劉丹
 

　　摘要：本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(shí)現(xiàn)的，充分考慮了目前高校后勤水電表管理控制的實(shí)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(xué)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(huì)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(shì)。有IC卡預(yù)付費(fèi)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(shí)現(xiàn)都有各自的優(yōu)缺點(diǎn)，有的容易出故障，有的不省力，有的費(fèi)用昂貴等等。對(duì)高校學(xué)生公寓而言，因?yàn)楣⑤^集中，后勤管理人員有限、管理資金不多的現(xiàn)狀，設(shè)計(jì)一套適合又能減輕后勤工作負(fù)擔(dān)，又不用太多投資的高校學(xué)生公寓水電表遠(yuǎn)程智能控制系統(tǒng)是必要的。
 

　　2 系統(tǒng)的設(shè)計(jì)
 

　　本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)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(yùn)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(kù)服務(wù)器中，個(gè)人PC通過發(fā)布在數(shù)據(jù)庫(kù)中的web管理程序?qū)λ信c工控機(jī)相連的水電表進(jìn)行管理和控制。工控機(jī)的作用非常關(guān)鍵，它負(fù)責(zé)接受來自個(gè)人PC的指令，對(duì)指令解析后對(duì)相對(duì)應(yīng)的水電表進(jìn)行控制，同時(shí)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(kù)，適時(shí)的反饋給操作用戶。一方面通過工控機(jī)上有個(gè)RS232接口，通過安裝RS232接口擴(kuò)展卡，可連接多個(gè)RS232轉(zhuǎn)RS485的轉(zhuǎn)換器，由這個(gè)轉(zhuǎn)換器延伸出RS485總線把公寓樓的各個(gè)房間的水電表串聯(lián)起來，每個(gè)接口理論上串聯(lián)128個(gè)水電表,每個(gè)水電表都要進(jìn)行初始化，按照一定的順序編號(hào)，并把編號(hào)寫入水電表的控制芯片當(dāng)中，便于工控機(jī)快速查找到該表。另一方面通過工控機(jī)上的網(wǎng)絡(luò)接口卡把各個(gè)公寓樓的工控機(jī)與服務(wù)器和個(gè)人PC連成一個(gè)TCP/IP網(wǎng)絡(luò)，只要是這個(gè)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(jìn)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(jī)、RS485總線接口、服務(wù)器、網(wǎng)絡(luò)交換機(jī)、辦公電腦。整個(gè)拓?fù)鋱D如圖1所示。圖中粗黑線代表運(yùn)行TCP/IP協(xié)議的雙絞線，細(xì)黑線代表485總線，代表電表，
 

       2.3軟件功能設(shè)計(jì)

 

　　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(kù)采用運(yùn)行于Windows Server系統(tǒng)平臺(tái)的oracle數(shù)據(jù)庫(kù)。另外還把普通操作功能與直接控制水電表的功能用VB語(yǔ)言重新編寫并集成在一起，運(yùn)行在工控機(jī)上，如果碰上TCP/IP網(wǎng)絡(luò)中斷，無法進(jìn)行遠(yuǎn)程操作或者服務(wù)器出故障，可以直接通過工控機(jī)對(duì)水電表進(jìn)行同樣的操作。
 

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

　　查詢：可實(shí)現(xiàn)多種查詢方式，如服務(wù)點(diǎn)查詢，校園網(wǎng)網(wǎng)站查詢，手機(jī)查詢等，可以查詢適時(shí)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(yuǎn)程實(shí)現(xiàn)對(duì)單表/批量表的清零工作，輕松完成學(xué)生入住前的初始化工作；
 

　　轉(zhuǎn)存：當(dāng)學(xué)生更換宿舍時(shí)，可以使用轉(zhuǎn)存功能，不須要到水電表現(xiàn)場(chǎng)操作；
 

　　強(qiáng)制開、強(qiáng)制關(guān)：當(dāng)有特殊情況可以使用此功能；
 

　　余額不足報(bào)警：可以設(shè)置余額不足報(bào)警閥值，當(dāng)表內(nèi)余額低于該閥值時(shí)，將會(huì)自動(dòng)報(bào)警，可以通過管理員報(bào)表通知、手機(jī)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(duì)所有水電表進(jìn)行故障檢查，準(zhǔn)確定位，當(dāng)某個(gè)表出現(xiàn)故障時(shí)，系統(tǒng)也會(huì)自動(dòng)報(bào)警；
 

　　分權(quán)限管理：對(duì)系統(tǒng)進(jìn)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(xué)生宿舍情況可以從新生報(bào)道系統(tǒng)或EXCEL表格導(dǎo)入；
 

　　報(bào)表功能和打?。耗墚a(chǎn)生適合財(cái)務(wù)、宿舍管理需要的相關(guān)報(bào)表，學(xué)生充值后也可以打印，以便核對(duì)；
 

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

　　系統(tǒng)管理：可以對(duì)宿舍情況、操作員權(quán)限等進(jìn)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(jī)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(chǔ)和傳輸過程中進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)的安全；
 

　　3 RS485總線通信設(shè)計(jì)
 

　　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(biāo)準(zhǔn)之一，采用RS485總線設(shè)計(jì)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(duì)雙絞線即可實(shí)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(dòng)器將TTL電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成差分信號(hào)輸出;在接收端，接收器將差分信號(hào)變成TTL電平，因此具有抗共模干擾的能力。根據(jù)RS-485標(biāo)準(zhǔn)，傳送數(shù)據(jù)速率達(dá)100kbit/s時(shí)通訊距離可達(dá)1200m。
 

　　3.2通信方式選擇
 

　　計(jì)算機(jī)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(shí)傳遞，其優(yōu)點(diǎn)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(gè)部件之間、同一機(jī)箱內(nèi)各個(gè)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(diǎn)是只需一對(duì)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(jì)算機(jī)測(cè)控系統(tǒng)中，由于測(cè)控對(duì)象與控制之間距離一般較遠(yuǎn)。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(yàn)以及檢驗(yàn)方式。(偶校驗(yàn)還是奇校驗(yàn))等通信協(xié)議。二是采用的波特率以及時(shí)鐘頻率和波特率之間的關(guān)系。
 

　　3.3通信實(shí)現(xiàn)因系統(tǒng)為一主多從的通信結(jié)構(gòu)，工控機(jī)為主機(jī)，水電表中的AT89c52為從機(jī)，AT89C52采用一個(gè)RS485接口與PC機(jī)通信，主機(jī)可與每臺(tái)從機(jī)通信，從機(jī)之間不能通信，主機(jī)從機(jī)之間采用半雙工方式通信，主從機(jī)之間通信協(xié)議如下:主機(jī)、從機(jī)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(shí)，所有從機(jī)都處于只能接收地址幀的狀態(tài)。主機(jī)向從機(jī)發(fā)地址幀按照一定的規(guī)則進(jìn)行，如定義的幀的某個(gè)位可讀寫水表數(shù)據(jù)，另一個(gè)位可讀寫水表數(shù)據(jù)及定義是否讓水電表發(fā)送返回?cái)?shù)據(jù)位等等。當(dāng)然，水電表發(fā)送給工控機(jī)的信息幀中，各個(gè)位也也要和主機(jī)發(fā)的幀相對(duì)應(yīng)。水電表將主機(jī)發(fā)來的地址信息與本機(jī)地址進(jìn)行比較，若為本機(jī)地址，則進(jìn)入正式通信狀態(tài)，接收無效，發(fā)送，向主機(jī)發(fā)送數(shù)據(jù)。
 

　　4 安科瑞高校宿舍預(yù)付費(fèi)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(fèi)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。
 

 

　　AcrelCloud-3100學(xué)生宿舍版預(yù)付費(fèi)云平臺(tái)是與ADM130(一進(jìn)三出)或ADF300L(多回路計(jì)量箱)預(yù)付費(fèi)電能表配套的云平臺(tái)。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(jī)在內(nèi)的集成系統(tǒng)。針對(duì)高校宿舍這一特殊應(yīng)用場(chǎng)合研發(fā)，主要實(shí)現(xiàn)電能監(jiān)控、時(shí)間管理、惡性負(fù)載管理、預(yù)付費(fèi)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(duì)宿舍進(jìn)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(fù)控、批量設(shè)置時(shí)控等，方便學(xué)校進(jìn)行統(tǒng)一管理。
 

　　惡性負(fù)載自動(dòng)識(shí)別控制：對(duì)不允許使用的發(fā)熱電器(如電爐、熱得快、電熱杯等)實(shí)施自動(dòng)識(shí)別控制，發(fā)現(xiàn)這些發(fā)熱電器自動(dòng)斷電。惡性負(fù)載暫停時(shí)間和次數(shù)可通過軟件設(shè)定。
 

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

 

　　時(shí)間控制功能：支持8個(gè)時(shí)段設(shè)置宿舍供電斷電，方便管理學(xué)生宿舍作息 。
 

　　遠(yuǎn)程售電：操作員可以通過后臺(tái)給宿舍進(jìn)行電費(fèi)充值，學(xué)生也可以通過學(xué)習(xí)一卡通、學(xué)校微信公眾號(hào)進(jìn)行自助充值。
 

　　遠(yuǎn)程集中抄表：抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺(tái)，快速便捷，免去人工抄表 。
 

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

       對(duì)接一卡通支付：系統(tǒng)支持中間庫(kù)，接口等方式對(duì)接學(xué)校一卡通，方便學(xué)生自助購(gòu)電 。

 

　　一進(jìn)三出：ADM130電表支持三回路輸出，各回路單獨(dú)分合閘、惡性負(fù)載、時(shí)控等設(shè)置。
 

　　4.3 系統(tǒng)設(shè)備選型
 

 

　　本系統(tǒng)采用的485接口總線技術(shù)目前在國(guó)內(nèi)電能計(jì)量、數(shù)據(jù)采集、能量管理系統(tǒng)中應(yīng)用越來越廣，是能量采集自動(dòng)化的基礎(chǔ)，它的可靠性越來越受到設(shè)計(jì)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(gè)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(gè)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(diǎn)而被廣為應(yīng)用。
 

　　參考文獻(xiàn)
 

　　【1】王秀鳳.單片機(jī)控制水費(fèi)計(jì)量遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)軟件抗干擾技術(shù).中國(guó)科技信息,2005,12
 

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

　　【3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊(cè).2020.06版.