劉丹
 

　　摘要：本系統(tǒng)的設計是基于485總線技術與TCP/IP網(wǎng)絡技術相結合的方式來實現(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、技術成熟、成本低的485總線技術為基礎，并與應用廣泛的TCP/IP網(wǎng)絡相結合的一種高校水電管理系統(tǒng)。關鍵詞：學生公寓；485總線;TCP/IP網(wǎng)絡
 

　　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)的設計
 

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

　　2.1系統(tǒng)運行原理及功能結構分析
 

　　根據(jù)圖1所示，系統(tǒng)的數(shù)據(jù)全部存放在數(shù)據(jù)庫服務器中，個人PC通過發(fā)布在數(shù)據(jù)庫中的web管理程序對所有與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鍵，它負責接受來自個人PC的指令，對指令解析后對相對應的水電表進行控制，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RS485的轉換器，由這個轉換器延伸出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)絡接口卡把各個公寓樓的工控機與服務器和個人PC連成一個TCP/IP網(wǎng)絡，只要是這個網(wǎng)絡內的PC都可以通過網(wǎng)絡訪問WEB管理程序進行相關操作。
 

　　2.2系統(tǒng)硬件的組成結構
 

　　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、服務器、網(wǎng)絡交換機、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軟件功能設計

 

　　普通的操作功能用JSP編寫，發(fā)布在服務器上，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)絡中斷，無法進行遠程操作或者服務器出故障，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，如服務點充值，校園卡圈存充值，手機短消息充值，電話預約充值等，不受時間和空間限制，只要有權限即可充值；
 

　　查詢：可實現(xiàn)多種查詢方式，如服務點查詢，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；
 

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

　　強制開、強制關：當有特殊情況可以使用此功能；
 

　　余額不足報警：可以設置余額不足報警閥值，當表內余額低于該閥值時，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；
 

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

　　數(shù)據(jù)導入功能：學生宿舍情況可以從新生報道系統(tǒng)或EXCEL表格導入；
 

　　報表功能和打印：能產(chǎn)生適合財務、宿舍管理需要的相關報表，學生充值后也可以打印，以便核對；
 

　　閥值設置：管理員可以設置水電價格、透支金額、損耗比率等閥值；
 

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

　　安全備份和災害恢復功能：具備安全備份和災害恢復功能，配合服務器的雙機熱備，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總線通信設計
 

　　3.1 RS485總線技術介紹
 

　　RS485總線技術是工業(yè)應用中非常成熟的技術，是現(xiàn)代通訊技術的工業(yè)標準之一，采用RS485總線設計網(wǎng)絡也是基于這些原因。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，驅動器將TTL電平信號轉換成差分信號輸出;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部、同一插件板上各個部件之間、同一機箱內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，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系。
 

　　3.3通信實現(xiàn)因系統(tǒng)為一主多從的通信結構，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。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，發(fā)送，向主機發(fā)送數(shù)據(jù)。
 

　　4 安科瑞高校宿舍預付費電控系統(tǒng)的介紹及選型
 

　　4.1 系統(tǒng)結構
 

　　AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有預付費基礎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。
 

 

　　AcrelCloud-3100學生宿舍版預付費云平臺是與ADM130(一進三出)或ADF300L(多回路計量箱)預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，包括服務器，通訊管理機在內的集成系統(tǒng)。針對高校宿舍這一特殊應用場合研發(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置，批量初始化、批量下發(fā)基礎電量、批量設置負控、批量設置時控等，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)可通過軟件設定。
 

       基礎電費：可以設置每月給學生下發(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、學校微信公眾號進行自助充值。
 

　　遠程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關實時上傳到云平臺，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、時控等設置。
 

　　4.3 系統(tǒng)設備選型
 

 

　　本系統(tǒng)采用的485接口總線技術目前在國內電能計量、數(shù)據(jù)采集、能量管理系統(tǒng)中應用越來越廣，是能量采集自動化的基礎，它的可靠性越來越受到設計人員和用戶的重視。而TCP/IP網(wǎng)絡是目前應用廣泛的通訊網(wǎng)絡，利用這個網(wǎng)絡，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，隨著技術的發(fā)展、應用的深入，其必將充分展現(xiàn)自身的特點而被廣為應用。
 

　　參考文獻
 

　　【1】王秀鳳.單片機控制水費計量遠程抄表系統(tǒng)軟件抗干擾技術.中國科技信息,2005,12
 

　　【2】王小飛.高校公寓水電表遠程智能管理的研究[J].中國新技術新產(chǎn)品.
 

　　【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設計與應用手冊.2020.06版.