環(huán)冗余校驗(yàn)碼CRC（Cyclic Redundancy Code)。除了標(biāo)志場(chǎng)和自動(dòng)插入的“0”以外，所有的信息都參加CRC計(jì)算。實(shí)際應(yīng)用時(shí)的兩個(gè)技術(shù)問(wèn)題：（1）“0”位插入/刪除：如上所述，SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定以01111110為標(biāo)志字節(jié)，但在信息場(chǎng)中也完全有可能有同一種模式的字符，為了把它與標(biāo)志區(qū)分開來(lái)，所以采取了“0”位插入和刪除技術(shù)。具體作法是發(fā)送端在發(fā)送所有信息（除標(biāo)志字節(jié)外）時(shí)，只要遇到連續(xù)5個(gè)“1”，就自動(dòng)插入一個(gè)“0”，當(dāng)接收端在接收數(shù)據(jù)時(shí)（除標(biāo)志字節(jié)）如果連續(xù)收到5個(gè)“1”，就自動(dòng)將其后的一個(gè)“0”刪除是，以恢復(fù)信息的原有形式。這種“0”位的插入和刪除過(guò)程是由硬件自動(dòng)完成的。（2）SDLC/HDLC異常結(jié)束：若在發(fā)送過(guò)程中出現(xiàn)錯(cuò)誤，則SDLC/HDLC協(xié)議常用異常結(jié)束(Abort)字符，或稱為失效序列使本幀作廢。在HDLC規(guī)程中，7個(gè)連續(xù)的“1”被作為失效字符，而在SDLC中失效字符是8個(gè)連續(xù)的“1”。當(dāng)然在試銷序列中不使用“0”位插入/刪除技術(shù)。SDLC/HDLC協(xié)議規(guī)定，在一幀之內(nèi)不允許出現(xiàn)數(shù)據(jù)間隔。在兩幀之間，發(fā)送器可以連續(xù)輸出標(biāo)志字符序列，也可以輸出連續(xù)的高電平，它被稱為空閑（Idle）信號(hào)。(三)服務(wù)軟件 按照網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的幀格式編寫的通信軟件通過(guò)物理層最終完成主機(jī)與從機(jī)之間的數(shù)據(jù)交換。在總線型拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)構(gòu)成的分布式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)中，主機(jī)和各從機(jī)間傳送的命令和數(shù)據(jù)是二進(jìn)制的直接傳送，并且從機(jī)還要完成采集數(shù)據(jù)和控制的任務(wù)，主機(jī)要完成集中處理的任務(wù)，所以服務(wù)軟件要使主機(jī)和各從機(jī)協(xié)調(diào)一致地工作，盡量減小通信對(duì)其他工作的影響。下面以單片機(jī)構(gòu)成的總線型多點(diǎn)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)為例，給出用C51編寫的RS-485通信部分服務(wù)軟件。1、主機(jī)程序#define uchar unsigned charsbit tr=p1.4:void main（）/初始化PCON=0; /SMODE=0TMOD=0x20; /定時(shí)器1設(shè)為模式2，作為串行口的波特率發(fā)生器EA=0; /禁止定時(shí)器中斷TH1=0xf3;TL1=0xf3; /定時(shí)起始值，6MHz晶振時(shí)波特率為1200bpsSCON=0xd8; /串行口模式3，TB8=1發(fā)送地址呼叫TR1=1; /啟動(dòng)定時(shí)器1while（TI=0）; /等待發(fā)送結(jié)束TI=0;./發(fā)送子程序uchar SendMsg（uchar msg,uchar len,uchar IDnum）/msg:發(fā)送緩沖區(qū)指針；len：要發(fā)送的數(shù)據(jù)長(zhǎng)度；IDnum：從機(jī)號(hào).TB8=1;tr=1;SBUF=0xff; /復(fù)位從機(jī)while（TI=0）；TI=0;SBUF=IDnum; /呼叫從機(jī)while（TI=0）;TI=0;tr=0;while（RI=0）; /等待從機(jī)回應(yīng) RI=0; /清除串行口中斷標(biāo)志/下面是數(shù)據(jù)幀TB8=0;tr=1;SBUF=len+2;while（TI=0）TI=0for（i=0;iLEN;I+） SBUF=*(msg+i);while（TI=0）;TI=0;/下面計(jì)算 #冗余校驗(yàn)碼并發(fā)送./等待從機(jī)回應(yīng)，看是否接收正確.return 0; /正確返回2、從機(jī)程序#define ADDRESS 0x01.sbit tr=P1.4;/中斷接收程序void sevice-serial(void)interrupt 4 using 1uchar rs;RI=0;ES=0; /關(guān)串行口中斷tr=0; rs=SBUF;if(rs=0xff) /是復(fù)位命令SM2=1;ES=1;return;if(rs!=ADDRESS) /不是呼叫本機(jī)ES=1;return;SM2=0;tr=1;SBUF=ADDRESS; /用本機(jī)地址作為應(yīng)答while(TI=0);TI=0;tr=0;/下面開始接收.(四)數(shù)據(jù)傳輸安全問(wèn)題安全因素可以劃分到如下的五個(gè)安全層中，即物理層安全 包括三個(gè)方面：環(huán)境安全、設(shè)備安全、線路安全。解決方法是將內(nèi)外網(wǎng)物理隔離，并保證在邏輯上兩網(wǎng)能夠互通。網(wǎng)絡(luò)層安全 包括防火墻安全、入侵檢測(cè)安全技術(shù)建議、數(shù)據(jù)傳輸安全建議。解決方法是安裝防火墻。系統(tǒng)層安全 包括操作系統(tǒng)安全技術(shù)以及數(shù)據(jù)庫(kù)安全技術(shù)。解決方法是對(duì)于關(guān)鍵的服務(wù)器和工作站應(yīng)該采用服務(wù)器版本的操作系統(tǒng)。應(yīng)用層安全 包括應(yīng)用軟件及物業(yè)網(wǎng)上的業(yè)務(wù)系統(tǒng)。解決方法是采用身份認(rèn)證技術(shù)、防病毒技術(shù)、以及對(duì)各種應(yīng)用服務(wù)的安全性增強(qiáng)配置服務(wù)予以保證。管理層安全 包括安全體系建設(shè)規(guī)范、安全組織體系建設(shè)、安全管理制度建設(shè)、安全管理手段等。解決方法是結(jié)合專用網(wǎng)絡(luò)的實(shí)際情況制定，在全網(wǎng)統(tǒng)一實(shí)施安全體系規(guī)范，配備網(wǎng)絡(luò)管理員、安全操作員等人員，實(shí)行多人負(fù)責(zé)、職責(zé)分離等原則，同時(shí)對(duì)OSI的各層進(jìn)行綜合技術(shù)管理。四 數(shù)據(jù)處理(一)數(shù)據(jù)處理中心的組成及功能數(shù)據(jù)處理中心功能特點(diǎn)中心構(gòu)成：采用數(shù)據(jù)采集服務(wù)器/數(shù)據(jù)處理服務(wù)器相結(jié)合模式，數(shù)據(jù)庫(kù)選用SQL Server；數(shù)據(jù)采集服務(wù)器采用雙硬盤鏡像；中心軟件提供對(duì)各抄表計(jì)量點(diǎn)的初始化、電表輪換、即時(shí)抄表、定時(shí)抄表時(shí)間設(shè)定、定時(shí)上報(bào)時(shí)間設(shè)定；中心軟件具有完善的電能表底數(shù)及換表管理，并具有自動(dòng)月結(jié)統(tǒng)計(jì)、報(bào)表打印功能；遠(yuǎn)程抄表管理軟件的系統(tǒng)平臺(tái)為WINDOWS2000操作系統(tǒng)，SQL Sever數(shù)據(jù)庫(kù)，具有全中文圖形用戶界面，模塊化結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，功能全面，操作簡(jiǎn)單，并具有良好的擴(kuò)展能力。數(shù)據(jù)處理包括住戶信息管理、住戶安裝設(shè)備管理、讀表數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析、報(bào)警信息處理等功能。它允許操作員隨時(shí)查看用戶數(shù)據(jù)，進(jìn)行相應(yīng)統(tǒng)計(jì)分析，幫助管理人員全面了解掌握小區(qū)住戶分布、設(shè)備分布、用戶水、電、氣表使用情況及小區(qū)安全狀態(tài)等多方面情況。管理軟件具有以下功能： 輸入用戶基本信息見(jiàn)圖10。 進(jìn)行數(shù)據(jù)查詢見(jiàn)圖11。 輸出報(bào)表見(jiàn)圖12。抄表管理包括實(shí)時(shí)讀表、制定和執(zhí)行讀表計(jì)劃等操作。 其中結(jié)算操作選擇時(shí)間段對(duì)用戶的水電氣的使用量以及費(fèi)用進(jìn)行結(jié)算。圖10圖11圖12(二)安全措施1.對(duì)于特定用戶:可通過(guò)數(shù)據(jù)中心給每個(gè)移動(dòng)終端分配特定的用戶ID和密碼， 其他沒(méi)有數(shù)據(jù)中心分配的用戶ID和密碼的移動(dòng)終端將無(wú)法登錄進(jìn)入系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性進(jìn)一步增強(qiáng)。 2.安全的防火墻過(guò)濾，設(shè)置防火墻軟件保障系統(tǒng)安全。結(jié)論遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)是當(dāng)代微電子技術(shù)，智能儀器、通信、計(jì)算機(jī)技術(shù)等多項(xiàng)專業(yè)范圍內(nèi)先進(jìn)技術(shù)的集成。通過(guò)公共低壓電力線采集住戶用電量信息，實(shí)現(xiàn)集中存儲(chǔ)、統(tǒng)一管理，極大地提升了物業(yè)管理部門和水電氣政府職能部門的管理水平與經(jīng)濟(jì)效益。致力于實(shí)現(xiàn) “本地網(wǎng)”的集中管理，統(tǒng)一計(jì)費(fèi)，統(tǒng)一營(yíng)收，做到整個(gè)社會(huì)范圍內(nèi)的能源管理自動(dòng)化。以往每一個(gè)住宅樓都需派專人抄表，不僅抄收數(shù)據(jù)煩瑣，而且統(tǒng)計(jì)困難。采用集抄系統(tǒng)后，計(jì)算機(jī)直接采集每個(gè)住戶的水電氣數(shù)據(jù)，并進(jìn)行分析、整理、存儲(chǔ)，同時(shí)計(jì)算出相關(guān)的費(fèi)用。 從社會(huì)效益講，集抄系統(tǒng)同步實(shí)現(xiàn)了集中智能管理，減少了人為因素帶來(lái)的諸多不利，水電氣費(fèi)政策變動(dòng)時(shí)卡式表需要操作人員現(xiàn)場(chǎng)對(duì)表改動(dòng)，而集抄系統(tǒng)通過(guò)管理中心改變軟件設(shè)置便可實(shí)現(xiàn)，能更好的滿足用戶需求達(dá)到科學(xué)管理、減員增效果的目的。由于各種通信方式在自動(dòng)抄表系統(tǒng)中的成功應(yīng)用，特別是電力載波方式（無(wú)需另設(shè)通信電纜，尤其適合于現(xiàn)有居民電表的改造），使自動(dòng)抄表系統(tǒng)得到了迅速發(fā)展。若自動(dòng)抄表系統(tǒng)接入銀行計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，則可以直接通過(guò)銀行完成收費(fèi)，大大地提高了經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。人類已逐步走進(jìn)數(shù)字化的時(shí)代，信息技術(shù)的發(fā)展，推動(dòng)著傳統(tǒng)工業(yè)、農(nóng)業(yè)、建筑、通訊和各項(xiàng)基礎(chǔ)事業(yè)的不斷進(jìn)步，它正在逐步改變?nèi)藗兊纳?、促進(jìn)著文明社會(huì)的發(fā)展。行業(yè)信息化包括企業(yè)內(nèi)部信息化管理、辦公自動(dòng)化管理、業(yè)