浅谈高校宿舍水电表远程智能管理的应用及研究

　　刘丹
 

　　摘要：本系统的设计是基于485总线技术与TCP/IP网络技术相结合的方式来实现的，充分考虑了目前高校后勤水电表管理控制的实际情况，以传输可靠性高、技术成熟、成本低的485总线技术为基础，并与应用广泛的TCP/IP网络相结合的一种高校水电管理系统。关键词：学生公寓；485总线;TCP/IP网络
 

　　1引言
 

　　近几年，就自来水与电的智能管理控制问题已引起全社会的广泛关注。各种各样的抄表方式相继出现，呈现出一片百花齐放的形势。有IC卡预付费方式、手持式红外线抄表方式、GPRS无线抄表方式以及485总线布置方式等等。各种方式的实现都有各自的优缺点，有的容易出故障，有的不省力，有的费用昂贵等等。对高校学生公寓而言，因为公寓较集中，后勤管理人员有限、管理资金不多的现状，设计一套适合又能减轻后勤工作负担，又不用太多投资的高校学生公寓水电表远程智能控制系统是必要的。
 

　　2 系统的设计
 

　　本系统的设计采用485总线方式和高校校园网相结合的方式完成信息的传输控制。
 

　　2.1系统运行原理及功能结构分析
 

　　根据图1所示，系统的数据全部存放在数据库服务器中，个人PC通过发布在数据库中的web管理程序对所有与工控机相连的水电表进行管理和控制。工控机的作用非常关键，它负责接受来自个人PC的指令，对指令解析后对相对应的水电表进行控制，同时也接受来自水电表控制芯片的反馈信息，然后通过TCP/IP网络将信息写入数据库，适时的反馈给操作用户。一方面通过工控机上有个RS232接口，通过安装RS232接口扩展卡，可连接多个RS232转RS485的转换器，由这个转换器延伸出RS485总线把公寓楼的各个房间的水电表串联起来，每个接口理论上串联128个水电表,每个水电表都要进行初始化，按照一定的顺序编号，并把编号写入水电表的控制芯片当中，便于工控机快速查找到该表。另一方面通过工控机上的网络接口卡把各个公寓楼的工控机与服务器和个人PC连成一个TCP/IP网络，只要是这个网络内的PC都可以通过网络访问WEB管理程序进行相关操作。
 

　　2.2系统硬件的组成结构
 

　　系统的硬件部分由装有智能控制芯片的水电表、工控机、RS485总线接口、服务器、网络交换机、办公电脑。整个拓扑图如图1所示。图中粗黑线代表运行TCP/IP协议的双绞线，细黑线代表485总线，代表电表，
 

       2.3软件功能设计

 

　　普通的操作功能用JSP编写，发布在服务器上，任何联网的PC都可以访问。数据库采用运行于Windows Server系统平台的oracle数据库。另外还把普通操作功能与直接控制水电表的功能用VB语言重新编写并集成在一起，运行在工控机上，如果碰上TCP/IP网络中断，无法进行远程操作或者服务器出故障，可以直接通过工控机对水电表进行同样的操作。
 

　　充值：可实现多种充值方法，如服务点充值，校园卡圈存充值，手机短消息充值，电话预约充值等，不受时间和空间限制，只要有权限即可充值；
 

　　查询：可实现多种查询方式，如服务点查询，校园网网站查询，手机查询等，可以查询适时信息，历史数据，充值记录，使用余额等多种信息；
 

　　清零：系统管理员可远程实现对单表/批量表的清零工作，轻松完成学生入住前的初始化工作；
 

　　转存：当学生更换宿舍时，可以使用转存功能，不须要到水电表现场操作；
 

　　强制开、强制关：当有特殊情况可以使用此功能；
 

　　余额不足报警：可以设置余额不足报警阀值，当表内余额低于该阀值时，将会自动报警，可以通过管理员报表通知、手机短信通知、电子邮件通知、校园网查询通知等多种方式；
 

　　故障检查：管理员可以通过网络对所有水电表进行故障检查，准确定位，当某个表出现故障时，系统也会自动报警；
 

　　分权限管理：对系统进行分权限管理，不同的权限有不同的管理功能；
 

　　数据导入功能：学生宿舍情况可以从新生报道系统或EXCEL表格导入；
 

　　报表功能和打印：能产生适合财务、宿舍管理需要的相关报表，学生充值后也可以打印，以便核对；
 

　　阀值设置：管理员可以设置水电价格、透支金额、损耗比率等阀值；
 

　　系统管理：可以对宿舍情况、操作员权限等进行系统管理；
 

　　安全备份和灾害恢复功能：具备安全备份和灾害恢复功能，配合服务器的双机热备，可以确保数据的安全性；
 

　　数据加密措施：相关数据在存储和传输过程中进行加密，保证数据的安全；
 

　　3 RS485总线通信设计
 

　　3.1 RS485总线技术介绍
 

　　RS485总线技术是工业应用中非常成熟的技术，是现代通讯技术的工业标准之一，采用RS485总线设计网络也是基于这些原因。RS485总线用于多站互连十分方便，用一对双绞线即可实现，由于采用平衡发送和差分接收，即在发送端，驱动器将TTL电平信号转换成差分信号输出;在接收端，接收器将差分信号变成TTL电平，因此具有抗共模干扰的能力。根据RS-485标准，传送数据速率达100kbit/s时通讯距离可达1200m。
 

　　3.2通信方式选择
 

　　计算机CPU与外部交换信息的方式有两种:并行通信和串行通信。并行通信就是将所有的数据同时传递，其优点就是传送速度快，效率高，但传送多少位数据就需要多少根传输线，因此成本很高。在集成电路芯片的内部、同一插件板上各个部件之间、同一机箱内各个插件板之间等的数据传送都是并行的。并行传递的距离通常小于30m。串行通信的数据各位按顺序传输，其特点是只需一对传输线即可完成传输任务，成本低、速度慢、效率低，但传输距离可以从几米到几千公里。在计算机测控系统中，由于测控对象与控制之间距离一般较远。因此，一般都采用串行方式在异步通信。收发双方需事先约定两件事：一是字符格式，即规定字符各部分所占用的位数，是否采用奇偶校验以及检验方式。(偶校验还是奇校验)等通信协议。二是采用的波特率以及时钟频率和波特率之间的关系。
 

　　3.3通信实现因系统为一主多从的通信结构，工控机为主机，水电表中的AT89c52为从机，AT89C52采用一个RS485接口与PC机通信，主机可与每台从机通信，从机之间不能通信，主机从机之间采用半双工方式通信，主从机之间通信协议如下:主机、从机都采用中断方式收发数据，通讯的数据传输波特率为9600bps，传送信息以帧格式传送。通信开始时，所有从机都处于只能接收地址帧的状态。主机向从机发地址帧按照一定的规则进行，如定义的帧的某个位可读写水表数据，另一个位可读写水表数据及定义是否让水电表发送返回数据位等等。当然，水电表发送给工控机的信息帧中，各个位也也要和主机发的帧相对应。水电表将主机发来的地址信息与本机地址进行比较，若为本机地址，则进入正式通信状态，接收无效，发送，向主机发送数据。
 

　　4 安科瑞高校宿舍预付费电控系统的介绍及选型
 

　　4.1 系统结构
 

　　AcrelCloud-3100整合高校需求，在原有预付费基础上增加了宿舍电能管理所需的各种功能，解决了高校宿舍电能管理问题。
 

 

　　AcrelCloud-3100学生宿舍版预付费云平台是与ADM130(一进三出)或ADF300L(多回路计量箱)预付费电能表配套的云平台。它是以电能管理网站和集中抄表软件为主，包括服务器，通讯管理机在内的集成系统。针对高校宿舍这一特殊应用场合研发，主要实现电能监控、时间管理、恶性负载管理、预付费管理等在高校宿舍中存在的特殊需求。
 

　　批量操作：系统支持对宿舍进行批量设置，批量初始化、批量下发基础电量、批量设置负控、批量设置时控等，方便学校进行统一管理。
 

　　恶性负载自动识别控制：对不允许使用的发热电器(如电炉、热得快、电热杯等)实施自动识别控制，发现这些发热电器自动断电。恶性负载暂停时间和次数可通过软件设定。
 

       基础电费：可以设置每月给学生下发的免费辅助电费，覆盖式下发，不累计。

 

　　时间控制功能：支持8个时段设置宿舍供电断电，方便管理学生宿舍作息 。
 

　　远程售电：操作员可以通过后台给宿舍进行电费充值，学生也可以通过学习一卡通、学校微信公众号进行自助充值。
 

　　远程集中抄表：抄表信息通过网关实时上传到云平台，快速便捷，免去人工抄表 。
 

　　远程控制：可对任意一块电表执行远程拉闸或保电等一系列远程控制操作，方便管理 。
 

       对接一卡通支付：系统支持中间库，接口等方式对接学校一卡通，方便学生自助购电 。

 

　　一进三出：ADM130电表支持三回路输出，各回路单独分合闸、恶性负载、时控等设置。
 

　　4.3 系统设备选型
 

 

　　本系统采用的485接口总线技术目前在国内电能计量、数据采集、能量管理系统中应用越来越广，是能量采集自动化的基础，它的可靠性越来越受到设计人员和用户的重视。而TCP/IP网络是目前应用广泛的通讯网络，利用这个网络，可以使目前高校后勤不用追加额外投资的情况下就能使用这个系统，我们相信，随着技术的发展、应用的深入，其必将充分展现自身的特点而被广为应用。
 

　　参考文献
 

　　【1】王秀凤.单片机控制水费计量远程抄表系统软件抗干扰技术.中国科技信息,2005,12
 

　　【2】王小飞.高校公寓水电表远程智能管理的研究[J].中国新技术新产品.
 

　　【3】安科瑞企业微电网设计与应用手册.2020.06版.