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1、沈阳理工大学 硕士学位论文 基于GPRS的水表远程集中抄表系统研究 姓名：赵明 申请学位级别：硕士 专业：机械电子工程 指导教师：陈白宁 20090301 沈阳理工大学硕士学位论文 摘 要 文中介绍了一种基于 GPRS 的水表远程集中抄表系统，该系统通过 M23 GPRS 模块和 C8051F340 单片机分别完成 GPRS 网络抄表功能和 USB 集中抄表功能。系统 由脉冲水表、采集器、集中器和管理机组成。脉冲水表主要完成用水量数据的采 集， 将用水量数据转化成脉冲信号； 采集器对脉冲信号进行处理、 存储,并通过 485 总线与集中器进行通讯，当接收到上层指令后，可通过控制电动阀来控制用户用
2、 水；集中器主要起着数据中转和总线隔离的作用，它的主要任务有两项：一是通 过 485 总线与采集器通讯，根据管理机的要求查询某个水表的数据，二是通过 GPRS/GSM 网络与管理机通讯，将采集器的数据信息传输给管理机。为了避免 GPRS/GSM 网络故障导致无法抄表的情况，在集中器中设置了 USB 接口，工作人员 可以通过集中器用电脑或者手抄器抄读数据；管理机对用户的购水量和用水量信 息进行管理，并可通过发送特定指令远程控制用户用水。 文中针对水表远程集中抄表方式做了详尽的分析，在此基础上进行了总体方 案设计。介绍了集中器要实现其功能所涉及到的 GPRS/GSM 模块、LCD 液晶显示模 块、
3、键盘处理模块、实时时钟芯片、USB 通讯、RS-485 通讯、AT 指令、通讯协议 等硬件电路设计和软件编写方案；对采集器进行了低功耗设计,介绍了实现采集器 功能所涉及到的电源低电压检测电路、脉冲采集电路、阀门控制电路、防拆电路、 FLASH 存储器的读写等硬件和软件设计。 关键词：自动抄表；GPRS；USB；采集器；集中器 沈阳理工大学硕士学位论文 Abstract A kind of long-range and centralized automatic metering reading for water meter system is designed.The function of
4、 the GPRS network meter reading and the USB centralized meter reading are accomplished by the M23 GPRS module and the C8051F340 single chip micro-controller.The system is composed of water meter,data collector,concentrator and administer computer.The data of water consumption which will be converted
5、 into pulse signals are collected by the water meter,and these pulse signals are disposed by the data collector which can use RS-485 communication with concentrator,water users machine can be controlled when the upper instructions are received by the way of controlling the electromotion valves.The C
6、oncentrator plays an important role in data transit and bus segregation,It has two main tasks,one of which is the communication with data collector and to check the water meters data according to the requirements of administer computer,the other task is the communication with administer computer by
7、the way of GPRS and to transmit the data information collected by data collector to administer computer.A USB interface is set up in the concentrator in order to avoid the failure of GPRS network,and the staff can copy the datas by computer or hand-written.The administer computer can manage the user
8、s purchase of water and control the users machine by sending specific instructions. The long-range and centralized automatic metering reading for water meter system is analysed particularly in the text,In this foundation,the overall design is done.The hardware and software the concentrator involves
9、are introduced,such as the GPRS/GSM module,the LCD module,the key module,the real-time clock chip,the USB and RS-485 communication and so on.It also introduces the detection of low-voltage power supply circuit,the pulse acquisition circuit,the valve control circuit,the anti-open circuit and the FLAS
10、H memory which the data collector involves.At present,the system has been successfully debugged,all the features achieve the desired requirements. Key words：automatic metering reading;GPRS;USB;data collector;concentrator 沈阳理工大学 硕士学位论文原创性声明 本人郑重声明:本论文的所有工作，是在导师的指导下，由作者本 人独立完成的。有关观点、方法、数据和文献的引用已在文中指出，
11、 并与参考文献相对应。除文中已注明引用的内容外，本论文不包含任 何其他个人或集体已经公开发表的作品成果。对本文的研究做出重要 贡献的个人和集体，均己在文中以明确方式标明。本人完全意识到本 声明的法律结果由本人承担。 作者（签字）： 日 期 ： 年 月 日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解沈阳理工大学有关保留、使用学位论文 的规定，即：沈阳理工大学有权保留并向国家有关部门或机构送交学 位论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权沈阳理工 大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可 以采用影印、缩印或其它复制手段保存、汇编学位论文。 （保密的学位论文在解密后
12、适用本授权书） 学位论文作者签名： 指导教师签名： 日 期： 日 期： 第 1 章 绪论 - 1 - 第 1 章 绪论 1.1 概述 自动抄表，简称 AMR（Automatic Meter Reading）是指采用通讯和计算机网 络等技术，通过专用设备对表计自动读取和处理表计数据的过程 1。自动抄表系统 （简称 AMRS）就是一种不需要人员到达现场就能完成抄读用户表计数据的智能化 系统。 目前，我国对于水表的抄表方式多为人工入户抄表，这种方式存在抄表工作 劳动强度大、效率低、管理费用高、入户抄表难度大，而且存在安全隐患等很多 弊端。随着高层、豪华居住小区的发展，水表的户外计量变得非常必要，传统
13、抄 表方式已经不能适应今后住宅的发展要求。发展水表自动抄表技术是提高用水管 理水平的需要，也是网络和计算机技术迅速发展的必然 2。在用水管理方面，采用 自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可以提高抄表的准确性，减少 因估计或誊写而造成帐单出错，使供水管理部门能及时准确获得数据信息。由于 用户不再需要与抄表者预约上门抄表时间，还能迅速查询帐单，因此这种技术越 来越受到用户欢迎。 水表自动抄表是一门综合性技术，包含了信号传感、数据处理、数据传输、 数据管理等内容；涉及到水表基表技术、传感技术、信号处理技术、计算机技术、 通信技术、网络技术、电源技术等领域。 水表自动抄表中的远程集中抄表方式
14、是一种不需要人员到达现场，利用特定 的通信方式将用户处的计量表所记录的各种数据传送到远程主控站的计算机网络 中，并由软件对数据进行统计、分析和计算。采用该方式的抄表系统即为远程集 中抄表系统。远程集中抄表系统的主要优点包括以下几个方面： l、远程通信数据传输网络组网方便，可以根据实际情况，选用有线或无线的 传输方式； 2、实时或定时自动抄表，减轻人工劳动强度，提高经济效益； 沈阳理工大学硕士学位论文 - 2 - 3、提高系统的数据准确性，克服人工抄表中的不确定因素，提高供水管理系 统管理水平和经济效益； 4、通过上位机管理系统，进行实时监控，查处异常计量表； 5、上位机数据管理方便，报表自动生
15、成，用户缴费情况详细，查询方便。 1.2 国内外研究现状 国外对于自动抄表技术的研究起步较早且比较深入，形成相对规范的技术体 系，多种自动抄表技术得到了相对广泛的、成功的应用 3。我国水表自动抄表系统 产品经过十几年的发展、提高和改进，已初步形成了比较完整的产品技术体系。 特别是在流量测量信号的传感采集，数据传输的安全，以及产品的可靠性、寿命、 性价比等方面均已取得长足进步 6。 虽然经过多方努力在各个技术领域和技术层面 上做了很多工作，并在各地住宅小区进行了大量有益的实践活动，总结了许多宝 贵经验和教训，但从总体上说该项技术还处在发展和完善阶段，有待于进一步的 创新与提高。 国内外常见的远程
16、集中抄表系统的结构都分为三个部分，用户层（水表及水 表数据采集终端）、中间层（数据集中器）、管理层（中心 PC 工作站）。其组网 方式也基本一样，不同之处在于上层网络通讯系统和下层网络通讯系统所采用的 通讯方式及介质不同。 1.2.1 上层网络通讯系统 上层网络通讯系统是以安装在供水公司的 PC 工作站为中心，通过不同类型通 讯方式与各台数据集中器相连接，形成 1 对多连接的形式。主要采用的通讯方式 有：有线电视宽带方式，低压电力线载波(PLC)方式，PSTN 电话网方式、无线电台 方式、光纤网方式以及 GPRS/GSM 移动无线网方式等。 1、有线电视宽带方式 有线电视宽带方式是指数据终端将水量信息调制成有线电视射频信号发送到 有线电视网，再经中心解调出数据，经计算机网络送到供水部门数据处理中心。 这种抄表方式具有传输速率高、一次抄读成功率高、传输可靠等优点，但要求信 道完全普及，并且网络通讯是双向的，这在大多城市还不完全具备此技术条件 7。 2、低压电力线载波(PLC)方式 低压电力线载波(PLC)方式是以
