CN102571984A - 热力计量数据远程传输及管理系统 - Google Patents

Abstract

热力计量数据远程传输及管理系统，属于无线通信技术领域。包括数据中心服务器、热量仪表数据采集网关和热量仪表，数据中心服务器通过GPRS/GSM无线公共通讯网络与热量仪表数据采集网关连接，热量仪表数据采集网关通过M-BUS总线与热量仪表连接。能避免热量表人工数据采集中的不便，针对用户地域上分散的特点采用无线通讯方式降低布线难度，对于有一定聚集性的用户采用部分有线模式降低设备成本、提高通信可靠性，同时系统提供了稳健的数据传输策略能够降低系统受到攻击的概率，在智能数据汇总方法的帮助下亦能够给管理者提供异常情况下参考依据，使之能够快速定位并了解现场状况，提高服务响应速度，另外用户及管理者也可以通过网络随时随地查看仪表信息。

Description

热力计量数据远程传输及管理系统

技术领域

本发明涉及一种热力计量数据远程传输及管理系统，属于无线通信技术领域。

背景技术

作为一个能源消耗大国，节能减排是我国走可持续发展道路的重要举措。推进供热计量改革，加快推行分户计量、按用热量收费的制度是实现建筑节能的最有效措施。随着供热计量改革的逐步推开，一些问题也逐渐显现出来：抄表、核算工作量大，收费信息不透明，用户欠费无法管理等。目前也有很多无线抄表系统，但大都针对性不强，仅为简单的数据采集系统，不符合当前供热计量数据参数多、用户呈现地域聚集性的特点，在数据监控等方面涉及到的也比较少。

发明内容

为克服现有技术的不足，本发明提供一种热力计量数据远程传输及管理系统。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种热力计量数据远程传输及管理系统，包括数据中心服务器、热量仪表数据采集网关和热量仪表，数据中心服务器通过GPRS/GSM无线公共通讯网络与热量仪表数据采集网关连接，热量仪表数据采集网关通过M-BUS总线与热量仪表连接；数据中心服务器包括数据库服务器、数据同步服务器、WEB服务器和短信发送装置，数据库服务器、数据同步服务器和WEB服务器通过Internet连接，短信发送装置通过串行数据线与数据同步服务器相连；热量仪表数据采集网关包括基于单片机的协议转换与数据处理单元、M-BUS通信模块、GPRS/GSM通信模块、存储模块、时钟与电源模块，基于单片机的协议转换与数据处理单元通过片内总线与M-BUS通信模块、GPRS/GSM通信模块和存储模块连接，时钟与电源模块为热量仪表数据采集网关供电。

所述数据库服务器、数据同步服务器和WEB服务器运行于浪潮英信NF5120，短信发送装置为基于GSM公共通讯网络短信发送装置TC35。

所述协议转换与数据处理单元采用LPC1763，存储模块采用W25X64，GPRS/GSM通信模块采用M590，时钟与电源模块为其他模块提供3.3V、5V、24V的稳压直流电源和基准时钟。

所述热量仪表为带有串行通信接口的数字热量计量仪表。

该系统可以解决供热用户地域分散但具有一定的聚集性，小范围之内的用户可以合用一个热量仪表数据采集网关，数据网关与上层系统采用无线通信，不仅能够在一定程度上降低布线难度，同时考虑到通信成本与效率，减少无线通信带来的不稳定性，也能一定程度上降低在公共通讯网络上发生的通信费用。系统同时提供信息管理功能，各级用户可以查看不同的仪表数据，系统同时提供智能的数据处理能力，根据某些经验值对仪表返回数据进行汇总、分析、计算，以得到报表、网损、报警信息等。对于某些比较严重的数据异动能够自动向指定负责人发送报警短信，极大地提高故障的处理效率，同时一定程度上减少偷热盗热的发生，提高供热公司的经济效益。

一种热力计量数据远程传输及管理系统的工作方法如下：

系统在完成初始化后，热量仪表数据采集网关从数据同步服务器获取仪表数据通信协议以及数据采集间隔，根据系统预先设定的采集时间，通过M-BUS通信模块向带有通信功能的热量仪表发出仪表通信协议中规定的数据采集命令，热量仪表数据采集网关接收到热量仪表发送的采集数据后，协议转换与数据处理单元根据协议内容对收到的采集数据进行转换并存放到存储模块中；

热量仪表数据采集网关通过GPRS/GSM通信模块接收到数据同步服务器的数据上传指令后将存储模块中的采集数据根据预设的数据封装算法处理后打包上传；数据同步服务器接受到上传数据后，解析数据并将上传数据存放到数据库服务器中；

数据同步服务器对解析后的上传数据进行汇总处理，生成汇总数据，包括统计日报数据、根据仪表管网关系得到的网损数据、对数据合理性及延续性进行判断产生的告警信息，在发生告警信息时，数据同步服务器通过短信发送装置向系统规定的人员发出告警短信，并将生成的汇总数据存放到数据库服务器中；

WEB服务器为系统用户提供浏览、查询、修改系统数据的平台；

数据传输中使用的数据封装方法为，热量仪表数据采集网关先将要发送的数据封装成格式相同的包数据，再对包数据部分进行打包封装成帧，其格式为：帧头+数据类型+包个数+包数据+校验位+帧尾；其中不同的数据类型对应不同的包数据长度，因此能够确定帧长度，同时结合帧尾的位置就可以判断该数据帧是否为热量仪表数据采集网关所发送的合法数据；帧头和帧尾都为0x7E，因此打包时需要对数据帧中非头尾的0x7E的字节进行处理；另外在包数据中加入了仪表的身份验证码，该验证码采用加密算法，并将密文和密钥同时上传到数据同步服务器，数据同步服务器获得密钥后使用同样的方法对身份验证码加密，若加密后数据和接收到的密文完全一致则认为是合法数据；

具体数据封装算法如下

1)使用加和校验，即校验位与数据部分各个字节的和的最低字节位为0，并作为最后一个字节数据；

2)将校验位与数据部分的每个字节表示为dataToEncode[i]，即要封装的数据的第i个字节，对dataToEncode[i]进行数据封装：

如果dataToEncode[i]等于0x7D或者0x7E，则将dataToEncode[i]分解为两个字节，第一个字节是0x7D，第二个字节是dataToEncode[i]与0x20的差；

如果dataToEncode[i]不等于0x7D或者0x7E，则数据不变；

3)转换完成，帧头、尾添加0x7E；

数据解析算法是数据封装算法的逆过程，具体的数据解析算法为：

1)查找第一个0x7E后，对后续数据进行解析；

2)将后续数据的每个字节表示为dataToDecode[i]，即要解析的数据的第i个字节，对dataToDecode[i]进行数据解析：

如果dataToDecode[i]不等于0x7D，解析后数据不变；如果dataToDecode[i]等于0x7D，则解析后数据为dataToDecode[i+1]+0x20；

3)若查找到第二个0x7E，解析完成，对解析后数据数据进行加和校验，若结果为零则表示通信未发生错误，否则要求系统重传；

数据汇总处理方法如下：

1)按数据格式提取仪表参数；

2)若是当前日期的最后一条记录，则与前一天最后一条记录作差运算，这样统计的优点在与，若累计值归零则只影响一天的日报数据，而且超过预定阈值的日报生成异常报警，经处理后能够最大程度降低误差；

3)将数据分为代表温度、压力的状态参量和代表流量、热量的统计参量，若状态参量为零、统计参量无变化，则热量仪表为停用状态；若状态参量不为零、统计参量为零，则热量仪表为盗窃状态；若状态参量为零、统计参量有变化，则热量仪表为故障状态；若某些参数出现较大程序波动，即超出了系统规定的阈值，则生成超量程报警；

4)计算网损数据，仪表具有总表或分表属性，结合仪表所在管网，计算总表数据与下属分表数据之和的差值则为网损数据，网损数据超出预先规定的阈值范围，数据同步服务器生成网损异常报警。

本发明的有益效果是可以避免热量表人工数据采集中的不便与繁琐，且针对用户地域上分散的特点采用无线通讯方式降低布线难度，同时对于有一定聚集性的用户采用部分有线模式也能够降低设备成本和提高通信的可靠性，同时系统提供了稳健的数据传输策略能够较大程度降低系统受到攻击的概率，在智能数据汇总方法的帮助下亦能够给管理者提供异常情况下参考依据，使之能够快速定位并了解现场状况，提高服务响应速度，另外用户及管理者也可以通过网络随时随地查看仪表信息。

附图说明

图1为本发明的网络拓扑结构框图。

图2为本发明中热量仪表数据采集网关的结构框图。

图3为本发明的数据封装流程图。

图4为本发明的数据解析流程图。

图5为发明的数据汇总处理流程图。

其中，1、热量仪表，2、热量仪表数据采集网关，3、数据同步服务器，4、数据库服务器，5、WEB服务器，6、短信发送装置，7、浏览器，8、用户移动设备，9、协议转换与数据处理单元，10、GPRS/GSM通信模块，11、M-BUS通信模块，12、存储模块，13、时钟与电源模块。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

实施例：一种热力计量数据远程传输及管理系统，包括数据中心服务器、热量仪表数据采集网关(2)和热量仪表(1)，数据中心服务器通过GPRS/GSM无线公共通讯网络与热量仪表数据采集网关(2)连接，热量仪表数据采集网关(2)通过M-BUS总线与热量仪表(1)连接；数据中心服务器包括数据库服务器(4)、数据同步服务器(3)、WEB服务器(5)和短信发送装置(6)，数据库服务器(4)、数据同步服务器(3)和WEB服务器(5)通过Internet连接，短信发送装置(6)通过串行数据线与数据同步服务器(3)相连；热量仪表数据采集网关(2)包括基于单片机的协议转换与数据处理单元(9)、M-BUS通信模块(11)、GPRS/GSM通信模块(10)、存储模块(12)、时钟与电源模块(13)，基于单片机的协议转换与数据处理单元(9)通过片内总线与M-BUS通信模块(11)、GPRS/GSM通信模块(10)和存储模块(12)连接，时钟与电源模块(13)为热量仪表数据采集网关(2)供电。

所述数据库服务器(4)、数据同步服务器(3)和WEB服务器(5)运行于浪潮英信NF5120，短信发送装置(6)为基于GSM公共通讯网络短信发送装置TC35。

所述协议转换与数据处理单元(9)采用LPC1763，存储模块(12)采用W25X64，GPRS/GSM通信模块(10)采用M590，时钟与电源模块(13)为其他模块提供3.3V、5V、24V的稳压直流电源和基准时钟。

所述热量仪表(1)为带有串行通信接口的数字热量计量仪表。

一种热力计量数据远程传输及管理系统的工作方法如下：

系统在完成初始化后，热量仪表数据采集网关从数据同步服务器获取仪表数据通信协议以及数据采集间隔，根据系统预先设定的采集时间，通过M-BUS通信模块向带有通信功能的热量仪表发出仪表通信协议中规定的数据采集命令，热量仪表数据采集网关接收到热量仪表发送的采集数据后，协议转换与数据处理单元根据协议内容对收到的采集数据进行转换并存放到存储模块中；

热量仪表数据采集网关通过GPRS/GSM通信模块接收到数据同步服务器的数据上传指令后将存储模块中的采集数据根据预设的数据封装算法处理后打包上传；数据同步服务器接受到上传数据后，解析数据并将上传数据存放到数据库服务器中；

数据同步服务器对解析后的上传数据进行汇总处理，生成汇总数据，包括统计日报数据、根据仪表管网关系得到的网损数据、对数据合理性及延续性进行判断产生的告警信息，在发生告警信息时，数据同步服务器通过短信发送装置向系统规定的人员发出告警短信，并将生成的汇总数据存放到数据库服务器中；

WEB服务器为系统用户提供浏览、查询、修改系统数据的平台；

数据传输中使用的数据封装方法为，热量仪表数据采集网关先将要发送的数据封装成格式相同的包数据，再对包数据部分进行打包封装成帧，其格式为：帧头+数据类型+包个数+包数据+校验位+帧尾；其中不同的数据类型对应不同的包数据长度，因此能够确定帧长度，同时结合帧尾的位置就可以判断该数据帧是否为热量仪表数据采集网关所发送的合法数据；帧头和帧尾都为0x7E，因此打包时需要对数据帧中非头尾的0x7E的字节进行处理；另外在包数据中加入了仪表的身份验证码，该验证码采用加密算法，并将密文和密钥同时上传到数据同步服务器，数据同步服务器获得密钥后使用同样的方法对身份验证码加密，若加密后数据和接收到的密文完全一致则认为是合法数据；

具体数据封装算法如下

1)使用加和校验，即校验位与数据部分各个字节的和的最低字节位为0，并作为最后一个字节数据；

2)将校验位与数据部分的每个字节表示为dataToEncode[i]，即要封装的数据的第i个字节，对dataToEncode[i]进行数据封装：

如果dataToEncode[i]等于0x7D或者0x7E，则将dataToEncode[i]分解为两个字节，第一个字节是0x7D，第二个字节是dataToEncode[i]与0x20的差；

如果dataToEncode[i]不等于0x7D或者0x7E，则数据不变；

3)转换完成，帧头、尾添加0x7E；

数据解析算法是数据封装算法的逆过程，具体的数据解析算法为：

1)查找第一个0x7E后，对后续数据进行解析；

2)将后续数据的每个字节表示为dataToDecode[i]，即要解析的数据的第i个字节，对dataToDecode[i]进行数据解析：

如果dataToDecode[i]不等于0x7D，解析后数据不变；如果dataToDecode[i]等于0x7D，则解析后数据为dataToDecode[i+1]+0x20；

3)若查找到第二个0x7E，解析完成，对解析后数据数据进行加和校验，若结果为零则表示通信未发生错误，否则要求系统重传；

数据汇总处理方法如下：

1)按数据格式提取仪表参数；

2)若是当前日期的最后一条记录，则与前一天最后一条记录作差运算，这样统计的优点在与，若累计值归零则只影响一天的日报数据，而且超过预定阈值的日报生成异常报警，经处理后能够最大程度降低误差；

3)将数据分为代表温度、压力的状态参量和代表流量、热量的统计参量，若状态参量为零、统计参量无变化，则热量仪表为停用状态；若状态参量不为零、统计参量为零，则热量仪表为盗窃状态；若状态参量为零、统计参量有变化，则热量仪表为故障状态；若某些参数出现较大程序波动，即超出了系统规定的阈值，则生成超量程报警；

4)计算网损数据，仪表具有总表或分表属性，结合仪表所在管网，计算总表数据与下属分表数据之和的差值则为网损数据，网损数据超出预先规定的阈值范围，数据同步服务器生成网损异常报警。

Claims (5)

1.一种热力计量数据远程传输及管理系统，包括数据中心服务器、热量仪表数据采集网关和热量仪表，其特征在于，数据中心服务器通过GPRS/GSM无线公共通讯网络与热量仪表数据采集网关连接，热量仪表数据采集网关通过M-BUS总线与热量仪表连接；数据中心服务器包括数据库服务器、数据同步服务器、WEB服务器和短信发送装置，数据库服务器、数据同步服务器和WEB服务器通过Internet连接，短信发送装置通过串行数据线与数据同步服务器相连；热量仪表数据采集网关包括基于单片机的协议转换与数据处理单元、M-BUS通信模块、GPRS/GSM通信模块、存储模块、时钟与电源模块，基于单片机的协议转换与数据处理单元通过片内总线与M-BUS通信模块、GPRS/GSM通信模块和存储模块连接，时钟与电源模块为热量仪表数据采集网关供电。

2.如权利要求1所述的热力计量数据远程传输及管理系统，其特征在于，所述数据库服务器、数据同步服务器和WEB服务器运行于浪潮英信NF5120，短信发送装置为基于GSM公共通讯网络短信发送装置TC35。

3.如权利要求1所述的热力计量数据远程传输及管理系统，其特征在于，所述协议转换与数据处理单元采用LPC1763，存储模块采用W25X64，GPRS/GSM通信模块采用M590，时钟与电源模块为其他模块提供3.3V、5V、24V的稳压直流电源和基准时钟。

4.如权利要求1所述的热力计量数据远程传输及管理系统，其特征在于，所述热量仪表为带有串行通信接口的数字热量计量仪表。

5.一种热力计量数据远程传输及管理系统的工作方法，其特征在于，工作方法如下：

系统在完成初始化后，热量仪表数据采集网关从数据同步服务器获取仪表数据通信协议以及数据采集间隔，根据系统预先设定的采集时间，通过M-BUS通信模块向带有通信功能的热量仪表发出仪表通信协议中规定的数据采集命令，热量仪表数据采集网关接收到热量仪表发送的采集数据后，协议转换与数据处理单元根据协议内容对收到的采集数据进行转换并存放到存储模块中；

热量仪表数据采集网关通过GPRS/GSM通信模块接收到数据同步服务器的数据上传指令后将存储模块中的采集数据根据预设的数据封装算法处理后打包上传；数据同步服务器接受到上传数据后，解析数据并将上传数据存放到数据库服务器中；

数据同步服务器对解析后的上传数据进行汇总处理，生成汇总数据，包括统计日报数据、根据仪表管网关系得到的网损数据、对数据合理性及延续性进行判断产生的告警信息，在发生告警信息时，数据同步服务器通过短信发送装置向系统规定的人员发出告警短信，并将生成的汇总数据存放到数据库服务器中；

WEB服务器为系统用户提供浏览、查询、修改系统数据的平台；

数据传输中使用的数据封装方法为，热量仪表数据采集网关先将要发送的数据封装成格式相同的包数据，再对包数据部分进行打包封装成帧，其格式为：帧头+数据类型+包个数+包数据+校验位+帧尾；其中不同的数据类型对应不同的包数据长度，因此能够确定帧长度，同时结合帧尾的位置就可以判断该数据帧是否为热量仪表数据采集网关所发送的合法数据；帧头和帧尾都为0x7E，因此打包时需要对数据帧中非头尾的0x7E的字节进行处理；另外在包数据中加入了仪表的身份验证码，该验证码采用加密算法，并将密文和密钥同时上传到数据同步服务器，数据同步服务器获得密钥后使用同样的方法对身份验证码加密，若加密后数据和接收到的密文完全一致则认为是合法数据；

具体数据封装算法如下

1)使用加和校验，即校验位与数据部分各个字节的和的最低字节位为0，并作为最后一个字节数据；

2)将校验位与数据部分的每个字节表示为dataToEncode[i]，即要封装的数据的第i个字节，对dataToEncode[i]进行数据封装：

如果dataToEncode[i]等于0x7D或者0x7E，则将dataToEncode[i]分解为两个字节，第一个字节是0x7D，第二个字节是dataToEncode[i]与0x20的差；

如果dataToEncode[i]不等于0x7D或者0x7E，则数据不变；

3)转换完成，帧头、尾添加0x7E；

数据解析算法是数据封装算法的逆过程，具体的数据解析算法为：

1)查找第一个0x7E后，对后续数据进行解析；

2)将后续数据的每个字节表示为dataToDecode[i]，即要解析的数据的第i个字节，对dataToDecode[i]进行数据解析：

如果dataToDecode[i]不等于0x7D，解析后数据不变；如果dataToDecode[i]等于0x7D，则解析后数据为dataToDecode[i+1]+0x20；

3)若查找到第二个0x7E，解析完成，对解析后数据数据进行加和校验，若结果为零则表示通信未发生错误，否则要求系统重传；

数据汇总处理方法如下：

1)按数据格式提取仪表参数；

2)若是当前日期的最后一条记录，则与前一天最后一条记录作差运算，这样统计的优点在与，若累计值归零则只影响一天的日报数据，而且超过预定阈值的日报生成异常报警，经处理后能够最大程度降低误差；

3)将数据分为代表温度、压力的状态参量和代表流量、热量的统计参量，若状态参量为零、统计参量无变化，则热量仪表为停用状态；若状态参量不为零、统计参量为零，则热量仪表为盗窃状态；若状态参量为零、统计参量有变化，则热量仪表为故障状态；若某些参数出现较大程序波动，即超出了系统规定的阈值，则生成超量程报警；

4)计算网损数据，仪表具有总表或分表属性，结合仪表所在管网，计算总表数据与下属分表数据之和的差值则为网损数据，网损数据超出预先规定的阈值范围，数据同步服务器生成网损异常报警。

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