网络化远程自动抄表系统的设计及实现

　　 0引言

　　电力网供电长期以来依靠人力对商业用电和生活用电数据进行抄读，效率极其低下。抄表数据统计主要依靠人力，报表生成周期长，统计结果分析慢，获得结果不能及时反映系统用电量需求分布，对供应系统的网络优化没有参考价值，严重限制了供电系统的供电效率和质量的提高。

　　传统抄表方式依靠人力抄表，电表数据抄取周期较长，无法获得同一时刻所有用户的电表数据，使得电表数据的获取具有不精确性和时间段的模糊性，导致电网用电量的时空分布结果可信度不高，从而无法给供电管理部门提供有效的参考数据和建议。

　　自动抄表系统是供电系统监管部门用来对工业和生活用电进行监测、管理和控制，以及对用户用电情况进行统计、分析的重要手段。本文提出了将GPRS通讯技术与J2EE技术相结合的方案应用到自动抄表系统的设计中，构成了网络化的远程自动抄表系统。在底层硬件设计中，采用一种基于通用分组无线业务GPRS(GeneralPacketRatioService)无线上网技术的自动数据采集方案。在上层软件设计中，采用美国Sun公司推出的J2EE(Java2Platform，EnterpriseEdition)平台。该产品已应用在实际抄表系统中，效果良好。

　　1系统的整体结构及工作原理

　　1．1系统的组成

　　图1是系统总体设计方案。系统由五部分组成：GPRS数据采集模块、通信服务器、数据库服务器、Web服务器、客户端。 

　　GPRS数据采集模块：它是系统的硬件主要部分。GPRS模块上电后拥有一个动态的IP地址，可以与通信服务器进行Socket通信。它的功能就是将检测到的电能流量以十六进制数据格式发送给通信服务器。GPRS终端也可以接受来之通信服务器的命令。

　　通信服务器：它打开服务器的某一端口，监听并接受所有GPRS终端向该端口发送的UDP数据包，然后将数据包解析成流量等数据，写进数据库中。通讯服务器的另一任务是向GPRS终端发送命令的任务，即向GRPS终端发送UDP数据包。

　　数据库服务器：通信服务器从GPRS终端获得的数据都存储在数据库服务器上，同时数据库服务器还需对数据进行备份。

　　Web服务器：它连接着数据库服务器和客户端。首先它向客户端提供Web服务。响应来之客户端的请求，并根据客户端的请求向数据库服务器获取数据，然后再将数据以html格式返回给客户端，使得客户端可以浏览它所请求的数据。Web服务器还可以直接向通信服务器提出请求，通信服务器根据Web服务器的请求向GPRS终端发送命令。

　　客户端：它采用瘦客户端，只需要一个Internet浏览器即可。客户端的任务就是向Web服务器发出http请求，然后将Web服务器返回的ht-ml格式文件显示给用户。

　　1．2系统的功能

　　系统的功能有：查看历史数据，读取实时或整点数据。

　　查看历史数据：客户端根据自己的需求，要求查看历史上某一段数据的请求，该请求经过Web服务器转送给数据库服务器，数据库服务器将数据经过Web服务器转接以html格式返回给客户端。

　　读取实时或整点数据：客户端要求读取实时或整点数据请求，Web服务器根据请求来通知通讯服务器，然后由通讯服务器通知GPRS数据采集模块，GPRS数据采集模块通过GPRS网络向通讯服务器发送数据包。当通讯服务器收到数据包时，将数据包解析成流量参数写到数据库服务器中，然后由数据库服务器将数据发送给Web服务器，然后由Web服务器将数据以html格式返回给客户端。

　　2GPRS通信模块的设计及其功能

　　第2．5代通讯技术GPRS(GenealpacketRADIoService，通用分组无线业务)作为第三代通讯技术的前奏，GPRS技术是在现有GSM技术基础上发展而来的一种新的分组交换的数据承载业务，由英国BTCellent公司在1983年提出。GSM技术主要以提供话音业务为主，而GPRS技术在移动终端与计算机通信网络的路由器之间提供了分组传递业务，这就是GPRS网络与GSM网络的最大区别。 

　　GPRS把分组交换技术引入现有GSM系统，为移动用户和数据网络之间提供语音通信。GPRS采用分组交换技术，主要提供非语音的数据业务，特别适用于间断的、突发性的和频繁的、少量的数据传输，给移动用户提供高速无线IP和x．25服务。GSM网络采用电路交换的方式，也适用于偶尔的大数据量传输。

　　本系统就是利用GPRS的分组无线业务，通过无线网络连接到现场的自动抄表装置上进行数据测量。

　　在系统中，关键之一是网络协议的选择。目前有两种协议，即TCP协议和UDP协议。UDP协议与TCP协议相比较，有以下几个优点：适用于小数据量的传输；使用方便，不需要建立连接，是一种无连接的通讯方式；传输数据的效率高，实时性强。

　　考虑到UDP上述特点以及流量测量系统对实时性的高要求，本系统采用了UDP协议。

　　3系统硬件设计

　　电能流量测量设备有两种工作方式：一是按事先设定好的时间间隔，周期性地采集用户数据，实时地传送到数据库服务器；二是实时地响应来自于通信服务器的控制命令，按照控制命令进行特定的数据采集任务。这就要求作为数据传输模块和终端设备控制模块的GPRS终端能够实时地解析、处理各种控制命令并向数据传输服务提供尽可能大的吞吐率。另外考虑到系统的可扩展性，本系统硬件设计时没有采用传统的低成本但是高开发费用且性能、功能受限制的单片机加GPRS通讯模块的方案，而是使用了以高性能嵌入式CPU芯片为核心的设计方案。GPRS数据传输终端的硬件组成和连接如图2所示。CPU采用了专为网络解决方案设计的SamsungARM74510B。GPRS模块采用目前比较流行的西门子MC35系列模块。 

　　传输终端的软件采用了以嵌入式实时操作系统为平台、自主知识产权的网络组件为核心的体系结构。操作系统选用了μclinux。μclinux最大的特点就是没有MMU，很适合ARM嵌入式微处理器。该μclinux的内核版本是Linux2．4，它具备完整的嵌入式TCP／IP网络协议栈，操作系统所有代码加起来编译后的镜像文件小于1MB。