CN101285849A - 远程自动集控监测抄表系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：数据采集终端以嵌入式处理器为核心，外接数据存储器EEPROM，扩展两个RS－485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口，其中一个用于挂接电子式电能表，另一个连接到数据集中器，数据采集终端至少下挂两个电子式电能表；数据集中器以嵌入式ARM处理器为核心，同时，外设程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM，外扩RS－485串口通讯模块和远程通讯模块，其中RS－485串口通讯模块挂接数据采集终端，数据集中器至少下挂两个数据采集终端；远程管理上位机以一台普通PC为基础，设有数据库服务器，远程管理上位机至少通过远程通讯模块与两个数据集中器沟通。

Description

远程自动集控监测抄表系统

技术领域

本发明涉及一种通过计算机进行远程监测管理系统，尤其是一种基于RS-485和以太网或GPRS、CDMA无线通讯的计算机进行远程监测的电表抄读数据管理系统。

背景技术

城镇电网已经遍布城镇的每一个角落，为计量用户用电额度，电能表安置于小区住宅的每一个楼洞。条件较差的城镇，长期以来抄读这些电能计量表数据都需要人工来完成，即每次抄表时，抄表员需要挨个楼洞敲门，让居民打开楼洞防盗门，然后才能进入楼层打开电表箱用肉眼来读取电能表上的数据，人工记录数据，这样抄表效率及其低下，且人工记录数据难免会出错，影响数据的准确性。条件稍好的城镇，已经安装有较为简单的电能管理系统。

电能管理系统是指由远程上位机通过传输媒体将多个电能表电能量的记录值的信息集中抄读，并对电能及其相关数据、状态进行管理和监测的系统。近年来，随着网络、通信和控制技术的飞速发展，以及建立电力市场的迫切要求，电能管理系统得到了前所未有的发展，各种电能管理系统相继在我国的各大网局、省局、各级供电局得到应用。

而在新的技术标准出台后，上代系统的一些瓶颈暴露出来，人工抄表更是无法满足现在电能管理的要求。首先是通信的实时性，为了细化管理用户电表数据，新的电能管理系统需要更加频繁地抄读电表数据，这就对数据的实时性提出了更高的要求；其次人机接口不够友好，甚至只是一个封装铁盒，不具有人机交互接口，为方便电力管理员更好的了解小区电力使用状态和故障情况，电力管理系统应该有较好的人机交互接口；再次数据存储接口等方面达不到新标准的要求。于是迫切需要开发新的更高性能平台下的电能管理系统满足用户需求，从根本上解决数据实时性和存储访问方面的问题。

发明内容

本发明的目的在于：针对目前使用的电能管理系统无法满足新的电能管理系统对实时性提出的要求；不具有人机交互接口，无法了解小区电力使用状态和故障情况；以及数据存储接口不能满足新标准的要求等一系列问题，提供一种远程自动集控监测抄表系统。

本发明的目的是这样实现的：一种远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：

a)数据采集终端以嵌入式处理器为核心，外设数据存储器EEPROM，扩展两个RS-485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口，其中一个用于挂接电子式电能表，另外一个连接到数据集中器；所述的数据采集终端至少下挂两个电子式电能表；

b)数据集中器以嵌入式ARM处理器为核心，同时，外设程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM，外扩RS-485串口通讯模块和远程通讯模块；其中RS-485串口通讯模块挂接数据采集终端，数据集中器至少下挂两个数据采集终端；

c)远程管理上位机以一台普通PC为基础，连有数据库服务器，远程管理上位机至少通过以太网通讯模块与两个数据集中器沟通。

在本发明中：所述的数据采集终端以楼道电表箱内的全部电子式电能表为构建基础；所述的数据集中器以变电所辖区内的全部数据采集终端为构建基础；所述的远程管理上位机以供电所辖区内的全部数据集中器为构建基础。

在本发明中：数据采集终端采用的嵌入式处理器具有ARM7TDMI内核，扩展的两个RS-485串口通讯模块分别为全双工的RS-485接口和半双工的RS-485接口，其中半双工的RS-485接口用于挂接电子式电能表，全双工的RS-485接口连接到数据集中器。

在本发明中：数据采集终端通过SPI总线扩展I/O接口，I/O接口的输入部分包括：16路脉冲表输入、16路键盘输入、16路的交流掉电检测输入，I/O接口的输出包括：16路继电器控制输出和16路的指示灯输出。

在本发明中：所述的数据集中器基于ARM9微处理器，数据集中器中包括以太网或GPRS、CDMA无线通讯、RS485、LCD触摸屏、SD卡和USB的接口电路。

在本发明中：数据集中器软件包括嵌入式Linux设备驱动程序，嵌入式中间层和上层通讯管理应用层，其中嵌入式中间层包括：嵌入式GUI、嵌入式数据库SQLITE和嵌入式WEB服务器，上层通讯管理应用层包括：包括B/S模式和C/S模式，其中B/S模式监控终端软件采用了基于JavaApplet技术的客户端技术，使其与数据集中器应用软件的Socket通信。

在本发明中：数据采集终端与电子式电能表之间的485串口通讯模块以半双工的方式工作，并遵循DL/T 645-1997多功能电能表通讯规约作为通讯信息传送的载体；数据采集终端与数据集中器之间的485串口通讯模块以485总线的方式提供数据采集终端与数据集中器之间的通讯信道，以四线全双工的方式工作，作为数据采集终端与数据集中器之间信息传送的载体；数据集中器与远程管理上位机之间借助于街区铺设的宽带，以以太网或GPRS或CDMA提供数据集中器与远程管理上位机之间的通讯信道，作为数据集中器与远程管理上位机之间通讯信息传送的载体。

本发明的优点在于：由于数据集中器以嵌入式ARM处理器为核心，采用嵌入式数据库SQLITE对抄读的电能数据进行管理数据管理功能强大；由于采用了数据采集终端、数据集中器和远程管理上位机，对抄读的电能数据具有多点备份等冗余数据保护措施，防止意外情况下数据丢失；由于数据集中器中配有LCD触摸屏，能够在现场提供较好的人机交互接口。

本发明的优点还在于：由于系统采用集控监测，可以节省人力物力，同时可以实时电价设定分时计价，反窃电控制措施健全；数据采集终端、数据集中器和远程管理上位机之间的通讯系统带有数据加密解密措施，安全性高，尤其是数据集中器和远程管理上位机之间存在多种通讯渠道，确保系统中的通讯畅通。

附图说明

图1是远程自动集控监测抄表系统拓扑结构示意图；

图2数据采集终端的总体结构；

图3是数据采集终端的软件结构框图；

图4是数据集中器硬件框图；

图5是数据集中器功能模块图。

具体实施方式

附图非限制性地公开了本发明的具体实施例，下面结合实施例对本发明作进一步的描述。

如图1所示，远程自动集控监测抄表系统由电子式电能表、数据采集终端、数据集中器、远程管理上位机以及它们之间的通讯电路组成，其中一个远程管理上位机对应多个数据集中器，一个数据集中器管理对应多个数据采集终端，一个数据采集终端连接多个电子式电能表。通讯电路包括数据采集终端与电子式电能表之间的RS-485串口通讯模块、数据采集终端和数据集中器之间的RS-485串口通讯模块、数据集中器与远程管理上位机之间的以太网通讯模块。

使用中，数据采集终端将采集的多个电能表的电能量等数据信息处理后通过信道将数据传送到数据集中器；数据集中器将接收的各数据采集终端的数据通过以太网通讯或GPRS、CDMA无线通讯模块将数据传送到远程管理上位机，由远程管理上位机对多个电能表实施远程管理。

具体实施时，数据采集终端可以以楼道电表箱内的全部电子式电能表为构建基础；数据集中器可以以变电所辖区内的全部数据采集终端为构建基础；远程管理上位机可以以供电所辖区内的全部数据集中器为构建基础。

由图2可见，数据采集终端以嵌入式处理器为核心，外接数据存储器EEPROM，扩展两个RS-485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口，其中一个用于挂接电子式电能表，另外一个连接到数据集中器；所述的嵌入式处理器具有ARM7TDMI内核。在本实施例中，以嵌入式处理器采用了LPC2131，它用8位的地址选择开关来设置本数据采集终端的地址，并用跳线来选择本数据采集终端下电表的模式(脉冲式电表模式或者RS-485电表模式)；用两片串行EEPROM AT24C1024来构成本数据采集终端的存储模块，来存储各个电表的电量数据和电表地址信息；由全双工的RS-485接口来和集中器进行通信，上传电量数据；由半双工的RS-485接口来和RS-485电表进行通信，读取其电量数据；由LPC2131自带的A/D转换器来构成电压和电流检测模块；用SPI接口来进行I/O扩展，其中的I/O输入部分主要有三个部分：16路脉冲表输入、16路键盘输入、16路的交流掉电检测输入，I/O输出部分也分为两个部分：16路继电器控制输出和16路的指示灯输出。

由图3可见，数据采集终端的软件划分为以下四个模块：系统初始化模块、系统通讯模块、数据采集与系统管理模块以及电网参数检测模块，如所示。系统初始化模块主要是在系统正常运行之前做一些系统的初始化工作，主要包括两个部分的初始化，一部分是硬件的初始化，包括串口、I²C接口、SPI接口以及定时器等的初始化；另一部分是一些重要系统参数的初始化，包括数据采集终端地址的初始化，电表模式的初始化，电表地址的初始化和用户电量数据的初始化。数据采集终端的系统通信模块主要完成与集中器的RS485通信。而系统功能模块主要实现电能采集、故障指示等数据采集终端功能。电网参数检测模块主要实现电网电压以及用户用电的通断状态的检测功能。

数据集中器(concentrator)是指收集数据采集终端或数据采集模块(或电能表)的数据，并进行处理存储，同时能和远程上位机或便携机(手持编程抄表器)进行数据交换的设备。具体来说集中器的主要任务有两个：一是完成与数据采集终端的数据通信工作，向数据采集终端下达继电器开关命令，定时循环接收数据采集终端的电量数据，或根据系统要求接收某个电表或某组电表的数据；二是根据系统要求完成与远程上位机的沟通，将用户用电数据等远程上位机需要的信息传送到远程上位机数据库中。

数据集中器基于ARM9+嵌入式Linux开发平台，采用嵌入式数据库SQLITE；数据采集终端基于ARM7TDMI平台。远程管理上位机和数据集中器之间采用以太网、GPRS、CDMA模块进行通讯。其中以太网通信一方面提供传统的C/S模式的监控方式，另一方面开发B/S模式的网页服务。数据集中器和数据采集终端之间采用485总线通讯。数据采集终端和用户电表之间通讯方式视电表而定，如果是脉冲电表，直接连接；如果是485电表，则通过485总线连接。

由图4可见：数据集中器基于ARM9微处理器，核心板采用Samsung的16、32位RISC处理器S3C2410。

根据集中器对数据存储容量的要求，每次的电量信息至少要保存用户编号，用户电能值，抄表时间等信息，对于如此大存储容量，本系统采用了SD卡进行存储。

人机接口模块，采用了240×320液晶屏和触摸屏接口，兼顾用户习惯，留用了四个操作按键。

对于没有以太网的小区，与远程上位机之间可以选用GPRS、CDMA无线模块进行沟通。

本系统的RS-485通信采用的是专用的RS-485模块，专用模块的抗干扰等性能得到保障，而且专用模块有成熟的中继器，方便进一步组网。以太网芯片采用比较常用的10M/100M自适应以太网接口芯片DM9000。

由图5可见，在本实施例中，数据集中器基于ARM9微处理器，核心板采用Samsung的16、32位RISC处理器S3C2410，配置有：网络驱动芯片、RS-485串口通讯模块、LCD驱动芯片、SD卡、USB存储器、触摸屏、LCD和按键。同时：

数据集中器的上层通讯管理应用层包括：WEB动态页面服务模块、Java Applet、C/S模式远程管理接口模块、通信模块、数据管理模块、人机接口模块、错误处理模块。

中间件包括：嵌入式GUI、嵌入式数据库SQLITE和嵌入式WEB服务器、操作系统适配层。

为了实现数据集中器功能，数据集中器软件中包括嵌入式Linux设备驱动程序，嵌入式中间件程序，上层通讯管理应用程序。驱动程序包括：网卡驱动、串口驱动、USB驱动、SD卡驱动、触摸屏驱动、LCD驱动和按键驱动。

在实际运用中：

与远程上位机通讯模块物理层采用宽带以太网(或者GPRS、CDMA可选)，系统层的驱动程序实现socket的接口函数。应用层通过调用系统适配层提供的Socket接口进行TCP/IP通讯。值得一提的是本模块需要实现应用层网络协议，应用层网络协议的实现需要考虑易于实现、与平台无关、传输效能和安全性等问题。

数据采集终端通信模块的物理层采用了RS485模块，RS485模块将处理器出来的RS232电平转换为485差分信号与数据采集终端进行通信。与数据采集终端之间通讯需要实现485通讯协议。本系统实现了国家多功能电表通信规约DL/T645-1997中的一个子集。

人机接口模块GUI部分基于嵌入式图形接口MiniGUI。需要对MiniGUI进行移植，包括触摸屏、按键和LCD驱动程序编写。另外需要对MiniGUI输入抽象接口层(IAL)进行移植，以及编写用户界面和实现界面功能。

数据管理模块负责数据的存储、检索等工作。人机接口模块以及通信模块需要调用数据管理模块的接口函数。这里数据管理模块没有作为单独的线程运行。它只是封装了一组供其它模块调用的函数接口。

容错模块负责捕捉各个线程的错误以及记录系统状态。通过各个线程通过调用此模块提供的接口函数来进行错误状态标记和查询。

系统管理远程上位机(system PC)位于抄表中心内部，一般为一台普通PC机，运行上位机软件，负责与集中器通信并且存储、管理相应的各类用户数据。远程上位机系统定时或随时抄收电表的电能量数据，对集中器设置通信参数及操作参数，与供电局用电营业网联网后，可以进行电费计算、票据打印、统计报表、电费实收等功能。

远程管理上位机与集中器之间采用了Win Socket进行编程，实现通信协议。Windows Sockets规范是一套开放的、支持多种协议的Windows下网络编程接口。它是从Berkeley Sockets扩展而来的，其在继承BerkeleySockets的基础上，又进行了新的扩充。这些扩充主要是提供了一些异步函数，并增加了符合WINDOWS消息驱动特性的网络事件异步选择机制。Winsock是TCP/IP编程最低级的API。其代码一部分位于wsock32.dll中，另一部分位于Windows核心。

本远程管理上位机采用MFC框架的ADO技术进行数据库开发。ADO(ActiveX Date Object)是Microsoft数据库应用程序开发的新接口，是建立在OLE DB之上的高层数据库访问技术。ADO技术基于COM(Component Object Model)，具有COM组件的诸多优点，可以用来构造可复用应用框架，被多种语言支持，能够访问包括关系数据库、非关系数据库及所有的文件系统。

ADO封装了OLE DB所提供的接口，是基于OLE DB模型之上的更高层应用，比起OLE DB提供者，ADO的接口可以使程序员在更高级别上进行数据交互，并且保留了MFC/ODBC和DAO的特性。ADO技术不仅可以应用于关系数据库，也可以应用于非关系数据库。可以用统一的方法对不同的文件系统进行访问，大大简化了程序编制，增加了程序的可移植性。

Claims (7)

1、一种远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：

a)数据采集终端以嵌入式处理器为核心，外设数据存储器EEPROM，扩展两个RS-485串口通讯模块，模块上设有相应的通讯接口，其中一个用于挂接电子式电能表，另外一个连接到数据集中器；所述的数据采集终端至少下挂两个电子式电能表；

b)数据集中器以嵌入式ARM处理器为核心，同时，外设程序存储器FLASH和数据存储器SDRAM，外扩RS-485串口通讯模块和远程通讯模块；其中RS-485串口通讯模块挂接数据采集终端，数据集中器至少下挂两个数据采集终端；

c)远程管理上位机以一台普通PC为基础，设有数据库服务器，远程管理上位机至少通过远程通讯模块与两个数据集中器沟通。

2、根据权利要求1所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：所述的数据采集终端以楼道电表箱内的全部电子式电能表为构建基础；所述的数据集中器以变电所辖区内的全部数据采集终端为构建基础；所述的远程管理上位机以供电所辖区内的全部数据集中器为构建基础；所述的远程通讯模块以太网通讯模块和/或GPRS通讯模块和/或CDMA通讯模块。

3、根据权利要求1或2所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：所述的数据采集终端采用的嵌入式处理器具有ARM7TDMI内核；所述的电子式电能表是指：脉冲式电表模式或者RS-485电表模式的电能表。

4、根据权利要求3所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：数据采集终端通过SPI总线扩展I/O接口，I/O接口的输入部分包括：16路脉冲表输入、16路键盘输入、16路的交流掉电检测输入，I/O接口的输出包括：16路继电器控制输出和16路的指示灯输出。

5、根据权利要求1或2所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：所述的数据集中器基于ARM9微处理器，数据集中器中包括以太网GPRS、CDMA、RS485、LCD触摸屏、SD卡和USB的接口电路。

6、根据权利要求5所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：数据集中器软件包括嵌入式Linux设备驱动程序，嵌入式中间层和上层通讯管理应用层，其中嵌入式中间层包括：嵌入式GUI、嵌入式数据库SQLITE和嵌入式WEB服务器，上层通讯管理应用层包括：包括B/S模式和C/S模式，其中在B/S模式监控终端软件采用了基于JavaApplet技术的客户端技术，使其与数据集中器应用软件的Socket通信。

7、根据权利要求1所述的远程自动集控监测抄表系统，其特征在于：数据采集终端与电子式电能表之间的485串口通讯模块以半双工的方式工作，并遵循DL/T 645-1997多功能电能表通讯规约作为通讯信息传送的载体；数据采集终端与数据集中器之间的485串口通讯模块以485总线的方式提供数据采集终端与数据集中器之间的通讯信道，以四线全双工的方式工作，作为数据采集终端与数据集中器之间信息传送的载体；数据集中器与远程管理上位机之间借助于街区铺设的宽带，以以太网或GPRS或CDMA提供数据集中器与远程管理上位机之间的通讯信道，作为数据集中器与远程管理上位机之间通讯信息传送的载体。

Images