淺談高校宿舍水電表遠程智能管理的應用及研究

　　劉丹
 

　　摘要：本系統的設計是基于485總線技術與TCP/IP網絡技術相結合的方式來實現的，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網絡相結合的一種高校水電管理系統。關鍵詞：學生公寓；485總線;TCP/IP網絡
 

　　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，呈現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。各種方式的實現都有各自的優缺點，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是必要的。
 

　　2 系統的設計
 

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

　　2.1系統運行原理及功能結構分析
 

　　根據圖1所示，系統的數據全部存放在數據庫服務器中，個人PC通過發布在數據庫中的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網絡將信息寫入數據庫，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起來，每個接口理論上串聯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網絡，只要是這個網絡內的PC都可以通過網絡訪問WEB管理程序進行相關操作。
 

　　2.2系統硬件的組成結構
 

　　系統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，發布在服務器上，任何聯網的PC都可以訪問。數據庫采用運行于Windows Server系統平臺的oracle數據庫。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：可實現多種查詢方式，如服務點查詢，校園網網站查詢，手機查詢等，可以查詢適時信息，歷史數據，充值記錄，使用余額等多種信息；
 

　　清零：系統管理員可遠程實現對單表/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、校園網查詢通知等多種方式；
 

　　故障檢查：管理員可以通過網絡對所有水電表進行故障檢查，準確定位，當某個表出現故障時，系統也會自動報警；
 

　　分權限管理：對系統進行分權限管理，不同的權限有不同的管理功能；
 

　　數據導入功能：學生宿舍情況可以從新生報道系統或EXCEL表格導入；
 

　　報表功能和打印：能產生適合財務、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；
 

　　系統管理：可以對宿舍情況、操作員權限等進行系統管理；
 

　　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，可以確保數據的安全性；
 

　　數據加密措施：相關數據在存儲和傳輸過程中進行加密，保證數據的安全；
 

　　3 RS485總線通信設計
 

　　3.1 RS485總線技術介紹
 

　　RS485總線技術是工業應用中非常成熟的技術，是現代通訊技術的工業標準之一，采用RS485總線設計網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，由于采用平衡發送和差分接收，即在發送端，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RS-485標準，傳送數據速率達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據同時傳遞，其優點就是傳送速度快，效率高，但傳送多少位數據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據傳送都是并行的。并行傳遞的距離通常小于30m。串行通信的數據各位按順序傳輸，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。收發雙方需事先約定兩件事：一是字符格式，即規定字符各部分所占用的位數，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通信實現因系統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，主從機之間通信協議如下:主機、從機都采用中斷方式收發數據，通訊的數據傳輸波特率為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。主機向從機發地址幀按照一定的規則進行，如定義的幀的某個位可讀寫水表數據，另一個位可讀寫水表數據及定義是否讓水電表發送返回數據位等等。當然，水電表發送給工控機的信息幀中，各個位也也要和主機發的幀相對應。水電表將主機發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，接收無效，發送，向主機發送數據。
 

　　4 安科瑞高校宿舍預付費電控系統的介紹及選型
 

　　4.1 系統結構
 

　　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。針對高校宿舍這一特殊應用場合研發，主要實現電能監控、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：系統支持對宿舍進行批量設置，批量初始化、批量下發基礎電量、批量設置負控、批量設置時控等，方便學校進行統一管理。
 

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

       基礎電費：可以設置每月給學生下發的免費輔助電費，覆蓋式下發，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 系統設備選型
 

 

　　本系統采用的485接口總線技術目前在國內電能計量、數據采集、能量管理系統中應用越來越廣，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網絡是目前應用廣泛的通訊網絡，利用這個網絡，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，我們相信，隨著技術的發展、應用的深入，其必將充分展現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].中國新技術新產品.
 

　　【3】安科瑞企業微電網設計與應用手冊.2020.06版.