（机械电子工程专业论文）居民用电远程数据采集与管理系统的研究.pdf

沈阳理工大学硕士学位论文 摘要 本文介绍了一种基于g p r s 无线网络通信的电能自动抄表系统的远程数据采集 和管理系统的设计过程，结合现有的抄表状况，对系统的工作原理，组成及功能 等作了简单的介绍，详细阐述了主站管理软件系统的设计过程。本文主要从三个 方面对主站管理系统进行了详细的论述，即数据库的设计、通信程序的设计和界 面的设计。 本文涉及的自动抄表系统由智能电表、数据采集器、集中器和主站管理系统 四部分组成，通过主站管理系统实现了利用g p r s 网络对电表的数据进行远程抄录 并对数据进行管理的功能。文中对主站管理系统进行了需求分析，确定了方案， 并选择了d e l p h i7 0 作为前端开发工具，s q ls e r v e r2 0 0 0 作为数据库系统，说 明了a m r s 数据库系统的设计过程，包括a m r s 数据库的结构、建立过程以及数据 库与d e l p h i7 0 的连接过程，阐述了主站管理系统与集中器之间通信程序的设计 过程，具体的论述了软件界面的分析、设计和实现的过程，主要包括系统的登录 界面、主界面、抄表管理、数据管理、报表统计和系统管理六个部分。 本系统将通信技术和计算机技术相结合，将用户的电能表和管理中心连成一 体，定时( 或实时) 自动读取用户的电表数据。不但进一步节约了人力开支，还能 实时监控各个用户的消费情况，有利于管理部门及时发现问题，并采取相应的措 施进行处理。 关键词：自动抄表系统；主站管理系统；通信程序；g p r s 沈阳理工大学硕士学位论文 a b s t r a c t t h i sa r t i c l ei n t r o d u c e st h ed e s i g n i n gp r o c e s so fr e m o t ed a t aa c q u i s i t i o na n dm a n - a g e m e n ts y s t e mw h i c h a r cu s e di n t h ea u t om e t e rr e a d i n g s y s t e m w h i c hi s c o m m u n i c a t i n gb y g p r sn e t t h e p a s s a g e m a k e sab r i e fi n t r o d u c t i o no f p r i n c i p l e ，s t r u c t u r e a n df u n c t i o no ft h es y s t e ma n dd e s c r i b e st h ed e s i g n i n gp r o c e s s d e t a i l so ft h em a n a g e m e n ts o f t w a r e t h et h e s i sm a r l yd i s c u s s e st h em a n a g e m e n ts y s t e m i nt h r e ep h a s e st h a t 棚t h ed e s i g n i n go fd a t a b a s e ，c o m m u n i c a t i o np r o c e s sa n du s e r i n t e r f a c e t h ea u t om e t e rr e a d i n gs y s t e mw h i c hi sm e n t i o n e di nt h ea r t i c l ei sc o m p o s e do f i n t e l l i g e n tm e t e r s ，d a t ac o l l e c t o r , c o n c e n t r a t o ra n dm a n a g e m e n ts y s t e m t h es y s t e m w h i c hi sc o m m u n i c a t e db yg e n e r a lp a c k e tr a d i os e r v i c ec a ng e tt h ed a t ao fm e t e r sa n d c a l c u l a t et h ed a t a 、历t 1 1m a n a g e m e n ts y s t e m t h ep a s s a g ea n a l y s e ss y s t e md e m a n da n d d e t e r m i n e st h ed e s i g n i n gp l a n i tc h o o s e sd e l p h i7 0a st h ed e v e l o p i n gt o o la n ds q l s e v e r2 0 0 0 嬲t h ed a t a b a s es y s t e m i td e s c r i b e st h ed e s i g n i n gp r o c e s so fa m r sd a t a b a s e w h i c hi n c l u d e ss t r u c t u r eo fd a t a b a s e ，c r e a t i n gp r o c e s sa n dl i n k i n gm e t h o db e t w e e n d a t a b a s ea n dd e l p h i7 0 t h et h e s i sd e s c r i b e st h ed e s i g n i n gp r o c e s so f t h ec o r n m u i c a t i o n p r o g r a mb e t w e e nm a n a g e m e n ts y s t e ma n dc o n c e n t r a t o r i te l a b o r a t e st h em a n a g e m e n t s o f t w a r ei n t e r f a c ea n a l y s i sa n dt h ec o u r s eo fd e s i g n i n ga n dr e a l i z i n gp r o c e s s t h eu s e r i n t e r f a c ei n c l u d e s l o g i nd i a l o g ，m a i ni n t e r f a c e ，m e t e rr e a d i n gm a n a g e m e n t , s t a t i s t i c s m a n a g e m e n t , s t a t i s t i c a lr e p o r t i n gf o r m sa n ds y s t e mm a n a g e m e n t t h es y s t e mc o m b i n e sc o m p u t e rt e c h n o l o g y 、析吐lc o m m u n i c a t i o nt e c h n o l g ya n di t p u tt h ee l e c t r i c m e t e ra n dm a n a g e m e n tc e n n t e rt o g e t h e r t h es y s t e mc a nr e a dt h ed a t a o f m e t e r st i m e l ya u t o m a t i c a l l y i tn o to n l yc a r tr e d u c et h ec o n s u m i n go fp e o p l e sp h y s i c a l s b u ta l s oc a nc o t r o lt h es i t u a t i o no f1 1 8 0 1 8a n di th e l p st h em a n a g e m e n td e p a r t m e n tf i n d p r o b l e m sa n dd e a l 、析mt h e mi m m e d i a t e l y k e y w o r d s ：a u t om e t e r r e a d i n gs y s t e m ；m a s t e r s t a t i o n m a n a g e m e n t s y s t e m ；c o m m u n i c a t i o np r o g r a m ；g e n e r a lp a c k e tr a d i o s e r v i c e 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明：本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出， 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者( 签字) ： 日期 ： 圣慈芳 刎年月- 牛日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： 日 期： 指导教师签名：偶锗 日 期：南f 年 第l 章绪论 第1 章绪论 1 1 课题的提出及意义 遂着科学技术日新月异的发展，将计算机技术广泛的融入到企业的经营管理 中，己成为目前企业发展的迫切需求。自动抄表系统是根据用电管理部门的抄表 和收费存在的问题而提出的课题。自动抄表系统是一种不需要人员到达现场，利 用特定的通信方式将用户处的电能表所记录的各种数据传送到远程主控站的计算 机网络中，并由软件对数据进行统计、分析和计算的系统。该系统的英文名称为 a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n gs y s t e m ，缩写为a i r s n ，。该系统实现了用户电表的远程 自动抄表，使用电管理向规范化、自动化和科学化迈进。对用电管理部门和用户 来说，传统的抄表收费方式存在的弊病也越来越突出，抄表收费难也成了用电管 理部门经营管理上的问题，究其原因主要有以下几点： ( 1 ) 费用流失。抄表人员只能在早、晚居民休息的时间进行抄表，实际可利用 的抄表时间较短：同时，随着家庭财产价值越来越高，社会上的不安全因素逐渐被 居民重视，用户不希望被人打扰，住宅的单元入口安装防盗设施较为普及，抄表 人员入户有一定的限制，因而要使抄表率、收费率达到专业公司的要求很难，实 际收费往往远远低于统计值，费用流失严重。用户或收费人员窃电、作弊或拒交 费用等时有发生，造成了各类费用不能按时准确地收缴，费用易出现流失现象。 ( 2 ) 管理费用庞大。以电力公司拥有2 0 万用户为例，抄表和管理人员可能需 要1 0 0 1 2 0 人，甚至更多，那么人员成本年费用近2 0 0 万元。且随着农村用电政策 的改革，“一户一表 的改造正在进行当中，用户会越来越多，抄表收费问题就更 为突出，这也严重制约着相关公共事业单位的发展但，。 ( 3 ) 数据统计和计算的工作量大。资源的供给、分配、调度计量、收费是业务 运营链中不可分割的环节。资源运载的规划、监测和调度既能保障企业有效运作， 又能为政府决策能源利用计划提供有效的依据。然而，原始的数据统计和计算， 既耗费了大量的人力和物力，又难保企业高效、准确的运作嘲。 ( 4 ) 计费的精度难以保障。现行抄表收费大多是人工抄表、人工收费、手工结 沈阳理工大学硕士学位论文 算，效率低、误差大，抄表和收费人员工作条件差、劳动强度大；由于楼层越来 越高，而抄表时间相对缩短，这就需要额外增加抄表频次；难以适应企业管理信 息化的形势要求。 上述原因造成了目前社会上普遍存在的收费分散、工作效率低下、计量计费 不准、计量信息实时性较差和小区安全防犯需要等实际情况。针对上述用电管理 工作中反映出来的突出问题，可以看到，传统的人工抄表方式已经不能满足现代 化管理的需要，只有采用自动抄表，实现抄表数据实时采集，自动传输，才能使 得用电管理工作真正迈向自动化、规范化和科学化的轨道。基于上述问题，我们 进行了居民小区自动抄表系统的研究和设计。 1 2 国内外发展状况 国外对自动抄表技术的研究起步较早且比较深入，形成相对规范的技术体系， 多种自动抄表技术得到了相对广泛的、成功的应用臼，。在发达的国家如美国、日本、 英国等国家基本都实现了自动远程抄表h ，。 国内受技术水平所限，前些年则较多使用电话线通信和普通电缆通信。各种 自动抄表技术虽都有应用，但量都不大，十分成功的较少，有较大的发展空间。 随着对扩频技术研究的深入，低压电力线载波中干扰大的问题正逐渐得到解决， 因此，低压电力线载波在自动抄表技术中的应用有逐渐推广的趋势幅，。当然，其他 各种自动抄表技术目前也都处于发展的阶段，各种自动抄表技术应用于不同层次 的用户。 国内自动抄表系统的市场应用情况分析如下： ( 1 ) 由于自动抄表的数据可靠性问题相对较多，一些国内自动抄表系统的市场 应用现状不容乐观。 ( 2 ) 随着国家“康居工程 的推广，智能化小区的建设，自动抄表系统要逐渐 普及口1 。 ( 3 ) 由于种种因素，绝大多数自动抄表系统都未能很好地运行，投了自动抄表 系统的钱却仍用人工抄表的现象较为普遍。 ( 4 ) 这种局面不能得到有效改变，自动抄表行业必将受到严重影响，其负面的 影响将波及到房地产行业、各专业公司、智能化产业等。 自动抄表系统中关键要解决的问题是数据通讯的问题，因而远程集中抄表系 2 第1 章绪论 统也随着各种通讯方式的发展而不断发展起来，系统水平的提高主要在于其通讯 技术的改进，。现阶段自动抄表系统中的通讯方式主要有：光纤通信、电话线通信、 普通电缆通信、电力载波通信和无线通信等“，。 ( 1 ) 光纤通信具有频带宽、传输速率高、传输距离远和抗干扰能力强等特点， 非常适合上层通信网的要求。随着光纤技术的发展和广泛应用，自动抄表系统中 有可能更多的使用光纤。 ( 2 ) 电话线通信由于电话在城镇的迅速普及，利用现有电话网进行数据通信 是一个经济有效的方案。利用电话网通信，只需在集中器和主站管理系统处加装 调制解调器即可，其传输速率可达5 6 k b p s 。但电话线通信的线路接通时间较长， 一般需要几秒到几十秒。另外，我国部分乡村和小城镇还没有普及电话，。 ( 3 ) 电力载波通信通过电力载波通信不需要再投资铺设通信线路，不仅可大 大节约资金投入，而且还具有维护量小的特点，尤其是近年来扩频通信技术的较 成功应用，使得电力载波通信越来越多的用于自动抄表系统。但是，我国电网污 染比较严重，在数据传输过程中经常出现错码和丢码的情况，使数据出现较大误 差，所以电力线载波抄表在我国始终没有得到大范围应用圳叮。 ( 4 ) 无线通信对于分散的集中器，利用无线方式进行通信是一种较好的选择。 原来的无线通信是指传统意义上的无线通信，这种无线通信方式需要申请频点使 用权，而且对发射装置的功率都有严格的限制。近年来，随着通信技术和计算机 技术的快速发展，无线通信技术也已经包括了g p r s 无线数字网。g p r s 是一个覆盖 全国乃至全球的无线通讯网络，以数据流量计费，网络可靠，覆盖范围广，无通 讯盲点，是目前解决移动无线通信的一种较好的方法n 。“洲。本文所设计自动抄表 系统是采用了第四种通信方式，是基于中国移动g p r s 无线数字网通信的电能自动 抄表系统。 1 3 本文研究的主要内容 本文将研究设计一种以现有的低压电力线网和中国移动g p r s 网络为信息载 体，以单片机为主要控制器件的自动抄表系统中的管理系统。一方面，该管理系 统通过g p r s 网络向集中器发送各种指令，抄收电表读数。另一方面，将抄收上来 的数据进行相应的处理，完成收费和用户管理等工作。主要包括软件需求分析、 数据库设计、主站对电表数据的采集以及主站管理软件的开发等工作。 3 沈阳理工大学硕士学位论文 1 4 本文章节介绍 为了快速、方便地了解本文的内容，在此对本文的结构和所涉及的章节进行 简要介绍。 第1 章概括性地介绍了自动抄表系统的发展。 第2 章简要介绍了自动抄表系统的整体结构和功能。 第3 章对自动抄表管理软件系统进行了较为详细的需求分析，选择开发工具。 第4 章详细介绍了自动抄表系统的数据库的结构和设计过程。 第5 章详细说明了主站管理系统通过g p r s 网络对电表数据的采集过程。 第6 章详细介绍了自动抄表管理软件的设计，内容包括抄表管理、数据管理 以及系统管理等。 第2 章系统的结构和特点 第2 章系统的结构和特点 2 1 自动抄表系统的基本组成 自动抄表系统是一种把多个分散单元( 电能表) 信息准确传送到一个基站( 数 据处理中心) 的综合系统。它包括高精度的一次仪表获取信息，准确无误的通过媒 介传输信息，高效快捷的计算机处理信息。因而一个自动抄表系统主要是由电能 表、采集器( 数据采集模块和采集终端) 、集中器、主站( 数据处理中心) 以及将这 些设备连接起来的高效盼、可靠的数据传输通信方式组成的系统，。 自动抄表系统是新兴的、先进的抄表方式，融合了当今最先进的计算机和通 信技术，并随着通信技术系统的硬件和软件不断发展而更新m 儿“，。因此可以说它是 一项发展中的技术，原则上并没有相对固定的方式和概念，在实际应用中通常是 多种通信技术的综合使用，以达到最理想的目标n ”。自动抄表系统的总体结构如 图2 1 所示“，。 ( 1 ) 具有自动抄表功能的电能表它是最基本的，也是最末端的设备，要求其 具各自动抄表的功能。电子式电能表本身就具备这个功能，目前普遍应用的感应 式电能表则需要加上转换装置后，才可以在该系统中应用n “。 ( 2 ) 采集器采集器的作用是将多台电能表连接起来，一般为十几台或几十台， 将电能表传来的数据准确接收、累计、存储，在需要时将数据以某种方式向上一 级发送n ”。采集器内部有充电电池作为后备电源，其作用是在供电线路停电的情 况，由每个采集器的电池单独向采集器和电能表供电，不会影响采集器的正常抄 收工作。采集器采用双重硬件看门狗和软件看门狗技术，保证在任何情况下不死 机；同时，还具备红外或其他方式的通信功能，以便在采集器与外界联系中断时， 采用半自动的方式进行抄表“”。 ( 3 ) 通信网络通信网络也叫信道，即数据传输的通道。从集中器看，从集中 器到主控站之间通信规定为上行信道，从集中器到采集器之间通信规定为下行信 道。通信网络l 为上行信道，目前使用的信道主要有电话网、电力网、无线通信 网、g s m 网等。通信网络2 为下行信道，日前使用的信道主要有电力网、r s 4 8 5 沈阳理工大学硕士学位论文 总线网、有线电视网等。自动抄表系统中涉及的两段通信网络，每段可以相同也 可以完全不一样，因此可以组合出各种不同的自动抄表系统 4 1 。 图2 1 自动抄表系统总体结构图 2 2 基于g p r s 通信的自动抄表系统的构成 本文所设计的居民小区自动抄表系统结构如图2 2 所示，该系统由智能电表、 数据采集器、集中器、主站管理系统和打印机等附属设备构成，上行信道选用g p r s 网进行通信，下行信道采用低压电力线进行通信。 ( 1 ) 主控站计算机：主站控制系统对整个系统进行管理，通过管辖下的集中器 可随时调用系统内任一电能表数据，并对数据进行处理，同时可对系统内设备发 出各种指令。 ( 2 ) 集中器：集中器是整个系统的桥梁。它一方面接收来自主控站的各种操作 命令并下传至采集器；另一方面，将采集器的各种信息回传到主控站计算机中， 同时存储所管辖电能表的数据和有关参数，并具有定时抄收采集器( 表计) 数据， 实时监控采集器的工作状态等功能。 ( 3 ) 采集器：采集器主要由中央处理单元、数据采集存储单元、载波调制解调 单元组成。它的作用是对用户电能表的脉冲进行数据采集处理，接收来自集中器 发来的各种操作命令，向集中器回送电能表数据，对违章、欠费用户实施警告和 控制。 第2 章系统的结构和特点 1 图2 2 系统结构图 2 3 自动抄表系统的特点 自动抄表的成功之处在于将传感器技术、计算机技术和通讯技术等有机的结 合起来，构成一个先进的计算机监控管理系统。其主要优点如下： ( 1 ) 方便抄表工作。远程自动抄表系统使抄表人员可以足不出户就对电能表的 数据及时准确地进行抄录，极大的方便了抄表工作。 ( 2 ) 实时性高。可精确抄报系统内部所有电能表某一时段的电量，更为精确的 计算出配电线路的线损率，为供电部门的经济效益分析提供了可靠的保障。 ( 3 ) 系统运行稳定可靠、采集数据迅速准确。主站管理系统能随时对电能表的 数据进行采集，对采集到的数据进行统计分析，可随时对电表的情况进行监测， 对发现的异常情况进行及时地处理。 ( 4 ) 原始数据的唯一性。抄表系统在设计上，严格遵循电能量数据唯一性、安 全性以及不可修改性的原则。抄表工作站的操作要经过严格安全检查和登录操作， 7 沈阳理工大学硕士学位论文 抄回的数据定义为只读不可修改，其余工作站的数据处理来源于抄表工作站抄回 的数据信息，各工作站的任何操作均不能改变原始的数据信息。 ( 5 ) 易于实现预购电量和预付费，促进了电力的商业化运行。 ( 6 ) 对电表用户的基本档案资料和用电资料能够迅速方便的查询。 2 4 本章小结 本章主要介绍了自动抄表系统的总体结构，以及基于g p r s 网络通信的电能自 动抄表系统的构成和特点，并且对各部分的工作原理进行了简要说明。 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 3 1 需求分析 任何一个软件工程项目的开发都有一个过程，通常称为软件生存期过程。一 般可将软件生存期概括为三个时期：项目定义期、设计开发期和运行维护期啪，。每 个时期又由不同阶段组成。需求分析是项目定义期的项目定义、可行性分析、需 求分析三个阶段之一，它是指开发人员在可行性研究的基础上，通过与用户的充 分沟通和交流，了解用户的工作性质和流程以及希望通过开发的系统完成哪些工 作，也就是确定系统开发的目的和所要实现的功能，对软件工程项目的最终目标 提出完整、准确、清晰、具体的要求n ”。需求分析规定了系统设计统一的、最基本 的要求，需求分析的结果是系统设计、实现、测试验收和维护的依据，直接关系 到软件系统开发的成败和软件的质量。 自动抄表管理软件系统的需求分析，可以从以下四个方面进行： ( 1 ) 系统的功能要求和性能要求 ( 2 ) 系统的数据要求 ( 3 ) 系统的界面结构 ( 4 ) 系统方案的确定和评价 3 1 1 系统的功能要求和性能要求 3 1 1 1 系统的功能要求 对电能自动抄表管理系统软件的主要功能要求有： ( 1 ) 自动抄表。能够定时、实时的抄录前端电表的读数，随时了解住户电能的 使用情况，便于对电费的自动管理。 ( 2 ) 收费信息管理。能够查询所有住户的收费资料，包括住户在不同时间的电 表的读数值、电能用量和用电费用，以及预存电费和是否欠费等。 ( 3 ) 住户档案管理。能够查询所有住户的档案信息，并且能够对住户信息进行 增加，修改和删除等操作。 ( 4 ) 价格信息管理。能够设置电价，包括峰时电价和谷时电价，以便进行用电 沈阳理工大学硕士学位论文 费用的计算。 ( 5 ) 报表统计打印。通过对数据的统计分析，产生不同的报表。例如：日收费 报表、欠费用户报表、住户用电清单、营业区日用电量报表等。另外，对某些数 据也可以以曲线的形式反映出来，以便更清楚的反映出用电情况。例如：用户每 天用电量变化图、营业区每天用电量变化图、营业区用电量比较图等。这些报表 和曲线图都能以某种格式打印出来。 ( 6 ) 线损计算。线损是供电管理部门的重要技术指标，为供电分析提供原始数 据。线损计算包括线损量、线损率和线损变化率。 ( 7 ) 系统用户管理。首先，对系统用户可进行增加、修改和删除。另外，对系 统用户实行分级管理，分别赋予两种不同的权限：系统操作员具有查询信息、抄 表管理、通电、断电、计算电费、收取预存电费和报表统计打印等权利，系统管 理员除了具有系统操作员的权利外，还有设置电价、设置抄表时间和系统用户管 理等全部权利。 ( 8 ) 预付费功能。住户必须预交电费储蓄金，并且系统可以打印收取电费储蓄 金的收据。 ( 9 ) 断电和通电管理。对于电费储蓄金余额小于某一设定值的用户，系统可自 动断电。交纳电费储蓄金以后，系统又可以自动的通电。这样保证了系统能够及 时断电和通电，给用电管理部门和用户带来了方便。 ( i o ) 数据备份、数据恢复以及清除冗余数据。系统能够对数据及时备份，防 止丢失。当系统瘫痪时，利用数据备份可及时地进行数据恢复。另外，考虑到数 据库的容量问题，对已经过时的数据，可进行清理，以保证数据库有足够的空间。 3 1 1 2 系统的性能要求 自动抄表管理软件系统的主要性能要求有： ( 1 ) 容量要求 自动抄表系统需要软件处理和存储的数据主要有住户档案信息、电表读数信 息、价格信息和收费信息等，本文所阐述的管理软件系统采用的是关系型数据库 s o ls e r v e r ，因此在数据库容量方面可以满足要求。 ( 2 ) 精度要求 系统处理的主要是电表的读数和用电费用，涉及字符、整数和浮点数，系统 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 的精度，如数值计算精度、数据传输精度等都没有特殊的要求，一般的编程语言 和数据库管理系统都能达到要求。 ( 3 ) 时间特性要求 系统对时间特性没有特殊要求，一般的编程语言和数据库管理系统既能够达 到系统对处理时间、响应时间等的要求。 ( 4 ) 人机交互性好 尽量实现适应于用户特点的智能化人机交互界面，便于用户操作使用。 3 1 2 系统的数据要求 管理软件系统的数据包括向系统输入的数据和用户所需要输出的数据。向系 统输入的数据和系统向用户输出的数据都可以以一定格式通过打印机输出。 根据软件系统的功能，确定出向系统输入的主要数据有： ( 1 ) 住户档案信息有关数据。包括住户姓名，性别，出生日期，地址，地址编 码，入住时间，搬出时间、所属营业区代码和备注等。 ( 2 ) 收取电费储蓄金有关数据。包括交纳储蓄金金额，储蓄金余额，收费日期 和操作员等。 ( 3 ) 电价有关数据。包括峰时电费倍率、谷时电费倍率以及分别所对应的时间。 ( 4 ) 系统用户的有关数据。包括系统用户的用户名、密码和所具有的权限等。 系统向用户输出的主要数据有：用户电表读数，用电量和用电费用等。 3 1 3 系统的界面结构 根据管理软件系统的功能确定管理软件系统界面主要由六个部分构成：登录 界面、数据管理、通讯管理、抄表管理、报表统计和系统管理，系统界面大体结 构如图3 1 所示。软件有下拉菜单和按钮两种操作形式。 沈阳理工大学硕士学位论文 图3 1 系统界面结构图 ( 1 ) 登录界面：系统运行时首先弹出“登录 界面，用户在对话框中输入用户 名和密码，点击“确定按钮后，系统将验证用户名和密码是否相匹配，如果匹 配，系统运行；否则系统提示用户重新输入密码，如果用户连续三次输入错误密 码，系统会终止运行，以防止无关人员进行操作。 ( 2 ) 数据管理：数据管理主要包括电表用户管理、电表数据管理、预存电费储 蓄金、欠费用户信息和数据库冗余数据的清除等。 电表用户也就是前面提到的住户，电表用户管理主要是管理电表用户的档案 信息，包括住户的姓名、性别、出生日期、地址、地址编码、入住时间、搬出时 间、所属营业区代码和备注等。管理软件系统可以对这些信息进行修改、删除、 增加以及根据不同的条件进行信息的查询等操作。 电表数据管理主要是对抄收上来的住户电表读数进行处理，包括电量电费计 算和用电查询两部分。计算住户的电量电费时，首先要选择计算的日期，默认的 日期是前一天( 例如：今天是2 0 0 7 6 - 1 5 ，那么计算电量窗体的默认日期为 2 0 0 7 - 6 - 1 4 ) ，然后选择电费的费率，包括峰时费率和谷时费率，这些条件都选择 完以后，点击“计算“按钮，住户的电量和电费信息被准确地计算出来。用电查 询就是根据各种选定的查询条件对住户的用电信息进行查询，系统可以统计出符 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 合查询条件的用户数并且显示出每个符合条件的用户的用电详细信息。 预存电费储蓄金这部分包括新用户注册和交纳储蓄金，如果住户是第一次交 纳电费储蓄金，那么首先得进行注册，把用户名、用户号和所属营业区编号写进 数据库里，注册后，就可以交费，在交费窗体中系统可以显示出用户名、用户号、 交费的金额、储蓄金余额、交费日期以及操作员等，并且系统还可以打印交费收 据。 在欠费用户对话框中可以查询出电费储蓄金余额不足的用户，系统可以给这 些用户自动断电，并且还可以打印出欠费用户的储蓄金信息。 数据库冗余数据清除就是把数据库中一些已经过时的数据删除，主要就是一 些抄表信息，以保证数据库有足够的空间来存储新的数据。 ( 3 ) 通讯管理：通讯管理是自动抄表的前提，只有把主站管理系统和集中器之 间的通讯打开了，才能实现数据的传输，从而才能抄收用户电表的读数。通讯管 理这部分主要包括抄表通讯管理、断电通讯管理和通电通讯管理。 ( 4 ) 抄表管理：抄表管理是整个电能管理软件系统的核心内容，只有把用户电 表的数据抄收上来，才能进行其他的数据处理。主要包括：定时抄表、实时抄表、 断电和通电。在定时抄表里，可以设置定时抄表的时间和定时抄表的时间间隔， 管理软件系统会根据设置的时间自动的抄收住户电表的读数，并且把数据存储到 相应的数据库里。实时抄表是在任意时刻，电能管理系统可以向集中器发出抄表 的指令，把某些或者某个电表的读数抄收上来，能够对住户的用电情况随时了解。 系统根据统计出的住户储蓄金余额自动的进行断电和通电操作，对于储蓄金余额 不足的用户，系统给该用户自动断电，当已断电的用户的储蓄金余额由小于零变 成大于零时，系统又给该用户通电，这样能够给欠费的用户及时断电，避免用电 管理部门的电能损失。 ( 5 ) 报表统计：报表统计对一些电表用户的用电数据以一定的规律进行分析、 统计并且以一定的格式制成报表和曲线图，从而使用电管理部门对电表用户的用 电信息有一个整体直观的认识。主要包括：收缴电费储蓄金日报表、营业区电费 汇总报表、用户电费清单、用户电量变化图、营业区电量变化图和营业区电量比 较图等。收缴电费储蓄金日报表是把每天住户交纳储蓄金的信息显示出来，并且 统计出每天交费的总金额和用户总数。营业区电费汇总报表是把每个营业区每天 沈阳理工大学硕士学位论文 用电总量和电费总数统计出来。用户电费清单是把每个电表用户的用电详细信息 整理出来，包括每天的用电量、用电费用以及总的用电量和电费。用户电量变化 图是把每个用户每天的用电量以曲线图的形式表达出来，从而了解每个用户的用 电规律以及检测是否有用电异常情况发生。营业区电量变化图和用户电量变化图 相似，它反映的是营业区电量交化情况。营业区电量比较图是把所有营业区的用 电情况放在一个曲线图中，以便对它们的用电总量情况有一个比较，为用电管理 部门的用电分配和异常情况分析提供依据。 ( 6 ) 系统管理：系统管理包括修改密码、系统用户管理、电费倍率设置和重新 登录。在这一部分中，现在已经登录的用户可以对自己的登录密码进行修改。系 统管理员有权对管理软件系统的用户进行管理，可以增加系统用户、修改用户的 资料以及删除用户，只有系统管理员才有权对系统用户进行管理，普通的系统操 作员是没有权利进行此项操作的。在这一部分还可以对电费的倍率进行设置，包 括峰时倍率和谷时倍率，也可以进行重新登录，实现系统用户的切换。 3 2 开发工具的选择 。 在电能管理软件系统的开发中，软件系统对信息的处理大体上可分为两个不 同的过程：数据的采集过程和数据的集中加工、处理与分析过程晗钉。一般说来， 数据的采集过程与串口的通信相关，数据的集中加工、处理与分析过程与模块的 算法流程相关。所以，开发工具与数据的存储管理就成了开发系统时首先由考虑 的因素。 3 2 1 前端开发工具的选择 自j a v a 诞生以来，随着i n t e r n e t 技术的普及和应用需求的变化，以第四代 语言为主的应用开发产品发生了较大的变化，它们不仅已成为人们开发应用型软 件的开发工具，而且很多产品已发展成为一种强有力的应用开发环境。这些新型 的开发工具通常以一种集成软件包的形式提供给开发人员，被称为s t u d i o ( 工作 室) 或s u i t e ( 程序组) 。例如，微软的v i s u a ls t u d i 0 6 0 ，b o r l a n d 公司的d e l p h i 7 0 等数据库辅助开发工具。现在，市场上可以选购的应用开发产品很多，流行的也 有数十种。目前在我国市场上最为流行、使用最多、最为先进的可用作企业级开 发工具的产品有：m i c r o s o f t 公司的v i s u a lb a s i c 6 0 版、m i c r o s o f t 公司的v i s u a l c + + 6 0 版和b o r l a n d 公司的d e l p h i 7 0 版。 ， 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 在目前市场上这些众多的程序开发工具中，有些强调程序语言的弹性与执行 效率，有些则偏重于可视化程序开发工具所带来的便利性与效率，各有各的优点 和特色，满足了不同用户的需求。然而语言的弹性和工具的便利性是密不可分的， 只有便利的工具，却没有弹性的语言做支持，许多特殊化的处理动作必然需要耗 费数倍的时间来处理，这样使原来标榜的效率提高的优点就失去了作用；相反， 如果只强调程序语言的弹性，却没有便利的工具配合，会使一些非常简单的界面 处理动作浪费了不必要的时间。 在当今流行的各种开发工具中d e l p h i 是一个非常理想的选择。和v i s u a lc + + 相比，d e l p h i 更简单、更易于掌握。而且在功能上也确毫不逊色：和v i s u a lb a s i c 相比，d e l p h i 功能更强大、更实用。可以说d e l p h i 同时具备了v i s u a lc + + 功能 强大和v i s u a lb a s i c 简单易学的特点。另外，d e l p h i 包含功能丰富的v c l 库，而 且封装了大量的w i n d o w sa p i 函数，又可以直接引用w i n d o w sa p i 函数，因此， 从原则上说，d e l p h i 是支持全部种类的应用程序开发的，包括支持嵌入汇编语言、 实现与硬件相关的程序及跨平台应用开发汹1 。针对以上特点，在本文所阐述的电能 管理软件系统的开发中，我们选择d e l p h i 7 0 为前端开发工具，完成软件系统代 码编写的工作。下面，对d e l p h i 7 0 这个开发工具进行简单的介绍。 d e l p h i 7 0 是b o r l a n d 公司提供的一种全新的w i n d o w s 编程开发工具，是一种 可视化的快速应用程序开发语言，它提供了可视化的集成开发环境，这一环境为 应用程序设计人员提供了一系列灵活而先进的工具，可以广泛的用于各种应用程 序设计。在d e l p h i 7 0 的集成开发环境中，用户可以设计程序代码、运行程序、 进行程序错误的调试等，可视化的开发方法降低了应用程序的开发难度。d e l p h i 的基础编程语言是具有面向对象特性的p a s c a l 语言，即o b j e c tp a s c a l 。o b j e c t p a s c a l 具有代码稳定、可读性好、编译速度快等优点，并将面向对象的概念移植 到了p a s c a l 语言中，使这种基础语言有了新的发展空间。 使用d e l p h i 7 0 我们几乎可以做任何事情，还可以撰写各种类型的应用程序、 动态链接库( d l l ) 、c o n 、或c o r b a 对象、c g i i s a p i 程序、m i c r o s o f tb a c ko f f i c e 应用程序。程序的规模小到简单的个人数据库应用，大到复杂的企业的多层次分 布式系统，都可以使用d e l p h i 进行开发，其友好的集成开发界面，可视化的双向 开发模式，良好的数据库应用支持高效的程序开发和程序运行，备受广大程序开 沈阳理工大学硕士学位论文 发人员的好评。尤其是d e l p h i 对数据库应用的强大支持，大大提高了数据库应用 软件开发的效率，缩短了开发周期，深受广大数据库应用程序设计人员的喜爱。 d e l p h i 为数据库应用开发人员提供了丰富的数据库开发组件，使数据库应用开发 功能更强大，控制更灵活，编译后的程序运行速度更快。 d e l p h i 类可粗略的分两部分：一部分是组件类，这些组件类通常以某种方式 出现在组件面板上，当用户从组件面板上点取一个类的图标后，在程序中就自动 的生成了该类的对象( 非可视组件除外) ；另一部分是功能类，这些功能类的对象 通常出现在程序代码中，起着不可替代的作用，但是这些功能类在组件面板上是 找不到的1 。 组件在d e l p h i 程序的开发中起着非常重要的作用，组件是t c o m p o n e n t s 派生 出来的子类，以流的形式存放在d f m 文件中，具有事件和p u b l i s h 属性。d e l p h i 中提供了很多组件，其中包括可视化组件v c l 和非可视化组件。所谓可视化组件 库v c l 是d e l p h i 类层次的一部分，它包含了一些运行时可见的对象，例如：编辑 控件、按钮、菜单等用户界面元素，还包括了一些运行时不可见的控件，例如： 数据库控件和定时器等。窗口组件类是窗口化的可视化组件类，在d e l p h i 的类库 中占有最大的份额。在实际编程中，窗口组件类的对象都有句柄，可以接受输入 焦点和包含其它组件。图形组件和窗口组件并列，是另一大类组件，图形组件不 是基于窗口的，因而不能有窗口句柄，不能接受输入焦点和包含其它组件。图形 组件的基类是t g r a p h i c c o n t r o l ，在实际编程中，它们必须寄生于窗口组件类的对 象，由它们的拥有者负责其显示，而且它们还能触发一些和鼠标活动相关的事件伽，。 3 2 2 数据库管理系统的选择 + 现在已经有许多数据库管理系统( d b m s ) 可以来帮助设计数据库，比如o r a c l e 、 s y b a s e 、i n f o r m i x 和微软公司的s q ls e r v e r 是其中几种较为常见的数据库管理系 统，各个数据库的大体功能都相似，但是它们都具有各自的特点啪。根据电能管理 软件系统的功能要求和数据库的选择依据，我们比较、分析一下这几种数据库管 理系统的性能。 o r a c l e ：支持全方位的企业级数据管理要求，如联机事务处理系统、数据仓 库、客户机服务器以及分布式数据库应用。它无范式要求，可根据实际系统需 求构造数据库；支持异种网络和异构数据库系统，并行处理采用动态数据分片技 第3 章管理系统的需求分析及开发工具的选择 术；支持客户机服务器体系结构及混合的体系结构( 集中式、分布式、客户机 服务器) ；支持多种系统平台( h p u x ，s u n o s ，o s f 1 ，v m s ，w i n d o w s ，w i n d o w s n t ， o s 2 ) ；数据库内模支持多字节码制，支持多种语言文字编码啪，。但o r a c l e 数据的 维护人员需要有较高的技术水平，成本较高，对于本文所阐述的软件系统来说， 实在有些大材小用。 s y b a s e ：具有完全的客户机服务器体系结构，能满足数百名用户的高性能 需求：它将虚拟服务器体系结构与对称多处理器( s m p ) 技术结合，采用单进程多 线程技术进行查询，节省开销，提高内存的利用率，多用于银行系统旧，。 i n f o r m i x ：i n f o r m i x 产品具有很好的开放性，它们都是基于a m s i 标准的s o l ， 可以在u n i x ，w i n d o w sn t ，w i n d o w s ，n e t w a r e ，m a c i n t o s h 等多种操作系统环境 下运行。并且处理能力强，可靠性高。采用双引擎机制，占用资源小，简单易用汹，。 它适合于大型联机事务处理( o l t p ) 啊，。 s q ls e r v e r ：s o ls e r v e r 是微软在w i n d o w s 系列平台上开发的数据库。与 a c c e s s 和f o x p r o 等小型数据库相比，s o ls e r v e r 是一个功能完备的数据库管理 系统，它包括支持开发的引擎、标准的s q l 语言、扩展的特性( 如复制、o l a p 、 分析) 等功能。除此以外，s q ls e r v e r 同时也具备大型关系数据库所拥有的存储 过程和触发器等特性伽，。 m i c r o s o f ts q ls e r v e r2 0 0 0 提供的分析服务显著的增强了s q ls e r v e r7 0 的引入联机分析处理( o l a p ) 服务组件的功能。分析服务引入了数据挖掘功能， 可以用来在o l a p 多维数据集和关系数据库中发现数据信息n ”。s o ls e r v e r 2 0 0 0 的 主要特点有： ( 1 ) 简单易学：大多数中小企业的日常数据应用都是建立在w i n d o w s 平台上， 由于s o ls e r v e r 与w i n d