摘  要： 介紹了遠程抄表系統中嵌入式手持終端設計,基于嵌入式Linux和GPRS實現了水表、電表和煤氣表的三表遠程抄表，并使用Qt設計開發手持終端的用戶界面。手持終端部分通過GPRS通信完成與遠程監控端和集中器之間的通信，可以實現移動自動抄表。 

    關鍵詞： 遠程抄表； 嵌入式Linux； 自動抄表

     隨著計算機和智能技術的發展，通信、信息與人們的關系日益緊密，作為家庭載體的住宅對智能化的要求也呈現出多樣性，“智能家居”^[1]逐漸進入普通居民的視野，而智能家居中[2]的重要組成部分——遠程自動抄表系統，更是得到人們的普遍關注。當前我國普遍采用水表、氣表、電表人工入戶抄表的方式，這樣給用戶和抄表人員都帶來諸多不便。遠程抄表系統可以有效地解決入戶抄表存在的弊端。圖1所示是實驗性家居系統拓撲圖。 

1 遠程抄表系統體系結構

    三表遠傳模塊設計包括遠傳水表、遠傳電表及遠傳氣表的檢測和控制。一般而言，所謂遠傳水表，是安裝在住戶家里的一個“發訊水表”，它通過一根連線與位于小區管理中心的一個抄表系統連接。住戶家里只要水龍頭打開或者關掉，這個水表就會自動向抄表系統發送脈沖信號，位于戶外的抄表系統會通過里面的數據采集器將脈沖信號轉化為讀數信息，寫入小區管理中心數據庫，便于小區物業的管理。遠傳電表和遠傳氣表的概念與遠傳水表類似。 

    智能家庭網關(emHome)三表遠傳模塊的設計有別于工業實現模式。流量數據的更新是一個實時更新的過程，表數據不斷變化。基于emHome的系統主要利用網絡傳輸數據的方式，數據的實時傳輸會占用相當的網絡資源，并且對于三表數據而言，小區管理中心也沒有必要檢測其實時流量，僅在需要時（收取水、電、氣費）進行查詢即可。因此在三表遠傳模塊的軟件設計中，采取查詢式方式實現。主要思路是：(1)家庭網關的操作系統對各表數據實時維持各自的一個全局量，為了防止掉電而丟失數據，同時把它們寫入到一個小的文件中，此文件中的三表數據是實時更新的，但不進行網絡實時發送；(2)當小區管理中心需要收取各住戶三表費用時，通過小區管理中心監控終端發出一個收費信號，家庭網關收到此信號，觸發三表模塊的發送進程，從文件中提取出三表數據，打包后通過網絡上傳給小區管理中心監控終端；(3)管理中心通過三表數據，算出各住戶的相關費用，完成收費工作，同時會把相關數據寫入數據庫，以備以后查詢匯總；(4)小區管理中心可通過監控終端對三表數據進行初始化，以實現對現場儀表的控制功能。 

    圖2所示是遠程抄表系統結構圖，該系統采用了由手持終端、集中器和遠程監控終端構成的三級網絡結構。GPRS網絡是基于IP地址的數據分組通信網絡，遠程監控端部分的上位主機配置固定的IP地址，三表數據集中器采用GPRS模塊和服務器端上位機進行通信。從體系結構圖可以看出，GPRS模塊分布在三級網絡中的每一級，實現了GPRS的組網以及三級網絡之間的相互通信。底層各個用戶家中的電表、煤氣表和水表數據信息，由采集器通過RS485總線傳輸到集中器，集中器通過RS232與GPRS模塊連接，其GPRS模塊將三表數據通過中國移動通信的GPRS網絡傳輸到手持終端或者遠程監控端。 

    集中器內置的SIM100-E模塊實際上是數據采集器與手持終端內置的SIM100-E模塊的信息通道。它要完成的基本功能包括：(1)系統初始化，即其本身的資源初始化和通信波特率的設置等； (2)啟動本機SIM100模塊GSM工作方式，建立與短信基站的連接； (3)等待接收來自手持終端內置的SIM100-E模塊的短信并獲取對方手機號，與其建立通信連接；(4)接收手持終端的抄表命令、預置數命令等命令。其主程序流程圖如圖3所示。

2 手持終端設計

    手持終端內置的SIM100-E模塊實現手持終端與集中器內置的SIM100-E模塊之間的數據交換及通信，其工作過程與集中器內置的SIM100-E模塊類似，也是通過一系列AT指令來完成。它主要包括以下基本功能：(1)系統初始化，即其本身的資源初始化和通信波特率的設置等；(2)啟動本機SIM100模塊的GSM工作方式，建立GSM通信連接；(3)等待接收來自集中器的數據；(4)通過短信向集中器內置的SIM100-E模塊發送自身手機號，與短信基站建立連接；(5)向集中器內置的SIM100-E模塊發送抄表命令，并等待接收抄表數據，之后上傳手持終端。其主程序流程圖如圖4所示。 

    嵌入式系統^[3]是以應用為中心，以計算機技術為基礎，軟硬件可裁剪，適用于應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗等嚴格要求的專用計算機系統，具有軟件代碼小、高度自動化、響應速度快等特點，特別適合于要求實時和多任務的體系，滿足遠程抄表中手持終端的處理器要求。因此，本設計中的手持終端硬件部分采用韓國三星的嵌入式微處理器ARM920T內核的S3C2410和Linux RedHat8.0操作系統。 

    S3C2410通過串口實現對SIM100-E的操作，嵌入式處理器對GPRS模塊的操作實際就是對串口的數據讀寫。手持終端的主要工作就是實現串口數據收發，分別通過char Uart0_Getch(char* Revdata)和void Uart0_SendByte(U8 data) 兩個函數實現，通過調用SIM300的AT指令實現三表數據的短信形式收發。 

    Qt^[4]是一個多平臺的C++圖形用戶界面應用程序框架，它提供給應用程序開發者建立藝術級的圖形用戶界面所需的功能。Qt完全面向對象，很容易進行擴展，并且允許真正的組件編程。手持終端圖形用戶接口(GUI)是與用戶之間交流的接口，用戶可以通過類似于鼠標的定點設備來操作觸摸屏上的圖標以及控制按鈕，而不需要敲入一連串的命令來控制它。Qtopia PDA版是一個強大的平臺，專用于基于Linux操作系統的PDA個人數字助理設備，具有可定制的用戶界面，支持多種不同的屏幕尺寸以及橫向和縱向布局。 

3 集中器設計

    集中器部分通過GPRS^[5]通信方式接收來自手持終端和服務器的命令，并下達命令給采集器完成相應的數據采集，同時可以把采集得到的數據通過GPRS方式發送給手持終端或者服務器。集中器和眾多采集器之間，通過RS-485總線形成一個以集中器為主的主從網絡。 

    集中器的微控制器選擇MSP430^[6]作為CPU，它是美國德州儀器公司（TI）推出的16位的精簡指令集（RSIC）單片機，具有超低功耗，處理能力強，運行速度快，指令簡單，并采用JATG技術, 支持Flash在線編程技術。集中器原理圖如圖5所示。 

    GPRS模塊選擇了性價比較高且操作簡單的SIM100-E模塊。SIM100-E是SIMCOM公司推出的GSM/GPRS雙頻模塊，主要為語音傳輸、短消息和數據業務提供無線接口。SIM100-E集成了完整的射頻電路和GSM的基帶處理器，適合于開發一些GSM/GPRS的無線應用產品。 

    智能化數字量模擬量采集裝置是專門用于脈沖為計數單位的家庭用表的新型裝置，可以完成1～8路脈沖計量，同時可以采集1～8路模擬量，廣泛用于電能表集抄、水表計量及遠抄、住宅抄表等場合。采集器裝置將三表賦以不同的數據頭字節，以區別不同用戶和水表、電表與氣表。在本系統中只采集了三路數據信息，根據需要可以擴展到8路數據的采集。 

4 遠程監控端

    遠程監控端是整個抄表系統的最高數據管理層，作為C/S架構的數據庫服務器端，所有用戶的三表數據信息都匯集到這里，管理人員對數據庫服務器進行實時維護、處理和匯總分析，作出相應的決策。遠程監控端通過串口與GPRS模塊連接，用戶的三表數據可以通過中國移動通信的GPRS網絡直接數傳到遠程監控端。 

    應用SQL Server2000建立數據庫，存儲三表信息及歷史數據，并采用ADO技術訪問數據庫，建立與數據源的連接，可遠程設定抄表集中器和采集器內的參數，設置預期的采集周期，實現三表等數據的日報、月報，進行費用結算。 

    由于Visual Basic具有可拖放控件等功能，使用Visual Basic建立遠程監控端的圖形用戶界面，更便于普通家居用戶和物業管理人員查詢及監控。 

    鏈接數據庫與圖形用戶界面，物業管理人員可以對原始記錄進行分析匯總，進行實時監控，個人用戶可以通過數據庫服務器進行三表等物業信息的查詢。 

    本文提出并初步實現了基于嵌入式Linux和GPRS通信技術的三級架構的遠程無線抄表系統。開發了嵌入式手持終端，使用Qt設計出手持終端用戶界面，實現了遠程抄表的自動抄送，有效地彌補了傳統抄表的不足，增加了自動抄表的靈活性。 

參考文獻

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[2] 余啟家,殷瑞祥.基于ARM 及GPRS 的智能家居系統的實現[J].微計算機信息,2007，23（7-2）:119-121. 

[3] 魏洪興，胡亮，曲學樓.嵌入式系統設計與實例開發實驗教材II—基于ARM9微處理器與Linux操作系統[M].北京：清華大學出版社, 2005. 

[4] SUMMERFIELD M. C++ GUI Qt 3編程[M].齊亮,譯.北京：北京航空航天大學出版社, 2006. 

[5] BATES R J.通用分組無線業務(GPRS)技術與應用[M].北京：人民郵電出版社, 2004. 

[6] 胡大可.MSP430系列超低功耗16位單片機原理與應用[M].北京：北京航空航天大學出版社, 2000.