《現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)》課程設(shè)計(jì)--小區(qū)居民電力抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1、<p>　　小區(qū)居民電力抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)</p><p>　　課程：現(xiàn)代計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)</p><p>　　居民小區(qū)遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)方案</p><p>　　1.1 背景與集抄現(xiàn)狀</p><p>　?。?）人工抄表工作量大，抄表工作定額大、周期短、頻率高，難免出現(xiàn)漏抄、錯(cuò)抄，極易與客戶發(fā)生糾紛，影響優(yōu)質(zhì)服務(wù)的水平。</p>

2、<p>　?。?）數(shù)據(jù)處理不及時(shí)。</p><p>　?。?）抄表質(zhì)量低，不明損失大。</p><p>　?。?）快速便捷、準(zhǔn)確穩(wěn)定的遠(yuǎn)程電力抄表系統(tǒng)可以解決以上問題。</p><p><b>　　1.2 目標(biāo)</b></p><p>　　本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的是電力公司對(duì)小區(qū)居民用電實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程抄表和遠(yuǎn)程控制的功能。<

3、;/p><p><b>　　1.3 功能需求</b></p><p>　?。?）數(shù)據(jù)采集方式：用集抄終端采集一個(gè)樓棟所有用戶相關(guān)信息，由集抄終端和供電局機(jī)房主站通信。主站采集服務(wù)器與終端的通信應(yīng)支持TCP協(xié)議或UDP協(xié)議。系統(tǒng)可定時(shí)和隨時(shí)抄錄遠(yuǎn)方數(shù)據(jù)，定時(shí)采集的時(shí)間間隔和數(shù)據(jù)采集項(xiàng)目可由授權(quán)用戶靈活定義，重復(fù)召喚的次數(shù)也可由授權(quán)用戶靈活定義。根據(jù)應(yīng)用需要可靈活制定抄表策略

4、。</p><p>　　（2）數(shù)據(jù)采集方式：自動(dòng)（定時(shí)）和隨時(shí)定點(diǎn)采集。采每戶采集的參數(shù)包括：累計(jì)電量、瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率。</p><p>　?。?）及時(shí)上傳用電事件包括斷電、上電、超功率等事件報(bào)警信息。</p><p>　?。?）實(shí)現(xiàn)心跳功能，對(duì)無(wú)法抄錄的計(jì)量點(diǎn)，系統(tǒng)應(yīng)以多種的方式發(fā)出報(bào)警，以便值班人員進(jìn)行人工抄表，在系統(tǒng)恢復(fù)正常時(shí)，應(yīng)能自動(dòng)補(bǔ)測(cè)。&l

5、t;/p><p>　?。?）為提高數(shù)據(jù)通信的安全性和降低通信運(yùn)行費(fèi)用，主站與終端之間的數(shù)據(jù)通信可以采用可靠的數(shù)據(jù)壓縮和加密算法。 </p><p>　　（6）用電控制：動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)用戶用電量，實(shí)現(xiàn)預(yù)付費(fèi)用電。欠費(fèi)實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程拉閘。繳費(fèi)后實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程合閘。合閘前應(yīng)控制嗡鳴器報(bào)警三次。</p><p>　　（7）終端設(shè)備可由不同廠商提供,主站能判定終端設(shè)備生產(chǎn)商。</p>

6、<p>　　1.4 仿真系統(tǒng)要求</p><p>　　仿真系統(tǒng)的功能需求有：</p><p>　　（1）終端仿真能靈活設(shè)定要傳輸?shù)母黜?xiàng)參數(shù)和故障狀態(tài)。</p><p>　　（2）終端仿真能以二進(jìn)制形式顯示發(fā)送和收到的幀。</p><p>　?。?）終端仿真收到過負(fù)荷報(bào)警和斷路信息后能有相應(yīng)信息顯示。</p><

7、p>　?。?）終端仿真能按要求發(fā)送各種數(shù)據(jù)幀。</p><p>　?。?）主站仿真能以二進(jìn)制形式顯示發(fā)送和收到的幀。</p><p>　?。?）主站仿真能顯示收到的各種數(shù)據(jù)和故障狀態(tài)。</p><p>　?。?）主站仿真能按要求發(fā)送各種命令幀。</p><p>　　1.5 用戶電表和集抄終端通信通訊</p><p&g

8、t;　　由于終端和電表連線距離不遠(yuǎn)，多塊電表共用一個(gè)終端，那么可以采用集抄終端與用戶電表間課使用有屏雙絞線通過RS-485接口連接通訊，用戶電表選用RS-485接口單相電子式電能表。采用通過RS-485接口連接進(jìn)行通訊，原因如下：</p><p>　　1. RS-485的電氣特性：邏輯“1”以兩線間的電壓差為+（2—6）V表示；邏輯“0”以兩線間的電壓差為-（2—6）V表示。接口信號(hào)電平低，就不易損壞接口電路的芯

9、片， 且該電平與TTL電平兼容，可方便與TTL 電路連接。 </p><p>　　2. RS-485的數(shù)據(jù)最高傳輸速率為10Mbps ?？蓾M足每個(gè)終端與電表通訊實(shí)際中距離及電表數(shù)量。</p><p>　　3. RS-485接口是采用平衡驅(qū)動(dòng)器和差分接收器的組合，抗共模干擾能力增強(qiáng)，即抗噪聲干擾性好。 </p><p>　　4. RS-485接口的最大傳輸距離標(biāo)準(zhǔn)值為

10、4000英尺，實(shí)際上可達(dá) 3000米(理論上的數(shù)據(jù)，在實(shí)際操作中，極限距離僅達(dá)1200米左右），RS-485接口在總線上是允許連接多達(dá)128個(gè)收發(fā)器。即具有多站能力,這樣可以利用單一的RS-485接口方便地建立起設(shè)備網(wǎng)絡(luò)。</p><p>　　因RS-485接口具有良好的抗噪聲干擾性，長(zhǎng)的傳輸距離和多站能力等上述優(yōu)點(diǎn)，所以為本設(shè)計(jì)中電表和終端通訊所選接口。</p><p>　　1.6 集抄

11、終端和主站通訊</p><p>　　考慮到集抄終端和主站連接的復(fù)雜性，那么可采用無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，通訊距離較為復(fù)雜，那么GPRS/GSM通訊為首選方案，（如：集抄終端可綁定SIM卡）</p><p>　　抄表數(shù)據(jù)終端起著管理和協(xié)調(diào)GPRS網(wǎng)絡(luò)和儀表數(shù)據(jù)通信的作用。由于無(wú)線傳輸是基于GPRS的，所以抄表數(shù)據(jù)傳輸終端也可以稱為GPRS終端，要完成硬件和軟件的設(shè)計(jì)。抄表終端的硬件設(shè)計(jì)選用已有的GPRS模

12、塊作為抄表終端與GPRS網(wǎng)絡(luò)連接的中間件，實(shí)現(xiàn)同基站空中接口的連接，選用高速微處理器連接儀表和GPRS模塊，處理兩者間的數(shù)據(jù)通信問題。</p><p><b>　　總體系統(tǒng)可如下圖：</b></p><p>　　集抄終端和主站通訊協(xié)議設(shè)計(jì)</p><p>　　本協(xié)議基于TCP/IP協(xié)議。大用戶終端設(shè)備為從站，監(jiān)控設(shè)備為主站，把主站設(shè)為服務(wù)器，通

13、信鏈路的建立是通過從站發(fā)送請(qǐng)求數(shù)據(jù)包來控制的。每個(gè)數(shù)據(jù)包由從站地址域、控制碼、功能碼、數(shù)據(jù)長(zhǎng)度、數(shù)據(jù)域、校驗(yàn)碼等六個(gè)部分組成，每個(gè)部分包含若干字節(jié)。</p><p>　　2.1 字節(jié)格式和幀格式</p><p>　　2．1．1 字節(jié)格式</p><p>　　字節(jié)格式：每個(gè)字節(jié)包含八個(gè)二進(jìn)制碼，其傳輸順序下圖所示。其中，D0是字節(jié)的最低有效位，D7是字節(jié)的最高有效位。

14、</p><p><b>　　傳送方向</b></p><p>　　起始位 8位數(shù)據(jù) 偶校驗(yàn)位 停止位 </p><p><b>　　2．1．2 幀格式</b></p><p><b>　　幀格式如下：</b></p>

15、<p>　　報(bào)頭：Header = 0x68; </p><p>　　地址域A0～A5：每字節(jié)2位BCD碼。低地址在前，高地址在后。當(dāng)?shù)刂窞?9 99 99 99 99 99H時(shí)，為廣播地址。</p><p>　　電能表資產(chǎn)號(hào)構(gòu)成的地址域長(zhǎng)度不足6字節(jié)時(shí)，可用十六進(jìn)制AAH補(bǔ)足。</p><p>　　控制碼C：控制碼的格式：</p>&l

16、t;p><b>　　功能碼：</b></p><p>　　D7＝0：由主站發(fā)出的命令幀。</p><p>　　D7＝1：由從站發(fā)出的應(yīng)答幀。</p><p>　　D6＝0：從站正確應(yīng)答。</p><p>　　D6＝1：從站對(duì)異常信息的應(yīng)答。</p><p>　　D5＝0：無(wú)后讀數(shù)據(jù)幀。<

17、;/p><p>　　D4～D0：請(qǐng)求及應(yīng)答功能碼。</p><p><b>　　00001：讀數(shù)據(jù)</b></p><p><b>　　00100：寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　01000：廣播校時(shí)</p><p>　　01111：修改密碼</p><p

18、>　　低4位0000到1111間自定義數(shù)據(jù)包，如心跳數(shù)據(jù)包，警告，限量用電，等相關(guān)信息。</p><p><b>　　數(shù)據(jù)位：</b></p><p>　　數(shù)據(jù)位占用16個(gè)byte，從高到低，4個(gè)字節(jié)依次表示為電壓、電流、功率、其他數(shù)據(jù)，當(dāng)無(wú)用電數(shù)據(jù)時(shí)，各項(xiàng)數(shù)據(jù)為0；</p><p><b>　　數(shù)據(jù)時(shí)間</b>&l

19、t;/p><p>　　用8421碼表示，如“010101”表示01:01:01</p><p><b>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度L</b></p><p>　　L為數(shù)據(jù)域的字節(jié)數(shù)，十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，L=0表示無(wú)數(shù)據(jù)域，讀數(shù)據(jù)和寫數(shù)據(jù)時(shí)L≤255。</p><p>　　CRC校驗(yàn)碼 DATACRC</p><p>　　

20、2bytes，協(xié)議采用二進(jìn)制和校驗(yàn)法，即從從站地址域開始到校驗(yàn)位之前的所有字節(jié)的二進(jìn)制和，不計(jì)超過256的溢出。</p><p><b>　　報(bào)尾TAIL</b></p><p>　　Tail == 0x16;</p><p><b>　　2．2 寫數(shù)據(jù)</b></p><p>　　2．2．1 寫

21、數(shù)據(jù)請(qǐng)求幀</p><p>　　功能 請(qǐng)求設(shè)置數(shù)據(jù)（或編程）</p><p>　　控制碼 C=04H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=06+m（數(shù)據(jù)項(xiàng)長(zhǎng)度）</p><p>　　密碼 PAP0P1P2</p><p><b>　　幀格式：</

22、b></p><p>　　2．2．2 從站正常應(yīng)答幀</p><p>　　功能 從站將執(zhí)行正確的結(jié)果告知主站</p><p>　　控制碼 C=84H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=00H</p><p><b>　　幀格式：</b><

23、/p><p>　　2．2．3 從站異常應(yīng)答幀</p><p>　　控制碼 C=C4H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=01H</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p><b>　　2．3 修改密碼</b></p>

24、<p>　　2．3．1 修改密碼請(qǐng)求命令幀</p><p>　　功能 修改編程密碼</p><p>　　控制碼 C=0FH</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=08H</p><p>　　數(shù)據(jù)域 PA0 P00 P10 P20（舊密碼）

25、 </p><p>　　PAN P0N P1N P2N（新密碼）</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p>　　2．3．2 從站正常應(yīng)答幀</p><p>　　功能 正確執(zhí)行命令的設(shè)備應(yīng)答</p><p>　　控制碼 C=

26、8FH</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=04H</p><p>　　數(shù)據(jù)域 PAN P0N P1N P2N（新密碼）</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p>　　PA為密碼權(quán)限（0~1），0為高權(quán)限，高權(quán)限的密碼可設(shè)置低權(quán)限的密碼，相同</p><

27、p>　　權(quán)限校對(duì)舊密碼正確后也可修改密碼。</p><p>　　2．3．3 從站異常應(yīng)答幀</p><p>　　控制碼 C=C4H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=01H</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p><b>　　2．4

28、 廣播校時(shí)</b></p><p>　　功能 使從站與主站時(shí)間同步</p><p>　　控制碼 C=08H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=06H</p><p>　　數(shù)據(jù)域 YYMMDDhhmmss(年.月.日.時(shí).分.秒

29、)</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p><b>　　幀格式及仿真模擬</b></p><p><b>　　3.1 應(yīng)用說明</b></p><p>　　1. 本仿真系統(tǒng)采用TCP/IP協(xié)議進(jìn)行模擬?？紤]到傳輸和控制的實(shí)時(shí)性，網(wǎng)絡(luò)間的通訊采用UDP協(xié)議。

30、</p><p>　　2. 本仿真系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)采用VC++語(yǔ)言實(shí)現(xiàn)，通信上使用socket1.1版本。使用固定端口號(hào)8001.</p><p>　　3. 本仿真系統(tǒng)運(yùn)用平臺(tái)為Windows系列系統(tǒng)。</p><p>　　4. 本系統(tǒng)對(duì)用戶用電電表采用一定范圍隨機(jī)生成的數(shù)字進(jìn)行模擬。</p><p>　　5. 本系統(tǒng)采用多線程編程。</p&g

31、t;<p><b>　　3.2 仿真演示</b></p><p>　　圖一：仿真軟件采用MFC程序</p><p>　　主端視圖如圖一左側(cè)所示。</p><p>　　系統(tǒng)運(yùn)行之后，單擊“開始偵聽”，服務(wù)器開始監(jiān)聽各終端。當(dāng)終端發(fā)出“請(qǐng)求連接”的數(shù)據(jù)請(qǐng)求，主端與終端建立連接。</p><p>　　點(diǎn)擊“開始接

32、受/發(fā)送”，主端向終端發(fā)送“請(qǐng)求讀”命令。在終端應(yīng)答之后，接受終端發(fā)來的數(shù)據(jù)包。</p><p><b>　　主站請(qǐng)求幀</b></p><p>　　功能 請(qǐng)求讀數(shù)據(jù)</p><p>　　控制碼 C=01H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=02H</p><p><

33、b>　　幀格式：</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)項(xiàng)標(biāo)識(shí)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　控制碼</b></p><p>　　圖二： 主站請(qǐng)求終端發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p><

34、;b>　　從站正常應(yīng)答</b></p><p>　　功能 從站正常應(yīng)答</p><p>　　控制碼 C=81H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=02H+m(數(shù)據(jù)長(zhǎng)度)</p><p><b>　　數(shù)據(jù)幀格式</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)項(xiàng)

35、</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　控制碼</b></p><p><b>　　從站正常應(yīng)答幀</b></p><p>　　

36、功能 從站將執(zhí)行正確的結(jié)果告知主站</p><p>　　控制碼 C=84H</p><p>　　數(shù)據(jù)長(zhǎng)度 L=00H</p><p><b>　　幀格式：</b></p><p>　　圖三：終端應(yīng)答請(qǐng)求并發(fā)送數(shù)據(jù)</p><p>　　讀零點(diǎn)電量返回的

37、數(shù)據(jù)幀格式如下：</p><p>　　標(biāo)識(shí)編碼為：9090－9097</p><p><b>　　數(shù)據(jù)項(xiàng)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度</b></p><p><b>　　控制碼&

38、lt;/b></p><p>　　標(biāo)識(shí)編碼為：909D（當(dāng)日零點(diǎn)到上3日零點(diǎn)電量）</p><p><b>　　數(shù)據(jù)項(xiàng)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)標(biāo)識(shí)</b></p><p><b>　　數(shù)據(jù)域長(zhǎng)度</b></p><p><b