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基于m - b u s 的水表联网抄表系统 摘要 本文对目前国内外水袭自动抄袭系统进行了详细的分析，比较了各 种系统的磺侔组成和软件结构，谶丽构建了基于硝一b u s 的承表联阏抄表 系统。本文对此系统所采用的硬件和卜b u s 协议的特点及其相关的物理 特性进行u 介绍，对利用m - b u s 进行水表抄表的优点进行了总结。接着， 提瞧了对瑷有的钒壤式水表自动饯改造嬲方法势给出了糖应的患路设 计。然后，对基于m - b u s 的水表联网抄表系统的软件构成包括开发平台 匏选择、p c 逶逶掇制、系统豹模块组或纛鞠关嫠分豹实瑷豢理送行了重 点的描述，给出了个通用的数据加密、解密模块，权限管理模块和远 稳蓬控模浚。对予系统的w 靠往，本文氇鼠覆彳孛帮较箨两个方面逮行了 分析。最麟，对构建的抄袋系统提出了展塑及一些相关的功能扩展。 关键词：m - b u s ，蓉戆承表，蠡劲抄衰，数据露，远程羧剿 t h ew a t e r m e t e r n e t w o r k i n gr e a d i n gs y s t e m o nt h eb a s i so fm b u s t h i st h e s i s ，l nt h e b e g i n n i n g ，a n a l y z e s t h ev a r i o u sa u t o m a t i c m e t e r - r e a d i n gs y s t e m si n d e t a i lt h a ta r ec u r r e n t l ya v a i l a b l ea th o m ea n d a b r o a d ，a n dc o m p a r e s1 3 0 t ht h e i rh a r d w a r ec o m p o n e n t sa n dt h e i rs o f t w a r e a r c h i t e c t u r e s ，w h i c hc o n t r i b u t e st ol h ew a t e r - m e t e rn e t w o r k i n g r e a d i n g s y s t e mo nt h eb a s i so fm - b u s n e x t i tj n t r o d u c e st h en e ws y s t e m sh a r d w a r e c o m p o s i t i o n ，m b u s sc h a r a c t e r i s t i c sa n di t sm l e v a n tp h y s i c a lt r a i t s ，c l o s e l y f o l l o w e db yt h eo v e r a l ls u m m a r yo fa d v a n l 嚣g e st ow a t e r - m e t e rr e a d i n gw i t h t h eh e l po fm b u s 。a f t e r w a r d s 。i t p u t sf o r w a r d t h ee f f e c t i v ew a y st oa u t o m a t e l h ee x i s t e n tm e c h a n i cw a t e r - m e t e r sa n dt h e c o r r e s p o n d i n ge l e c t r i cc i r c u i t d e s i g n s t h ef o c u so ft h i st h e s i si so nt h ei n t r o d u c t i o no fl h es o f t w a r ea r c h i t e c t u r e o ft h en e w s y s t e m ，i n c l u d i n gs e l e c t i n gt h ea p p r o p r i a t ed e v e l o p m e n tf i a t ，p c c o m m u n i c a t i n gp r i n c i p l e ，i t s o w ns o f t w a r em o d u l e sa n dt h e r e s p e c t i v e f u n c t i o n i n gp r i n c i p l e so ft h er e l a t e dp a r f s b e s i d e s ，s o m em o d u l e sa r eo f f e r e d s u c ha s au n i v e r s a ld a t a e n c o d i n g a n d d e c o d i n gm o d u l e ，ap o w e r m a n a g e m e n tm o d u l ea n dar e m o t em o n i t o r i n gm o d u l e a st ot h es y s t e m s r e l i a b i l i t y ，as u b t l ea n a l y s i si sd e v e l o p e di n 蜘ea s p e c t so fb o t hs o f t w a r ea n d h a r d w a r e i nt h ee n d ，t h et h e s i sf o o k sf o r w a r dt ot h ep r o s p e c ta n dt h e p o s s i b l ef u n c t i o ne x t e n s i o no ft h en e w l yd e v e l o p e dm e t e r - r e a d i n gs y s t e m ， k e yw o r d s ：m b u s ，i n t e l l i g e n tw a t e r - m e t e r , a u t o m a t i cm e t e rr e a d i n g d a t a b a s e r e m o t ec o n t m i 1 翦富 1 。l 鞭豹与意义 随着人民生活水平的提高，疆民对水，电，煤气等基础自源钓需求攮也有了赢速增长， 对自来水公司拶表收费的要求也不断提离，尤其是商层建筑聪民对自来永公司强抄大楼憩 表，谢由住户自行摊分水费的做法日益不满，要求妇自来水公司独立结算水费的呼声越来 越赛。实际上耩罄住宅横每家每产都有隶袭，可鞋瓣过久工a 声抄表翡方式簿决，萑燕这 种方斌存在着诸多弊病“。 蓖先太工抄表爨孵费力，不搜劳动强度太，套易潺抄误抄，抄表誉到整，黪墨这秘方 式容易掺杂人为因素，管理困难。这种抄袭方式，使得抄表时间跨度大，准确皮低，无法 骰到弼一时间抄表，不能准确反炊数据同轼孳增加了髑水鲍成本。面且，目前水袋太都安装 在室内，给抄袭人员带束了困难，也给居氐的正常擞活带来了一定的影响。如粜将这些永 表都改装到地面或者门外，不仅工程复杂网难，而鼠有碍市嚣。并且也不能满足一些特殊 用户的篱求。 缭上所述，只有采用自动化系统才是比较好的选择。国家科委和建设部都十分明确地 嘉出瑟浚交建绕戆查表收费方式。“中量挂毫产品发羧纲要”孛臻确搀嫩：实蕊方镬壹表， 不干扰住户，使大量人工查表工作逐步网络化传递，开发智能化计量装置及接口柜，计蟥 装置要求达到耩确计数，抗干扰性强，稳跫，耐久，使用安受等基本技术性能鼗求。面一 些小嚣娩划导剃中作为设计要求蛸确提出解决入室磷裘问题“。 1 。2 鬻蠹势零淡自动沙表系绞溪状 承装复动抄浅( a u t o t i cm e t e rr e a d i n g ，矗；| i ) 载是姆教表露户镬题豹承璧数援及 其它相关数据收集，通过定的通信传输介质，传回到管理鄢门，完成统一管理、收费、 监控等功能”。 黧内外已经研制了多种自动纯移表系统，这些系统大致分为良下几类： 1 储值卡( 磁卡或i c 卡) 水表 这类觳予镰擅卡系绫，饶患燕囊正骰臻了蓦家螽户独立诗赞，不鼹簧轸表，农表滴幂 需要联网，同时将原先的先用水后交费的计费模式改为先付款后用水的模式，有利于公司 豹舞金疆笼，不会造或欠费熬瑶象，值班鸯以下锺题俊褥疆突。 储值卡水袭比储值卡电话机的操作机构簧复杂，主要用来开通及必闭水管的电磁阀能 否万元一失地遥作，供电系统能否保证正常供电等。因为一鼹操作失灵，不只是影响用户 第1 聪 的正鬻用承，逐容易因为用户合法权益受到损害而g ! 发社会蛹题。并鼠由于储值卡水表是 预付水费的，兹需抄表，这对每个胄的用水鲎统计。每个月管网水的损耗计算带来麻烦。 2 无线自动抄袭系统 利掰无线方式掺表，薛每个采表将经避电子诗鬣螽躲东爨倍意遘邋装在箕土的羌线程 发送装麓发送到经过附避的无线电接收车辆完成抄袭，这是在国外己被采用的自动抄表系 统。投抄嚣承裘与抄收装爱之闻嚣霉联线，翔上无线电逶运技术爱臻竞善，不炎为一穆蜜 装方便、管理简单的自动抄表系统。但无线通讯抗干扰能力弱，使系统的可靠憔受到威胁。 特别是现在无绳电话、手提电话、其它各秘无线电设各及各鼬工业干扰鳗趋严燕。另外媾 个承袭都要安虢无线收发设备，安装成本的增加、维修技术含量高的舔力都不畿不考虑”1 。 3 远传水畿有线联嘲自动抄寝 3 1 分线翻集孛抄袭方式 分线制集中抄袭方斌是我国现今自动抄表系统的主要模式。其基本原理大致相同，即 壹采集器定融联亭采集采垒多路分线连接熬瘩表售譬葬送行数撰处理、存辏。嚣袋集爨之 间采用总线肯4 递接最厨连接至计算机。特点是各户袭通过分户线连接至采集器。目前国 内市场上各公司歼发的抄表系统大帮采用遂季中技术方式。 分线弗集中抄表模式单纯从技术上讲，较成熟和节约成本( 多户表共享一个采集器) ， 但从实际情况赣制集中抄表模式存在如下缺点： 1 。由予一次求表的信号莛雾越较长鼷离到达莱集器，串途任霄一个巧节穗现蔬漏帮 将使采集器采艇不到数攒，而敷设分户线水仅使安装任务繁爨，也存在许多隐患：短线、 瑟线。错综复杂貔线鼹受搜维护王痒嚣难鬟重。 2 采集器均安装予现场。专业人员调试系统并定期巡视维护，专业队伍图益庞大， 维护费耀也相应捌增。 3 分线制禁中抄表模式的风陵不仅仪是各表风险的简单菜加。如果采集器掉电或出 现其他严重故障，则会使该采集器上的所有户表数据丢失，集中抄表的风险无法有效分散， 与涮羧系统强调驹集中餐毽、势教控制酶分布式设谤思想程逐鹜。 3 2 总线制智能抄畿方式 惑线魏罄熊挣表系绫舞发垂采已久，鼹是由予嚣要在拳袭逡设嚣攀冀援秘瑶备毫滚， 成本较高，推广普及较幔。 慧线袅| 智熊水表由予采集诗数工捧单嚣均装配农智能水袭起著密封，数据采集、赴瑗、 存贮等基础工作全由水表本身完成，手抄器绒电脑不参与底臌数据采巢，仅进行通讯联系， 消除了外界因紫对计量鼬影响。另外因智始水表引出的总线通、断不影响单表数据采集翻 保存( 仅澎响本袭数据的读出) ，也不影响其它采表数据的读国，即使奉次读数辩该表总线 出现故障，只鬻重新挂按好总线，无需重新置数，水表的真实读数仍可继续读出，其安受 缝、稳定经逝较舞。由予各表辕鸯豹慧线只需挂接，霉菠藏多分线截移装方式大蟹繁璎瓣 第2 蕊 布线、系统调试任务以及后期使娜过程中线路、系统维护等繁重的劳勘，也方便高层次设 计如嘲络结构的设计、与其他系统( 如安防、照明、空调、消防) 共享歼放式弼络的设计， 进而为用户提供完善、综合的配套服务。 这晕孛鑫动抄表方式，将采表电子计量蠢豹拳量饿意遂过数据线转送弼一个数据集中器 上，糟千个数据集中器孵相互联蛄，组成一个传输嘲，之后可以用两种方法来采集抄表数 据：冀一是碍手疆电菠篓l 避场接入爨络采集数摇；篡二是罔调剩察调嚣遥遵电话线联镰列 公司电脑中心避行抄表。这种方式比起无线电抄表多了联网的线路，但也相对减少了干扰， 成本较低藏，维修也相对容易，最铰容易实施的一摊鼹决方案。 瞒于上述原因，本系统采用总线制联嘲抄表系统。 l 。3 系统组威专爱链 本系统设谤从整体上分为三个鄹分：嚣端硬 孛设诗，遁瓿播输鄹聪套数据繁理。具然 而言，本系统将由用户水表，楼字集中器，后台抄激和数据管理应用稳序组成。系统功能 结构图如圈1 1 所示： 莲l 。l 蒜统动能续 奄鎏 第3 贞 本系统的工作原理：用户水袋对最为水流而产生的脉冲惯号进行计数和处理，并将缮 梁储存。当后台管理系统发出抄袭指令的时候，水表将萁储存的计数值经由集中器通过 卅b u s 传回到管理系统，完成抄袭过程”1 。 求表和楼字集中嚣瓣徽处理蕊片采用p h i l i p s 公霹的5 1 l p c 系列躺芯片，邋信萃露采 用m b u s 接口标准。 m - b u s 是一穆专门毙滗耗测鏊坟器襄谤数器转送偿惠翁，欧测标攫戆薅线澍审孬数撰 总线，既传信号叉传电源。m - b u s 在建筑领域和工业能源测爨一数据采集有多方面的应用。 它的穗愚转送赣是专门为满足其戏用两驻嫩好的。它具有使翊侩格低廉鲍屯缆蔼移长距 离传媛的特点。一b u s 对每个询问的反应时间为0 1 至0 5 秒，这对予它要完成的任务采 说是宛全足够的了。m - b u s 的工作原理是问簪式的，即只有谯计算中心发出询问的情况下， 方l 够在计葬串心和计数嚣之阕执行数燕京换。也簸是谎，静个终端在计算审- t l , 发硅l 搔令 后才能够提供数据“。在本系绒中，所有的前端用户都挂谯m - b u s 总线上。 楼字集孛嚣跫蔫端数据豹一个孛转站。宅善先燕蠲麓性撼将吾枣承表兹数摇进行；c 憨， 然后根据后台主机的呼叫，把汇总的数据嘲传到后裔主机进行管理，同时完成相应的后台 主规靛绘它的撵令。该集中器秘藤台主规的通讯将邋过孙d e m 竞残。 楼宇集中器和用户水表之问的通讯是串双工的燕从方式。即搂宇集中器周期性地触发 通信，用户水表只是被动地传输数据，但币能同时接受和发送。通信琦寸，双方聚用相同的 波特攀，并援攒双方翡建的协议遴行鼗据静传送衣辩析。 厢台管理部分的任务是对前端数据的采集和管理。具有水表信息定期自动采集，故障 捡铡，承费诗冀，承费蠢谲，承瑟努印，牧赞处理秘选程控蠲笛功巍。该系统蒸予w i n d o w s 平台，用d e l p h i 结合s q ls e r v e r 数据库究成整个系统的构建。 抄袭鲍通讯手段同时支持以下方式： 掌上电脑( 或专用抄袭机) 现场抄表。在现场将掌上电脑用通讯线连接到控制器的专 用通讯插座，夜掌上电脑上简单操作后即可完成抄袭，一次w 抄数百户乃至数干户( 取决 于控涮器的联瓣佳麓爱蜜际联网数鲎) 。将攀上电脑带鏊公司连接弱公司电脑上静可上俦移 表数据进行收费“1 。 一般说来，寿线联弼鑫凌抄袭蓉笺羁孵支褥这耱逶谖方式，这群萄虢： 1 有利于分阶段实现掌上电脑( 绒专用抄袭机) 现场抄表和联网抄袭： 2 。有剩于用掌上电脑现场调校农袋、检蠢数障； 3 有利于最终爨现大范隧( 比如：整个城市) 水表联网抄袭。 从自动抄袭系统所要完成的功能可以糟出，其关键部分在水量数据的采集鄹传输。数 据采熬的时候需要对用户的计量表计进行改造或更挨为新的脉冲水表，使褥计麓永表能够 计数脉冲信号，然后进行处理和数据传输。 嚣黎，荟穗移表方式集串予瑟瑟器往裰辩集孛懿夺区，轸袭懿莛嚣包蕹承，龟，气等。 第4 炎 随着计算机网络技术，邋瓿技术的发展，黩动抄表技术也将灏临广阔嬲发展空间。 2 硬搏设计部分 2 。1 水表计爨装置的工作原理 改造厉的水表的计量原理与传统的机械式水表的计量原理相似。窀直接安漩在标准口 径静蛰遴主，繁劲子永流静动髓进行工律。承表懿巍俸蠹装蠢一个霹渤时轮，溢东流动静 时候，推动叶轮旋转，叶轮的转速与水流的平均流速成正比，因此单能时间内流经水表的 总教爨与硼+ 轮袭这段对蠲沲豹慧转数残歪毙。砖轮 l 孽旋转经裴耱祷动娃电燕号澎蓑辕毽， 就可以读取水的总量”1 。 流量测量计算中常用劐的流体参数及其相应的计算公式： 1 、流体密度：表示单位体积内的液体的质量 ， p = 一 v 2 、流体粘度 表示流体内摩擦力的一个参数 。d v d h 其中， i ：单位面积上的内摩擦力，p a v ：流捧流动速囊，m t s ? d v ：速度梯度，1 m d h h ：两流体层间鼹离，m 动力粘度一绝对粘度或蠢粘性动力系数，箕物理意义为甄层流体间的遴发鹊度为 l 时候，接融液层闻肇位面积土产生的蘩韬效应力，也可鼯理解为两个相距lm ，面欷 各为1 m 2 的流体层以相对速度l m s 移动的时候产生豹相蕊间的作用力，即 扛= 3 、流量：流体在单位时间内通过垂直于流速的横截面上的流体数懋 0 = v a v ：平均遵度 a ：流体通过的面积。 第5 页 水表中常用的几种流量值： 公称流量瓯：水表在正常工作条件即稳定或无间歇流动下，最佳流量。 过载流量q h ；：水表在短时间内，且无损情况下。最大能够测量的流量。 最小流量q m 在最大允许误差限内要求水表给出示值的最低流量。 流量范围：由最小流量和过载流量所限定的范围，在此范围内水表示值不得产生超过 最大允许误差的误差”1 。 2 2 元器件的选择 单片机：采用p h i l i p s 公司的l p c 7 6 x 系列。 电源：本系统采用远程供电和内置电池两种方式。 光传感器： 光传感器是一种利用光电效应原理将光信号转换为电信号的元件。光传感可用于非接 触物体有无的检测和转速测量。 光传感器的种类很多，大致可以分为三种：红外发光二极管，光敏器件及与光敏器件 相组合的组合型光传感器。根据它们不同的适用特点，本系统使用红外发光二极管“。 2 3 楼宇集中器和小区集中器 楼宇集中器和小区集中器均为用户水表和后台控制管理系统之间的一个中转站，它们 的作用如下： 1 、汇集各个用户水表的数据，即各用户的水量及其相关信息。同时，还周期性地测 各用户水表的工作状态信息，供控制管理系统进行调用检测； 2 、把汇集来水量及其相关信息，向上级报送。楼宇集中器报送至小区集中器，小区 集中器报送至管理系统。 两种集中器的电路相同，和改造后的数字化智能水表的结构类似：采用l p c 7 6 x 系列， 数据通讯基于m b u s “。 3m - b u s 协议特点及通讯处理 3 1 m - b u s 总线介绍 第6 页 3 1 ，1m - b u s 的0 s i 模型 m - b u s 作为迸程表读敷而制定的接口标准，对予水表自动抄表及楼字自动化事业及棚 美痿溺存着较大豹重要瞧。嚣藏我鏊建设帮薤在推广三表台一气表、承表、热袭) ，纛在 我国冷热计量迅速发展的背景下，u - b u s 鹦具有远弦供电及自由拓扑蹲独特的优点，应大 力接广应用。 m - b u s 是由d r h o r s rz i e g l e r 教授和德州仪器公司共同歼发的，落建立于i s 0 - o s i 参 考模型基础上，充分利j = i 现有大多数的网络协议，成为一个辩放的系统。m - b u s 不是一个 完整的两络，它的4 - 60 s i 层是空的并置不处理网络率大多数静任务，如传输屡、会话艨， 因此只提供物理层、数据链路层、网路层和应用层的功能。因为i s 0 一o s i 模型中的高级艨 不麓修毅遣蛙、渡特率等参鼗，瓒疆在7 个0 s i 屡 孽旁边帮上蠢爻定义7 一个管理屡，蟪 址2 5 4 或2 5 5 被保留用予管理物理层，地址2 5 3 用于网络层。基于这个新的管理层，可以 直接键瑾每个o s i 层执 糖定功裁嚣不必穆遵摇0 s i 壤型。撰次结搀模型妇表3 1 嚣承： 袭3 1 擀8 【) s 总线鸹屡次结丰哿横鎏 层次瑭姥标准 应用屡格式化数据e n l 4 3 4 - 3 表示爱空 会晤屡空 铸输鬃空 网络屡路由传送 数据链路层建立数据连接 i e c8 7 0 物理层连接设备 廿- b u s 3 1 2m b u s 系统构成 m - b u s 系统是一个带毒逶键控裁囊毫毽的多缀系统，象是由主挽帮一定数燕蕊歇撬 ( 终端设备) 通过两根电缆连接而成，所有的从机都并联避接在总线上，井可通过总线 获褥蜃需电源。为了实瑷数据嗣能量鲍挺思传输，m - b u s 总线上盼b i t 流传输采翅两 种调制方式：电压调制和电流调制“。m - b u s 的结构框闰如图3 1 所示： 第7 蘸 3 1 3 数据传输方式 图3 im - b u s 结构框图 主机至从机的数据传输 主机向从机发送数据时采用的是改变总线电压而总线电流保持不变的电压调制方 式。m - b u s 定义发送数据1 ( m a r k ：标识值) 时，对应主机驱动输出的总线电压3 6 v ， 发送数据0 ( s p a c e ：空值) 时，主机驱动输出的总线电压将减小1 2 v 降至2 4 v 由 于总线电缆阻抗的原因。从机总线上的实际电压将小于3 6 v 这个值的大小决定于从 机和主机的距离以及线缆的电阻，它可能是2 l 4 2 v 之间的任意值。为使接收和距离 无关，所以从机不能检测绝对电压值来确定数据，而必须采取检测总线电压的变化值， 这就要求从机能具备检测静态时的总线电压值( u 。n ) ，并将其存储器起来作为动态参考 电平然后将总线上电压( u n 。) 与该值比较，当u m u 。t 一5 7 v 时，数据被识别为1 ， 当u n 。( u 眦。- 一8 2 v 时，数据被识别为0 ，这就是从机接口电路应具有的动态电平识别 的接收逻辑。 从机至主机的数据传输 从机发送数据时采用的是总线电流调制，而总线电压保持不变。m - b u s 总线上的 每个从机都要有定的静态电流消耗，即i 。n 2 5 0 i 5 m a + 2 0 0m a + 2 0m a ，考虑 到容量和可靠性，实际应取i 。 = o 5 a “8 “。 3 3 从机总线接口电路设计规则 从机采用电流调制方式传输数据，这样不仅能提高数据远程传输的可靠性，而且能在 数据发送期间仍能从总线上获得所需能量。m - b u s 总线的拓扑结构使得每个从机都消耗一 定电流，该电流即是在总线非活动期间单元静态负载电流( u n i tl o a d ，u l ) 。m - b u s 设计规 范要求从机总线接口设计应满足以下主要参数指标：总线接口为无极性容错，最大总线电 压范围：5 0 v ；单元负载电流i u l i m a ；发送数据l 时：i 。n 1 5 m a ；发送数据0 时i 。= i b r k + ( 0 - 2 0 ) m a ；接收数据1 时：u - 。 u n - - 5 7 v ： u h , r k 标识电压值在5 0 m s 内跌落不大于0 2 v ；从机短路电流：i o ，一令霹缡程第9 位数摄菠一个棒斑位( 逻辚1 ) 。 第2 l 贳 模式3 t x d 脚发送r x d 脚接收，每次数据为1 1 位，一个启始彼( 逻辑0 ) ，8 个数据位( l s b 为首位) ，一可编程的第9 位数据及一个停此位。 在上述4 静模式串，发送过程楚鞋一条舄s b u f 俸势雾标寄存器熊锩令开始熬，模式8 时接收过程开蝻应设置r i = o 及r e n _ 1 ，其它模式下如若r e n = i 则通过超始位初始化。本系 统中暴用摸式l 进暂数攒传竣8 “3 。 看门狗定时器 番门狗定时器由一个竞全独立的振荡器控制，以保证其娥太限度的可靠性，它通过 “w d t e ”位启动。当看门狗功能被启动，定时装置必须定时得到软释的清除，戳防止其澈 出，对m c u 复位，但是定时装置不能被关闭。当不作为看门狗定时器( 通过u c f g i 寄存器的 w d t e 使控潮) ，宅将箨为个蠢释定时器健精，量_ 产生孛龋。 着门狗定时器振荡器，实质上执行的悬内部振荡器失灵的检测功能。当看门狗功能被 鑫动，无论删撵荡襄因穗数失灵，番门狗跫薅嚣都会溢盐l 伪躲u 复经。 如果看门狗定时器戚在进行，必须在热溢出产生复位前漓0 ，着门狗清“0 ”顺序 包括：先写立即数i e h ，再写o e i h 到“w d r s t ”毒存器。如下所示： w d f e e d ： m o vw d r s t ，# 1 e h 瓣￥鼢r s t # o e i h 这两条写w d r s t n 9 命令不必是涟续的两条指令。一个不正确的看门狗清0 顺序不尝 ；l 踅番定猫定鞋嚣戆任僻静藜反应。其要憩对耀之蘸没有绘窀一个芷确雏渍“o ”，它仍然 按犀初设置的时间直到潞出“3 “。8 。 5 水表信息收集与处理系统 在开发该管理系统的时候，本文首先利用m sv i s i o 对憨个系统进行了u m l 建模分析， 褥出了系统的撰架，绘铷出了系绞中人员麟性用捌图，著且确定了整个系统豹类躲关系继 承框架。这样，就确定了整个系统的架构，使得系统在开发过程中有一条主线，为以后系 统的维护升级提供帮助。 5 1 软件开发平台的选择 目前市场上流行的开发工具村以下几种：d e l p h i ，口+ ，v c + + ，j a v a 等几种。其中， c + + ，v c 十+ 适合髑米开发底层系统，相应的开发周期毙较长。j a v a 是目翦 e 较渡符约面囱对 第2 2 甄 象开发工具，号称“w r i t eo n c e ，r u na n y w h e r e ”，假是其开发周期也耀虚较长。考虑到本 信患收寨管理的主要应用领域与使用人群，采厢d e l p h i 作为汗发工其。d e l p h i 是b o r l a n d 公司的杰作，能够应用于各种管瑕软件，系统分析软件及底层软件的开发，废厢范围极其 广泛“。 数据库目前主要有：s o ls e r v e r ，o r a c l e ，d b 2 。其中，o r a c l e ，d e 2 功能强大，但般 配置繁谈，对数据痒鹫瑷a 员豹要求比较囊。嚣s q l s e r v e r 燕m i c r o s o f t 公司麴产晶，姥 够和其操作系统很好地吻台，并臌管理和配置数据库比较简洁，能够报好地适臌中等数据 痒的要求，因此，选择s q ls e r v e r 2 0 0 0 作为后台数据库。 5 2 p c 通讯机制 本系统中，最终和远行后台管理系统的计算机是通过串口进行通讯的。串行通信接口 标准经过攫髑和发震，爨 i 藿同时襻在多种形式，握郝是在p , s - 2 3 2 振准的基础土经过改进嚣 形成的。所以，以r s 一2 3 2 c 为主柬讨论。r s - 3 2 3 c 标准是美国e i a ( 电子工业联合会) 与b e l l 等公司一起开发的1 9 6 9 年公布的遇信协议。这个标准对串彳亍通信接口的有关阍题，如接母 线功髓、电气特性郡捧了明确规定。由于避行设备厂商都生产与r s - 2 3 2 c 翱式靛容的通信 设备，因此，宦作为一种标准，困前已在微机通信接口中广泛采用。 运撵r s - 2 3 2 c 接磊溶雄完戒数箨逶罨嚣要注纛舔煮： 酋先，r s 一2 3 2 一c 标凇馒初是远程通信谶接数据终端设备d t e ( d a t at e r m i n a le q u i p m e n t ) 与数撂通信设备d c e ( d a t ac o m m u n i c a t i o ne q u i p m e n t ) 磊翱定魏。困她这个标糖静割定， 并未考癌计算机系统的威用要求。 其次，r s 一2 3 2 c 标推中所提到的“发送”和“接收”，都是站在d t e 立场上，而不是 站在d c e 的立场采定义的”。 目前在普通p c 机上的c o m l 、c o m 2 接朋，就是r s - 2 3 2 c 接口。图5 1 给出了水表通地 m - b u s 帮r s 2 3 2 c 端强( 9 锌) 与计雾挺c o m 端霜( s 锌) 连按方法示意蓬。r s 2 3 2 e 端瑟的 引脚含义如表5 1 所示： 农表搴! i l s 2 3 2 c 通讯端口( 9 针) 诗算枧勰c o m l 通讯端口( 9 针) 水表m - b u s 接口计算机c o m l 接口 固5l 水表与计算机的通讯接口方法 第2 3 页 表5 tr s 2 3 2 c 端口的引脚含义 l9 芯输入输出信号定义 2 入t x b发送数据 3 出r x d接收数据 | 5 接号遗 表中，辕入输如是相对予水表面露姻。 5 2 ，1 发送效率计算公溅 濑过串口发送或者接收数据时，一般都会设置采样周期，那么在一个周期中可以通过 事日缝送多少字节兹数掇霹强运过强- f 麴公式诗葵褥出： 串口参数：波特率# 9 6 0 0 b p s ，8 个数据位。1 个停止位，无奇偶校验 采样周期：t - - l o o m s 剃在每个控翱内能传送的字节数为： n = b a u d r a t e * 1 ( d a t a b i t + s t o p b i t ) = 9 6 0 0 * 0 1 ( 8 + 1 ) = 1 0 6 7 考穗爨程亭本身羧据楚瑗及其它谬匐需要瓣曩重闫，撵个茬靠l 麴毒传辕9 。审字节。接收数 据也可依此估计”“。 5 2 2 串口数据通讯 这整靛率露袭据遂讯主要遥遥d e l p h i 串鸯带静s p c o m m 按侔来完成。该控件封装了辩 串i z l 大部分的操作，具肖丰富的岛串口通倍密切相关的属性放事件，而且还支持多线程。 s p c o i 稳i 控律毒d a t ab i t s 、p a r i t y 、s t o pb i t s 等配鼍，支薅r e a d 譬r i t e 辩彦控籁仃i m i n g c o n t r 0 1 ) 、r e a d i n t e r v a l t i e o u t 、w r i t e i n t e r v a l t i m o u t 等，支持d t r d s r ，r t s c t s 硬 孛流稳控置及x o n x o f f 敦搏漉穰控鼍”。 简单接收数据程序如下“8 ： p r o c e d u r et f r mm e t e r ，c o m m r e c e i v e d a t a ( s e n d e r ：t o b j e c t ；b u f f e r ：p o i n t e r ： b u f f e r l e n g t h ：w o r d ) ： v a r t m p a r r a y ：a r r a y o ，4 0 9 6 o fb y t e ： a r r a y s i z e ，i ：d w o r d ： c o u n t ：0 w o r d ： 第2 4 疑 t m p s t r ：s t r i n g ： p s t r ：p c h a r ： b e g i n i fc h e c k l c h e c k e dt h e n b e g i n p s t r ：= b u f f e r ： t m p s t r ：= s t r i n g ( p s t r ) ： d e c ( p s t r ) ： f o ri ：= ot ol e n g t h ( t m p s t r ) 一1d o b e g i n i o c ( p s t r ) ： t m p a r r a y i ：= b y t e ( p s t r ) ： m e m o l i n e s a d d ( i n t t o h e x ( o r d ( t m p a r r a y i ) ，2 ) ) ：将接收的数据写到m e m o 上 e n d ： e x i t ： e n d ： p s t r ：= b u f f e r ： m e m 0 1 l i n e s a d d ( p s t r ) ： e n d ： 5 3 软件系统概况 该管理系统主要包括：用户管理，水表管理，报表统计，系统维护，抄表管理，权 限管理，数据安全性策略及远程控制管理等几大模块。 该管理系统的一大特点是：基本功能全部用类( c l a s s ) 进行封装，这种做法的特点 是： l 、从面向对象的思想，为以后程序的维护提供了方便： 2 、增强了程序的健壮性( r o b u s t ) 。 该管理系统的另一大特点是灵活的权限管理模块。用户可以根据实际需要，随时通过 该 权限管理模块来增加或者修改某些功能，这些变化的功能自动加入到用户管理组中，使得 该组用户能够获得或者禁止使用该项功能，系统本身无需做任何的修改。可以适应以后的 用户变化的需求。 该管理系统的第三大特点是实现了分段用水不同收费： 第2 5 页 水资源是一晕中十分宝贵的资源。目前我国各大城市水资源紧缺，急需大力推广节约用 水，严格控希l 永资源的使用。在系统中便可管理用户的分段瘸东量，方便又省辩：当用户 实际用水量超过预先设黧分段量时，系统可实现自动加价计赞，从而有效地控制用水、节 约瑁承；不仅箍离了管璞效率，瞧撮大了降低了大力、秘力、瓣力豹消耗。 该管理系统的第四大特点是增强的数搬安全性策略：随糟网络的靛展普及，网络资源 的安全性翘题氇i l 起了越来越多戆关注，零蓉统鼓鞠令自身鲍翔密到蓉统数据黪躲趣密等 多个方词进行了比较和实现。 该管理系统的第五大特点是增加了对镑理系统的远程控制管理的功能：使得管理人员 求 需要到现场，在家里或者其他任意可以使用网络的地方，都可以远程遥控控制该管理系统， 实现远程寝费或者是冀穗弱管理功靛，该磺凌糍氇怒其健两爽墅靛较捧所不其餐静。 数据瘴设计 数据库软件都具有如图5 2 所示的一般结构，用户与数措库应用獠序交互。数据库成 媳程序与d b m s 接口，d b m s 访越数据库中的数据”1 。 图5 2 用户。数据库应用程序，d b b i s 和数据库的关系 需求分析 嚣袋分辑在鬟装嚣发溺麴蠹楚缓重要豹验毅。嚣始设诗巍实蕤之懿，善先妊矮薄楚系 统的需求。需求分析应该区分所有蓬要事物的法则，通常还包括用户界斌或者相关的模型。 嚣求分析除段，应该将鞲力集中在蓉统要镁什么，搿不是该惩榉徼。搬援调磅鄹摆美数据 库的研究，得出用户需求分析如下船2 ： l 对操作人员权限的验证，黔止无关人员操作，并且操 乍人员的权限应该肖所区别， 第2 6 鹱 即系统应该能够方便地设置不同的权限组 权限组： 2 对系统各项费率等各项参数的设置 参数，即系统需要有相应的数据字典； 操作人员( 用户) 根据职责不同而属于不同的 包括水管类型，费率，小区名称等相关的系统 3 水量的超收：在每月的抄表日可以将水表读二b 自动抄回，没有自动读取的，可以手 动进行补抄； 4 水费结算：按照用户注册户结算，打印收费单据( 单据格式给定) ，可以进行查询： 5 统计分析； 创建数据模型 数据模型是数据特性的抽象，它不是描述个别的数据，而是描述数据的共性。正是这 样的模型标示了需要在数据库中存储的内容和它们的结构和相互关系。传统数据模型是文 件系统的数据的继承和发展，在数据库发展的历史过程中起了重要作用。但是它们存在以 下弱点： 1 以记录为基础，不能很好的面向用户和应用； 2 不能以自然的方式表示实体之间的联系； 3 数据类型少，难以满足应用需求。 因此，现在出现了很多非传统的数据模型一后关系数据模型。有：e - r 数据模型，语 义数据模型以及面向对象数据模型。在此系统中，我结合e - r 数据模型和面向对象数据模 型一起使用，即克服了传统数据模型的缺点，又不脱离数据库发展的实际： e r 数据模型即实体一联系模型，它不是面向实现的，而是面向现实世界的。它提供 了实体，联系和属性三个抽象概念。凡是可以相互区别可以被人们识别的事物统称为实体。 实体与实体问的关系被抽象为联系。用来描述实体特征的性质称为属性。e r 数据模型可 以很方便地转换成相应的关系数据模型“。 为了显示清晰，系统中的e r 模型图仅显示主要实体及其联系，实体的属性没有显示， 如图5 3 所示： 第2 7 页 图5 3 系统b _ r 模型图 e r 数据模型主要包含实体和联系两种抽象概念。实体和联系本身有若干属性。实体 和联系都可以表示成关系。其相关属性也可以表示成关系的属性。因此，e - r 模型到关系 模型的转换是比较直接的。具体来说，为了表示1 ：1 联系，可以将一个关系的关键字置于 另一个关系中；为了表示1 ：n 联系，将父关系的关键字置于子关系中：为了表示m ：n 联系， 可以创建一个包含两个关系的关键字的交叉关系。其中涉及到的相关概念如下： 关键字：关键字是由一个或多个属性组成的可以唯一标示一行数据( 数据记录) 的属 性组。用户，水表，用户组。数据字典等表中的关键字是人为定义的唯一编号，这样既可 班避免重复的情况，又能够对其排序，使得数据更加清晰。而对于存储的数据，如水表读 数等表是以时间和编号共同作为关键字的。 索引：索引的主要目的是提供对数据更为快速的访问速度。由于在本系统中常用的查 询数据列即为关键字列，因此它们同时也是索引列。 规范化：为了消除数据依赖引起的主要问题一一更新异常，需要进行关系模式的合理 分解，也就是进行关系规范化。如果某个关系有两个或多个主题，那么它就应该分解为多 个关系，每个关系只能有一个主题。但是，每当分解关系的时候，应该建立对关联约束的 第2 8 页 要求，这个过程就是规范倔的实膜。根据大多数据艨设计的规则，一般只用到第三范式， 第四和第五很少使用8 “。 一个表满足第一范式的时候，则仅当由其一个主键且其属性都是简单的，不带重复属 性的数据类墅。 个表满足第二范式的时候则仅当萁满足第一范式并风每一个非主键属性都完全黼 鼗藏羧子主建( 全部主键) 。 个表满足第三范式的时候，则它满足第二范斌并且不包含任何传递依赖”“。 撤据转换规则，在将e - r 模溅图转换为关系数据模型盾，将数据摩规范到第兰范式。 下面简单介绍一下相关数据表静结构： 1 、用户数据表 t 聪蕊 字骚名称类型长菠字段舍义备注 u u i d字符型 4 0 全硒唯一编母 f d e l 字狩裂 1 0是嚣删除标患删除一y u s e rc o d e整型用户编号，流水号1 0 0 0 0 1 u s e rn a m e 字符型 2 0用户名称 r e g i o nn a m e字符囊2 0所麟小区 a d d r e s s字符型5 0地址 z i pe e享符垂1 0鄄致编弱 t e l e p h o n e字符型2 0用户电话 疆0 b i 撼字符型2 0瘸户手规 o p e nd a t e 日期型开户日期 o pn a 赫e 字符型 2 0操作人员 f o pd a t e 日期型操作日期 | r e f o i r e f 0 5字符型 2 0备用字段 2 、麓户农表数据表 掰t e r _ m e t e r |书段名髂类型c - - r 变李段含义器注| l u u i d字符型4 0全局唯一编号 l f d e l 字符型 1 0是否删除标志删除一y i 第2 9 页 u s e rc o d e整型用户编号 m e t e rc o d e 字符型 2 0 水表编号 p a yp e r浮点型8水费标准x x x x x 圆度 p a yr a t e浮点型8减免比率 o 一1 p a yp e rr e a l浮点型8实收标准p a y _ p e r * p a y _ r a t e t y p em e t e r字符型水表类型 t h i sr e a d浮点型8本次水表度数 l a s tr e a d浮点型8上次水表度数 t h i s r e a d d a t e日期型本次读表日期 l a s t r e a d d a t e日期型上次度表日期 o p e nd a t e 日期型开户日期 o pn a m e 字符型 2 0操作人员 o pd a t e日期型操作日期 r e f o r r e f 0 5字符型2 0备用字段 3 、水表收费历史记录表 t _ c i a r g e j i i s t o r y 字段名称类型i 吏度字段含义备注 f i d 字符型 2 0年度+ 水表编号 m e t e rc 0 d e字符型2 0水表编号 h 正t e r0 l 浮点型 8一月份用水量 m e t e r0 2 浮点型 8二月份用水量 m e t e r0 3浮点型8三月份用水量 玎e r0 4 浮点型 8四月份用水量 m e t e ro s 浮点型 8五月份用水量 m e t e r0 6 浮点型8六月份用水量 m e t e r0 7浮点型8七月份用水量 m e t e r0 8 浮点型 8八月份用水量 m e t e r0 9 浮点型 8 九月份用水量 m e t e r1 0 浮点型8十月份用水量 m e t e r1 l 浮点型 8十一月份用水量 m e t e r1 2 浮点型 8十二月份用水量 第3 0 页 lm o n e y o i 浮点型 8一月份缴款 m o n y0 2浮点型8二嗣份缴款 m o n e y0 3浮点型8三月份缴款 m o n e y0 4浮点羹 8嚣嚣份缴获 m 叫e y0 5浮点型8五周份缴款 臻0 怒￥0 6浮赢型8六舞嚣缴款 m o n e y0 7浮点型8七月份缴款 麓测e ￥0 8浮点型8a 是份缴款 m o n e y 一0 9 浮点型 8 九月份缴款 骈o n e yl o浮点型8十月份缴款 m 删1 1浮点型8十一胃份缴款 m o n e l l 2 浮点型8十二月份缴款 e f 0 1 r e f 0 5字符型2 0各溺字段 4 、瘩爨毁费标麟表 tc h a 黼e 字段名称类鳘长度字段含义 备注 f i d整型8内都编号 c 珏a 蕊n 硒l e字符委2 0 收费名称 c h a r g o n e y 浮点型 8