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摘 要：构建多表(电、水、燃气、热量等计量仪表)集中统一管理的综合自动抄表系统，不仅可以节约人力资源，节约管理系统的构建费用，更重要的是可以保证查表的准确性、一致性和提高工作效率。
关键词：AMRS；数据采集；集中器；GPRS；MIS
自动抄表(Automatic Meter Reading —AMR ) 是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。在用电管理方面，采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,使供用电管理部门能及时准确获得数据信息,并进行负荷预测及控制,以实现电力行业整体经济效益的提高和管理水平的进步。我国电能（及水、燃气、热量等）计量采取“一户一表”制,这就使得抄表系统数据采集点多、数据量大，而且采集点极其分散。从技术和经济的角度而言,采取什么样的通信方式是首先要思考和解决的问题。随着单片机、通信技术、计算机网络技术及数字信号处理技术的快速发展，为抄表系统的自动化和智能化提供了更多的技术支撑，使其实现成为可能。
在通信媒体中,有多种有线及无线通信网络可供选择。按通信距离，自动抄表系统AMRS (Automatic Meter Reading System) 的通信方式主要包括近程通信和远程通信两类；近程通信主要适合于住户电表到采集器或采集器到集中器之间的通信，其通信距离一般小于1 公里；远程通信主要适合于集中器到管理中心，其通信距离一般大于2公里。
在深入研究现有抄表系统及相关技术的基础上，分析数据在自动抄表系统中的流程，采用相关计算机技术及通信技术，实现抄表流程的信息化管理的主要环节为数据采集、数据集中收集、数据无线传输和抄表信息化管理，具体实施步骤如下：
一、数据采集
数据采集终端是整个系统中最重要的硬件设备之一，其功能主要包括：实现多种表具数据的采集和上传、设置表终端参数、欠费及故障告警、控制断路器分合闸等。数据采集终端的硬件结构框图如图1所示：
图1 数据采集终端硬件结构框图
采集硬件电路设计需求：根据实际使用的需要，数据采集终端主要包括单片机控制单元、通信控制单元、监控单元、手持单元和时钟单元等部分。
采用双单片机为核心的硬件，两个单片机均选用AT89C52,二者之间利用一片双口RAM IDT7134 SA进行并行数据传输。两片单片机进行分工协作,完成控制功能。其中,单片机系统1主要要实现根据抄表指令或设定的自动抄表时间来采集表具的相关数据,并在数据前加入头标志55H，然后通过P2口将此信息存放在双口RAM的第一块区域。此外，该单片机还连接手持单元，可以接收手持单元的控制命令，完成相应操作。单片机系统2主要要实现接收管理中心的命令，它通过RS232 接口模块时刻等待接收管理中心的命令，并在抄表指令前加入头标志55H 后通过P2口将信息存放在双口RAM 的第二块区域，同时，它还能根据输入的开关状态量向管理中心或用户报警。
软件方面，可以利用C51语言编程。单片机1 的程序主要包括初始化、抄表读数模块、通信模块和手持单元模块,单片机2 的程序主要包括初始化、发送信息模块、报警模块和分合闸操作模块,设计数据采集终端相关软件，最终可以实现多户多表数据的采集和上传、设置表终端参数、欠费及故障告警、控制断路器分合闸实现抄表的无人化。
二、数据收集
通过采集终端实现了多户多表的数据采集，采集的数据需要传输到集中器收集，本环节主要在应用AT89C51单片机的基础上，设计以AT89C51单片机为主要控制器的集中器，实现抄表信息的收集。
集中器实际上是一个数据集中处理器，它向下可以通过电力线与采集器和智能电表通讯，向上则可以通过中国移动GPRS网络与抄表主站通讯。其主要功能包括定时采集采集器和各种表具的数据并对数据进行存储；及时根据指令上传相关的数据至主站系统；转发主站对采集器的控制指令。
选用AT89C51单片机为主要部件，可以实现集中器的硬件设计，再对AT89C51单片机进行相关软件设计，便可以把多个（以小区为单位）采集终端信息进行收集。集中器实际上是一个数据集中处理器,向下通过通讯网络与采集终端和智能表具通讯，向上则通过中国移动GPRS网络与抄表主站通讯。
1．集中器的硬件设计。本系统中的集中器以AT89C51单片机为主要控制器。此集中器主要由电力线Modem、主CPU板、数据存储器E2 PROM、时钟模块、电源模块、看门狗电路和GPRS数据转换模块组成。
系统中电力线载波模块选用232系列嵌入式电力线调制解调器PLC101S–12。此模块的最大特点是可以方便地和具有RS232接口的产品连接，提供双向半工的通信功能，可以在220/110V，50/60HZ 电力线上实现局域通信。主要用来实现集中器与采集器之间的数据交换。
2．集中器的软件设计。集中器与采集器之间采用的是串行通讯，实际通讯过程采用查询方式：集中器定时地向采集器发出指令，此指令带有采集器和电（水、燃气、热量等）能表的表号(地址)；采集器接收到指令后，设备号相匹配的才会作出应答；若集中器在一段时间没有收到回应，则报出错信息；集中器定时地查 询主站是否发出有关指令，判断之后进行相关的操作。在串行通讯的软件程序设计中，为了保证单片机与单片机之间能够成功通讯，约定如下通信协议：1)串行通信波特率为1200bps；2)无奇偶校验位：数据通信采用累加和校验的方法；3)数据帧格式：一位起始位，八位数据位，一位可编程的第九位(发送或接受的地址/数据的标志位)，一位停止位；4)联络方式：当集中器收到命令主动联络各个采集器；5)通信可采用查询方式和中断方式。
三、数据传输
通过集中器收集的数据需要传输到远程服务器端，实现管理信息化，通过设计GPRS的无线传输软件，即可以将集中器收集的信息实现远程抄表信息的无线传输。 GPRS (General Packet Radio Service通用无线分组业务)是一种基于GMS系统的无线分组交换技术，提供端到端的，广域的无线IP 连接，GPRS 网络的技术核心是在GMS网络中传送分组数据业务，它的技术优势主要体现在两个方面：即实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合；实现了IP协议的透明传送；与原有的GMS比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势。通过多个GMS时隙的复用支持数据传输的速率更高。理论峰值达171kbit/s。不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。 这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用了无线网络的信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，更好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，支持按数据流量来进行计费，与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道,可直接访问Internet中的所有站点和资源(WAP用户自己能访问特定的WAP服务器);采用信道复用技术，每一个GPRS 用户都能够实现永远在线，另外，GPRS还支持在进行数据传输的同时进行语音通话等。
GPRS数据终端主要包括以下基本功能：(1)系统初始化，即W77E58本身的资源初始化和通信波特率的设置等;(2)启动本机SIM100模块的UDP/IP的SERVER功能设置，即SIM100的GPRS工作方式，设定UDP端口号，激活场景并获取自身IP建立临时的UDP连接;(3)等待接收来自管理微机的数据(对应GPRS集中器的手机号码或抄表命令);(4)通过短信向GPRS集中器发送自身IP并获取对方IP，与GPRS集中器建立UDP 连接;(5)向GPRS集中器发送抄表命令，并等待接收抄表数据，之后上传管理微机。
四、数据信息化管理
抄表数据到达服务器端中央主控机房后，需要对数据进行信息化管理，对自动抄表管理信息系统进行需求分析，并根据需求分析进行系统设计，实现相关系统功能模块。中央主控机房是利用公用数据网，将所得电表数据抄回并进行处理的计算机系统。
管理信息系统（MIS）主要有这几部分组成：一是主站管理机上的主站程序，主要要实现数据的抄收，发送有关的控制信息并下发有关参数表，能对抄收数据进行汇总统计等个类处理，并需要对其他各相关部件提供接口，此部分可以选用VC 或者VB来开发；二是数据库管理，数据库是信息系统的重要组成部分，要实现采集参数收集、设备档案管理、分析参数收集、原始数据及其派生数据管理，操作记录及历史资料收集等一系列工作，所以本系统可选用Microsoft SQL Server 或 Oracle 等中大型关系型数据库，在设计过程中必须注意数据库定义和操作的规范性、统一性；三是在Web服务器上实现Web发布，同时要能实现用户管理和http请求等功能，本系统考虑使用ASP.NET框架来实现。
数据库作为抄表系统的重要组成部分，是我们开发设计过程中的重点之一，数据库质量直接影响到系统的功能和性能。数据库的设计与我们的软件设计既有共同解决和处理的问题，同时也有自己特有的问题和解决方法。为规范数据库设计，我们在数据库设计过程中充分考虑各方面的需求，经过以下6个阶段进行设计：需求分析；概念结构设计；逻辑结构设计；物理结构设计；数据库实施；数据库运行与维护。
本文通过对多种用户表具自动抄表的数据采集、收集、传输、信息化管理的数据流程分析研究，实现了满足多种用户表具抄表自动化需求的自动抄表系统。
［参考文献］
［1］徐滤非等．电力载波自动抄表技术现状与展望［J］．黄石理工学院学报，2006．
［2］陈永利等．一种远程自动抄表系统设计方案［J］，2004．
［3］鲍卫兵等．GPRS 在远程抄表终端中应用［J］．浙江工业大学学报，2006．
［4］李大斌等．基于GSM 网络的远程自动抄表系统的设计与实现［J］．电子技术应用，2007(03)．
关键词：AMRS；数据采集；集中器；GPRS；MIS
自动抄表(Automatic Meter Reading —AMR ) 是指采用通信和计算机网络等技术自动读取和处理表计数据。在用电管理方面，采用自动抄表技术,不仅能节约人力资源,更重要的是可提高抄表的准确性,使供用电管理部门能及时准确获得数据信息,并进行负荷预测及控制,以实现电力行业整体经济效益的提高和管理水平的进步。我国电能（及水、燃气、热量等）计量采取“一户一表”制,这就使得抄表系统数据采集点多、数据量大，而且采集点极其分散。从技术和经济的角度而言,采取什么样的通信方式是首先要思考和解决的问题。随着单片机、通信技术、计算机网络技术及数字信号处理技术的快速发展，为抄表系统的自动化和智能化提供了更多的技术支撑，使其实现成为可能。
在通信媒体中,有多种有线及无线通信网络可供选择。按通信距离，自动抄表系统AMRS (Automatic Meter Reading System) 的通信方式主要包括近程通信和远程通信两类；近程通信主要适合于住户电表到采集器或采集器到集中器之间的通信，其通信距离一般小于1 公里；远程通信主要适合于集中器到管理中心，其通信距离一般大于2公里。
在深入研究现有抄表系统及相关技术的基础上，分析数据在自动抄表系统中的流程，采用相关计算机技术及通信技术，实现抄表流程的信息化管理的主要环节为数据采集、数据集中收集、数据无线传输和抄表信息化管理，具体实施步骤如下：
一、数据采集
数据采集终端是整个系统中最重要的硬件设备之一，其功能主要包括：实现多种表具数据的采集和上传、设置表终端参数、欠费及故障告警、控制断路器分合闸等。数据采集终端的硬件结构框图如图1所示：
图1 数据采集终端硬件结构框图
采集硬件电路设计需求：根据实际使用的需要，数据采集终端主要包括单片机控制单元、通信控制单元、监控单元、手持单元和时钟单元等部分。
采用双单片机为核心的硬件，两个单片机均选用AT89C52,二者之间利用一片双口RAM IDT7134 SA进行并行数据传输。两片单片机进行分工协作,完成控制功能。其中,单片机系统1主要要实现根据抄表指令或设定的自动抄表时间来采集表具的相关数据,并在数据前加入头标志55H，然后通过P2口将此信息存放在双口RAM的第一块区域。此外，该单片机还连接手持单元，可以接收手持单元的控制命令，完成相应操作。单片机系统2主要要实现接收管理中心的命令，它通过RS232 接口模块时刻等待接收管理中心的命令，并在抄表指令前加入头标志55H 后通过P2口将信息存放在双口RAM 的第二块区域，同时，它还能根据输入的开关状态量向管理中心或用户报警。
软件方面，可以利用C51语言编程。单片机1 的程序主要包括初始化、抄表读数模块、通信模块和手持单元模块,单片机2 的程序主要包括初始化、发送信息模块、报警模块和分合闸操作模块,设计数据采集终端相关软件，最终可以实现多户多表数据的采集和上传、设置表终端参数、欠费及故障告警、控制断路器分合闸实现抄表的无人化。
二、数据收集
通过采集终端实现了多户多表的数据采集，采集的数据需要传输到集中器收集，本环节主要在应用AT89C51单片机的基础上，设计以AT89C51单片机为主要控制器的集中器，实现抄表信息的收集。
集中器实际上是一个数据集中处理器，它向下可以通过电力线与采集器和智能电表通讯，向上则可以通过中国移动GPRS网络与抄表主站通讯。其主要功能包括定时采集采集器和各种表具的数据并对数据进行存储；及时根据指令上传相关的数据至主站系统；转发主站对采集器的控制指令。
选用AT89C51单片机为主要部件，可以实现集中器的硬件设计，再对AT89C51单片机进行相关软件设计，便可以把多个（以小区为单位）采集终端信息进行收集。集中器实际上是一个数据集中处理器,向下通过通讯网络与采集终端和智能表具通讯，向上则通过中国移动GPRS网络与抄表主站通讯。
1．集中器的硬件设计。本系统中的集中器以AT89C51单片机为主要控制器。此集中器主要由电力线Modem、主CPU板、数据存储器E2 PROM、时钟模块、电源模块、看门狗电路和GPRS数据转换模块组成。
系统中电力线载波模块选用232系列嵌入式电力线调制解调器PLC101S–12。此模块的最大特点是可以方便地和具有RS232接口的产品连接，提供双向半工的通信功能，可以在220/110V，50/60HZ 电力线上实现局域通信。主要用来实现集中器与采集器之间的数据交换。
2．集中器的软件设计。集中器与采集器之间采用的是串行通讯，实际通讯过程采用查询方式：集中器定时地向采集器发出指令，此指令带有采集器和电（水、燃气、热量等）能表的表号(地址)；采集器接收到指令后，设备号相匹配的才会作出应答；若集中器在一段时间没有收到回应，则报出错信息；集中器定时地查 询主站是否发出有关指令，判断之后进行相关的操作。在串行通讯的软件程序设计中，为了保证单片机与单片机之间能够成功通讯，约定如下通信协议：1)串行通信波特率为1200bps；2)无奇偶校验位：数据通信采用累加和校验的方法；3)数据帧格式：一位起始位，八位数据位，一位可编程的第九位(发送或接受的地址/数据的标志位)，一位停止位；4)联络方式：当集中器收到命令主动联络各个采集器；5)通信可采用查询方式和中断方式。
三、数据传输
通过集中器收集的数据需要传输到远程服务器端，实现管理信息化，通过设计GPRS的无线传输软件，即可以将集中器收集的信息实现远程抄表信息的无线传输。 GPRS (General Packet Radio Service通用无线分组业务)是一种基于GMS系统的无线分组交换技术，提供端到端的，广域的无线IP 连接，GPRS 网络的技术核心是在GMS网络中传送分组数据业务，它的技术优势主要体现在两个方面：即实现了用户数据与无线网络资源的最佳结合；实现了IP协议的透明传送；与原有的GMS比较，GPRS在数据业务的承载和支持上具有非常明显的优势。通过多个GMS时隙的复用支持数据传输的速率更高。理论峰值达171kbit/s。不同的网络用户共享同一组GPRS信道，但只有当某一个用户需要发送或接收数据时才会占用信道资源。 这样，通过多用户的业务复用，更有效地利用了无线网络的信道资源，特别适合突发性、频繁的小流量数据传输，更好地适应数据业务的突发性特点；GPRS计费方式更加灵活，支持按数据流量来进行计费，与无线应用协议（WAP）技术不同，GPRS能够随时为用户提供透明的IP通道,可直接访问Internet中的所有站点和资源(WAP用户自己能访问特定的WAP服务器);采用信道复用技术，每一个GPRS 用户都能够实现永远在线，另外，GPRS还支持在进行数据传输的同时进行语音通话等。
GPRS数据终端主要包括以下基本功能：(1)系统初始化，即W77E58本身的资源初始化和通信波特率的设置等;(2)启动本机SIM100模块的UDP/IP的SERVER功能设置，即SIM100的GPRS工作方式，设定UDP端口号，激活场景并获取自身IP建立临时的UDP连接;(3)等待接收来自管理微机的数据(对应GPRS集中器的手机号码或抄表命令);(4)通过短信向GPRS集中器发送自身IP并获取对方IP，与GPRS集中器建立UDP 连接;(5)向GPRS集中器发送抄表命令，并等待接收抄表数据，之后上传管理微机。
四、数据信息化管理
抄表数据到达服务器端中央主控机房后，需要对数据进行信息化管理，对自动抄表管理信息系统进行需求分析，并根据需求分析进行系统设计，实现相关系统功能模块。中央主控机房是利用公用数据网，将所得电表数据抄回并进行处理的计算机系统。
管理信息系统（MIS）主要有这几部分组成：一是主站管理机上的主站程序，主要要实现数据的抄收，发送有关的控制信息并下发有关参数表，能对抄收数据进行汇总统计等个类处理，并需要对其他各相关部件提供接口，此部分可以选用VC 或者VB来开发；二是数据库管理，数据库是信息系统的重要组成部分，要实现采集参数收集、设备档案管理、分析参数收集、原始数据及其派生数据管理，操作记录及历史资料收集等一系列工作，所以本系统可选用Microsoft SQL Server 或 Oracle 等中大型关系型数据库，在设计过程中必须注意数据库定义和操作的规范性、统一性；三是在Web服务器上实现Web发布，同时要能实现用户管理和http请求等功能，本系统考虑使用ASP.NET框架来实现。
数据库作为抄表系统的重要组成部分，是我们开发设计过程中的重点之一，数据库质量直接影响到系统的功能和性能。数据库的设计与我们的软件设计既有共同解决和处理的问题，同时也有自己特有的问题和解决方法。为规范数据库设计，我们在数据库设计过程中充分考虑各方面的需求，经过以下6个阶段进行设计：需求分析；概念结构设计；逻辑结构设计；物理结构设计；数据库实施；数据库运行与维护。
本文通过对多种用户表具自动抄表的数据采集、收集、传输、信息化管理的数据流程分析研究，实现了满足多种用户表具抄表自动化需求的自动抄表系统。
［参考文献］
［1］徐滤非等．电力载波自动抄表技术现状与展望［J］．黄石理工学院学报，2006．
［2］陈永利等．一种远程自动抄表系统设计方案［J］，2004．
［3］鲍卫兵等．GPRS 在远程抄表终端中应用［J］．浙江工业大学学报，2006．
［4］李大斌等．基于GSM 网络的远程自动抄表系统的设计与实现［J］．电子技术应用，2007(03)．