基于GPRS的远程抄表系统的研究与实现

    付炯华

    

    

    

    摘要：该文研究利用GPRS对电力系统远程电表进行数据抄读和控制等操作的方法，从而对GPRS在数据采集中的作用进行研究，GPRS对电力系统远程电表的状态信息的采集以及控制具有很好的指导作用，节省了大量人力、物力和财力，该方案在一定程度上解决了人工抄表带来的扰民、易出错和工作量大等问题。该文所研究的基于GPRS的远程抄表系统采用了无线的方式传送数据，前期投资低，系统稳定度高，可以说是免维护的，同时，使用GPRS无线网络对远程仪器的状态信息的采集以及控制也有很好的指导作用。

    关键词：远程抄表；GPRS；RS485

    中图分类号：TP393 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2016）12-0062-03

    本文所研究的基于GPRS的远程抄表系统使用GPRS无线网络对远程电表进行数据抄读和控制等操作，实现一个具体的使用GPRS无线网络对远程电表进行数据抄读和控制的系统。从而实现对GPRS无线网络在数据采集中的作用的研究。虽然本系统的具体实现是通过GPRS无线通信网络对远程电表进行数据抄读和远程控制等操作。出于兼容性的考虑，本系统分为客户端和服务器端。因为在实际操作中许多网络是通过网关代理的方式连接到国际互联网的，而电表控制器只是一个哑终端，它只会向拥有国际互联网IP地址的主机发送注册信息。所以，为了使程序的适用范围广，在本系统中采用了服务器端中转的方式来联络电表控制器和服务器端的。其中客户端主要提供抄表管理、远程控制和电表用户资料的管理功能，在抄表或者对电表进行控制的时候，客户端软件就要线连接到服务器端，然后将控制信息通过服务器端软件的中转发送到相应的电表上，以便对电表进行各种操作。在服务器端上，要维护着两个列表：已经连接到服务器端的客户端和注册到服务器端的电表控制器的ID号。这样就可以实现多用户端同时对不同的电表控制器进行操作，在这种情况下，服务器端软件就得具有适当的路由功能，只有这样，才会使各个客户端有条不紊的进行工作。同时，为了减少客户端和服务器端之间通信数据的简洁性，在本系统中，客户端只将电表控制器的ID和相应的控制码传送给服务器端，由服务器端将这些数据组织成符合DL/T645协议的数据格式发送给相应的电表控制器。相应的，由电表控制器传送回来的抄表数据和断送电执行状态也会由服务器端软件进行解码，然后将解码后的数据传送给客户端软件。这样，大大减少了客户端和服务器端的通信量，提高了服务器端的响应速度。

    1 电表控制器

    H7210无线DDN通信系统为用户提供高速、永远在线、透明数据传输的虚拟专用数据通信网络。主要针对电力系统自动化、工业监控、交通管理、气象、金融、证券等行业部门的应用，利用GPRS网络平台实现数据信息的透明传输，同时考虑到各应用部门组网方面的需要，在网络结构上实现虚拟数据专用网。

    H7210 电表控制器是H7200无线DDN通信系统系列产品之一，RS232/422/485或TTL电平接口，高性能、工业级，外置式，适用于使用环境恶劣的各种工业监控、交通管理、气象等应用场合。H7210网络应用示意图如图1所示。

    电表控制器和电表之间采用RS485接口进行通信，之所以选择RS485协议，是因为它和其他协议相比有着不可比拟的优势。

    由于本系统的服务器端软件只有一个，多个客户端软件通过它对多个电表控制器进行控制。所以，在设计时利用了H7210的点对多点传输方式。H7210点对多点传输示意图如图2所示。

    基于GPRS的远程抄表系统结构如图3所示。

    2 系统关键技术与难点

    由于目前市场上用于集中抄表的电能表均以某种形式提供可供抄表的接口，例如RS485接口、红外接口和载波接口等，只要电表控制器提供的指令格式符合国家电网公司规定的DL/T645协议，就可以通过这些接口读出电表的数据或者是对电表进行各种控制操作。各个电表生产厂家在生产用于集中抄表的电能表时，DL/T645协议是默认写入到电表的固件程序中的，所以只要电表控制器的接口和集抄电表的通信接口以及通信速率匹配时，就可以通过电表提供的通信接口对电表进行读数据以及其他控制操作。本系统采用的电表提供一个RS485接口以供电表控制器对电表进行数据抄读和断送电操作。由于电表控制器将GPRS网络的传输协议透明化了，所以在抄表软件客户端将电表的控制信息准备好后，传送给相应的电表控制器就可以实现对电表的控制。

    本系统的最大难点就是实现动态IP解析和服务器端软件路由的功能，由于动态IP解析功能的实现涉及计算机网络中的许多协议和细节问题，一旦设计的不合理，就不能实现动态IP解析的功能，或者是解析错误。而服务器端软件的路由功能的实现则要涉及许多路由算法，一旦算法选取的不合适，就可能造成数据超时或者路由错误的问题。所以，这个系统实际上主要的任务就是解决这两个问题，从而实现软硬件的完美结合。

    3 系统软件实现

    3.1 与客户端连接的实现

    服务器端软件和客户端软件之间的通信方式采用的是socket方式。服务器端软件先启动监听，然后客户端才能链接到服务器端进行后续的操作。Socket面向连接通信示意图如图4所示。

    3.2 监听远端电表控制器上线和传送数据的实现

    在本系统中，采用了深圳市宏电公司的GPRS模块H7210来实现电表控制器的功能，H7210从硬件上对GPRS网络进行透明化，使用户可以在不了解GPRS通信流程的情况下轻松地进行设备间的GPRS通信。由于软件采用模块化的设计技术，将底层的细节封装在一个动态链接库中，在这个动态链接库中实现了监测远程电表控制器上线和发送数据等操作。前台界面只需要调用相关的函数就可以实现在应用程序中和远程电表控制器进行数据的交换操作。

    3.3 路由信息的转发实现

    服务器端软件和远程电表控制器之间的数据交换操作，服务器端软件的作用就是进行数据包转发的。它在接收到客户端软件对远程电表控制器的操作命令后，会将这个带有命令的数据包依照数据包中的目的地址转发给远程电表控制器，远程电表控制器在将命令执行完毕之后会向服务器端软件发送执行命令的结果，这时，服务器端软件只需要再依照数据包中的目的地址转发数据包就行了。

    4 小结

    本文利用GPRS对电力系统远程电表进行数据抄读和控制，节省了大量人力、物力和财力，并在一定程度上解决了人工抄表带来的扰民、易出错和工作量大等问题。

    参考文献：

    [1] Teare D，Paquet C，CCNP学习指南： 组建可扩展的Cisco互联网络（BSCI）[M].陈宇，袁国忠，译.北京： 人民邮电出版社， 2007.

    [2] Froom R，Sivasubramanian B， Frahim E.CCNP学习指南： 组建Cisco多层交换网络（BCMSN）[M].刘大伟， 张芳，译.北京： 人民邮电出版社， 2007.

    [3] 唐明， 刘盛弘.交换与路由技术实验[M].重庆： 西南师范大学出版社， 2008.