一种基于GPRS的嵌入式自动抄表系统

摘要

本发明公开一种基于GPRS的嵌入式自动抄表系统，包括：计量表，用于计量；采集器，用于对计量表发出的脉冲进行采集处理同时将得到的数据发送到传输控制器，接受和执行传输控制器发来的命令；传输控制器，用于完成与采集器之间的数据通讯工作，接收管理中心计算机下达的管理命令；管理中心计算机，用于将数据进行处理，向控制器发出各种操作命令；分配器，用于设置Linux系统实时调度属性；实时调度器，用于根据Linux系统内核实时调度属性选择算法；嵌入式微处理器，用于综合处理信息数据；无线网络调配器，用于接受和发送GPRS信息。本发明实现自动化、实时、准确、可按照需求而变化的自动抄表。

说明书

技术领域

本发明涉及数字家庭技术领域，尤其涉及一种基于GPRS嵌入式自动抄表 系统。

背景技术

随着各种仪表在各种场合应用的不断增加，对仪表的数据采集、管理也成 为人们越来越关心的问题。传统抄表方法就是人工分时抄表。随着现代计算机 和通讯技术在我国的广发应用，人工分时抄表劳动强度大、效率低、抄表不到 位、估抄、漏抄、错抄、错算及抄表周期长凳问题严重暴露出来，并且人工分 时抄表的方式根本无法满足现在电力生产技术对数据真实、一致性、快捷性和 实时性的要求；对电力生产削峰填谷、降低线损、提高经济效益作用不大。因 此自动抄表系统也就应运而生。

随着国民经济的高速发展和人民生活水平的提高，安全、舒适、现代化的 职能小区建设在我们正在蓬勃兴起，自动抄表系统是智能小区的重要组成部分 之一，是家庭自动化的必然趋势，国内一些城市的智能化居民住宅小区已经着 手将电、水、燃气、热量等计量管理加以集中考虑，构建智能化、网络化、自 动化的集中式计量管理模式和管理技术平台，自动抄表系统逐渐成为提升智能 小区管理自动化水平的必然选择。人们希望能提供一种基于GPRS的嵌入式自 动抄表系统，以克服现有自动抄表系统通信安全传输方面的不足。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于GPRS的嵌入式自动抄表系统，以克服现有自 动抄表系统通信安全传输方面的不足，更安全、快速地实现自动抄表。

本发明的目的通过以下技术方案予以实现：

本发明提供一种基于GPRS的嵌入式自动抄表系统，包括：

计量表，用于计量；

采集器，用于对计量表发出的脉冲进行采集处理，存储结果，同时将得到 的数据发送到传输控制器，接受和执行传输控制器发来的各种操作命令；

传输控制器，用于完成与采集器之间的数据通讯工作，完成与管理中心计 算机的通信，将计量表数据传送到管理中心数据库；接收管理中心计算机下达 的管理命令，并及时向各个采集器传达各种操作命令；

管理中心计算机，用于调用传输控制器内计量表的数据，将数据进行处理， 向控制器发出各种操作命令，对其设置各种通讯、操作参数；

分配器，用于设置Linux系统实时调度属性；

实时调度器，用于根据Linux系统内核实时调度属性选择合适的调度算法；

嵌入式微处理器，用于综合处理存储器、LCD、键盘、I/O接受信息数据；

无线网络调配器，用于接受和发送GPRS信息。

可选的，其中计量表和采集器集成在一起，采集器通过CAN总线单路系统 与传输控制器连接。

可选的，传输控制器，通过GPRS通信网络技术与管理中心计算机联系，实 现一对多管理。

可选的，所述系统采用三层结构；

上层信道是管理中心与传输控制其之间的通讯，中层信道是传输控制器与 采集器之间的通讯，下层信道是采集器和计量表之间的通讯。

可选的，所述系统总架构分为三个层次，其结构包括：

(1)硬件驱动程序层：包括CAN总线模块的驱动、RS-232串口、LCD驱动；

(2)嵌入式Linux操作系统层：包括Linux操作系统，提供基本的任务管 理、内存管理、中断管理能，支持GPRS通信和网络通信的PPP协议、TCP/IP协 议；

(3)应用程序层：包括GPRS通讯模块、CAN总线通讯模块、系统配置管理 程序。

上述技术方案可以看出：本发明具有以下有益效果：

(1)避免人工分时抄表所具有的缺点，实现自动化、实时、准确、可按照 需求而变化的自动抄表。

(2)通过对Linux系统内核改进，建成性能更优秀的自动抄表管理中心，。

(3)将GPRS通信技术应用于自动抄表系统，实现了用户的远程控制和管理， 更能保证数据信息安全而可靠地传送。

(4)结合了GPRS通信技术的自动化抄表系统，负责了电表、水表、煤气表 等计量表的综合自动抄表，将有利促进数字化小区的建设，也将会给数字家庭 建设带来有利促进作用。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施 例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述 中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付 出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1是本发明实施例的系统结构框图；

图2是本发明自动抄表系统主程序示意框图；

图3是本发明自动抄表系统硬件设计的总体结构框图；

图4是本发明自动抄表系统软件体系结构框图；

图5是本发明传输控制器轮询数据采集器工作流程框图；

图6是本发明GPRS终端拨号上网的程序流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清 楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是 全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造 性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

以下结合附图对本发明技术方案进行详细介绍。

图1～图6所示为本发明的实施例。图1是本发明实施例的系统结构框图； 图2是本发明自动抄表系统主程序示意框图；图3是本发明自动抄表系统硬件 设计的总体结构框图；图4是本发明自动抄表系统软件体系结构框图；图5 是本发明传输控制器轮询数据采集器工作流程框图。图6是本发明GPRS终端拨 号上网的程序流程图。

如图1所示，本实施例一种基于GPRS嵌入式自动抄表系统，包括计量表(如： 电表、水表、煤气表等)，此外还包括：

采集器，用于对计量表发出的脉冲进行采集处理，存储结果，同时将得到 的数据发送到传输控制器，接受和执行传输控制器发来的各种操作命令；

传输控制器，用于完成与采集器之间的数据通讯工作，定时或者实时抄录 采集器内计量表的数据，或根据系统要求接受某个计量表的数据，并将数据存 储在存储器内，够计算机随时调用；完成与管理中心计算机的通信，将计量表 数据等管理中心需要的信息传送到管理中心数据库；受管理中心计算机下达的 管理命令，并及时向各个采集器传达各种操作命令；

管理中心计算机，用于及时调用传输控制器内计量表的数据，将数据进行 处理、显示、存储、打印等，并向控制器发出各种操作命令，对其设置各种通 讯、操作参数，还具有查询、管理、自动校时、定时或者实时抄表、超载报警、 断线检测功能。

分配器，用于设置Linux系统实时调度属性；

实时调度器，用于根据Linux系统内核实时调度属性选择合适的调度算法；

嵌入式微处理器，用于综合处理存储器、LCD、键盘、I/O接受信息等数据；

无线网络调配器，用于接受和发送GPRS信息；

其中计量器和采集器集成在一起，如：在数字家庭中一户人家中，一个采 集器和水表、电表、煤气表集成，采集器通过CAN总线单路系统与传输控制器 连接。

一台传输控制器，通过CAN总线单路系统控制与管理数台采集器，如在某 一栋楼安置一个总的传输控制，与整栋楼上的采集器连接。

数台传输控制器，通过GPRS通信网络技术与总的管理中心计算机联系，实 现一对多管理，一个居民小区或者某几个居民小区可以使用一个管理中心的计 算机，进行一个居民小区或者某几个居民小区电费、水费、煤气费的统一抄表、 算费、核实、缴费等业务。

本发明方案是采用三层结构：上层信道是管理中心与传输控制其之间的通 讯，中层信道是传输控制器与采集器之间的通讯，下层信道是采集器和计量表 之间的通讯。采用三层结构的优点包括4点：一是模块化分层设计，方便开发； 二是简化系统，有利于鼓掌定位、隔离和维护；三是扩展性好，中间层可扩大 规模、延长距离，降低功耗；四是可灵活组网，对于自动化程度低的可中用下 层网络，规模小的可只用上、下层网络。

在GPRS业务平台上厚茧自动抄表系统没实现计量表数据的无线数据传输 具有可充分利用现有网络，缩短建设周期，降低建设成本，并且还具有实时性 强、对计量表设备远程控制、集抄范围广、系统传输容量大、数据传送速率高。 通信费用低等优点，而且设备安装方便、维护简单。

本实施例采用的基于GPRS嵌入式自动抄表系统，当用户建成系统基础物理 设施，安装、调试了基本系统软件之后，普通家庭安装了采集器，连入系统， 便可以实现家庭计量表自动抄表，

如图1、图2所示，本实施例实现基于GPRS技术自动抄表，包括以下步骤：

(1)家庭用户，安装各种计量器(如：电表、水表、煤气表等计量表)， 并集成安装了采集器；

(2)采集器对计量表发出的脉冲进行采集处理，存储结果，同时将得到的 数据发送到传输控制器，接受和执行传输控制器发来的各种操作命令；

(3)传输控制器完成与采集器之间的数据通讯工作，定时或者实时抄录采 集器内计量表的数据，或根据系统要求接受某个计量表的数据，并将数据存储 在存储器内，够计算机随时调用；

(4)传输控制器根据系统要求完成与管理中心计算机的通信，将计量表数 据等管理中心需要的信息传送到管理中心数据库；

(5)传输控制器及时接受管理中心计算机下达的管理命令，并及时向各个 采集器传达各种操作命令。

(6)企业用户，利用管理中心计算机及时调用传输控制器内计量表的数据， 将数据进行处理、显示、存储、打印等，并向控制器发出各种操作命令，对其 设置各种通讯、操作参数。

(7)管理中心客户端具备查询、管理、自动校时、定时或者实时抄表、超 载报警、断线检测功能。

(8)家庭用户即时到指定地点，依照客户端显示结果缴纳费用。

上述方法是针对家庭各种计量仪器众多，人工分时抄表难度情况而言的， 有利于促进数字家庭校区的自动化和智能化建设。整个系统正常启用，需要配 置管理中心计算机、CAN总线电路系统、传输控制器、给各家庭配置采集器及 其其他嵌入式微处理器。无线网络调配器、电源等设备，并安装包括CAN总线 模块的驱动、RS-232串口、LCD等外设驱动、Linux操作系统、支持GPRS通信 和网络通信的PPP协议、TCP/IP协议、系统配置管理程序等等；然后调试系统 正常运作，方可起效。整个过程中的建设需要一段时间，但是建成之后，便可 以依照以上步骤正常运作。

本发明方法对采集器所获得的计量器数据进行处理时，所述步骤g中管理 中心计算机承担了自动抄表系统最高管理任务，又是PC客户端，具有查询、管 理、自动校时、定时或者实时抄表、超载报警、断线检测功能，使自动抄表系 统能够便利被人操作使用。

此外，用户利用GPRS客户端自动登录，管理中心计算及时调用内计量表的 数据，并将数据进行处理、显示、存储、打印等，并向控制器发出各种操作命 令，对传输控制器设置各种通讯、操作参数，用户利用GPRS客户端自动登录包 括以下步骤：

(1)传输控制器、管理中心计算机均安装连接无线GPRS通信网络的物理 部件；

(2)TE向MT发送AT命令来设置相关参数，并要求激活一个PDP上下文；

(3)MT执行一个PDP上下文激活过程，并发送AT回应给TE；

(4)TE上的PPP协议发送LCPConfigure-Request到GGSN，主要用于建立一 条TE到GGSN的PPP链路；

(5)回一个LCPConfigure-Ack回应给TE用来确认PPP链路已经建成；

(6)GGSN上的PPP发送LCPConfigure-Request请求来协商用于主机TE和 GGSN之间认证的认证协议；

(7)TE回应一个LCPConfigure-Ack给GGSN来确认认定的协议；

(8)利用前一步协商好的认证协议，TE向GGSN认证自己；

(9)TE上的PPP协议向GGSN发送一个NCPConfigure-Reques请求，这将激 活网络层协议；

(10)GGSN通过回应NCP Configure-Ack给TE通知其PPP协议现在网络层已 经被激活。

此时是通过GPRS链接无线网路，并控制、管理本系统上层信道是管理中心 与传输控制其之间的通讯。

本发明方法在自动抄表时，所述步骤c中传输控制器完成与采集器之间的 数据通讯工作，定时或者实时抄录采集器内计量表的数据，或根据系统要求接 受某个计量表的数据的轮询数据处理，其步骤包括：

(1)传输控制器轮询采集器，并记录当前时间

(2)传输控制器记录采集器总数，并取首个采集器地址；

(3)传输控制器向采集器发送查询命令；

(4)若正常，传输控制器及时记录查询返回的数据，若出现查询超时或 者传讯不到等异常情况，返回(3)步骤；

(5)查询到最后一个采集器，记录采集器地址，并数据查询。

本发明中传输控制器轮询数据采集器，是系统实时、有效地获取计量器计 算结果的重要保证，能够有效防止数字家庭计量表(如：电表、水表、煤气表 等)抄录的劳动强度大、效率低、抄表不到位、估抄、漏抄、错抄、错算等实 际问题。

另外，本发明的基于GPRS嵌入式自动抄表系统，总架构分为三个层次，其 结构包括：

(1)硬件驱动程序层：包括CAN总线模块的驱动、RS-232串口、LCD等外 设驱动等；

(2)嵌入式Linux操作系统层：包括Linux操作系统提供基本的任务管理、 内存管理、中断管理等功能，支持GPRS通信和网络通信的PPP协议、TCP/IP协 议等；

(3)应用程序层：包括GPRS通讯模块、CAN总线通讯模块、系统配置管理 程序等等；

本发明系统，结合了计算机管理系统、通讯系统、客户端服务系统、GPRS 通讯控制系统等系统和驱动，能够有效满足各种需求。

本发明的另一目的——改进嵌入式Linux系统，通过以下技术方案予以实 现：本发明选用的核心管理系统还是Linux。而Linux提供了内存管理、进程管 理、文件系统等服务机制，通过这些机制的协调，完成对多个进程的管理、资 源分配和调度处理。但是也因为她引入了诸多机制以实现Linux的集成功能， 从而影响了Linux提供实时进程服务等功能，表现出来的主要有以下缺点：

1)不能抢占的系统调用，即用户态的进程搞优先级再高，也不能抢占核 心态的低优先级的进程；

2)调度算法不能满足实时系统短的响应时间和确定的执行行为的需求。

3)关中断的问题，有些系统调用的时间很长，增加了中断延时金额调度 延时，这钟情况在实时系统中是不允许发生的；

4)虚拟内存管理，系统一般采用“需要时装入”的技术，对于分时系统 来说这是个好解决办法，而对于实时系统却带来不可忍受的不可预测性。

相应的技术改进措施包括以下内容：

1)实现Linux抢占式内核，即对Linux内核源代码的修改可以实现对于应 用程序透明的抢占式内核，通过对终端处理，采用抢占锁同步机制对临界段提 供保的方法实现抢占式Linux内核。

2)实现实时调度机制，系统设计了两个调度器组件：分配器和实时调度 器，分配器负责设置调度属性，实时调度器根据属性选择合适的调度算法，两 个组件之间设计了简单的系统调用API进行信息交换；

3)剔除Linux虚拟内存机制，屏蔽虚拟机内存机制，采用代码级修改地方 法来实现。

本发明装置在彻底安装完毕，并通电和接通GPRS网络和CAN总线通讯后， 管理中心计算机采用Linux系统内核，通过GPRS确保与传输控制其之间通讯顺 畅和安全。CAN总线通讯承担传输控制器与采集器之间的通讯，和采集器和计 量表之间的通讯。

本发明装置所述硬件为自主建设和提供的装置，而软件系统则是链接自建 的CAN总线通讯系统及GPRS通信网路，来实现数字化、远程管理，及安全传输 管理。

上述技术方案可以看出：本发明缓解抄表人员的劳动强度、降低人为因素 造成的抄表误差，并有利于迅速地统计低压实时线损，降低用电成本，同时对 于加强用电管理、防止数字家庭电力资源大量浪费，保障电网安全。本发明节 省了费用和用户的时间，为用户带来了极大的便利，有利于数字家庭电力网建 设和发展。

以上对本发明实施例所提供的基于GPRS的嵌入式自动抄表系统，进行了详 细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上 实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领 域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有 改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。