基于GPRS和MBUS远程无线抄表系统的设计与实现

目 录

第一章 绪论 ............................................................................................................................. - 1 -1.1 课题的研究背景和意义............................................................................................... - 1 -1.2 远程无线抄表系统在国内外发展现状.................................................................... - 2 -

1.2.1 远程无线抄表系统的国外发展现状........................................................... - 2 -

1.2.2 远程无线抄表系统的国内发展现状........................................................... - 2 -1.3 现有抄表系统采用的抄表通信方式 ........................................................................ - 2 -

1.3.1 远程通信的方式............................................................................................... - 3 -

1.3.2 底层通信的方式............................................................................................... - 3 -1.4 课题研究的主要内容 ................................................................................................... - 4 -1.5 本章小结 .......................................................................................................................... - 5 -第二章远程无线抄表系统设计......................................................................................... - 6 -

2.1远程无线抄表系统层次设计....................................................................................... - 6 -

2.1.1 上层数据处理中心 .......................................................................................... - 7 -

2.1.2 数据传输终端 ................................................................................................... - 7 -

2.1.3 底层数据处理中心 .......................................................................................... - 7 -

2.1.4 MBUS总线 ........................................................................................................... - 7 -

2.1.5 水表...................................................................................................................... - 8 -

2.1.6 电源...................................................................................................................... - 8 -2.2 远程无线抄表功能设计............................................................................................... - 8 -2.3 抄表的通讯协议分析与制定...................................................................................... - 9 -2.4 抄表的方式的选择...................................................................................................... - 11 -2.5 本章小结 ........................................................................................................................ - 11 -第三章抄表设备的硬件设计与实现.............................................................................. - 12 -

3.1硬件的设计原则............................................................................................................ - 12 -3.2抄表设备硬件的设计需求 ......................................................................................... - 12 -3.3抄表设备的硬件总体架构 ......................................................................................... - 13 -

3.3.1 微处理器........................................................................................................... - 13 -

3.3.2 GPRS模块 ......................................................................................................... - 14 -

3.3.3 MBUS电路 ......................................................................................................... - 15 -

3.3.4 电源模块........................................................................................................... - 15 -

3.3.5 串口通信........................................................................................................... - 16 -

3.3.6 数据存储模块 ................................................................................................. - 16 -

3.3.7 下载电路........................................................................................................... - 16 -3.4抄表设备的硬件设计................................................................................................... - 16 -

3.4.1 MCU主控电路及外围模块连接的设计 ..................................................... - 16 -

3.4.2 GPRS电路的设计............................................................................................ - 18 -

3.4.3 MBUS电路设计 ................................................................................................ - 19 -

3.4.4 抄表设备PCB设计 ........................................................................................ - 22 -

III

3.5 本章小结 ........................................................................................................................ - 23 -第四章抄表设备的软件设计与实现.............................................................................. - 24 -

4.1抄表设备的软件的设计原则..................................................................................... - 24 -4.2抄表设备的软件总体架构 ......................................................................................... - 25 -4.3抄表设备的软件设计................................................................................................... - 26 -

4.3.1 GPRS传输程序的设计与实现..................................................................... - 26 -

4.3.2抄表设备的参数设置程序设计................................................................... - 29 -

4.3.3 MBUS总线驱动程序的设计.......................................................................... - 31 -

4.3.4存储器读写设计.............................................................................................. - 32 -4.4 本章小结 ........................................................................................................................ - 33 -第五章抄表管理系统的设计与实现.............................................................................. - 34 -

5.1 抄表管理系统的功能设计 ........................................................................................ - 34 -5.2 抄表管理系统的开发环境和工具........................................................................... - 35 -5.3系统的软件设计和实现.............................................................................................. - 37 -

5.3.1 异步套接字服务器开发原理 ...................................................................... - 37 -

5.3.2 Socket通信的实现 ....................................................................................... - 37 -

5.3.3 Socket通信多线程调度策略..................................................................... - 39 -

5.3.4 串口通信的实现............................................................................................. - 44 -

5.3.5 数据库的设计 ................................................................................................. - 46 -

5.3.6 数据的解析与存储 ........................................................................................ - 50 -

5.3.7 数据库的备份和恢复.................................................................................... - 51 -5.4 本章小结 ........................................................................................................................ - 52 -第六章系统的测试和调试................................................................................................ - 53 -

6.1 底层硬件部分调试...................................................................................................... - 53 -6.2 上位机软件部分调试 ................................................................................................. - 55 -6.3 整体系统的调试........................................................................................................... - 58 -6.4 本章小结 ........................................................................................................................ - 60 -第七章总结和展望 ............................................................................................................. - 61 -

7.1总结 .................................................................................................................................. - 61 -7.2展望 .................................................................................................................................. - 61 -参考文献 ................................................................................................................................. - 63 -致 谢...... ................................................................................................................................ - 67 -攻读硕士学位期间所取得的相关科研成果.................................................................. - 68 -

IV

河北工业大学学术论文

第一章绪论

1.1 课题的研究背景和意义

目前在国内市场上已经存在远程无线抄表系统，但是仍然存在种种弊端，例如：部分抄表系统仍然采用GSM通信的方式进行远程数据传输，这种通信方式运营费用高、传输速率慢、实时性差，难以得到市场的认可[1]。并且采用GSM通信每次传输数据长度有限，在定时上报之前，需要提前完成抄收所有的仪表数据，然后将抄表信息分批分包上传到服务器，容易出现丢包、重复、乱序的现象[2]，所以这种数据传输方式在实际的工作存在许多问题。

在国内部分厂家也采用GPRS远程无线抄表方式，不过由于受到传统远程抄表方式的影响以及抄表设备电源的限制，一般都采用定时主动上报的方式进行抄表[3]，这种抄表方式是由抄表设备端定时主动登陆连接服务器进行数据采集和传输，虽然这种抄表方式可以降低抄表设备运行功耗、保证电池的使用寿命及解决运营费用高、实时性差、传输速率等问题，但是定时主动上报抄表方式不能实时的监控和控制现场水表的运行状况，难以实现实时数据采集和传输，无法满足水、电、气等行业和管理单位对仪表信息化管理迫切需求，影响管理决策和经济效益[4]。其次采用定时主动上报的抄表方式，所有的抄表设备都会集中在同一个时刻，主动与服务器建立连接传输数据，当抄表设备过多时，容易造成抄表设备登陆堵塞，无法与服务器进行传输数据[5]。最后定时主动上报的抄表方式，每次批量发送大量的数据给服务器，服务器没有足够的时间和资源去处理上传的数据，大批量的数据只能等到抄表传输完成之后进行解析和处理，这种抄表方式在抄完表之后需要进行大量数据处理，造成服务器资源浪费[3]。

传统远程自动抄表的通信方式和抄表方式难以胜任当今市场的仪表管理需求，基于GPRS实时在线远程无线抄表系统逐渐受到仪表行业和管理单位的认可。同时基于GPRS实时在线抄表系统能监控仪表管道网的运行状况，管理工作人员可及时的发现管道破裂等问题，确定管道的破裂地点，降低资源流失损失，减少维护人员的工作负荷，降低了仪表管理单位的维护和维修成本，提高经济效率。

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