基于移动网络及短距离通讯技术的电表数据采集系统.

张勇波

0 引言

GPRS 是移动通信技术中介于数字通信和分组型移动业务之间的一种技术，通过升级全球移动通信系统（GSM）网络实现，即在GSM 网络结构中增添3 种新的网络节点（分组控制单元PCU、GPRS 业务支持节点（SGSN）和GPRS网关支持节点（GGSN））以及对GSM的相关部件进行软件升级来实现。GPRS 采用时分多址方式传输语音，采用分组方式传输数据。它的数据传输速率最高理论值可达到171.2kbit/s，并且支持X.25 协议和IP 协议，在它基础上可以开发VPN 和APN 业务。

VPN 技术是指采用隧道技术以及加密、身份认证等方法，在公众网上构建专用网络的技术，数据通过安全的“加密管道”在公众网中传输。APN 是按照标准的IPSec 架构设计的VPN，支持动态IP 地址，形成网状的VPN 连接。

综上所述，在GPRS 上可以借助VPN 和APN 构造安全可靠且高效的数据传输网络，在多个行业都有了成功应用。

近些年短距离无线通信得到了广泛的应用，一般使用数字信号单片射频收发芯片、单片机技术等平台而设计的。加上微控制器和少量外围器件构成专用或通用无线通信模块，一般射频芯片采用FSK 调制方式，工作于ISM 频段，通信模块一般包含特定的数据传输协议和自定的加密协议（奇偶校验、SIM 卡校验等等），用户不用对无线通信原理和工作机制有较深的了解，只要依据命令字进行操作即可实现基本的数据无线传输功能，因其功率小，开发简单快速而应用广泛。

1 系统硬件结构及组成

1.1 硬件结构

系统采用最新的GPRS 无线网络技术实现数据传输，该方案施工简单，维护成本低，数据传输稳定、可靠。针对此项目，因其布点灵活、传输的数据量不大（后期通讯费用较低）、测量数据需根据用户需求实时或者间断性传送等特点，采取GPRS 无线网络技术应是最佳设计方案。山东移动通信公司为胜利油田开辟了一条VPN 及油田专用的APN，实际操作中通过VPN 接入GPRS 网络，为每个SIM 卡绑定一个固定的IP 地址，这使得数据传输安全性和保密性大大提高。

系统由管理中心服务器、远程抄表集中器、短距离无线抄表终端（采集器）、电表等组成四级网络，凭借功能完善的后台管理软件，电力管理人员在足不出户的情况下，就可以对0.4KV 低压用户进行远程抄表、远程停送电控制、异常数据分析等操作。系统结构图，如图1所示：

图1 系统硬件组网结构图

2.2 主要硬件组成

集中器介于数据管理中心和采集器，具备CDMA/GPRS 远程无线网络通讯和短距离无线通讯网络，主要实现数据集中、存储和传输控制功能。集中器上行通过“CDMA/GPRS 无线网络通讯技术”将电量信息传入数据管理中心，下行通过“短距离无线通讯技术”传达命令至采集器。集中器在电力用户和数据管理中心之间巧妙的组建了一个二级无线抄表网络。

集中器以DTU 模块接口、RF 射频无线接口和RS-485接口组合，透传和缓存模式集中存储大量数据，其特征是通过这些接口组合连接形成多种通讯路径，透传和缓存模式集中存储大量数据并加快传输。集中器结构图，如图2所示：

图2 集中器结构图

采集器上行以射频无线及RS-232 接口交换数据，下行满足脉冲型和RS-485 型表具电量采集和控制要求。其特征是：脉冲接口或RS-485 接口满足不同表具电量采集。

2 后台软件设计

2.1 系统软件结构

系统软件分为服务器端和客户端两个部分，可以实现多用户对远程中继站进行控制，从而对所有电表进行远程操作，实现了远程通断电、远程抄取实时数据等一系列操作。

系统框架采用三层体系结构，用户表现层、业务逻辑层、数据库层3 个层次。各层次之间均采用标准的TCP/IP通信协议并提供设备无关的控制接口，可根据用户需要灵活选择系统配置和功能分布方式，如图3所示：

图3 系统软件结构图

2.2 软件模块化设计

软件整体上采用模块化设计，包括用户管理、系统基本信息管理、数据处理、电表管理、综合查询、远程采集器管理等模块。

整个系统软件有如下特点：

模块化系统构建：整个系统由各方面管理模块组装而成，满足了管理软件应用复杂性、多样性、个性化需求，充分体现了系统设计的组件化、构件化、模块化等特点，为系统的功能扩展、模块变更、修改等提供了强有力的技术保障。模块的组装、变更、拆卸非常简单，只要在系统权限管理模块中稍加配置即可。

角色化权限设置：基于角色人员、角色模块、模块对象等权限管理设置机制，组织中所有角色人员可以灵活配置适合本角色模块功能、操作项等访问权限，无关模块、操作则屏蔽。

全面的安全保障：提供全面的、高强度的系统安全保障机制，提供客户端、模块、模块之间、服务端、客户端与服务端之间全面的系统安全保障机制，确保系统在相对安全性差的互联网环境下安全、可靠等运行。

简单的集成接口：提供简单、方便、无缝的系统集成接口，用户可以把其他方式的业务应用、管理等系统集成到本系统中来（其他技术架构系统也可）。

3 结束语

本文介绍的电表数据采集系统可以为电力管理部门提供了大量的准确数据，可靠的资料保证和科学的理论分析，以达到把握全局，节约能源的目的。通过实际运行表明，本系统设计合理，建设周期短，充分发挥了通用分组无线业务（GPRS）数据传输的优势，只需要一次投资远程测量终端，具有覆盖面广、数据传送可靠、营运费用低等优点，随着GPRS 网络进一步完善及费用的进一步降低，系统有很好的应用前景。

[1]李文.基于GPRS 技术的远程住宅监测系统设计[J].北京工商大学学报，2009，27（4）：13-16.

[2]钟章队，将文怡，李红君.GPRS 通用无线分组业务[M].北京:人民邮电出版社,2001.