基于智能消息语言SML的无线抄表管理系统

基于智能消息语言SML的无线抄表管理系统
王佳慧;王海波;张海峰;侯维岩
【摘要】This dissertation introduces a method for the designing of wireless meter reading management system . Briefly introducing Smart Message Language technology. SML data structure is used to design the format of data frame to unify the data structure for communication. This system is developed based on vc+ + 6. 0 environment, using Winsock of Windows to develop the communication module to and using Access2003 database to realize the function of data storage and processing. A experiment system composed by a wireless terminal, PC. A wireless access point and a meter is constructed to test the communication performance. The voltage that the meter connected to fluctuates in a small scope around 220V and is the same as meter data and the meter data can be updated every two seconds This system achieves the function of reading meter data from lower-computer, data processing and storing, solving the problems of safety and efficiency of traditional meter reading ways.%介绍了一种无线抄表管理系统的设计方案,简要介绍了智能消息语言(Smart Message Language)技术,利用SML数据通信结构的特点设计数据帧格式,实现了数据通信格式统一；系统基于VC++6.0环境开发,采用Windows的Winsock开发通信模块并采用Access2003数据库和ODBC数据库访问技术实现数据处理功能；搭建由无线终端、PC机、无线接入点和电表组成的实验系统来验证系统的通信功能,电表接220V市电,管理软件显示电压在220V范围内小幅波动,与电表实际值相同,并且数据可以每两秒刷新一次；系统高效的实现从下位机抄收电表数据、数据实时显
示,处理和保存的功能,并且可以对电表的读数进行统计管理,有效解决了传统抄表方式的安全性和效率性不高问题.
【期刊名称】《计算机测量与控制》
【年(卷),期】2012(020)001
【总页数】4页(P239-242)
【关键词】无线抄表;智能消息语言SML;数据帧格式;Access数据库
【作者】王佳慧;王海波;张海峰;侯维岩
【作者单位】上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;Technical University of Berlin, Berlin 10623, Germany;中原工学院电子信息学院,河南郑州450007;上海大学机电工程与自动化学院,上海200072;郑州大学信息工程学院,河南郑州450052
【正文语种】中文
【中图分类】TP311.1
0 引言
无线抄表是指采用无线通讯和计算机网络等技术，通过专用设备对计量仪表自动读取和处理表计数据的过程。

与传统的抄表方式相比，不但节约了人力开支，还能实时地监控各个用户的消费情况，有利于管理部门及时发现问题并采取相应的措施进行处理。

本文介绍了一种小区无线抄表系统的管理系统的设计。

在整个基于WI－FI无线抄表网络系统中，上位机管理系统的主要功能是将电表数据采集至数据库、进行实时
显示并对下位机状态进行监控，同时对历史数据进行管理。

网络通信在上位机的功能设计中至关重要，如何与各种不同标准和规约的嵌入式计量设备进行高效的通信决定了该系统的性能，因此设计统一的数据格式是关键的步骤。

SML数据通信格式适于低功耗嵌入式设备的网络通信，适用于本系统的WI－FI无线通信网络。

上位机管理系统基于Access进行数据库开发，采用VC＋＋6.0作为前端界面的开发工具。

1 无线抄表系统的总体结构
无线智能抄表系统主要由终端智能表采集、无线中继、接入点，控制中心等构成。

总体结构如图1所示［1］。

本系统结构分为三部分：智能电表、Wi－Fi无线局域网网络、控制中心。

Wi－Fi 通讯模块采集用户电表的信息，并将其处理后通过Wi－Fi无线通信方式（如距离较远通过无线中继）发送AP接入点，AP接入点将收集到的数据通过有线网络传送至控制中心。

控制中心，即无线抄表管理系统，将采集的数据进行处理，保存至相关的数据库，通过对管理系统的操作，用户能够清楚地了解到所需数据信息。

下图1是项目中无线抄表系统总体结构图。

图1 抄表系统总体结构
2 智能消息语言SML的介绍和数据结构的设计
2.1 SML语言的介绍
智能消息语言Smart Message Language（SML）源于由德国EnBW公司，E.ON能源公司和RWE公司等共同于2004年开始联手制定的一个SyM2研究项目，旨在定义一个有关电能计量仪表的通信协议（通信语言）的规范和规格。

其在2006－2007年被批准为德国国家标准。

SML语言实质上就是一个通讯协议，目的是用于各种计量仪表设备尤其是低功耗设备的数据传输和参数的获取。

2.2 SML语言的基本结构
2.2.1 SML－Datei消息簇的基本概念
SML语言的基本数据单元为SML－Datei消息簇。

该消息簇由一定数量的SML消息按照一定的规则组成，使用确定的协议（如TCP／IP、HTTP等）进行编码，可以通过多种传输技术传输，在数据接口处使用确定的协议读取。

SML－Datei消息簇数据传输的主要特点为：消息簇按照组号标志被分为各个数据块，按照数据组标志顺序发送和接收各数据块。

图2为SML七层网络示意图，如图所示，SML消息簇在传输层可采用TCP／IP协议进行传输，同时在表示层和应用层可采用二进制码和XML两种编码方式，具有很大的灵活性。

图2 SML七层网络示意图
2.2.2 SML－Datei消息簇的基本结构
SML消息簇的数据结构定义如下：
Group No对消息进行分组。

消息分组进行传输的优点是：同一组中的消息可以无序的、并行处理，换而言之，第二组的消息在第一组消息之后接收，二两组中的各个消息可以同时被处理。

Abort On Error定义了设备遇到错误的情况下的处理方式。

错误检验机制为CRC16。

Messagebody包含主要的数据信息。

2.3 数据帧格式的设计
依据SML消息簇数据概念中的数据分组处理思想，本项目中的数据帧结构的设计如下：
表1 数据帧格式?
（1）BEGIN，数据帧起始标志：0x68。

（2）GroupNo：组号
（3）Message：消息内容
数据长度、组号、消息内容的信息如表2所示。

表2 组号和消息内容信息?
（4）CRC，校验：crc16
（5）Error：通信错误处理：
0x00：继续正常运行
0x01：从下一组继续运行
0x02：继续运行当前组，但之后不运行下面的组
0xFF：立即结束所有运行
（6）END，数据帧结束标志：0x16。

SML技术最大的特点是可以有效解决无线抄表系统中多种计量设备相互通信问题，并且编码简单灵活，适用于低功耗的嵌入式设备。

采用SML技术设计数据帧格式可有效提高本系统的通信性能。

3 上位机软件的总体设计
上位机软件从功能上分为3个模块：主控界面、网络通信、数据库操作。

主控界
面可以调用网络通信模块和数据库模块，通过对主控界面的操作，系统可以完成网络通信功能和数据库管理功能。

3.1 主控制界面的设计
按照功能，将主控界面划分为3个区域：信息管理、数据传输和附加功能，系统
的功能框图如图3所示，信息管理模块主要负责用户个人信息和历史电量数据的
查询和修改，数据传输模块负责电表数据的采集、实时显示和对下位机的监控，附加功能包括报表打印和操作记录的保存。

图3 上位机功能框图
3.2 网络通信
上位机和下位机通过TCP／IP协议传输抄表命令和数据，上位机管理系统也是一
个网络应用程序，实现网络应用进程间的信息交互功能。

TCP／IP协议是一种面
向连接的通信方式，通信可靠，对数据重发有校验机制，针对无线抄表系统对数据传输的高可靠性要求非常适用［2－4］。

下位机设计基于Linux操作系统，上位机管理系统是Windows操作系统，上位机和下位机之间的网络通信属于不同系统间的通信，必须通过网络编程接口访问网络协议提供的服务来实现。

上位机作为客户端，其应用程序是在Windows的Winsock上设计的，只要对套接字进行操作，而不必对TCP／1P协议和操作系统操作就可以实现上位机与下位机之间的网络通信的功能［5］。

上位机主要实现的功能是抄收电表数据，电表的sml数据帧格式已在2.3节内容
中给出，在上位机程序中，其传输数据结构和程序为：
程序中采用多线程的方式对数据进行接收和显示，其中接收线程的C＋＋程序流程图如图4所示。

图4 接收程序流程图
3.3 数据库操作
为了方便查询和管理，系统选用Access2003作为存储数据库，本系统采用基于VC＋＋的ODBC访问方法。

使用ODBC开发数据库应用程序时，调用的是标准
的ODBC函数和SQL语句，本系统主要采用CDatabase类和CRecordSet访问
数据库，其数据的存储、复制、查询均以数据库的SQL命令进行操作［6］，其 C ＋＋程序如下［7］：
4 实验结果与分析
为验证系统的通信性能，采用如图5所示的网络实验系统，实验所用设备有PC机，
无线接入点TL－WA501G＋、无线 WIFI终端、智能电表（安科瑞三相四线电表ACR230ELH）等。

开启上位机抄表软件，配置无线接入点，开启无线接入点的DHCP动态IP服务功能，获取到无线WIFI终端的IP是：192.168.1.101。

在抄表软件抄表设置中指定IP为：192.168.1.101。

端口为4000。

连接服务器成功后即可获取数据，电表接的是220V市电，电压在220V范围内小幅波动，与电表实际值相同。

嵌入式软件和上位机均运行正常，数据采集模块和网络通信模块均达到了设计要求。

图5 无线数据采集实验系统
5 结论
本文设计的基于SML的小区无线抄表管理系统，借鉴了智能消息语言SML数据传输技术，利用其适用于低功耗嵌入式设备的特点设计了数据帧格式，解决了与不同标准和规约的嵌入式设备通信的问题，并搭建了基于WI－FI的无线通信网络试验系统进行验证，实验结果表明系统具有良好的通信性能，实现了对电表数据的实时采集、处理和监控以及历史数据查询和处理的功能，有效的达到了自动抄表的目的，解决了传统抄表的安全性与效率性低的问题。

【相关文献】
［1］张方昌，刘晓丹，侯维岩，等.一种基于WI－FI的计量抄表系统的设计与实现［J］.自动化与仪表，2010，25（6）：18－21.
［2］Das V V.Wireless Communication System for Energy Meter Reading ［J］.Advances in Recent Technologies in Communication and Computing，2009，896－898.
［3］段其昌，董平.无线抄表系统中的网络数据传输和信息交互分析［J］.自动化技术与应用，2009，28 （2）：39－45.
［4］栾洁.基于TCP／IP的远程抄表系统上位机设计［D］.南京：南京理工大学，2007.
［5］周红进，许江宁.基于Winsock的网络通信模块开发［J］.电脑开发与应用，2003，16
（10）：4－5.
［6］宗恒.在VC＋＋6.0中通过ODBC实现SQL ［J］.青岛大学学报，2004，17 （4）：85－89.
［7］代流刚，周昌玉.基于网络通信的数据库访问技ATS中的应用研究［J］.计算机测量与控制，2011，19（2）：436－441.。