（检测技术与自动化装置专业论文）智能抄表系统的研发.pdf

摘要 摘要 目自订，由于科技迅速发展，人民生活要求的提高，建筑智能化日益盛 行要求，j 、区安防、家电控制、j 表抄送等实现智能化。 本文重点研究智能i 表( 水、电、煤气) 远程抄送系统。基于计算机 技术、网络通信技术、自动控制及微电子技术将小区内用户分散的水、电、 煤气表数据采集到集中器，由物业中心计算机进行集中管理，通过通讯服 务器、电话线远传至公用事业中心统一结算管理。 同时，介绍了智能远程抄表系统发展方向，采用l o n w o r k s 现场总线技 术将智能抄表、家电e j 动控制、小区安防等集成，正真实现建筑智能化， ， 满足人民群众r j 益增长的物质生活需要。 关键词：智能花、网络、用户部件、集中器、通讯服务器 、 塑兰 a b s t r a c t a tp r e s e n t ，w i t ht h ed r a m a t i cd e v e l o p m e n to fs c i e n c ea n dt e c h n o l o g ya n d l i v i n g c o n d i t i o n i m p r m ，e m e n t o fp e o p l e ，i n t e l l i g e n ta r c h i t e c t u r e i n c r e a s i n g l y p r e v a i l s ，w h i c h d e m a n d st h ei n t e l l i g e n ti m p l e m e n to fu p t o w ns a f e t yp r o t e c t ， d o m e s t i ce l e c t r i ca p p l i a n c e ，r e c o r do ft h r e ea m m e t e r s t h i st h e s i sf o c u so ni n t e l l i g e n tr e m o t et h r e e a m m e t e r s ( w a t e r 、e l e c t r i c i t ya n d g a sm e t e r ) r e c o r ds y s t e m b a s e do nt h e c o m p u t e rt e c h n o l o g y 、n e t w o r k c o m m u n i c a t i o n 、a u t o m a t i o na n dm i c r o - e l e c t r o n i c st e c h n o l o g y ，t h ed i s p e r s e d f a m i l yd a t ao fw a t e r 、e l e c t r i c i t ya n dg a sd e g r e e i nu p t o w na r ec o l l e c t e da n ds e n t t ot h ec e n t r a l a p p a r a t u s t h e d a t aa r et o g e t h e ra d m i n i s t r a t e db yc o m p u t e ro f r e s i d e n t m a n a g e m e n tc e n t e ra n ds e n tt op u b l i cp r o j e c tb a l a n c ec e n t e rt h r o u g h c o m m u n i c a t i o ns e r v e ra n d t e l e p h o n e l i n e w h a t sm o r e ，t h et h e s i si n t r o d u c e dt h ed e v e l o p m e n td i r e c t i o no fi n t e l l i g e n t r e m o t er e c o r ds y s t e m i n t e l l i g e n tr e c o r d ，d o m e s t i ce l e c t r i ca p p l i a n c ea u t o m a t i o n a n du p t o w ns a f e t yp r o t e c ta r ec e n t r a l i z e dt h r o u g hl o n w o r k sn e t w o r k i tn o to n l y r e a l i z e so fi n t e l l i g e n ta r c h i t e c t u r eb u ta l s os a t i s f i e st h e i n c r e a s i n g m a t e r i a l d e m a n d o f p e o p l e k e y w o r d ：i n t e l l i g e n t i z e 、n e t w o r k 、u s e rp a r t 、c e n t r a la p p a r a t u s 、c o m m u n i c a t i o n r e n ，e r 致谢 致谢 本史是在周泽魁教授的悉心指导、关心和支持完成的。在我三年的研 究牛学? j 、工作中，周泽魁导师给予了极大的关心、帮助和教导，在此表 示衷心的感谢。 我要感谢鸿雁电器公司的同仁在智能远程抄收系统开发中的大力协助 和合作，经过大家的共同努力，b e c 智能抄送系统终于在一二00 二年初开 发完成，并成功推向市场，已在多个工程应用，获得了广泛好评，并荣获 科技部，蓖犬项目奖。 我要感谢浙大控制系张光新、杨丽明老师对我的关心和指导。 我还要感谢各位同学给予我关心和帮助。 李立新 2 0 0 30 2 2 6 浙江大学硕士论文 第一章前言 摘要：本章介绍了智能抄表系统的背景，分析了i c 卡和电力载波在我国应用的弊端， 并就目前智能抄表系统国外技术进展进行分析比较。针对国内智能小区要求对 水、电、煤气耗能实现远程抄送的情况，详细提出智能抄表系统功能、性能要 求 关键词：智能抄表系统、i c 卡和电力载波、智能小区、系统功能 1 1 智能抄表系统的背景 2 1 世纪住房需要解决的已不仅仅是一个可提供优美的环境、房型的优化设计等传统 意义上的问题，而是更多地考虑人性化、智能化的舒适、安全、私密、方便及个性化的 生活空间。随着电子计算机、网络信息技术和微电子技术的飞速发展给世界的各个领域 带来了无限的发展空间，建筑领域也不例外，先是智能大厦后是智能小区的出现，各种 智能化示范小区，实现了家庭宽带上网、家庭大户室网上炒股。小区网上物业管理、保 安防盗联网报警，网上购物等功能，但计量技术和抄表方式还处于低水平状况。 1 1 1 计量表户外计量的必要性和可行性 我国普遍将冷水表、热水表( 北方采暖期使用) 、煤气表、电表安装在用户室内， 尤其是北方地区防冻的需要更是这样，电度表现在部分改为一户一表安装在楼道内。每 月水表、气表、电表入户抄表收费给用户和抄表人员带来很多麻烦，造成很多不必要纠 纷。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端，提高效率，南方部分地区虽将三表装 于户外但都是传统的单表计量，无法实现智能抄表和联网远传抄表。故户外表、实现智 能抄表呼声越来越高，尤其是对高层、豪华居住小区，耗能表户外计量已是必须的，传 统抄表方式已经不能适应今后住宅的发展要求。 随着微电子技术、传感技术、自动控制技术、计算机技术和网络技术的迅猛发展， 国内外耗能表户外计量已经开发出不少产品。主要分为三种户外计量方式：i c 卡类、电 力载波、远传抄表。其中电力载波和远传抄表智能化计量装置的开发达到准确计量、抗 干扰能力强、稳定性与耐久性好，使用安全，防盗等基本技术性能要求。建设部2 0 0 0 年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计导则( 修改稿) 中已经明确提 出：“大力推动应用户外计量( 含水、电、暖、燃气表技术) 和产品的研究开发。 1 1 2 i c 卡和电力载波在我国应用的弊端 1 1 21 i c 卡表自动抄表系统 1 ) 它的控制部门质量不过关，经常出现误报警。即用户i c 卡中还有足够的电量但 在使用时，表会产生报警，且停止供电，造成有卡却无法用电的现象。利用i c 卡预付 费这种方式，只适合于散户，不便于物业管理。 浙江大学硕士论文 2 ) i c 卡质量不过关，很容易被解密，造成假卡情况，给物业管理和国家带来巨大的 损失。 3 、售后服务难以解决，若i c 卡及智能表出现问题，必须要即时维修，这样物业管 理和有关部门要投入很大的人力和物力，维修费用谁负担是一个比较难解决的矛盾。 4 ) i c 卡表抗干扰能力弱，质量问题突出，特别是开放的读写窗口，易受外界攻击， 造成控制系统失效，难以取证认定，极易发生用电纠纷。难以适应电价变动的要求，在 电价调整时可能影响社会稳定。 5 ) 难以上网抄读耗能表数据，更不能实现整个小区及城市水网、气网、电网的自动 抄收银行收款。对于水、电、气管理部门难以动态管理。 1 1 2 2 电力载波自动抄表系统 其原理是把水表、电表、气表的数据通过采集终端设备将数据调制后，通过电力线 传送，在接收端解调还原成数据信号，在同一台配电变压供电范围内用户统一编址，并 由采集器巡回读写。电力载波主要优点是利用电力线传输，节省资源。 由于国外公共电力网相当纯净，有专用滤波系统，保证数据在传输过程中不会受外 界干扰。我国的电网在传输数据过程中，经常会受无线电信号、电磁信号、脉冲信号的 干扰，导致传输数据错码、丢码。在家用电器启动时，瞬间会产生极大的电压，产生许 多信号，这些干扰信号都叠加在电网上，造成数据传输结果与原表的误差。要解决我国 电网的纯净度，就需要相当大投资，并且必须解决的许多关键性技术问题。电力线各种 干扰幅度很大，数据信号可能完全被淹没在噪声之中，另一个难题是接收端要同时处理 多个发送信息，这些信息相互混迭必须通过特定的方法提取。因此电力载波抄表系统在 我国还不太适合。 1 1 3 智能抄表系统 其原理是利用电子技术计算机、网络技术和传感技术，对传统电表、水表、煤气表 加以改进，使其成为远传表、在户外装一套计量系统，将每一个计量表传感器传出的数 据，送到每个表的采集器存储经过函数变换送到系统总成单元。各单元通过数据总线并 连，在数据总线上任何一点计算机直接对话，自动抄收三表数据。 1 1 3 1 远传耗能表 本系统所采用的计量电、水、天然气等耗能量的表具是一种既能直观显示相关能耗 计量数据，又能产生相关能耗计量脉冲信号的新型计量表具，它实际上是一种加装了传 感器的电表、水表、天燃气表。而传感器实质上是基于磁电转换技术、光电转换技术。 在该系统中包括远传冷、热水表、远传电表、远传煤气表。远传耗能表一般是在保证计 量的可靠性及准确性的前提下，在普通耗能表的基础上进行相应的改制得到的。 远传耗能表可为机械转盘式，也可以根据要求采用电子式耗能表，将磁感应探头装 在耗能表的某一刻度上，并通过磁屏蔽防止外界磁场干扰后，改制成远传耗能表。转轴 2 浙江大学硕士论文 的圈数通过探头组件的输出端送到用户部件，该数据通过一定的倍率计算便成为最终的 耗能数据。 1 1 3 2 用户数据处理器( 简称用户部件) 为了实现耗能数据的集中抄收，除了能将每一个表的数据转换成准确的电信号外， 还需要可靠地长时间储存，并在需要时将其传送给管理层计算机，住宅耗能自动抄收系 统中的用户部件便实现了这个功能，它用于接受耗能表数据。同时，通过系统总成，该 数据也能被管理层计算机或便携式自动抄收仪所读写，一个用户部件对应一台耗能表； 一般安装在耗能表的附近，集中安装的电表的用户部件也相应地集中安装。 用户部件内部有可充电电池作为后备电源，在外部电源停电的情况下，如蓄电池供 电出现问题或者出现系统故障、总线断线等意外情况时，则由每个用户部件内的电池单 独向用户部件及探头组件供电，可提供用户部件正常抄收、存储耗能表运行数据的工作 时间为4 0 d 以上。 1 ，1 3 3 管理中心 所有用户的耗能数据最终将在管理中心保存、累计或费用计算，管理中心除了对用 户的耗能数据进行全厦的抄收、管理之外，还可以很方便地对每个用户部件的运行状态 进行监控检查，以保证系统的正常运行。 管理中心的基本配置为：4 8 6 以上微机、打印机、调制解调器、5 0 0 w 以上u p s ， 以及住宅耗能自动抄收系统管理软件。 耗能管理软件用于对耗能数据的计算机储存、处理和分析，具有数据录入、数据查 询、数据修改、数据通讯、数据打印和系统维护功能。水、电、气三家专业公司和银行 可以通过调制解调器、市话网和物业管理中心的计算机联网，远程获取数据。运行该软 件最终产生各用户耗能费用账单，可及时通过工资单或银行划收耗能费。 该软件在w i n d o w s 9 x 环境下运行，界面和w i n d o w s 界面统一，简洁美观，可 以完全使用鼠标操作，使用非常方便。 1 2 智能抄表系统功能，性能要求 1 2 1 基本目标 为使系统具有灵活性和扩展性，系统应高度模块化，各个子系统之间联系紧密而 又相对独立。通过不同模块的结合，以使本系统适合不同类型的用户：小区物业管理公 司和水、电、气职能部门。 电、水、气价格分类管理，对不同类别的用户应有相应不同价格类型( 如：工业 用电价、商业用屯价、居民用电价等) ，同时能根据实际情况设计计划内用量、计划内 单价、计划外单价等参数。 自动数据采集，在安装了集中抄表系统的房屋，系统可以自动采集到每户电表、 水表、气表数据；也可以通过手持p o s 机直接连接采集。 浙江大学硕士论文 采集器断线或基表断线的情况，可自动生成断线黑名单。 费用自动结算，系统可以自动结算每户的用电、水、气的费用，针对不同的住房 系统应有灵活的处理方式。 系统的基本资料、抄表数据以及费用数据等都可以由用户指定格式输出报表打印。 抄表数据转出，系统可按指定格式，将抄表数据传出给水、电、气职能部门。 系统应具有统一标准的人机界面，安装容易、操作简单明了。 系统应具有较强的容错能力和安全性。 为适应今后发展需要，表类型数据由用户维护，用户可增加水、电、气表以外的 其它表类。 数据采集模块、通信模块和数据处理模块的计算机系统所采用的操作系统、数据 库、计算机网络通信协议以及系统程序设计语言等必须采用国际上通用的系统开发工 具，其中： 操作系统：w i n d o w s 9 x 、w i n d o w sn t ； 数据库：d b f 数据库、i n t e r b a s e 程序设计语言：v i s u a lf o x p r 0 6 0 ，d e l p h l 5 0 1 2 2 运行环境 1 2 2 1 硬件环境 i b m p c 5 8 6 p 1 0 0 ，1 6 h 僳 h l l g i d 以上电脑。兼容2 4 针打印机、激光、喷墨打印 机，m o d e n ( 调制解条器) ，p s t n ( 共用电话网) ，总线式集中器，便携式抄录仪。 】2 2 2 软件环境 中文w i n d o w s 9 x 或w l n d o w s n t 4 ，d b f 、i n t e r b a s e 数据库。 1 2 2 3 软件运行与限制 本软件进入系统须输入系统口令，系统采用分级权限。系统给出系统管理员，可以 任意配置操作员的系统操作权限。 1 2 3 功能需求 1 2 _ 3 1 功能划分 本系统大致可分为三大模块：数据维护模块：数据采集模块；数据处理模块。 1 2 3 2 功能描述 ( 1 ) 数据维护模块 数据维护模块分为三个子模块：即系统资料维护、基本资料维护、抄表设备资料维 护。 系统资料维护 维护使用本系统的操作员及其权限，数据安全保护等。包括： 操作员增加、册除；操作员级别设定：操作员密码设定； 数据备份：备份数据恢复；设置打印机：帮助系统； 4 浙江大学硕士论文 基本资料维护 房屋资料以及系统各参数( 如：水、电、气价格等) 的初始化。 表类型资料( 水表、电表、气表、热水表等) 维护：表类型，计量单位 费用类型资料维护：费用类型码、费用对象、表类型、计划用量、计划内单价、 计划外单价 房屋资料管理：房屋编号、户主名称、建筑编号、用户类型、联系电话、通讯地 址等 抄表设备资料维护 抄表设备资料包括抄表设备安装、用户基表开户、销户、换表处理： 抄表设备安装包括建立集中器、采集器、基表等基本资料，以及建立三者之问的 联系。 集中器安装； 输入系统使用的集中器的基本资料：编号、类型、通信方式、容量等 采集器安装：采集器地址、型号、容量 基表安装： 设定集中器处理的基表。规定表号( 地址码) ，设定表安装的地址码、所属集中器 号等。以及输入表的其他信息，包括、类型、倍率、房号、费用类型码等。 开户处理：数据采集模块只采集已开户的基表，所以在安装抄表设备后，需要对 安装的基表进行开户处理，输入基表初值以及分配费用类犁码。 销户和换表处理：对已开户的基表可进行销户和换表处理。 ( 2 ) 数据采集模块 负责用户水电气表的数据采集并把数据传输到数据处理中心集中器。 根据抄表方式的不同，系统将数据采集模块分成不同的予系统，用户可根据硬件需 要选择安装。 数据采集结构图如下： 集中器把它用数据总线连接的水电气表的示数收集起来传输到物业中心计算机处 理，或通过m o d e m 拨号，通过p s t n ( 公共电话网) 将存放在集中器的表示数，远传 至公用事业中心计算机中心，这样就完成了总线式抄表数据采集。 ( 3 ) 数据处理模块 负责把收集到的用户原始用水电气的数据加工，再结合系统的房屋数据和住房数据 5 浙江大学硕士论文 等资料生成各种报表及水、电、气交费收据等。以及可将生成的数据转出。 基础数据统计： 住户基本信息( 房屋编号+ 户主名称+ 地址+ 电话) 集中器统计表 水、电、气表统计 水、电、气表分类统计 抄表数据处理： 抄表月报：统计出当月的抄表数据 用户用水、电、气交费收据，列出明细：统计打印出用户当月应交费用以及类型 的明细情况 单项数据处理： 抄表数据报表：统计出本次的抄表数据 数据转出作业：水、电、气公司执行此作业可将以上的报表数据按指定的格式转 出。汇总到自己的m i s 系统。 1 2 4 性能需求 1 2 4 1 数据的精确度 水、电、气价格及用量等数据均要求精确到小数点后两位。 1 2 4 2 适应性 系统应有良好的模块化结构，要求系统与w i n d o w s 兼容的软件系统有灵活的接 口，以便用户进行二次性开发。 软硬件的兼容性：硬件应模块化，硬软件之间要具有良好的兼容性。 1 2 5 运行需求 1 2 5 1 用户的界面 系统均采用w i n d o w s g x 标准的人机交互界面。 i 2 5 2 故障处理 ( 1 ) 硬件故障 不能因为总线故障影响系统正常工作，采用自动数据采集与人工数据采集( 用手提 数据采集机采集数据) 的方式相结合；当通信线路出现故障时，可采用手持p o s 机采 集数据，也可采用手工抄录表数据。 ( 2 ) 软件故障 软件系统要有出故障的解决方法，不能出现死循环等陷阱；系统数据要求当日备份， 并有恢复备份数据的能力。 1 2 6 其它需求 1 2 6 1 安全性 6 浙江大学硕士论文 系统应具有较完善的安全防范措施，对所有系统操作人员均按其工作性质的不同授 予不同的操作权限，并有完善的口令字( p a s s w o r d ) 管理功能，以保证数据的安全 性。系统设定四级操作权限：第一级只有查阅资料、打印报表的功能；第二级可以进行 数据采集和数据处理：第三级可进行抄表设备安装及基本资料建立；第四级仅供安装人 员使用，设置操作人员及其权限，可配置系统。 另外，系统应具有完善的备份和恢复机制。 1 2 6 2 可靠性 系统应具有较强的可靠性，不能因为操作人员的误操作等原因引起系统运行出错， 对用户的错误操作应有提示，并对输入的数据进行有效性检查。 1 2 6 3 可维护性 系统应具有可维护性，系统建立后，凡是可能需要进行修改或扩充的数据，均能通 过人机命令进行具不影响系统的正常运行；新的数据输入后，原来的数据应能予以保留， 新的数据只有在输入测试完成后才能投入运行，新的数据使用后若不满意时，系统应具 有恢复旧数据的能力，在确认新数据使用稳定后，旧数据才可清除。 1 2 6 4 可移植性 系统应具有良好的可移植性，把系统扩展到大型网络下运行，数据库可以方便的迁 移。 1 3目前智能抄表系统技术进展 目前，美国、加拿大、西欧和日本等一些发达国家，许多地区都广泛采用抄表系统 代替原来的煤气表、水表、电表的人工抄表：尤其是煤气表的自动抄袭技术，已有几十 年的发展历史。美国自动抄表的技术和设备，已形成一种新兴的产业，由十几家著名的 厂商组成了行业协会，即“自动读表协会”( 1 1 l e a u t o m a t i c m e t e r r e a d i n g a s s o c i a t i o n ) ， 旨在进一步发展和推广a m r 技术。 在我国，进入9 0 年代以后，由于城市公用事业的发展和居民住宅的改善，原先的 人工抄表已远远不能适应时代的需要，国内许多研究机构和企业也纷纷投入对自动读表 技术的研究开发，并有几种自动抄表系统陆续问世，标志着我国的自动抄表系统的应用 开始起步。 1 3 1 国外a m r 技术的发展 自动读表技术，简称a m r ，它的发展得益于8 0 年代计算机技术、超大规模集成电 路( v l s i ) 和通讯技术的飞速发展，使得a i v i r 系统在向着智能化、低功耗、低成本和 通信的标准化设计中迈出了坚实的一步，达到可以大规模推广的实用性阶段。 目前世界上有十几家比较著名的a m r 技术设备公司如i t r o n ，m e t , s c a n , e n s c a n , m e t r e t e k , b a d g e r m e t e r , a m e r i c a n m e t e r , d a t a b e a m ，h e x a g r a m 等，以及也能生产自动抄表 设备的煤气表具制造公司，如美国的e q u i m e t e r , 英国的d r e s s e ri n d u s t r i e s ，法国的 7 浙江大学硕士论文 m a g n o l ，加拿大的r o m e t ，德国的s c h l u m b e r g e r , 意大利的m e t r u m 和日本的 r i c o n e l e m e x 下面介绍国外四个a m r 系统建立情况。 表1 1国外四个a m r 系统的建立情况 系统名称n l ea c c u r e a d t h ee q u i t a b l en m d a t a b e a mm i c o nm e t e r s y s t e ms y s t e m a m r s y s t e m + t - n c u 设备制造厂 e n s c a ni n c m e t s c a ni n cd a t ab e a m s y s t e m 日本东京 c o 煤气公司研究所 应用企业 m i n n e g a s c o e q u i t a b l eg a s c o c o r m e c t i c u tn a t u r a l 日本东京煤气公司 f 美国)( 美国)g a s c o ( 美国) 远程读表装e r t t u i n d e x 编码i l 殳，安装在煤气表度盘上“自动读表单元” m i c o nm e t e ri l l 智 置( r m d )发器度盘装置长寿的r m d 长寿命锂电( n 圯a m ru n i t )能化煤气表长寿命 命锂电池供电池供电长寿命锂电池供电锂电池供电 传感器型式绝对编码式脉冲绝对编码式脉冲 通讯链路抄表员用手持式抄电话线交换网络微波无线电( 固定接市话网络 表器户外抄表收台)( 无振铃呼叫) 主站系统数据命令单元( 装数据收集计算机主站单元中心计算机 置) 和主计算机d c c 和主机m d c c 及账务处理计算机 推广步骤系统包括4 5 万个1 9 8 4 年安装1 4 0 台开1 9 8 6 年开始建立1 9 8 9 年7 月开始进 e r t r u i n d e x ，1 0 数始进行试验性计划，a m r 系统行1 0 0 0 套 据命令单元( 装簧)1 9 8 6 年完成2 3 0 0 台装置的现场试行 投资约2 0 6 0 万美岫安装。 元，1 9 8 6 年开始建 造 从表1 _ l 中可以看出，一个a m r 系统，主要由四个部分组成： 安装在煤气表( 或水表) 上的传感器。 安装在煤气表( 或水表) 上或附近的远程读表装置( r n ) ：有些系统称为“用 户单元”。 传输读表数据信息的“通读链路”。 用于接收用户表计读数，并进行账单处理的主站系统。 但必须指出的是许多a m r 系统采用多级分布式结构，即其主站视系统大小可分为 好几级。 在建立如表1 1 中所述的a m r 系统时，一般国外开发用需要5 年到1 0 年，其原因 是他们在开发、安装过程中制订了严格的评价制度和方法，以保证系统能按原先制定的 “技术要求”设计和投运。 例如，美国国家燃气公司( t h e n a t i o n a l f u e l g a s c o 简称n f ) 在1 9 8 5 年建立一个 系统，它包括了以下几个阶段： 约花3 年时间调研，选定与m e t s c a n 公司合作开发应用a m r 系统，并预先制订 了“读表技术要求”和“现场测试”规则，从而确定了系统性能和成本。 在1 9 8 6 年，1 4 f ：提出了一份安装1 4 0 0 台m e t s c a na m r 设备自铲前期试验性计划”， 浙江大学硕士论文 其中包括对设备运行的可靠性和读数精度测试；得到的结果有利于a m r 设备的改进并 最后制订了安装标准。 在完成上述两阶段工作后，完成5 0 0 0 台a m r 设备的安装工程，n f 希望在本阶 段工程完成后能具有足够的信息来完成整体系统合理性研究。 可见，国外在建立一个上万户，甚至几十万户的a m r 系统是按系统工程方法加以 设计安装和投运，尤其在大规模推广安装的前期，制订了严格的评价标准和方法，从而 使得投资得到最有效的利用，开发的a m r 系统可靠稳定。 1 3 2 我国智能抄表技术的开发和应用 在9 0 年代中期，国内已有部分单位研制成功自动抄表系统，例如常州的“y h 5 5 5 1 型集中自动抄表系统”；太原的“煤气表读数遥测系统”；中科院合肥智能所的“煤气表 户外自动抄表装置”：上海公用事业所1 9 9 7 年开发成功的“水、煤气表合抄集中自动抄 表系统”。笔者认为，鉴于以下三个原因，应该发展具有我国应用特点的自动抄表系统。 一是我国的城市居民住宅，基本上以成片的多层或高层为主，而国外多以分散型别墅为 主：二是我城市居民的电话普及率还不够高；三是我国目前的居民煤气表、水表还相当 落后，难与国外先进设备相配套。因此，开发符合国情的智能抄表系统是解决我国人工 抄表问题的一个主要方向。 这两年来。无论是国内还是国外，楼宇自动化、智能化建筑的产业技术成为一个热 点，许多著名计算机和集成电路生产厂商，瞄准了这个新兴的产业市场推出了许多 新一代技术产品，其中以现场分布式网络的现场总线技术更使人瞩目。表2 列出几种代 表性产品( 作为对照，也列出目前常用的r s 4 8 5 标准的现场分布式网络) 。 除了表1 2 中所列举的几种现场总线型跨络之外：一般可在楼字自动化中应用的还 有b a c n e t ，s m a r th o u s e , c a n 和i n t e r b u s s 等现场总线技术。 目前，我国在a m r 系统中应用的传感器，仍以脉冲式( 干簧开关) 居多，采用绝 对编码式的非常少，主要是因成本和安装。 表1 2 现场分布式网络的几种代表性产品 r s 4 8 5 标准l o nw o l u c sc e b u s 消费类电子n i b u s 分布式网络局部操作网络产品总线网络表计总线网络 传输媒介双绞线双绞线双绞线、电力线双绞线 有源信号无线 无线电台同轴电缓 网络结构总线型总线型、环型总线型、环型总线型 星型或复合型星型或复合型 网络性能节点数：2 5 6 在不同媒介和结在不同媒介和结构形节点数t2 5 0 传输速率：构型式下具有不式下具有不同的带宽传输速率： 0 i m b p s同的带宽与传输与传输距离 3 0 0 - 9 6 0 0 b p s 最大传输距离：距离，最大节点容最大传输距离：l k m 1 2 k i n量为3 2 0 0 0 个 o s i 开放性e l ar s 4 5 8 o s i o s i 经简化的四层规o s i 经简化的三层规 9 浙江大学硕士论文 物理层标准七层网络协议约：物理层、链路层、约：物理层、链路层、 网络层、应用层应用层 访问方式主、从方式c s m a c d 的多主c s m a c d 的多主方主、从方式 方式式 通讯协议l o n t a l k 协议c e b u s 通议协议i e cf t i 2 链路层 规约固化芯m o t o r o l a 和东i n t e li o n t s s 7 2 1 ( 物理层接口 片芝m c l 4 3 1 5 0s s cp 2 0 0 芯片) m c t 4 3 1 2 0s s cp 3 0 0 s s c p 4 0 0 宿主机各种通用单片m c 6 8 h c 7 0 5p 6 单片h p 公司m s p 4 3 0 系 机机列单片机 推广应用国内广泛使用国内已有用于电国内已有用于电表的国内已有引进用于 于a m r 系统表的a m r 系统a m r 系统热水表的a m r 系统 鉴于成本及可靠性考虑，鸿雁电器公司开发的b e c 智能抄表系统采用p i c l 6 c 5 4 、 a t 8 9 c 5 2 单片机芯片、r s 4 8 5 标准通讯，总线型结构。 l o 浙江大学硕士论文 第二章智能抄表系统概述 摘要：本章详细阐述了本人参与研究开发b e c 智能抄表系统组成、系统特点、技术参 数，全面完整介绍了用户部件、系统总成、通讯服务器、便携式抄收仪、读表 器的技术参数 关键词：系统组成、特点、技术参数 2 1 总体设计原则 2 1 1 可靠性原则 可靠性是智能抄表的基本要求。在实际使用要求系统具有抗恶工作环境的能力，无 故障工作时间长。具体包括以下几个方面： 电源系统的可靠性设计 结构坚固，不易损坏 电路的硬件及可靠性 软件的抗干扰和可靠性设计 系统故障的白保护、自检、自诊断设计 元器件与参数合理选择，老化筛选和部件、整体测试 2 1 2 实用性原则 实用性是至关重要的，实用性是个综合性概念，它包括了产品的设计开发、生产销 售和应用现场等诸多环节。对于一个民用产品实用性是首先必须考虑，否则设计得最好， 也没有市场。主要有： 系统生产的可行性，要求装配调试，检测方便 系统销售的可行性，要求性价比高，比国内、外同行有竞争力 系统应用的可行性，要求能适应现场各种工作条件，可靠性高。使用操作简单， 维护方便。 2 1 3 智能化原则 智能化是抄表系统最大的特色之一。由于采用了微机系统，使系统具有数据处理逻 辑判断和信息存储的功能。在设计时，要选择性能先进、满足功能要求的c p u 和足够 容量的存贮器，并提供良好的硬件环境，这样智能化才能了基础。 智能抄表系统之所以能智能地处理问题，主要是软件的功劳。因此智能性原则必须 充分发挥软件的作用，在设计中尽量采用软件来代替硬件完成一些功能，特别是数据采 集过程的控制，故障的检测报警等。在设计中还从软件的角度，利用数据处理能力，数 据存贮能力、逻辑判断能力等特长去开发一些新功能。 浙江大学硕士论文 智能的表现之一就是自我管理能力，能自己检测和控制自己，使系统能在操作人员 尽可能少的干预下运行，在设计中应注重这一点。 智能另一表现是人机界面的友好性，要建立良好的人机界面。一方面要求系统能输 出丰富的宜于读取的信息，另一方面要求人对机的信息通道畅通，即要求显示内容切换 操作和参数设置操作简便，降低对操作人员知识要求，尽量实现“傻瓜型”的人机界面a 2 2 智能抄表系统 2 2 1 系统组成 b 2 2 2 系统特点 系统适合多种类型的远传耗能表。 采集器可以根据实际情况选择离散型或集中型两种不同的结构形式。 低功耗技术的应用使系统在市网电断电或线路受损的情况下，采集器可以安全工 作不少于4 0 天。 系统的产品结构符合建筑电气规范性要求。 用户总线和系统总线均为总线制联接。 系统可以通过系统总线、电话线路或其它通讯线路进行数据传输。 浙江大学硕士论文 系统的通讯网络采用r s 4 8 5 标准，以差动方式传输信号，具有良好的长距离传输 能力和很强的抗共模干扰能力。 耗能管理软件具有友善的交互式用户界面，支持住宅智能控制网络系统，便于系 统集成。 耗能管理软件可以方便快捷地完成耗能数据的抄收和处理，并向有关职能部门提 供信息。 耗能管理软件还具有工况实时检测、故障自动报警和远程管理维护服务等重要功 能。 总之，系统具有可靠的性能和灵活的配置，可以使工程项目的实施和运作更加便捷 安全，适合各种楼型的小区新建和旧房改造工程，特别适用于电力局、煤气公司和自来 水公司等有关职能部门对整个城市的耗能数据进行计算机统一管理。 2 2 3 技术参数 2 2 3 1 远传耗能表 远传耗能表是具有脉冲信号输出功能的耗能计量仪表，分为远传电量表和远传流量 表。远传电量表有脉冲电度表和电子式电能表等，脉冲电度表包括有源脉冲电度表和无 源脉冲电度表；远传流量表有远传水表( 冷、热、纯净水表) 、远传煤气表和远传热量 表等。 脉冲电度表符合g b t1 5 2 8 3 - 9 4 和帕厂r7 6 5 5 - 9 5 标准。 电子式电能表符合g b t1 7 2 1 5 1 9 9 8 标准。 远传水表符合g b t7 7 8 - 9 6 和j j g6 8 6 9 0 标准。 2 2 3 2 用户部件 采集器是以单片机为核心，有独立电源供应的智能检测装置，用于采集和存储远传 耗能表的数据，分为电量采集器和流量采集器，分别与远传电量表和远传流量表配套使 用。 ( 1 ) 电量采集器技术参数： 型号：d s d 1 2 4 ，包括d s d l 、d s - d 2 、d s - d 8 、d s - d 1 6 、d s - d 2 0 和d s - d 2 4 外形尺寸：d s - d 1 21 6 4 x 8 6 x 3 0 ( m ) d s - d s - - , 2 4 暗装箱3 8 0 x 2 8 0 x 1 2 0 ( r a m ) 或明装箱4 0 0 x 3 0 0 1 2 0 ( m m ) 工作电源：d s - d 1 - 2d c l 2 v ( 系统总成供电) d s _ d 8 2 4a c 2 2 0 v 5 0 h z ( 市网电) 备用电源：d s - d s 2 4d c l 2 v 6 。5 a h 免维护铅酸蓄电池 到远传电量表的探头线长度：3 0 m 功耗：d s - d 1 - 2 1 w d s _ d 8 - 2 4 1o w 浙江大学硕士论文 容量：d s 2 1 2 2 只远传电量表 d s - d 8 2 4 2 4 只远传电量表 环境温度：1 0 5 0 ( 2 ) 流量采集器技术参数： 型号：d s - l i 6 ，包括d s - l l 、d s l 2 、d s l 4 和d s l 6 外形尺寸：d s 也18 6 8 6 3 0 ( n u n ) d s - l 2 - “61 4 6 1 4 6 3 0 ( r a m ) 工作电源：d c l 2 v ( 系统总成供电) 备用电源：4 8 v 镍氢电池 到远传电量表的探头线长度：3 0 m 功耗：o 0 4 w 容量；d s - l l1 只远传电量表 d s - l 2 6 6 只远传电量表 环境温度：1 0 5 0 2 2 - 3 3 系统总成 系统总成是为电量采集器、流量采集器和读表器等设备提供不问断电源和监控采集 器工作状态的专用设备，内置电源电路、备用电源、监控电路和通讯电路等。系统总成 上设有与便携式抄收仪进行通讯连接的专用接口。 技术参数： 型号：z g 外形尺寸：暗装箱3 8 0 x 2 8 0 1 2 0 ( n u n ) 或明装箱4 0 0 x 3 0 0 1 2 0 ( m m ) 工作电源：a c 2 2 0 v 5 0 h z ( 市网电) 备用电源：d c l 2 v 6 5 a h 免维护铅酸蓄电池 功耗：1 5 w 到采集器的用户总线长度：2 0 0 m 容量；2 5 0 只远传耗能表的采集器 环境温度：1 0 5 0 2 2 3 4 耗能管理软件 耗能管理软件是对耗能数据进行抄收和处理的计算机应用软件，具有数据通讯、抄 收、编辑、修改、查询、存储、打印和系统维护等功能，可以生成用户耗能报表，通过 银行划收耗能费，并向有关职能部门提供信息。耗能管理软件还具有工况实时检测和故 障自动报警功能。每套耗能管理软件是多可以管理由2 0 0 台系统总成组成的系统。 2 2 3 5 通讯服务器 通讯服务器是提供系统远程通讯服务功能的专用设备，用于将系统总成通过电话线 1 4 浙江大学硕士论文 路或其它通讯线路与管理中一i i , 计算机进行通讯连接，内置电源电路、备用电源和通讯电 路等，为系统选购设备。 技术参数： 型号：f w 外形尺寸：暗装箱3 8 0 x 2 8 0 x1 2 0 ( n u n ) 或明装箱4 0 0 x 3 0 0 1 2 0 ( r a m ) 工作电源：a c 2 2 0 v 5 0 i - i z ( 市网电) 备用电源：d c l 2 v 6 5 a h 免维护铅酸蓄电池 功耗；1 5 w 环境温度：- 1 0 - 5 0 1 2 2 2 j 3 6 读表器 读表器是安装在楼房单元内带操作面板和显示屏的设备，具有数据通讯、抄收和显 示等功能，用于用户现场查验耗能数据，为系统选购设备。 技术参数： 型号：d b 外形尺寸：暗装箱2 0 0 1 4 0 x1 2 0 ( m r n ) 工作电源：d c l 2 v ( 系统总成供电) 功耗：1 5 w 容量：6 0 只远传耗能表 环境温度：1 0 o o 2 2 3 7 便携式抄收仪 便携式抄收仪是可以随身携带的带操作面板和显示屏的设备，通过专用接口与系统 总成进行通讯连接，具有数据通讯、抄收、编辑、修改、查询和显示等功能，主要用于 现场抄收和检查维修，为临时连接的系统选购设备。 技术参数： 型号：t p 6 0 0 外形尺寸；1 6 0 x 6 5x 3 0 ( n u n ) 工作电源：4 x 1 2 a ( 4 节7 号镍氢电池) 功耗：2 w 抄收数据量：6 0 0 只远传耗能表，次 环境温度：一l o 5 0 浙江大学硕士论文 2 2 3 8 系统图 智能抄收系统图见图2 1 图2 1 智能抄收系统图 1 6 浙江大学硕士论文 第三章智能抄表系统硬件设计 摘要：本章详细阐述了智能抄表系统，由计算机和单片机组成两级总线制通讯网络，由 四层节点和三级联线构成了金字塔型的树状结构，并详细介绍了用户部件、系统 总成、通讯服务器、读表器四部分原理框图和硬件电路如，电源电路、采样 处理电路、数据存储电路、通讯接口电路 关键词：单片机、四层节点、三级联线、原理框图、硬件电路 3 1 总体设计 3 1 1 系统构成分析 本系统设计的出发点是结合现有的技术力量手段，广泛借鉴国内国外同类产品的先 进技术，针对应用的实际需要开发出一套可靠实用的系统。 结合现在实际存在的情况，系统被设计成为计算机和单片机组成的两级总线制通讯 网络，由四层节点和三级联线构成了金字塔型的树状结构。 四层节点： 第一层节点是远传耗能表。系统推荐选用知名品牌的远传耗能表，也可以与用户指 定的表具厂进行技术合作，通过在计数器上加装传感器的方式将耗能表改装为远传耗能 表。 第二层节点是采集器。系统通过识别采集器的编码区分与它配套使用的远传耗能表。 第三层节点是系统总成。系统除了由管理中心计算机完成全区抄收任务外，还可以 利用便携式抄收仪与系统总成上的专用接口进行通讯连接，完成区域抄收。 第四层节点是管理中心计算机( 安装耗能管理软件和配置通讯接口转换器) 。耗能数 据由耗能管理软件进行处理，还可以根据用户要求提供外部数据通讯接口，例如可以通 过m o d e m 和市话网与有关职能部门的结算中心进行数据通讯。 三级联线： 第一级联线为远传耗能表到采集器的探头线。 第二级联线为采集器之间及其到系统总成和读表器的用户总线，为总线制联接，由 四芯电缆构成总线型通讯网络。 第三级联线为系统总成之间及其到管理中心计算机或通讯服务器的系统总线，为总 线制联接，由四芯双绞屏蔽电缆构成双工通讯网络。 系统这样设计以后可以充分满足扩展性和可靠行的要求。 浙江大学硕士论文 3 1 2 系统总体框图 束九连接审雹碜t 时违接c = 崃远传耗生衰璐禾曩ll , ：n d s ol 曩墓虎l , a t 4 2 | o 图3 1 系统总体框图 在总体框图中可以明显的看出由四层节点和三层联线组成的系统结构可以充分的 满足系统的总体设计要求。 3