物聯(lián)網(wǎng)下的智能抄表系統(tǒng)一、前言： 隨著社會(huì)的快速發(fā)展，居民生活用電量急劇攀升，電能表抄表量逐漸增大，用電管理成本增加，管理難度越來越復(fù)雜，傳統(tǒng)的抄表技術(shù)已無法滿足供電管理的需求。并且電費(fèi)管理一直是電業(yè)管理工作中的重要環(huán)節(jié)、多年來手寫抄表不僅工作量大，而且存在多抄、漏抄、筆誤和抄表卡管理不善等問題、容易出現(xiàn)偷電、違章用電的情況，隨著計(jì)算機(jī)及抄表微機(jī)在電力營銷管理中的應(yīng)用，這些問題都得到了很好的解決，抄表到戶、微機(jī)算費(fèi)、微機(jī)開票、電費(fèi)結(jié)零已成為電業(yè)營銷管理的工作重點(diǎn)。二、需求分析： 近年來，隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，越來越多的電業(yè)部門在抄表收費(fèi)方面都開始采用抄表微機(jī)代替原有的“一人、一筆、一本”的傳統(tǒng)抄表收費(fèi)模式，通過與營業(yè)收費(fèi)軟件作為借口，使?fàn)I業(yè)管理從抄表到核算全部實(shí)現(xiàn)無紙化操作，自動(dòng)化運(yùn)行。極大的避免了人為差錯(cuò)以及關(guān)系電、人情電的發(fā)生，提高了抄表率，堵住了管理上的漏洞。 傳統(tǒng)的水表管理只能管理到數(shù)量，而對(duì)某一塊水表具體用到哪里，是否現(xiàn)在還在使用是管理不到無能為力的。另外無法做到單品管理，對(duì)于報(bào)裝、表務(wù)、抄表收費(fèi)等基層環(huán)節(jié)都有可能存在用戶或施工人員的欺詐、哄騙、抵賴的現(xiàn)象。 智能遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)、微電子技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)深度融合的結(jié)果，它不僅能如常規(guī)儀表對(duì)相關(guān)的物理量進(jìn)行自動(dòng)測量、自動(dòng)控制和自動(dòng)存儲(chǔ)，并顯示測量結(jié)果和控制狀態(tài)，還具備網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用特點(diǎn)：通過Internet能對(duì)遠(yuǎn)程的抄表系統(tǒng)實(shí)施功能操作，取得測量結(jié)果并對(duì)抄表系統(tǒng)進(jìn)行參數(shù)設(shè)置、實(shí)時(shí)監(jiān)控和故障判斷。并能在Internet網(wǎng)上發(fā)布動(dòng)態(tài)信息。抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)，方便了住戶，可設(shè)置多級(jí)加密功能，定義訪問權(quán)限，更可增加系統(tǒng)的保密性。防泄漏報(bào)警可以使用戶放心，不必為家中只有老人、孩子而擔(dān)心煤氣的泄露與觸電現(xiàn)象的發(fā)生。一方面杜絕了抄表擾民的問題；另一方面可以簡化管理手段，減輕物業(yè)管理負(fù)擔(dān)。因此采用物聯(lián)網(wǎng)思想，應(yīng)用ZigBee無線通信技術(shù)與GPRS網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程無線抄表。 該系統(tǒng)在設(shè)計(jì)的過程中主要分為軟件設(shè)計(jì)與硬件設(shè)計(jì)。軟件設(shè)計(jì)主要對(duì)硬件接口程序以及物理地址分配進(jìn)行編寫，利用.NET開發(fā)平臺(tái)編寫控制平臺(tái)管理軟件，實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)的整理與分析功能。硬件部分主要針對(duì)采集器、集中器、協(xié)調(diào)器的整體框架進(jìn)行設(shè)計(jì)，并制作相應(yīng)模塊設(shè)備。 本系統(tǒng)中ZigBee模塊主要采用CC2430芯片，GPRS模塊采用SIM100芯片。組網(wǎng)方式上，分成局域網(wǎng)絡(luò)和廣域網(wǎng)絡(luò)，局域網(wǎng)構(gòu)建主要采用樹形網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，由采集器構(gòu)成，其主要作用是對(duì)電能表數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與傳送。廣域網(wǎng)絡(luò)主要由集中器和協(xié)調(diào)器構(gòu)成，該部分主要功能是接收采集器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，通過集中器上傳至協(xié)調(diào)器，協(xié)調(diào)器通過串口將數(shù)據(jù)傳遞給控制中心。在數(shù)據(jù)的傳輸過程中，利用CC2430芯片接收數(shù)據(jù)，通過SIM100芯片連接互聯(lián)網(wǎng)，將數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程傳遞?？刂浦行脑诮邮盏綌?shù)據(jù)后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行儲(chǔ)存、分析。通過以上設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的無線傳輸，滿三、基于RFID的水表管理系統(tǒng)的組成：水表管理使用的整個(gè)生命使用周期，通過RFID給每塊水表一個(gè)唯一身份，確定水表和用戶身份，實(shí)現(xiàn)水表使用過程中的全稱跟蹤。水表管理系統(tǒng)主要由RFID進(jìn)出倉登記、報(bào)裝管理、RFID抄襲和營業(yè)收費(fèi)管理等模塊組成，系統(tǒng)框如圖1所示 圖1：系統(tǒng)框圖 RFID進(jìn)出倉管理：負(fù)責(zé)對(duì)入庫的水表進(jìn)行鑒定，通過RFID技術(shù)給每塊水表綁定唯一的電子標(biāo)簽即身份識(shí)別碼，確定每一塊水表的身份。報(bào)裝管理：負(fù)責(zé)的新裝用戶進(jìn)行報(bào)裝登記、勘察、繳費(fèi)、驗(yàn)工等流程控制，對(duì)新裝用戶建卡入冊(cè)，登記水表和用戶信息，如圖2所示。 圖2：新用戶裝表流程表務(wù)管理：負(fù)責(zé)老用戶進(jìn)行換表申請(qǐng)、稽查、繳費(fèi)、派工、驗(yàn)收等流程控制，對(duì)老用戶換表、戶主更換、水表地址遷移，同樣在整個(gè)表務(wù)流程中通過RFID技術(shù)確定哪一塊水表是否在使用或使用到了哪里。RFID抄表：抄表員抄表通過RS232或RS485等標(biāo)準(zhǔn)接口，從電腦上下載當(dāng)月應(yīng)抄用戶信息到抄表機(jī)中，通過掃描水表上的電子標(biāo)簽來識(shí)別水表，然后錄入用戶水表止碼進(jìn)行水量計(jì)算，如圖3所示。 圖3：表務(wù)管理流程四、RFID系統(tǒng)的設(shè)計(jì)： RFID技術(shù)具有廣泛的應(yīng)用前景，RFID設(shè)備的多樣性使得應(yīng)用系統(tǒng)的實(shí)用性大大提高，對(duì)于水表管理而言，可以將電子標(biāo)簽設(shè)計(jì)成貼片式或者螺栓式等各種樣式與水表進(jìn)行綁定。一個(gè)完整的RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、讀寫器、天線、管理系統(tǒng)四部分組成，系統(tǒng)框圖如圖4所示。 水表采購后，在出倉前要進(jìn)行水表登記。首先，用讀寫器對(duì)電子標(biāo)簽進(jìn)行寫設(shè)計(jì)，給電子標(biāo)簽一個(gè)唯一編碼作為水表身份，并記錄于數(shù)據(jù)庫中。然后將RFID電子標(biāo)簽做成螺栓式固定在水表上與水表綁定。這樣，標(biāo)簽就成為水表永久的一部分，用于長期監(jiān)控水表，在報(bào)裝、表務(wù)、抄表過程中，通過讀寫器讀取唯一編碼來確定水表身份，讓自來水公司明確的知道每一塊水表都使用到了哪里，現(xiàn)在是否還在使用；監(jiān)督協(xié)調(diào)報(bào)裝、表務(wù)的施工流程，提高工作效率；杜絕用戶自行換表或修改起止碼；防止抄表員進(jìn)行估抄，降低漏抄和抄錯(cuò)率。在水表使用的全過程中，電子標(biāo)簽始終跟隨著水表，通過經(jīng)過認(rèn)證的讀寫器讀取唯一編碼來判斷水表身份，起到防偽的作用。 圖4：RFID系統(tǒng)組成框圖 五、水表管理系統(tǒng)體系結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)： 由于自來水公司用戶數(shù)據(jù)量龐大、數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)復(fù)雜，采用系統(tǒng)C/S體系結(jié)構(gòu)，這種模式中客戶用來提供用戶界面和前端處理的應(yīng)用程序，服務(wù)器則提供由客戶使用的資源和服務(wù)。其優(yōu)點(diǎn)在于在穩(wěn)定的局域網(wǎng)中客戶軟件提供了部分?jǐn)?shù)據(jù)處理功能，服務(wù)器可以有更多的能力來完成數(shù)據(jù)訪問和事務(wù)處理，可以支持更多的用戶，當(dāng)用戶在進(jìn)行查詢時(shí)，網(wǎng)絡(luò)上僅傳輸查詢請(qǐng)求和結(jié)果，減少了網(wǎng)絡(luò)傳輸量，提高了整個(gè)系統(tǒng)功能。軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)如圖5所示。 圖5：軟件系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu) 本系統(tǒng)采用兩層C/S體系結(jié)構(gòu)，兩層結(jié)構(gòu)將應(yīng)用一分為二，服務(wù)器負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)管理，客戶機(jī)完成與用戶的交互任務(wù)。此結(jié)構(gòu)把存儲(chǔ)企業(yè)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)庫放在遠(yuǎn)程的服務(wù)器上，每臺(tái)客戶機(jī)上安裝相應(yīng)的客戶端程序。 客戶機(jī)：其用戶界面結(jié)合了表示層和業(yè)務(wù)邏輯層，結(jié)合受用戶請(qǐng)求，并向數(shù)據(jù)庫服務(wù)器提出請(qǐng)求。 數(shù)據(jù)庫服務(wù)器：響應(yīng)客戶請(qǐng)求，并將數(shù)據(jù)提交給客戶端，客戶端再將數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算并將結(jié)果呈現(xiàn)給用戶。 兩層結(jié)構(gòu)提供網(wǎng)上的安全防護(hù)及完整性處理等操作，允許多個(gè)客戶端同時(shí)訪問同一個(gè)數(shù)據(jù)庫。C/S模式在技術(shù)上非常成熟，模型簡單，易于接受和理解。主要特點(diǎn)是交互性強(qiáng)、具有安全的存取模式、網(wǎng)絡(luò)通信量低、響應(yīng)速度快、利于處理大量數(shù)據(jù)。給每塊水表一個(gè)唯一身份，確保水表的精準(zhǔn)單品管理，明確水表是否使用或使用到了哪里，方便水表統(tǒng)計(jì)；它身份貫穿著水表的整個(gè)生命周期，避免用戶自行換表、抄表員估抄、漏抄、錯(cuò)抄或自行修改水量等問題；便于稽核人員對(duì)水表進(jìn)行強(qiáng)檢、抄表稽核等。極大程度的方便自來水公司水表管理，使水表管理更加透明化、流程化、科學(xué)化，避免人為漏洞。六、智能抄表系統(tǒng)未來發(fā)展：隨著城市生活節(jié)奏的加快，人們需要越來越多的方便設(shè)施來滿足生活的需要，小區(qū)智能化是今后的發(fā)展趨勢。智能抄表系統(tǒng)是智能小區(qū)應(yīng)具有的最基本的系統(tǒng)，它的發(fā)展必將影響到小區(qū)智能的發(fā)展，因此將會(huì)有更多的系統(tǒng)集成商、發(fā)展商看中這個(gè)項(xiàng)目，對(duì)它進(jìn)行進(jìn)一步開發(fā)是極重要的。未來不光光是水表，還有電表，燃?xì)獗淼纫院髸?huì)出現(xiàn)在普通家庭中的