淺談高校宿舍水電表遠程智能管理的研究與應(yīng)用

?安科瑞 鮑靜君

　　摘要：本系統(tǒng)的設(shè)計是基于485總線技術(shù)與TCP/IP網(wǎng)絡(luò)技術(shù)相結(jié)合的方式來實現(xiàn)的，充分考慮了目前高校后勤水電表管理控制的實際情況，以傳輸可靠性高、技術(shù)成熟、成本低的485總線技術(shù)為基礎(chǔ)，并與應(yīng)用廣泛的TCP/IP網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的一種高校水電管理系統(tǒng)。

　　關(guān)鍵詞：學生公寓；485總線;TCP/IP網(wǎng)絡(luò)

　　1引言

　　近幾年，就自來水與電的智能管理控制問題已引起全社會的廣泛關(guān)注。各種各樣的抄表方式相繼出現(xiàn)，呈現(xiàn)出一片百花齊放的形勢。有IC卡預(yù)付費方式、手持式紅外線抄表方式、GPRS無線抄表方式以及485總線布置方式等等。各種方式的實現(xiàn)都有各自的優(yōu)缺點，有的容易出故障，有的不省力，有的費用昂貴等等。對高校學生公寓而言，因為公寓較集中，后勤管理人員有限、管理資金不多的現(xiàn)狀，設(shè)計一套適合又能減輕后勤工作負擔，又不用太多投資的高校學生公寓水電表遠程智能控制系統(tǒng)是必要的。

　　2 系統(tǒng)的設(shè)計

　　本系統(tǒng)的設(shè)計采用485總線方式和高校校園網(wǎng)相結(jié)合的方式完成信息的傳輸控制。

　　2.1系統(tǒng)運行原理及功能結(jié)構(gòu)分析

　　根據(jù)圖1所示，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全部存放在數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中，個人PC通過發(fā)布在數(shù)據(jù)庫中的web管理程序?qū)λ信c工控機相連的水電表進行管理和控制。工控機的作用非常關(guān)鍵，它負責接受來自個人PC的指令，對指令解析后對相對應(yīng)的水電表進行控制，同時也接受來自水電表控制芯片的反饋信息，然后通過TCP/IP網(wǎng)絡(luò)將信息寫入數(shù)據(jù)庫，適時的反饋給操作用戶。

　　一方面通過工控機上有個RS232接口，通過安裝RS232接口擴展卡，可連接多個RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)換器，由這個轉(zhuǎn)換器延伸出RS485總線把公寓樓的各個房間的水電表串聯(lián)起來，每個接口理論上串聯(lián)128個水電表,每個水電表都要進行初始化，按照一定的順序編號，并把編號寫入水電表的控制芯片當中，便于工控機快速查找到該表。另一方面通過工控機上的網(wǎng)絡(luò)接口卡把各個公寓樓的工控機與服務(wù)器和個人PC連成一個TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，只要是這個網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的PC都可以通過網(wǎng)絡(luò)訪問WEB管理程序進行相關(guān)操作。

　　2.2系統(tǒng)硬件的組成結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)的硬件部分由裝有智能控制芯片的水電表、工控機、RS485總線接口、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機、辦公電腦。整個拓撲圖如圖1所示。

　　圖中粗黑線代表運行TCP/IP協(xié)議的雙絞線，細黑線代表485總線，代表電表，

2.3軟件功能設(shè)計

　　普通的操作功能用JSP編寫，發(fā)布在服務(wù)器上，任何聯(lián)網(wǎng)的PC都可以訪問。數(shù)據(jù)庫采用運行于Windows Server系統(tǒng)平臺的oracle數(shù)據(jù)庫。另外還把普通操作功能與直接控制水電表的功能用VB語言重新編寫并集成在一起，運行在工控機上，如果碰上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中斷，無法進行遠程操作或者服務(wù)器出故障，可以直接通過工控機對水電表進行同樣的操作。

　　充值：可實現(xiàn)多種充值方法，如服務(wù)點充值，校園卡圈存充值，手機短消息充值，電話預(yù)約充值等，不受時間和空間限制，只要有權(quán)限即可充值；

　　查詢：可實現(xiàn)多種查詢方式，如服務(wù)點查詢，校園網(wǎng)網(wǎng)站查詢，手機查詢等，可以查詢適時信息，歷史數(shù)據(jù)，充值記錄，使用余額等多種信息；

　　清零：系統(tǒng)管理員可遠程實現(xiàn)對單表/批量表的清零工作，輕松完成學生入住前的初始化工作；

　　轉(zhuǎn)存：當學生更換宿舍時，可以使用轉(zhuǎn)存功能，不須要到水電表現(xiàn)場操作；

　　強制開、強制關(guān)：當有特殊情況可以使用此功能；

　　余額不足報警：可以設(shè)置余額不足報警閥值，當表內(nèi)余額低于該閥值時，將會自動報警，可以通過管理員報表通知、手機短信通知、電子郵件通知、校園網(wǎng)查詢通知等多種方式；

　　故障檢查：管理員可以通過網(wǎng)絡(luò)對所有水電表進行故障檢查，準確定位，當某個表出現(xiàn)故障時，系統(tǒng)也會自動報警；

　　分權(quán)限管理：對系統(tǒng)進行分權(quán)限管理，不同的權(quán)限有不同的管理功能；

　　數(shù)據(jù)導(dǎo)入功能：學生宿舍情況可以從報道系統(tǒng)或EXCEL表格導(dǎo)入；

　　報表功能和收據(jù)打?。耗墚a(chǎn)生適合財務(wù)、宿舍管理需要的相關(guān)報表，學生充值后也可以打印收據(jù)，以便核對；

　　閥值設(shè)置：管理員可以設(shè)置水電價格、透支金額、損耗比率等閥值；

　　系統(tǒng)管理：可以對宿舍情況、操作員權(quán)限等進行系統(tǒng)管理；

　　安全備份和災(zāi)害恢復(fù)功能：具備安全備份和災(zāi)害恢復(fù)功能，配合服務(wù)器的雙機熱備，可以確保數(shù)據(jù)的安全性；

　　數(shù)據(jù)加密措施：相關(guān)數(shù)據(jù)在存儲和傳輸過程中進行加密，保證數(shù)據(jù)的安全；

　　3 RS485總線通信設(shè)計

　　3.1 RS485總線技術(shù)介紹

　　RS485總線技術(shù)是工業(yè)應(yīng)用中非常成熟的技術(shù)，是現(xiàn)代通訊技術(shù)的工業(yè)標準之一，采用RS485總線設(shè)計網(wǎng)絡(luò)也是基于這些原因。RS485總線用于多站互連十分方便，用一對雙絞線即可實現(xiàn)，由于采用平衡發(fā)送和差分接收，即在發(fā)送端，驅(qū)動器將TTL電平信號轉(zhuǎn)換成差分信號輸出;在接收端，接收器將差分信號變成TTL電平，因此具有抗共模干擾的能力。根據(jù)RS-485標準，傳送數(shù)據(jù)速率達100kbit/s時通訊距離可達1200m。

　　3.2通信方式選擇

　　計算機CPU與外部交換信息的方式有兩種:并行通信和串行通信。并行通信就是將所有的數(shù)據(jù)同時傳遞，其優(yōu)點就是傳送速度快，效率高，但傳送多少位數(shù)據(jù)就需要多少根傳輸線，因此成本很高。在集成電路芯片的內(nèi)部、同一插件板上各個部件之間、同一機箱內(nèi)各個插件板之間等的數(shù)據(jù)傳送都是并行的。并行傳遞的距離通常小于30m。串行通信的數(shù)據(jù)各位按順序傳輸，其特點是只需一對傳輸線即可完成傳輸任務(wù)，成本低、速度慢、效率低，但傳輸距離可以從幾米到幾千公里。在計算機測控系統(tǒng)中，由于測控對象與控制之間距離一般較遠。因此，一般都采用串行方式在異步通信。收發(fā)雙方需事先約定兩件事：一是字符格式，即規(guī)定字符各部分所占用的位數(shù)，是否采用奇偶校驗以及檢驗方式。(偶校驗還是奇校驗)等通信協(xié)議。二是采用的波特率以及時鐘頻率和波特率之間的關(guān)系。

　　3.3通信實現(xiàn)

　　因系統(tǒng)為一主多從的通信結(jié)構(gòu)，工控機為主機，水電表中的AT89c52為從機，AT89C52采用一個RS485接口與PC機通信，主機可與每臺從機通信，從機之間不能通信，主機從機之間采用半雙工方式通信，主從機之間通信協(xié)議如下:主機、從機都采用中斷方式收發(fā)數(shù)據(jù)，通訊的數(shù)據(jù)傳輸波特率為9600bps，傳送信息以幀格式傳送。通信開始時，所有從機都處于只能接收地址幀的監(jiān)聽狀態(tài)。主機向從機發(fā)地址幀按照一定的規(guī)則進行，如定義的幀的某個位可讀寫水表數(shù)據(jù)，另一個位可讀寫水表數(shù)據(jù)及定義是否讓水電表發(fā)送返回數(shù)據(jù)位等等。當然，水電表發(fā)送給工控機的信息幀中，各個位也也要和主機發(fā)的幀相對應(yīng)。水電表將主機發(fā)來的地址信息與本機地址進行比較，若為本機地址，則進入正式通信狀態(tài)，接收無效 向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。

　　4 安科瑞高校宿舍預(yù)付費電控系統(tǒng)的介紹及選型

　　4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預(yù)付費基礎(chǔ)上增加了宿舍電能管理所需的各種功能，解決了高校宿舍電能管理問題。

4.2  系統(tǒng)功能

　　AcrelCloud-3100學生宿舍版預(yù)付費云平臺是與ADM130（一進三出）或ADF300L（多回路計量箱）預(yù)付費電能表配套的云平臺。它是以電能管理網(wǎng)站和集中抄表軟件為主，包括服務(wù)器，通訊管理機在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應(yīng)用場合研發(fā)，主要實現(xiàn)電能監(jiān)控、時間管理、惡性負載管理、預(yù)付費管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。

　　批量操作：系統(tǒng)支持對宿舍進行批量設(shè)置，批量初始化、批量下發(fā)基礎(chǔ)電量、批量設(shè)置負控、批量設(shè)置時控等，方便學校進行統(tǒng)一管理。

　　惡性負載自動識別控制：對不允許使用的發(fā)熱電器（如電爐、熱得快、電熱杯等）實施自動識別控制，發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動斷電。惡性負載暫停時間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。

　　基礎(chǔ)電費：可以設(shè)置每月給學生下發(fā)的免費輔助電費，覆蓋式下發(fā)，不累計。

　　時間控制功能：支持8個時段設(shè)置宿舍供電斷電，方便管理學生宿舍作息 。

　　遠程售電：操作員可以通過后臺給宿舍進行電費充值，學生也可以通過學習一卡通、學校公眾號進行自助充值。

　　遠程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實時上傳到云平臺，快速便捷，免去人工抄表 。

　　遠程控制：可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作，方便管理 。

　　對接一卡通支付：系統(tǒng)支持中間庫，接口等方式對接學校一卡通，方便學生自助購電 。

　　一進三出：ADM130電表支持三回路輸出，各回路單獨分合閘、惡性負載、時控等設(shè)置。

　　4.3 系統(tǒng)設(shè)備選型

　　5 結(jié)束語

　　本系統(tǒng)采用的485接口總線技術(shù)目前在國內(nèi)電能計量、數(shù)據(jù)采集、管理系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣，是采集自動化的基礎(chǔ)，它的可靠性越來越受到設(shè)計人員和用戶的重視。而TCP/IP網(wǎng)絡(luò)是目前應(yīng)用廣泛的通訊網(wǎng)絡(luò)，利用這個網(wǎng)絡(luò)，可以使目前高校后勤不用追加額外投資的情況下就能使用這個系統(tǒng)，我們相信，隨著技術(shù)的發(fā)展、應(yīng)用的深入，其必將充分展現(xiàn)自身的特點而被廣為應(yīng)用。