CN104064007B - 一种集中抄表系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种集中抄表系统，该系统包括上位机、阀门、热量表、温控面板、SD卡和集中器，其中，集中器分别与上位机、SD卡、阀门和热量表，阀门和温控面板相连接，集中器设置在大楼的楼顶，阀门和热量表设置在大楼的管道上，温控面板设置在大楼的用户室内，温控面板设有温度传感器；集中器通过阀门与温控面板通信，温控面板通过定时的方式和中断的方式，达到与阀门通信的目的，两者服从主从关系；本发明采用集中器分别与上层上位机和下层热量表、阀门进行通信，集中器根据上位机下发的各种指令执行相应的任务，读取热量表数据、对阀门实施控制、通过阀门与温控面板通信设置室内温度或设置室内温度上下线，整个系统通信稳定且实时性高。

Description

一种集中抄表系统

技术领域

本发明涉及一种集中抄表系统。

背景技术

在目前的供热系统中，远程抄表技术的出现引起了社会各界的广泛关注。远程抄表技术是集计算机技术、智能控制技术、通信技术和嵌入式技术于一身，多领域多学科交叉渗透的结果。它可以实现水表、热量表和电表数据的远程集抄和对三表终端的远程操作，实现了数据的集中管理，解决了传统人工抄表不及时、错抄和漏抄的弊端，为有关部门的信息化发展打下了坚实的基础。

远程抄表系统大致可分为三个层次：下层由水表、电表、热量表、阀门和温控面板组成，中间是集中器所在的位置，最上层是数据库服务器系统。在抄表系统中，集中器扮演者重要的角色，集中器设计的好坏，在很大程度上面影响着整个系统的工作效率，集中器是连接后台服务器和下层计量设备的重要桥梁。一方面，它要向上传输数据到有关管理部门的数据库，另一方面，也同时接收主站下发的控制命令，对集中器或者阀门和温控面板进行控制。

通过调研目前供热系统的各种技术以及现场的实际问题，具有如下的问题：

第一：目前的供热计量数据采集设备中多使用有线连接方式的数据采集器，其中一个社区内往往需要几十个采集设备，并且采集设备通过有线连接方式将数据汇总至集中器中。

第二：集中器间数据的通讯，需要设计繁杂的通讯信号线，带来现场施工的难度。

第三：众多的采集设备和施工复杂度高增加了系统的不稳定性和后期维护的难度。

第四：数据采集设备的应用具有严重的局限性：如集中器负载能力过小，不能满足现有建筑物设计的用户数量，需要安装多个集中器，增加繁杂的通讯信号线，增加成本。

第五：在现有的建筑物设计的用户数据量下，一定范围的现场应用，需要多个进行网络连接和数据上报，增加了用户的运营成本。

第六：设备的生命周期短暂，并且维护不方便，需要技术人员到现场操作。

第七：集中器备对计量设备的单一性，现有设备往常一套系统只能支持采集一种计量设备，并且数据上报方式单一性的问题！

第八：现用集中器采用多种市场上现存的通信模块集成组成，所有采集控制均由上位机完成，这样在大用户量的情况下，采集效率很低，服务器压力很大，系统可维护性很差！

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种集中抄表系统，能够具有性能稳定、适用范围广、易于扩展等特点。

一种集中抄表系统，该系统包括上位机、阀门、热量表、温控面板、SD卡和集中器，其中，集中器分别与上位机、SD卡、阀门和热量表，阀门和温控面板相连接，集中器设置在大楼的楼顶，阀门和热量表设置在大楼的管道上，温控面板设置在大楼的用户室内，温控面板设有温度传感器；集中器通过阀门与温控面板通信，温控面板通过定时的方式和中断的方式，达到与阀门通信的目的，两者服从主从关系；

上位机下发指令给集中器，具体步骤如下：

步骤21：集中器的串口接收上位机发送的数据；

步骤22：集中器判断接收到的数据帧是否正确，如果错误，则结束不执行任何操作；如果正确，则执行下一步；

步骤23：集中器对接收到的数据帧进行解析，得到上位机要求其执行的任务；

步骤24：集中器调用操作函数，执行相应的任务，主要任务包括配置集中器参数、抄读热量表数据、阀门控制、读取室内温度或设置室内温度上下线、读取SD卡、设置抄表时间和远程升级；

步骤25：集中器创建回复的数据帧，将执行任务获得的数据填入数据帧；

步骤26：集中器通过消息队列与集中器的上层管理任务通信，上层管理任务中存储每个任务对应的通信类型；

步骤27：集中器根据每个任务自身对应的优先级判断通信类型；

步骤28：集中器根据选定的通信类型发送回复数据帧给上位机，结束；

当执行抄读热量表数据任务时，集中器与热量表进行通讯，根据设置的抄表时间抄读热量表数据，具体步骤如下：

步骤31：集中器获取当前抄表时间节点，在SD卡中建立文件夹用于存储数据，并以时间节点为文件名，则时间节点作为查找数据的检索名；

步骤32：轮询每个通道并读取每个通道下热量表数据，直到所有热量表数据均读取完，将所有热量表数据保存到所建立的文件夹中，并将热量表数据发送给对应的阀门存储，等待温控面板以定时或中断的方式读取并显示在液晶显示屏上；

当执行阀门控制任务时，集中器与阀门通信，并且对阀门实施相应操作，阀门状态包括全开、3/4开、2/4开、1/4开和全关，具体过程如下：

步骤51：集中器解析阀门控制任务，判断执行的操作；

步骤52：查找被控阀门对应的文件信息，根据文件信息中记载的阀门地址，创建控制阀门的数据帧；

步骤53：通过集中器的串口，发送数据帧给阀门；

步骤54：阀门接收到数据帧，执行对应的操作，并且保存阀门的状态值，等待温控面板的读取和集中器的读取；

步骤55：阀门根据阀门的状态值创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤56：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成；

当执行读取室内温度或设置室内温度上下线任务时，具体过程如下：

步骤41：阀门接收集中器的数据，解析控制任务，创建数据帧；

步骤42：温控面板通过定时的方式和中断的方式从阀门获取数据帧，并解析得到对应的信息，读取室内温度或设置室内温度上下线后，返回给阀门；

步骤43：阀门利用温控面板返回的室内温度或室内温度上下线设置结果，创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤44：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成；

当执行读取SD卡任务时，集中器与SD卡进行通信，具体过程如下：

步骤71：集中器以所述读取SD卡任务指定的时间节点作为检索名，查找SD卡中的文件夹，并提取文件夹中的文件信息到全局变量中；

步骤72：集中器发送全局变量中保存的数据到上位机；

进一步地，上位机解析收到的数据，并且判断正确性，如果正确，则保存；否则判断错误的原因；

当执行配置集中器参数任务时，集中器对自身参数进行配置，所述参数包括集中器地址、时钟时间、GPRS的IP地址及端口号；当执行设置抄表时间任务时，集中器设置抄表时间；当执行远程升级任务时，集中器对自身进行升级。

所述通信类型包括zigbee通信类型、485总线通信类型、232总线通信类型、MBUS总线通信类型和GPRS通信类型，所述上位机与集中器之间采用zigbee和GPRS通信类型，集中器与热量表之间采用485总线通信类型或MBUS总线通信类型，集中器与阀门之间采用MBUS总线通信类型，阀门与温控面板之间采用485总线通信类型。

所述集中器将抄得的热量表数据保存在SD卡中，并将该数据发给阀门存储，具体过程如下：

步骤342：集中器轮询每个通道并读取每个通道下热量表数据，判断是否接受到热量表回应的数据，如果热量表没有回应数据，则接受不到数据，会把失败的记录存储，方便以后查找日志，判断错误；如果接收到，则执行下面的步骤；

步骤343：在SD卡中保存热量表数据，保存的形式是以128字节为偏移量；

步骤344：发送对应的热量表数据到阀门，等待温控面板的读取。

有益效果：

本发明采用集中器分别与上层上位机和下层热量表、阀门进行通信，将集中器作为中间桥梁，集中器根据上位机下发的各种指令执行相应的任务，读取热量表数据、对阀门实施控制、通过阀门与温控面板通信设置室内温度或设置室内温度上下线，整个系统通信稳定且实时性高，上位机可以很方便得到集中器收集的各种数据，同时通过集中器也利于对下层进行控制，通过集中器可以减少服务器的压力，提高稳定性和形同的服务。

本发明上位机与集中器之间采用zigbee和GPRS通信类型，即采用无线传输，解决了现场布线结构复杂、成本高、不便扩展和不便维护等一系列缺点；集中器与热量表之间采用485总线通信类型或MBUS总线通信类型，并可以采用多路MBUS总线，且各路之间互不干扰，很好地解决负载能力的问题、短路保护功能，防止设备烧坏等。

附图说明

图1为本发明集中抄表系统的组成原理图。

图2为本发明系统初始化的流程图。

图3为本发明系统参数初始化的流程图。

图4为本发明集中器与上位机通信的流程图。

图5为本发明集中器与抄表控制模块通讯的流程图。

具体实施方式

下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。

如附图1所示，本发明提供了一种集中抄表系统，该系统包括上位机、阀门、热量表、温控面板、SD卡和集中器，其中，集中器分别与上位机、SD卡、阀门和热量表，阀门和温控面板相连接，集中器设置在大楼的楼顶，阀门和热量表设置在大楼的管道上，温控面板设置在大楼的用户室内，温控面板设有温度传感器；集中器通过阀门与温控面板通信，温控面板通过定时的方式和中断的方式，达到与阀门通信的目的，两者服从主从关系。

对整个系统初始化，包括系统初始化和系统参数初始化；

步骤1：如图2所示，系统初始化的过程如下：

步骤11：采用LOG_QueueCreate()创建日志队列，用于存储相关运行信息，并且同时创建产生新日志的信号量。

步骤12：采用Createtasks_up()分别创建数据发送任务TaskUpSend、数据解析任务TaskUpAnalFr、创建接收zigbee的任务TaskUpRecZigbee、接收485通讯模块的任务TaskUpRecRS485、接收232总线的任务TaskUpRecRS232、接收GPRS的任务TaskUpRecGprs。

步骤13：采用CreateMboxs_up()创建上行通信任务所需的信号量，消息邮箱，消息队列等，其中包括信号量CommTxPartSem，内存块CommTxBuffer，队列UpSend_Q和Str_Q。

步骤14：采用CreateTasks_Tasks()创建四个管理任务分别为CreateTasks1()、CreateTasks2()、CreateTasks3()和CreateTasks4()，其中CreateTasks1()用于管理5个串口、一个下行串口任务和串口指令；CreateTasks2()用于管理时钟任务、抄表任务和日志任务；CreateTasks3()用于控制GPRS的登陆和连接，并且通过心跳检测链路是否正常；CreateTasks4()用于创建按键和液晶任务。

步骤15：采用CreateMboxs_Tasks()创建所有任务需要的信号量、消息邮箱和消息队列。

步骤16：采用CreateMutexs_Tasks()创建互斥信号量。

步骤17：采用OSTaskCreateExt()创建开始运行任务，当开始运行操作系统后，由于程序上设置OSTaskCreateExt()所创建的任务的优先级最高，就会跳到其所创建的App_TaskStart任务，开始对系统的参数初始化，并开始运行其他任务。

步骤18：采用OSStart()开始运行操作系统。

步骤2：由于大多数全局变量存放在SD卡中，所以程序启动后要重新获取参数值，因此程序在App_TaskStart任务中进行全部参数的设置初始值，如图3所示，系统参数初始化过程如下：

第1步：调用READ_ParaInit()函数初始化timingpro.c文件中的全局变量抄表完成标志gREAD_ReadCmplFlag和抄表状态gREAD_TimingState。

第2步：调用PRO_InitGlobalVar()函数初始化上行接收最大数据帧字节gPRO_ReceiveData[1024]和上行发送最大数据帧字节gPRO_SendData[1024]。

第3步：初始化的参数包括集中器参数、表档案信息、抄表时间节点信息和上行通信参数，其具体的流程步骤如下：

(1)读取集中器基本参数，判断是否存储过，如果存储过，则初始化集中器基本参数，进行步骤(2)；如果没有存储过，则赋初值给集中器基本参数，进行步骤(2)。

(2)读取表档案信息，判断是否存储过，如果没有存储过，则赋初值给表档案信息，进行步骤(3)；如果存储过，则初始化表档案信息并按通道号读取表信息，然后存储到全局变量中，进行步骤(3)。

(3)读取抄表时间节点信息，判断是否存储过，如果存储过，则初始化抄表时间节点信息，进行步骤(4)；如果没有存储过，则赋初值给抄表时间节点信息，进行步骤(4)。

(4)读取上行通信参数，判断是否存储过，如果存储过，则初始化上行通信参数，进行步骤(5)；如果没有存储过，则赋初值给上行通信参数，进行步骤(5)。

(5)调用OS_CPU_SysTickInit()，提供时钟节拍。

上位机下发指令给集中器，两者之间采用zigbee和GPRS通信类型，如图4所示具体步骤如下：

步骤21：集中器的串口接收上位机发送的数据；

步骤22：集中器判断接收到的数据帧是否正确，如果错误，则结束不执行任何操作；如果正确，则执行下一步；

步骤23：集中器对接收到的数据帧进行解析，得到上位机要求其执行的任务；

步骤24：集中器调用操作函数，执行相应的任务，主要任务包括配置集中器参数、抄读热量表数据、阀门控制、读取室内温度或设置室内温度上下线、读取SD卡、设置抄表时间和远程升级；

步骤25：集中器创建回复的数据帧，将执行任务获得的数据填入数据帧；

步骤26：集中器通过消息队列与集中器的上层管理任务通信，上层管理任务中存储每个任务对应的通信类型，所述通信类型包括zigbee通信类型、485通信类型、232总线通信类型、MBUS总线通信类型和GPRS通信类型；

步骤27：集中器根据每个任务自身对应的优先级判断通信类型；

步骤28：集中器根据选定的通信类型发送回复数据帧给上位机，结束。

当执行抄读热量表数据任务时，集中器通过485总线或MBUS总线与热量表进行通信，根据设置的抄表时间抄读热量表数据，如图5所示，具体步骤如下：

步骤31：集中器获取当前抄表时间节点，在SD卡中建立文件夹用于存储数据，并以时间节点为文件名，则时间节点作为查找数据的检索名。

步骤32：判断MBUS通道是否在1到7内，如果通道数大于7，则调用抄表结束日志；如果在1到7内，则获取本通道下的热量表数目。

步骤33：读取本通道下面的热量表，具体过程如下：

步骤331：获取热表文件信息。

步骤332：判断是否成功，如果失败，则记录失败日志，然后读取下一个通道的热量表；如果成功，则进入下一步。

步骤333：获取协议类型，其中协议类型包括五个厂家协议，以结构体数组的形式保存，程序上根据此次热表文件信息中的协议类型即可获得。

步骤334：创建数据帧，该数据帧用于和热量表的通信。

步骤335：通过消息队列实现与下层管理任务的通信。

步骤336：调用串口2发送数据帧给热量表。

步骤337：判断接收数据是否正确，如果正确，则存储数据，并且把数据发送给对应的阀门控制模块，等待温度控制模块的读取，并将正确的数据个数在液晶屏幕上显示；如果失败，则记录失败原因，开始读取下一个通道的热量表的数据。

步骤34：判断本通道的所有热量表数据是否读取成功，如果成功，则保存本通道的所有热量表数据到所建立的文件夹中，并将热量表数据发送给对应的阀门存储，等待温控面板以定时或中断的方式读取并显示在液晶显示屏上；如果失败，则记录失败信息，并返回到步骤32，开始读取下一个通道的热量表。

当执行阀门控制任务时，集中器通过MBUS总线与阀门通信，并且对阀门实施相应操作，阀门状态包括全开、3/4开、2/4开、1/4开和全关，具体过程如下：

步骤51：集中器解析阀门控制任务，判断执行的操作；

步骤52：查找被控阀门对应的文件信息，根据文件信息中记载的阀门地址，创建控制阀门的数据帧，其中文本信息存储每家用户的热量表、阀门和温控面板地址；

步骤53：通过集中器的串口，发送数据帧给阀门；

此处需要说明的是：系统设计的MBUS通道有6路，每一路可以带的负载有200个计量设备，因此总共可以挂载1200块，但是有一个问题是，不能同时打开6路，否则其负载能力会降低，通过这样的设计，完全可以达到实际现场的需求。

步骤54：阀门接收到数据帧，执行对应的操作，并且保存阀门的状态值，等待温控面板的读取和集中器的读取；

步骤55：阀门根据阀门的状态值创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤56：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成。

当执行读取室内温度或设置室内温度上下线任务时，具体过程如下：

步骤41：阀门接收集中器的数据，解析控制任务，创建数据帧；

步骤42：温控面板通过定时的方式和中断的方式从阀门获取数据帧，并解析得到对应的信息，读取室内温度或设置室内温度上下线后，返回给阀门；

步骤43：阀门利用温控面板返回的室内温度或室内温度上下线设置结果，创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤56：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成；

当执行读取SD卡任务时，集中器与SD卡进行通信，具体过程如下：

步骤71：集中器以所述读取SD卡任务指定的时间节点作为检索名，查找SD卡中的文件夹，并提取文件夹中的文件信息到全局变量中；

步骤72：集中器发送全局变量中保存的数据到上位机；

进一步地，上位机解析收到的数据，并且判断正确性，如果正确，则保存；否则判断错误的原因；

当执行配置集中器参数任务时，集中器对自身参数进行配置，所述参数包括集中器地址、时钟时间、GPRS的IP地址及端口号；当执行设置抄表时间任务时，集中器设置抄表时间；当执行远程升级任务时，集中器对自身进行升级。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种集中抄表系统，其特征在于，该系统包括上位机、阀门、热量表、温控面板、SD卡和集中器，其中，集中器分别与上位机、SD卡、阀门和热量表相连接，以及阀门和温控面板相连接，集中器设置在大楼的楼顶，阀门和热量表设置在大楼的管道上，温控面板设置在大楼的用户室内，温控面板设有温度传感器；集中器通过阀门与温控面板通信，温控面板通过定时的方式和中断的方式，达到与阀门通信的目的，两者服从主从关系；

上位机下发指令给集中器，具体步骤如下：

步骤21：集中器的串口接收上位机发送的数据；

步骤22：集中器判断接收到的数据帧是否正确，如果错误，则结束不执行任何操作；如果正确，则执行下一步；

步骤23：集中器对接收到的数据帧进行解析，得到上位机要求其执行的任务；

步骤24：集中器调用操作函数，执行相应的任务，主要任务包括配置集中器参数、抄读热量表数据、阀门控制、读取室内温度或设置室内温度上下线、读取SD卡、设置抄表时间和远程升级；

步骤25：集中器创建回复的数据帧，将执行任务获得的数据填入数据帧；

步骤26：集中器通过消息队列与集中器的上层管理任务通信，上层管理任务中存储每个任务对应的通信类型；

步骤27：集中器根据每个任务自身对应的优先级判断通信类型；

步骤28：集中器根据选定的通信类型发送回复数据帧给上位机，结束；

当执行抄读热量表数据任务时，集中器与热量表进行通讯，根据设置的抄表时间抄读热量表数据，具体步骤如下：

步骤31：集中器获取当前抄表时间节点，在SD卡中建立文件夹用于存储数据，并以时间节点为文件名，则时间节点作为查找数据的检索名；

步骤32：轮询每个通道并读取每个通道下热量表数据，直到所有热量表数据均读取完，将所有热量表数据保存到所建立的文件夹中，并将热量表数据发送给对应的阀门存储，等待温控面板以定时或中断的方式读取并显示在液晶显示屏上；

当执行阀门控制任务时，集中器与阀门通信，并且对阀门实施相应操作，阀门状态包括全开、3/4开、2/4开、1/4开和全关，具体过程如下：

步骤51：集中器解析阀门控制任务，判断执行的操作；

步骤52：查找被控阀门对应的文件信息，根据文件信息中记载的阀门地址，创建控制阀门的数据帧；

步骤53：通过集中器的串口，发送数据帧给阀门；

步骤54：阀门接收到数据帧，执行对应的操作，并且保存阀门的状态值，等待温控面板的读取和集中器的读取；

步骤55：阀门根据阀门的状态值创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤56：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成；

当执行读取室内温度或设置室内温度上下线任务时，具体过程如下：

步骤41：阀门接收集中器的数据，解析控制任务，创建数据帧；

步骤42：温控面板通过定时的方式和中断的方式从阀门获取数据帧，并解析得到对应的信息，读取室内温度或设置室内温度上下线后，返回给阀门；

步骤43：阀门利用温控面板返回的室内温度或室内温度上下线设置结果，创建回复确认的数据帧，并且发送给集中器；

步骤44：集中器接收到阀门确认的数据帧，判断操作完成；

当执行读取SD卡任务时，集中器与SD卡进行通信，具体过程如下：

步骤71：集中器以所述读取SD卡任务指定的时间节点作为检索名，查找SD卡中的文件夹，并提取文件夹中的文件信息到全局变量中；

步骤72：集中器发送全局变量中保存的数据到上位机；

进一步地，上位机解析收到的数据，并且判断正确性，如果正确，则保存；否则判断错误的原因；

当执行配置集中器参数任务时，集中器对自身参数进行配置，所述参数包括集中器地址、时钟时间、GPRS的IP地址及端口号；当执行设置抄表时间任务时，集中器设置抄表时间；当执行远程升级任务时，集中器对自身进行升级。

2.如权利要求1所述的集中抄表系统，其特征在于，所述通信类型包括zigbee通信类型、485总线通信类型、232总线通信类型、MBUS总线通信类型和GPRS通信类型，所述上位机与集中器之间采用zigbee和GPRS通信类型，集中器与热量表之间采用485总线通信类型或MBUS总线通信类型，集中器与阀门之间采用MBUS总线通信类型，阀门与温控面板之间采用485总线通信类型。

3.如权利要求1所述的集中抄表系统，其特征在于，所述集中器将抄得的热量表数据保存在SD卡中，并将该数据发给阀门存储，具体过程如下：

步骤342：集中器轮询每个通道并读取每个通道下热量表数据，判断是否接受到热量表回应的数据，如果热量表没有回应数据，则接受不到数据，会把失败的记录存储，方便以后查找日志，判断错误；如果接收到，则执行下面的步骤；

步骤343：在SD卡中保存热量表数据，保存的形式是以128字节为偏移量；

步骤344：发送对应的热量表数据到阀门，等待温控面板的读取。