远程智能抄表系统的制作方法

专利名称：远程智能抄表系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及无线智能通讯，特别是涉及远程智能抄表系统。
背景技术：
目前的水、电、煤三表的抄表方式还是采用人工抄表的方式，不仅给用户带来了不便，而目占用大量的人力资源，造成收费难的问题；新兴的IC卡技术，较为彻底地解决以上问题，但对用户买“水、电、气”来说还不甚便利，同时与用户的使用信息也无法得到实时沟通，因此智能抄表和安全监控成为行业发展的方向。要进行智能抄表和安全监控就必须建造传输数据的网络。传统的数据传输主要有数传电台、电话拨号、卫星通讯铺设专线等， 这些传输方式存在覆盖范围小、实时性差、投资及运行费用高等问题。GPRS技术及互联网 Internet技术的发展，为工业监控、遥测遥控领域的数据传输及数据网络化管理提供了广阔的平台。自动抄表技术(Automatic Meter Reading)是将数据自动采集、传输和处理应用于自来水、电力、燃气(以下简称水、电、气)供应与管理系统中的一项新技术。它从根本上克服了传统的人工抄表模式的弊端，给水、电、气的管理现代化带来新的希望。随着水、电、气市场管理改革的不断深入，对自动抄表技术的研究必将成为热点与方向。在国外，对自动抄表技术的研究起步较早、且比较深入，从标准的制定到抄表专用芯片的生产都已经比较成熟。在北美、加拿大等北美国家，自动抄表系统早已广泛应用于抄表管理系统之中。自动抄表已成为一个新的产业部门，国外有不少著名厂商已生产出AMR 系列产品，而且对AMR的研究也越来越深入。美国于1986年就建立了自动抄表技术协会(AMRA)，近些年又成立了欧洲自动抄表技术协会(EUR0AMRA)和英国自动抄表技术协会 (UKAMRA)。自动抄表技术的应用在一些发达国家已基本形成了规模。总体来看，目前国内外的抄表方式大体可分为手动方式、预付费方式(由用户通过向管理部门预先购买磁卡、IC卡等，按购买额供电，无需操作人员到达现场)、半自动抄表、自动抄表方式等。我国对自动抄表技术的研究起步较晚，技术标准还不成熟，但国家对自动抄表技术的发展非常重视。建设部《2000年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计准则(修改稿)》中已明确提出“推广应用户外计量(含水、电、暖、燃气表)技术”。在 《中国住宅产品发展纲要》中也明确提出“实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送，开发智能化的水、电、气、热计量装置及接口箱框”。就目前而言， 各种抄表方式在国内都有不同的研究和使用，但手动抄表方式仍为主要的抄表方式。虽然预付费方式在我国很多地区已有使用，但该方式需要用户自己充值，给用户带来了不便，而且在防窃电方面还存在一定的缺陷，不宜推广；有些地区采用了配合手持式采集器的半自动抄表方式，但仍需人工采集，自动化程度不高；有人提出采用有线组网单表或多表集抄系统，这需要布设网线，成本太高，而且不利于已建小区抄表系统的加装与改造；还有人提出电力载波通信自动抄表方式，但由于电力载波通信信道的质量较差，不适于远距离传输，限制了它的推广与发展。

发明内容
本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供远程智能抄表系统。本发明的目的可以通过以下技术方案来实现一种远程智能抄表系统，包括数据库服务器，数据服务中心，操作终端、集中器，采集器和客户终端，其特征在于数据服务中心实时接受由监控终端发送过来的各种数据，并经过分拣进行存储、转发或显示；而且也接受各个操作终端发送过来的充值、监测、控制等各种指令，并把这些指令转发给指定的监控终端；数据服务中心和内部的各个操作终端、服务器联网，并和外部的GPRS网络联网；远程操作终端通过GPRS模块与数据服务中心进行数据通信，由数据服务中心进行数据库的操作；集中器是一个以单片机为中心的信息处理系统，采用16位的微处理器设计。其内置GSM /GPRS模块和SIM卡；一个集中器可以与多个采集器相连；集中器从数据服务中心接收到的各种有效命令并响应该命令，将客户端的各种运行信息发送给集中器，所述的能客户端包括燃气表、水表或电表。上述采集器采集器和客户终端的数据采集器包括用户用电量采集与显示电路、 用户用水量采集与显示电路、用户燃气用量采集与显示电路三种；采用了液晶显示模块 SMC1602A,客户端的燃气表、水表或电表的数据采集器与集中器之间设有RS-485串口电路、无线数据收发模块构成的客户端与无线数据收发模块、RS-232串口电路。客户端与管理端通过无线收发模块构成的无线网络实现数据交换。手持终端是本系统的补充，在系统出现意外时进行人工抄表。本发明远程智能抄表系统具体包括 1、数据服务中心
数据服务中心是整个北纬远程智能抄表系统的核心。它不仅实时接受由监控终端发送过来的各种数据，并经过分拣进行存储、转发或显示；而且也接受各个操作终端发送过来的充值、监测、控制等各种指令，并把这些指令转发给指定的监控终端。数据服务中心和内部的各个操作终端、服务器联网，并和外部的GPRS网络联网。 内部的联网比较简单，通过交换机或集线器组成一个计算机网络，并开通一个端口启动 SOCKET服务，和各个操作终端或服务器进行通信。对于数据服务中心和GPRS网络联网的形式比较多，可根据不同的需要采取不同的方式。2、数据库服务器
数据库服务器是采用SQL server 2000，负责存储所有的用户资料数据、“三表”运行数据和各个监控终端的历史运行数据，并向数据服务中心和操作终端提供数据服务。3、操作终端
操作终端通过局域网与数据库服务器、数据服务中心连接，.完成开户、传递参数、充值、监测、控制、查询、统计报表等各种操作；远程操作终端通过GPRS模块与数据服务中心进行数据通信，由数据服务中心进行数据库的操作。操作终端以Windows系统为操作平台， 采用图形化界面，.操作简单、方便。4、集中器
集中器是一个以单片机为中心的小型信息处理系统，采用16位的微处理器设计。其内置GSM /GPRS模块，配一张开通GPRS服务的SIM卡。一个集中器可以与多个采集器相连； 连接方式可以采用485总线或M-BUS总线，也可以采用小型的无线电台进行无线连接。集中器内存储与数据服务中心联网的各种参数中心的IP地址、服务端口。集中器一加电便自动运行，搜索GPRS网络，向数据服务中心进行注册并连接。如果没有数据传输时可以进入休眠状态，一旦有数据需要发送或收到中心呼叫，便重新登陆数据服务中心进行数据传输。GSM短信作为备用通道，一旦GPRS网络出现故障.立即启动GSM短信通道和数据服务中心进行通信。5、采集器
接收集中器从数据服务中心接收到的各种有效命令并响应该命令，将终端的各种运行信息发送给集中器，并可随时控制阀门的开关，实时监控计量用户的使用情况或管网设备的运行情况。本远程智能抄表系统硬件系统包括用户三表数据采集显示模块、楼座单元数据集中模块、RS-485串口电路、无线数据收发模块构成的客户端与无线数据收发模块、 RS-232串口电路、上位管理计算机构成的管理端两部分。客户端与管理端通过无线收发模块构成的无线网络实现数据交换。本发明远程智能抄表系统集成与性能分析
本发明三表计量电路及单元集中电路均采用STC89系列单片机，该系列单片机具有在线可编程功能(ISP)，通过ISP端口将软件可执行代码写入电路芯片。单元集中器与用户 “三表”之间通信线采用带屏蔽的双绞电缆。由于GPRS模块采用Saro3130P GPRS DTU，使用时只需将其作为一个采用RS232接口的通信器件使用即可。在用户计量仪表系统中，显示电路的功耗设计是一个必须考虑的问题。本发明中， “三表”显示电路采用了液晶显示模块SMC1602A。正常情况下SMC1602A背光电源断开，其工作电流只有2mA，大大降低了系统功耗；另外，电能测量芯片ADE7751正常工作时其电流也只有3mA ；串行E2PR0M芯片AT24C04最大工作电流为3mA ；时钟芯片DS1302最大工作电流为0. 3mA ；单片机芯片晶振为12M时在激活模式下工作电流约为20mA左右。综合考虑各方面因素，整个系统的平均功耗约为0. 15W左右。在数据安全方面，系统中都采用了串行EEPR0M，来对重要的数据(用户编号和用电量等)具有掉电保护功能。对于用户燃气、用水计量系统，本设计设有备用电源，保证了掉电情况下，计量系统能够正常工作。在信号传输线路上，由于RS-485的通信距离较远，传输速率较低，所以在总线终端进行了匹配，并采用带屏蔽的双绞电缆作为传输线。这样就在一定程度上有效的防止了信号在传输过程中被干扰，使信号能够精确的传输。系统通信过程中，由于信道上各种因素的影响，传输信号会受到一定程度的干扰， 又由于采用串行异步通信方式，仅靠奇偶校验是不够的。所以本系统采用了 DL/T-645电表通信协议中规定的(CS)校验。本远程智能抄表系统经济效益分析
本远程智能抄表系统实现抄表到户，避免人为抄表误差，减少客户投诉，提高服务质量；简化管理层次，减少管理费用，降低成本；建立先进的能源计量管理方式，提高水、电、气行业管理企业的信息化管理水平；实时监控，提高抄表率；根据获得的准确资料，分析小区内损耗情况，及时发现故障及维修，降低损耗率；对于怀疑盗水的用户实行长期实时监测，及时处理，减少企业损失；为行业管理公司的成本分析、生产调度、损耗统计提供准确的资料，实现合理调度，提高资源利用率； 本远程智能抄表系统特点
提高抄表效率，出户自动抄表，自动计算费用，实时监控用电量，采集量大、模块化。可靠性、精确性、先进性、经济性、分散控制、集中管理，可以通过有线网为业主提供相应数据。本远程智能抄表系统硬件功能，实时读取表度数，冻结指定日期的度数，冻结指定时间段度数，停电后数据能可靠永久保存。本远程智能抄表系统软件功能，
自动远程抄表根据指定日期自动抄表。费用统计/打印按月进行费用计算。实时监控计算实时功率，并以图表显示；停表提示；异常提示；用电量异常。读数查询/打印 可随时查询每月用电数，并可打印。权限控制根据不同角色设定不同的权限，使数据更加安全。数据备份/还原当数据遭到毁坏性破坏时，可恢复最近备份的数据，将损失降低到最小。初始参数设定如设定集中器时间、集中器地址、采集器地址等。本远程智能抄表系统创新及优点
本远程智能抄表系统是将非电量检测技术、微电子控制技术、无线电技术、无线数字传输技术、计算机网络技术、信息安全技术和软件技术于一体的高新技术产品，应用且独立于水、电、煤气主干网上计量器具计量数据信息的提取和数据管理，提高了该行业的信息化管理水平，改变了水、电、煤气的管理现状，使之焕然一新。避免了目前抄表工作中人情用水、 电、煤气，徇私舞弊等现象；解决了目前抄表难度大、劳动强度高等问题，特别是解决了管理系统中一直难以解决的高可靠性、高准确性和低功耗问题。本远程智能抄表系统采用GPRS技术实现数据的无线远程传输，操作终端通过互联网与数据库服务器、数据服务中心连接，.完成开户、传递参数、充值、监测、控制、查询、统计报表等各种操作；可以实时监测“水、电、气”用量，并产生各种统计报表，为行业管理公司的成本分析、生产调度、损耗统计提供准确的资料，实现合理调度，提高资源利用率，同时为市政决策、建设提供依据；对一些违章用户停止供电、水、气；根据获得的准确资料，分析小区内损耗情况，及时发现故障及维修，降低损耗率。本远程智能抄表系统为使电池的使用寿命达到6年，结合电池的使用特点，采用软、硬件配合，双管齐下；硬件电路选用超低耗芯片和优化电路设计，使得系统静态电流小于3mA，无线收发电流小于50mA ；软件主控系统采用间断控制MCU休眠，使用户在使用时既感觉不到停顿，又实现了本项目产品的节能效果。本远程智能抄表系统通过GPRS双向系统可实现对检测仪表的远程控制，进行参数调整、开关等控制操作。且覆盖范围广，能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求。前期投资少、见效快，后期升级、维护成本低。本远程智能抄表系统为增强本无线抄表传输系统的抗干扰性，本项目首次在无线民用产品采433和470MHZ跳频收发系统，使用双信道传输，避免了无线通信的同频干扰，增强了传输的可靠性和准确性。


图1为本发明的结构示意图。
具体实施例方式下面结合附图对本发明作进一步说明。如图所示，本发明远程智能抄表系统，包括
1、数据服务中心
数据服务中心是整个北纬远程智能抄表系统的核心。它不仅实时接受由监控终端发送过来的各种数据，并经过分拣进行存储、转发或显示；而且也接受各个操作终端发送过来的充值、监测、控制等各种指令，并把这些指令转发给指定的监控终端。数据服务中心和内部的各个操作终端、服务器联网，并和外部的GPRS网络联网。 内部的联网比较简单，通过交换机或集线器组成一个计算机网络，并开通一个端口启动 SOCKET服务，和各个操作终端或服务器进行通信。对于数据服务中心和GPRS网络联网的形式比较多，可根据不同的需要采取不同的方式。系统功能主要有
(1)通过hternet连接到移动的GSM/GPRS网络或通过移动的APN专用GSM/GPRS网络对集中器的GPRS模块提供数据通讯服务，可以对GPRS模块呼叫、数据通讯、合法性检查；
(2)SOCKET服务和操作终端连接进行数据通讯、合法性检查；
(3)数据库操作将通讯记录存入日志信息库；
(4)接收用户的报警，并做相应的处理。2、数据库服务器
数据库服务器是采用SQL server 2000，负责存储所有的用户资料数据、“三表”运行数据和各个监控终端的历史运行数据，并向数据服务中心和操作终端提供数据服务。3、操作终端
操作终端通过局域网与数据库服务器、数据服务中心连接，.完成开户、传递参数、充值、监测、控制、查询、统计报表等各种操作；远程操作终端通过GPRS模块与数据服务中心进行数据通信，由数据服务中心进行数据库的操作。操作终端以Windows系统为操作平台， 采用图形化界面，.操作简单、方便，有以下特点
(1)直观的用户地图。用户管理界而采用数字地图，界面可放大缩小。在此界面上可观察到各个用户的运行情况。通过点击用户即可进入该用户实时曲线界面。(2)完善的报表功能。系统可以针对某一用户、某一站点或者整个系统自动做出日报表、月报表、年度报表等汇总报表。日报表统计一天M h小时的运行参数和累计流量以及用气、用电、用水情况；月报表统计每天的运行数据，列出每天的用气、用电、用水情况； 年度报表统计一年12个月每月的用气、用电、用水情况。报表可按照用户要求定制，直接进行预览、打印。(3)实用的图表曲线功能。系统可以针对某一站点、某一用户或者整个系统自动做出日用气、用电、用水量直方图、趋势曲线；月用气、用电、用水量直方图趋势曲线；年用气、 用电、用水量直方图、趋势曲线。直观的反映出各个用户的使用情况；曲线可任意放大、缩小和拖动。
(4)故障处理和报警功能。主控系统对出现的通信故障和数据超限会自动产生报警，并将产生报警的时间和原因记录入数据库。报警方式为窗口提示、声音报警等。(5)强大的数据库查询功能。操作员可通过设置不同的查询条件(包括时间、用户、数据范围等)从数据库中获得各种历史数据，显示当前时刻的瞬时流量、累计流量等参数。也可查询报警记录，获得产生报警的时间和原因。数据库可方便的进行维护。数据库采用SQL SERVER网络数据库，可对各种数据进行分析，并在权限范围内实现局域网或远程数据共享。(6)完整的设备数据库。软件中可录入每个站点现场所用设备、管径等，以及现场联系人的名字和电话，使用起来更方便。(7)系统安全设置。系统设置多级权限，不同权限的功能有所不同。系统管理员可以使用所有的功能。对一般用户限制进行数据库维护、系统维护等一些涉及系统内部安全的功能操作。4、集中器
集中器是一个以单片机为中心的小型信息处理系统，采用16位的微处理器设计。其内置GSM /GPRS模块，配一张开通GPRS服务的SIM卡。一个集中器可以与多个采集器相连； 连接方式可以采用485总线或M-BUS总线，也可以采用小型的无线电台进行无线连接。集中器内存储与数据服务中心联网的各种参数中心的IP地址、服务端口。集中器一加电便自动运行，搜索GPRS网络，向数据服务中心进行注册并连接。如果没有数据传输时可以进入休眠状态，一旦有数据需要发送或收到中心呼叫，便重新登陆数据服务中心进行数据传输。GSM短信作为备用通道，一旦GPRS网络出现故障.立即启动GSM短信通道和数据服务中心进行通信。5、采集器
接收集中器从数据服务中心接收到的各种有效命令并响应该命令，将客户终端的各种运行信息发送给集中器，并可随时控制阀门的开关，实时监控计量用户的使用情况或管网设备的运行情况。本发明远程智能抄表系统单元电路结构包括 1、数据采集显示模块
数据采集显示模块包括用户用电量采集与显示电路、用户用水量采集与显示电路、用户燃气用量采集与显示电路三种形式。(1)用户用电量采集电路方案
采用ADI公司推出的单片电能计量专用芯片ADE7751与微处理器设计成的全电子式多费率电能表来实现用户用电量数据采集。(2)用户用水量采集电路方案
采用南京迪泰尔仪表机电设备有限公司(中文网址迪泰尔.中国)生产的脉冲式智能涡街流量计传感器与微处理器设计成的数字式水表，直接利用流量传感器进行数据采集，这种数据采集方式是通过传感器直接将水量转换成相应的数字脉冲或相应大小的输出电流，采集的数据可通过相应的控制芯片实现数据积算、存储并驱动LED或LCD显示。(3)用户燃气用量采集电路方案
采用南京迪泰尔仪表机电设备有限公司(中文网址迪泰尔.中国)生产的脉冲式智能涡街流量计传感器与微处理器设计成的数字式燃气表实现数据的采集、存储、积算、显示、传输等要求。
2、单元集中器模块
在每个楼座的每个单元中加入一个单元集中器。单元集中器与每个数据采集部件通过 RS-485通信串口线相连，用来实现每个客户终端“三表”数据的定时接收与存储，它是“三表”与无线收发模块的一个缓冲部分。单元集中器与无线收发模块之间的数据传输则是通过RS-232串口完成。(1)无线数据收发模块
本系统中，客户端的单元集中器管理端的PC机之间数据传输是通过GPRS通信方式实现无线数据传输方式实现的。(2)数据通信方案
单元集中器与用户“三表”的通信属于多机通信。单元集中器为主机，各用户的数字式“三表”是从机，主、从机之间通过串口 T)(D和RXD采用RS-485通信。主机发送的信息可以传送到所有的从机，也可以指定单一的从机接收，而从机发送的信息只能被主机接收， 各从机之间不能进行通信。本发明系统中，三表计量电路及单元集中电路均采用STC89系列单片机，该系列单片机具有在线可编程功能(ISP)，通过ISP端口将软件可执行代码写入电路芯片。单元集中器与用户“三表”之间通信线采用带屏蔽的双绞电缆。由于GPRS模块采用SarO3130P GPRS DTU，使用时只需将其作为一个采用RS232接口的通信器件使用即可。在用户计量仪表系统中，显示电路的功耗设计是一个必须考虑的问题。本系统中， “三表”显示电路采用了液晶显示模块SMC1602A。正常情况下SMC1602A背光电源断开，其工作电流只有2mA，大大降低了系统功耗；另外，电能测量芯片ADE7751正常工作时其电流也只有3mA ；串行E2PR0M芯片AT24C04最大工作电流为3mA ；时钟芯片DS1302最大工作电流为0. 3mA ；单片机芯片晶振为12M时在激活模式下工作电流约为20mA左右。综合考虑各方面因素，整个系统的平均功耗约为0. 15W左右。在数据安全方面，系统中都采用了串行EEPR0M，来对重要的数据(用户编号和用电量等)具有掉电保护功能。对于用户燃气、用水计量系统，本设计设有备用电源，保证了掉电情况下，计量系统能够正常工作。在信号传输线路上，由于RS-485的通信距离较远，传输速率较低，所以在总线终端进行了匹配，并采用带屏蔽的双绞电缆作为传输线。这样就在一定程度上有效的防止了信号在传输过程中被干扰，使信号能够精确的传输。系统通信过程中，由于信道上各种因素的影响，传输信号会受到一定程度的干扰， 又由于采用串行异步通信方式，仅靠奇偶校验是不够的。所以本系统采用了 DL/T-645电表通信协议中规定的(CS )校验。本发明远程智能抄表系统技术指标 A、系统容量
采集器容量最多接255块电表；
系统容量原则上不受每表一号的限制，实际可根据需要和主站电脑的容量确定；B、通信距离
采集器与电表采用RS-485接口及屏蔽双绞线，距离彡500m。
主站与采集器采用GPRS网络作为通信介质，距离不受限制；
C、通信成功率主站与采集器之间，采用基于可靠连接的TCP/IP协议，通信成功率为 100% ；
D、完全符合IEC1107标准及国电公司DL/T645《多功能电能表通讯规约》；
E、工作电源交流220V士 20%，50Hz ；
F、通信速率1200bps 33. 6kbps ；
G、采集器功耗<1.5W ；
H、工作环境条件
温度-10°C 50°C，相对湿度彡90% ；
I、耐压强度2KV；绝缘电阻2M欧姆；
J、电表数据抄收率、可靠性和读数准确率达到100%。
权利要求
1.远程智能抄表系统，其特征在于，包括数据库服务器，数据服务中心，操作终端、集中器，采集器和客户终端，其特征在于数据服务中心实时接受由监控终端发送过来的各种数据，并经过分拣进行存储、转发或显示；而且也接受各个操作终端发送过来的充值、监测、控制等各种指令，并把这些指令转发给指定的监控终端；数据服务中心和内部的各个操作终端、服务器联网，并和外部的GPRS网络联网；远程操作终端通过GPRS模块与数据服务中心进行数据通信，由数据服务中心进行数据库的操作；集中器是一个以单片机为中心的信息处理系统，采用16位的微处理器设计，其内置GSM /GPRS模块和SIM卡；一个集中器可以与多个采集器相连；集中器从数据服务中心接收到的各种有效命令并响应该命令，将客户端的各种运行信息发送给集中器，所述的能客户端包括燃气表、水表或电表。
2.根据权利要求1所述的远程智能抄表系统，其特征在于所述采集器采集器和客户终端是数据采集显示模块，包括用户用电量采集与显示电路、用户用水量采集与显示电路、用户燃气用量采集与显示电路三种；采用了液晶显示模块SMC1602A，客户端的燃气表、 水表或电表的数据采集器采集器与集中器之间设有RS-485串口电路、无线数据收发模块构成的客户端与无线数据收发模块、RS-232串口电路，客户端与管理端通过无线收发模块构成的无线网络实现数据交换。
3.根据权利要求2所述的远程智能抄表系统，其特征在于所述采集器和客户终端是用户用电量采集电路，是采用ADI公司推出的单片电能计量专用芯片ADE7751与微处理器设计成的全电子式多费率电能表。
4.根据权利要求2所述的远程智能抄表系统，其特征在于所述采集器和客户终端是用户用水量采集电路，是用脉冲式智能涡街流量计传感器与微处理器设计成的数字式水表，采集的数据可通过相应的控制芯片实现数据积算、存储并驱动LED或LCD显示。
5.根据权利要求2所述的远程智能抄表系统，其特征在于所述采集器和客户终端是用户燃气用量采集电路，是用脉冲式智能涡街流量计传感器与微处理器设计成的数字式燃气表。
全文摘要
本发明远程智能抄表系统，包括数据库服务器，数据服务中心，操作终端、集中器，采集器和客户终端，一个集中器可以与多个采集器相连；集中器从数据服务中心接收到的各种有效命令并响应该命令，将客户端的各种运行信息发送给集中器，所述的能客户端包括燃气表、水表或电表。本发明远程智能抄表系统是将非电量检测技术、微电子控制技术、无线电技术、无线数字传输技术、计算机网络技术、信息安全技术和软件技术于一体应用且独立于水、电、煤气主干网上计量器具计量数据信息的提取和数据管理，提高了行业的信息化管理水平。
文档编号H04L29/08GK102270383SQ201110227760
公开日2011年12月7日 申请日期2011年8月10日 优先权日2011年8月10日
发明者李蓉 申请人:李蓉