物联网下的智能抄表系统.docx

物联网下的智能抄表系统一、前言： 随着社会的快速发展，居民生活用电量急剧攀升，电能表抄表量逐渐增大，用电管理成本增加，管理难度越来越复杂，传统的抄表技术已无法满足供电管理的需求。并且电费管理一直是电业管理工作中的重要环节、多年来手写抄表不仅工作量大，而且存在多抄、漏抄、笔误与抄表卡管理不善等问题、容易出现偷电、违章用电的情况，随着计算机及抄表微机在电力营销管理中的应用，这些问题都得到了很好的解决，抄表到户、微机算费、微机开票、电费结零已成为电业营销管理的工作重点。二、需求分析： 近年来，随着计算机技术的飞速发展，越来越多的电业部门在抄表收费方面都开始采用抄表微机代替原有的“一人、一笔、一本”的传统抄表收费模式，通过与营业收费软件作为借口，使营业管理从抄表到核算全部实现无纸化操作，自动化运行。极大的避免了人为差错以及关系电、人情电的发生，提高了抄表率，堵住了管理上的漏洞。 传统的水表管理只能管理到数量，而对某一块水表具体用到哪里，是否现在还在使用是管理不到无能为力的。另外无法做到单品管理，对于报装、表务、抄表收费等基层环节都有可能存在用户或施工人员的欺诈、哄骗、抵赖的现象。 智能远程抄表系统是现代计算机、微电子技术与网络通信技术深度融合的结果，它不仅能如常规仪表对相关的物理量进行自动测量、自动控制与自动存储，并显示测量结果与控制状态，还具备网络的应用特点：通过Internet能对远程的抄表系统实施功能操作，取得测量结果并对抄表系统进行参数设置、实时监控与故障判断。并能在Internet网上发布动态信息。抄表系统的出现，方便了住户，可设置多级加密功能，定义访问权限，更可增加系统的保密性。防泄漏报警可以使用户放心，不必为家中只有老人、孩子而担心煤气的泄露与触电现象的发生。一方面杜绝了抄表扰民的问题；另一方面可以简化管理手段，减轻物业管理负担。因此采用物联网思想，应用ZigBee无线通信技术与GPRS网络技术，实现远程无线抄表。 该系统在设计的过程中主要分为软件设计与硬件设计。软件设计主要对硬件接口程序以及物理地址分配进行编写，利用开发平台编写控制平台管理软件，实现采集数据的整理与分析功能。硬件部分主要针对采集器、集中器、协调器的整体框架进行设计，并制作相应模块设备。 本系统中ZigBee模块主要采用CC2430芯片，GPRS模块采用SIM100芯片。组网方式上，分成局域网络与广域网络，局域网构建主要采用树形网络拓扑结构，由采集器构成，其主要作用是对电能表数据进行采集与传送。广域网络主要由集中器与协调器构成，该部分主要功能是接收采集器传输的数据，通过集中器上传至协调器，协调器通过串口将数据传递给控制中心。在数据的传输过程中，利用CC2430芯片接收数据，通过SIM100芯片连接互联网，将数据进行远程传递。控制中心在接收到数据后，对数据进行储存、分析。通过以上设计，实现了数据的无线传输，满三、基于RFID的水表管理系统的组成：水表管理使用的整个生命使用周期，通过RFID给每块水表一个唯一身份，确定水表与用户身份，实现水表使用过程中的全称跟踪。水表管理系统主要由RFID进出仓登记、报装管理、RFID抄袭与营业收费管理等模块组成，系统框如图1所示 图1：系统框图 RFID进出仓管理：负责对入库的水表进行鉴定，通过RFID技术给每块水表绑定唯一的电子标签即身份识别码，确定每一块水表的身份。报装管理：负责的新装用户进行报装登记、勘察、缴费、验工等流程控制，对新装用户建卡入册，登记水表与用户信息，如图2所示。 图2：新用户装表流程表务管理：负责老用户进行换表申请、稽查、缴费、派工、验收等流程控制，对老用户换表、户主更换、水表地址迁移，同样在整个表务流程中通过RFID技术确定哪一块水表是否在使用或使用到了哪里。RFID抄表：抄表员抄表通过RS232或RS485等标准接口，从电脑上下载当月应抄用户信息到抄表机中，通过扫描水表上的电子标签来识别水表，然后录入用户水表止码进行水量计算，如图3所示。 图3：表务管理流程四、RFID系统的设计： RFID技术具有广泛的应用前景，RFID设备的多样性使得应用系统的实用性大大提高，对于水表管理而言，可以将电子标签设计成贴片式或者螺栓式等各种样式与水表进行绑定。一个完整的RFID系统主要由电子标签、读写器、天线、管理系统四部分组成，系统框图如图4所示。 水表采购后，在出仓前要进行水表登记。首先，用读写器对电子标签进行写设计，给电子标签一个唯一编码作为水表身份，并记录于数据库中。然后将RFID电子标签做成螺栓式固定在水表上与水表绑定。这样，标签就成为水表永久的一部分，用于长期监控水表，在报装、表务、抄表过程中，通过读写器读取唯一编码来确定水表身份，让自来水公司明确的知道每一块水表都使用到了哪里，现在是否还在使用；监督协调报装、表务的施工流程，提高工作效率；杜绝用户自行换表或修改起止码；防止抄表员进行估抄，降低漏抄与抄错率。在水表使用的全过程中，电子标签始终跟随着水表，通过经过认证的读写器读取唯一编码来判断水表身份，起到防伪的作用。 图4：RFID系统组成框图 五、水表管理系统体系结构设计： 由于自来水公司用户数据量庞大、数据关联复杂，采用系统C/S体系结构，这种模式中客户用来提供用户界面与前端处理的应用程序，服务器则提供由客户使用的资源与服务。其优点在于在稳定的局域网中客户软件提供了部分数据处理功能，服务器可以有更多的能力来完成数据访问与事务处理，可以支持更多的用户，当用户在进行查询时，网络上仅传输查询请求与结果，减少了网络传输量，提高了整个系统功能。软件系统的体系结构如图5所示。 图5：软件系统的体系结构 本系统采用两层C/S体系结构，两层结构将应用一分为二，服务器负责数据管理，客户机完成与用户的交互任务。此结构把存储企业数据的数据库放在远程的服务器上，每台客户机上安装相应的客户端程序。 客户机：其用户界面结合了表示层与业务逻辑层，结合受用户请求，并向数据库服务器提出请求。 数据库服务器：响应客户请求，并将数据提交给客户端，客户端再将数据进行计算并将结果呈现给用户。 两层结构提供网上的安全防护及完整性处理等操作，允许多个客户端同时访问同一个数据库。C/S模式在技术上非常成熟，模型简单，易于接受与理解。主要特点是交互性强、具有安全的存取模式、网络通信量低、响应速度快、利于处理大量数据。给每块水表一个唯一身份，确保水表的精准单品管理，明确水表是否使用或使用到了哪里，方便水表统计；它身份贯穿着水表的整个生命周期，避免用户自行换表、抄表员估抄、漏抄、错抄或自行修改水量等问题；便于稽核人员对水表进行强检、抄表稽核等。极大程度的方便自来水公司水表管理，使水表管理更加透明化、流程化、科学化，避免人为漏洞。六、智能抄表系统未来发展：随着城市生活节奏的加快，人们需要越来越多的方便设施来满足生活的需要，小区智能化是今后的发展趋势。智能抄表系统是智能小区应具有的最基本的系统，它的发展必将影响到小区智能的发展，因此将会有更多的系统集成商、发展商看中这个项目，对它进行进一步开发是极重要的。未来不光光是水表，还有电表，燃气表等以后会出现在普通家庭中的各种表，这些表都可以通过智能化的管理进行统一应用于物联网当中，方便人们的生活，使小区更加智能化，使管理更加简单方便安全有效。其中水表是随着用水量的增大与不断完善，水表的前景应该是稳中有升。电表因为电的应用越来越广泛，电表的发展应该是高居首位。燃气表作为电的广泛应用，可能会使得气表只能保持稳定或者是略有下降。 第 7 页