基于GPRS通信的农灌售电系统,该文是通信相关论文范文例文和GPRS通信和农灌售电系统和研究相关开题报告范文.
通信论文参考文献：
摘 要：针对现有农业灌溉系统售电系统中存在的问题,提出了一种基于GPRS通信的农灌售电系统,其核心设备是费控终端,上行通过GPRS通信、CDMA通信、以太网等方式和售电主站连接,下行分为两路,一路通过RS485通信接口连接电能表,另一路通过RS485通信接口连接刷卡器.费控终端也可通过本地通信方式与通道转换器下接的电能表、刷卡器进行通信,从而实现售电主站开卡售电、刷卡器刷卡用电以及费控终端结算的目的.新型农灌售电系统的应用,有利于电力公司实现售电、用电的闭环管理,并推动国家电网公司早日实现用电售电系统一体化.
关键词：电能表；农灌售电系统；费控终端；刷卡器；GPRS
中图分类号：TM933.4；TN929.53文献标志码：ADOI：10.3969/j.issn.1674-9146.2017.11.097
2016年2月,国家发展和改革委员会、水利部、农业部、能源局等部委联合提出,到2017年底全面实施农村“井井通电”工程,实现平原地区机井用电全覆盖、全费控管理.国家电网公司为了响应国家号召,按照“总体布局、示范先行、科学规划、因地制宜”的原则,在不改变现有用电信息采集系统体系规范的原则下,遵照国家电网公司《机井通电工程典型设计》规范,结合智能电网新型通信技术,改善我国农田灌溉用电模式,推动电力清洁高效能源替代农村传统能源的步伐,响应国家“十三五”规划中的“储粮于地、储粮于技”战略,加快现代农业建设步伐,使我国的农田机井用电和管理技术达到世界先进水平[1].
目前,农业灌溉系统（以下简称农灌）是通过售电主站对用户进行开卡售电的,用户持卡,现场到农灌专用电能表上刷卡用电灌溉、刷卡取电结算.然而,由于用户的用电信息保存在用户卡中,农灌专用电能表不具有远程通信功能,因此用户的用电信息和售电主站不能实时交互,系统的售电金额和实际用电金额不能实时统计比对,造成售电账目混乱等问题.笔者提出一种基于GPRS通信的农灌售电系统,基本解决了这些问题.
1农灌售电系统的工作原理
农灌售电系统应用的主要技术是数据库技术、TCP/IP通信技术、GPRS/CDMA通信技术、RS485通信技术、宽带载波通信技术、微功率无线通信技术、高频射频识别（RadioFrequencyIdentification,RFID）技术.
农灌售电系统由售电主站、费控终端、刷卡器、电能表、通道转换器、用户卡等组成[2].售电主站用来对用户开卡售电,实时监测费控终端的在线状态,并通过费控终端实时对电能表进行操作.同时,售电主站也可以直接下挂读卡器,对用户卡进行读写卡操作.费控终端为农灌售电系统的核心设备,其上行通过GPRS通信、CDMA通信、以太网、4G通信等方式与售电主站实时通信,下行通过RS485或通道转换器方式与刷卡器、电能表通信.读卡器通过RFID技术,实时读取感应区的用户卡信息,通过本地通道将信息传递给费控终端,费控终端再通过远程通道将信息传递给售电主站,售电主站通过数据库技术进行数据分析,从而实现刷卡信息的实时上传.图1为农灌售电系统的工作原理图.
2农灌售电系统的费控终端
费控终端在低压集抄系统集中器的数据采集功能不变的基础上,增加了用于农灌业务的费控功能、黑名单功能、监控功能、费控事件功能[3],以下分别予以介绍.
2.1费控功能
具有两路RS485通信接口的费控终端用于下行通信,其中一路与用于计量灌溉机井用电情况的电能表进行通信,另外一路与用于用户刷卡用电的刷卡器进行通信.刷卡器地址可以通过本地及远程方式下发到费控终端,如果端口号为“本地通信口”,则整个工程可布局为远端的通道转换器下挂刷卡器模式；如果端口号为“RS485刷卡口”,则可布局为RS485刷卡口直接下挂刷卡器.
当刷卡器有刷卡操作时,刷卡器读取用户卡中的信息,包括卡内金额、灌溉用的机井号、机井所计量用的电能表地址信息等,刷卡器将读取到的信息实时通知费控终端,费控终端根据电能表信息对其进行合闸送电.
首先,当用户第一次刷卡时,费控终端的采集口采集对应机井的电能表（正向有功电能）示值E1,并将卡内当前金额进行冻结,记录为M0.当用户第二次刷卡结算时,费控终端再次采集当前用户对应机井的电能表示值E2,通过两次电能表示值的差值,计算出用户此次灌溉用的电能量,即
E等于E2-E1.（1）
然后,根据电力公司当前执行的通过电价费率参数k,计算出用户此次灌溉的消费金额M,其公式为
M等于（E2-E1）k.（2）
最后,将原来卡内冻结的金额M0扣除消费金额,就是用户灌溉后的卡内剩余金额M´,公式为
M´等于M0-M.（3）
或M´等于M0-（E2-E1）k.（4）
图2为费控终端的费控功能业务流程图.
2.2黑名单功能
费控终端具有黑名单功能,即费控终端可以记录哪些用户不可以在这些终端上进行刷卡用电.该功能的提出是为了解决在现场用户使用卡的过程中,由于管理不善导致卡片丢失的问题.用户可以第一时间到售电网点申请挂失卡片.申请挂失后,售电主站即将挂失的卡片信息远程下发到原来支持刷卡的费控终端,费控终端收到该卡片信息后,即生成一个黑名单记录,当其他用户捡到丢失的卡片来费控终端刷卡时,费控终端会进行自动判断,如果该卡是黑名单卡,则直接对卡进行锁卡操作,锁定后,该卡就成为一张废卡,不能使用[4].
同时,用户在售电主站还可以通过主站侧读卡器将卡内剩余金额读出来,然后重新补办新卡.用户持新卡到原来使用过的费控终端进行刷卡,不管原来丢失的卡片是否已被锁定,都不影响新开卡正常使用.第99页图3为黑名单功能使用流程图.
2.3监控功能
费控终端具有监控功能,即如果用户已完成了
第一次刷卡用电的操作,然而却一直没有进行第二次刷卡结算,在长时间没有功耗的情况下,费控终端可以判定为用户已经用电完毕,并自动对用户使用机井的电能表进行拉闸断电.该功能是为了避免用户在灌溉结束后,由于某种原因,忘记进行第二次刷卡结算的情况.在此之后,其他用户还可以继续用电.监控功能启用后,电能表可以被费控终端及时断电,从而给用户降低损失.如果用户还想继续使用由于监控功能被停电的机井,可以先刷一次卡进行结算后,再重新进行一次刷卡,下一次用电过程即可开始.
2.4费控事件功能
费控事件功能主要用于记录用户持卡操作过程中不同的刷卡状态,根据场景分为：结算事件、未结算事件、无负荷断电事件、异常用电事件等,以下分别予以介绍.
1）结算事件.指用户灌溉时持用户卡到费控终端进行第一次刷卡用电,之后灌溉结算又进行了第二次刷卡结算,两次形成了一个闭环,从而费控终端对用户的该行为进行记录,将两次的刷卡时间、灌溉用井编号、卡内金额等信息形成结算事件,并可以即时上传给售电主站.
2）未结算事件.指用户灌溉时持卡到费控终端进行第一次刷卡用电,之后灌溉结束时由于卡内金额不足的原因不能进行第二次刷卡结算,费控终端对用户该行为进行记录,将此时断电时间、断电时卡内金额、第一次刷卡时金额等信息形成未结算事件,并可以实时上传给售电主站.
3）无负荷断电事件.监控功能用到的一个场景,费控终端自动对所属一定时间内无负荷的电能表进行拉闸断电操作,并记录为无负荷断电事件,到下一次用户刷卡时,可以将无负荷断电记录消除,并对该用户卡进行解锁.
4）异常用电事件.费控终端检测到费控终端下某一口井有用电的情况,但却没有刷卡用电的操作,从而即时生成重要事件上报给售电主站,方便电力公司工作人员及时排查现场设备故障原因,达到减少损失的目的.
3农灌售电系统的刷卡器
刷卡器是一个独立的设备,其外部具有RS485通信接口,可以与费控终端或通道转换器进行数据交互,内部具有RFID单元、键盘单元、显示单元、语音单元等,用于人机交互和数据处理[5].图4为刷卡器功能框图.
3.1RFID单元
RFID单元主要用于读取用户卡内信息,并可以将结算信息返写到用户卡内,为了保证有效快速的读卡、写卡操作,读卡器内置射频读写头和射频天线,其射频频率可采用13.56MHz频段的高频通信,感应距离不大于50mm,支持ISO14443非接触式IC卡标准协议.
RFID单元内置于刷卡器的刷卡区,用户持卡到刷卡器进行刷卡时,刷卡器的RFID单元能够自动识别感应区的用户卡,将卡内信息读取后,通过本地RS485通信接口可以将信息传递到费控终端,费控终端识别到用户卡后,可以对指定的机井进行送电和停电操作.当多个用户同时刷卡用电时,刷卡器的RFID单元会使用防碰撞算法进行规避,该算法为时隙ALOHA法和二进制搜索法相结合的防碰撞算法[6].
3.2键盘单元
键盘单元主要用于同一张用户卡对应费控终端下多口机井的情况,这时刷卡器读到卡内机井信息将不是一个,而可能是多个.此时用户刷卡时,刷卡器会读出卡内的机井信息,并通过语音提示用户选择机井,用户通过键盘可以输入实际想要使用的机井编号,确定后,进行正常用电流程.为便于用户在刷卡过程中对机井编号进行选择,刷卡机具的键盘内容包括“0,1,2,3,4,5,6,7,8,9”10个数字按键和“确认”“取消”两个功能按键.
3.3显示单元
显示单元主要用于显示用户卡内当前金额、剩余金额、当前选择机井编号等功能,可以采用发光二极管（LightEmittingDiode,LED）数码管设计.刷卡机具显示支持刷卡显示、自动循显、按键循显3种显示方式,以下分别予以介绍.
1）刷卡显示.用户刷卡时可实时显示当前刷卡状态及用户余额数据的功能,包括刷卡成功、刷卡失败,刷卡余额数据信息等.
2）自动循显.当费控终端无用户灌溉用电时,循显两屏,其中一屏显示日期,另一屏显示时间；当存在用户灌溉用电时,循显在用机井的机井编号以及对应的用户剩余金额,循显屏数根据正在使用的机井个数确定,每屏显示5s.
3）按键循显.通过键盘选择机井编号,可以显示对应机井编号的用户余额,每屏显示5s.
3.4语音单元
语音单元主要用于对用户的一些操作进行相应的相关提示.如提示正在读卡、请勿拔卡、刷卡成功、结算成功、当前金额、剩余金额、本次消费金额、请输入机井编号、请按确定键等相关的信息,实现一个比较直观的功能,从而提升用户刷卡消费的用户体验.
4农灌售电系统的通道转换器
通道转换器类似于集抄系统中的采集器,其接收到费控终端的宽带载波或微功率无线信息,转为本地RS485通信接口信息发给刷卡器；刷卡器返回的RS485通信接口信息,再经过通道转换器转换为宽带载波或微功率无线信息[7].通道转换器实现了分布式的安装模式,可以实现刷卡器和费控终端的脱离.在实际应用中,费控终端通常安装在变压器下,而刷卡器可以分散安装在不同的机井旁边,更能为不同区域用户的刷卡灌溉提供方便.
5结束语
基于GPRS通信的农灌售电系统是目前用电信息采集系统的扩展应用,然而目前国家电网公司的各省公司对用采数据的考核比较严格,对用采主站扩展新的功能都有严格管控.因此在实际推广应用中,特别是河南、河北、山东等农业大省要全面实现售电数据的全流程管理,需要在国家电网公司层面出台相应的政策措施,开放用采系统和售电系统的接口,从而早日实现用电售电系统一体化.
参考文献：
[1]河南许继仪表有限公司.农灌费控终端及配套系统技术方案[G].许昌:河南许继仪表有限公司,2016.
[2]周卫玉,孙新亚.基于ARM和uCLinux的嵌入式远程数据采集终端[J].计算机工程,2004(23):156-158.
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[4]高朝晖,何铁军,张宁.轨道交通线网AFC系统黑名单管理[J].都市快轨交通,2010,23(1):89-92.
[5]邓宝安,吕志刚,杜晓斌,等.基于MCS-51单片机的新型门禁控制器设计[J].电子设计工程,2015,23(24):103-105.
[6]刘冬生,邹雪城,李泳生,等.射频识别系统中的防碰撞算法[J].华中科技大学学报(自然科学版),2006(9):57-59.
[7]河南许继仪表有限公司.用电信息采集系统采集器用户手册[G].许昌:河南许继仪表有限公司,2013.
（责任编辑邸开宇）
汇总,该文是关于GPRS通信和农灌售电系统和研究方面的相关大学硕士和通信本科毕业论文以及相关通信论文开题报告范文和职称论文写作参考文献资料.
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