摘要：及時準確的對燃氣用氣量進行抄表，準確的反應客戶的用氣信息是燃氣行業遠程抄表系統的焦點問題。本文介紹以UNIX系統及INTERNET為平臺，開發的SCHX遠程抄表監控系統在燃氣行業的成功應用，對其系統結構、功能、設計及實現技術進行了討論，并對燃氣行業遠程抄表監控系統進行了深入的研究。
本文關鍵字：UNIX系統、GPRS、無線數傳、INTERNET、遠程抄表監控系統
一、前言
目前，遠程抄表監控系統已廣泛應用在能源生產生活的各個領域，自來水、電力、燃氣行業都可以看到它的蹤影。這些遠程抄表監控系統大多是基于WINDOWS平臺上的無線手持、局部GPRS或者局部無線數傳、有線組網模式的遠程抄表監控系統。但這種形式存在著很多不足，首先基于WINDOWS平臺的系統在穩定性、安全性比較差。如果采用的是遠程無線手持這種半人工操作模式，其及時性、可操作性、數據可靠性也不高而且受樓層高低、環境、人為影響的因素很大；其次是施工難度大、施工成本較高；再其次是系統的維護、升級、可擴展性差；另外管理單位不能通過INTERNET遠程監控和數據采集。正由于存在成本偏高和技術障礙，使遠程抄表監控系統在推廣應用中遇到一些難題。
四川恒芯科技有限公司在GPRS業務的基礎上，結合無線數傳組網方式，以UNIX系統及INTERNET平臺，采用磁敏自保持開關式傳感技術、RS-485總線方式研制的SCHX遠程抄表監控系統，可以較為圓滿的解決上述問題。首先GPRS系統費用較低。GPRS建立鏈路以后，相當于專線直接接入因特網，利用TCP/IP協議，數據可靠而且穩定。同時系統采用INTERNET技術可以實現遠程的監控和采集。而且信息管理中心的服務器只需要是普通的接入因特網的基于UNIX系統的主機，大大節省了服務器端的開銷和系統的穩定性、可靠性、安全性。
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分組無線業務的簡稱，是一種以全球手機系統（GSM）為基礎的數據傳輸技術。GPRS網不但具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速度快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等優點，支持TCP/IP協議，無需經過PSTN（公用電話交換網）等網絡的轉接，可直接與Internet網互通。因此GPRS業務在遠程測試、環境監測、交通監控、移動辦公等行業中具有無可比擬的性價比優勢。
UNIX操作系統以穩定、可靠和開放的特性，使其成為企業關鍵性業務的主要系統平臺，遍布銀行、保險、郵電、稅務、鐵道、海關、水利、教育、政府、零售業、制造等各個行業。近年來，隨著廣大客戶, 尤其是關鍵領域的關鍵應用客戶對系統可用性要求的不斷提高，采用 UNIX上真正高可用性解決方案，也就變得越來越重要和迫切。燃氣行業也不例外，因此，SCHX遠程抄表監控系統結合燃氣行業客戶對系統的實際需求，在 UNIX平臺上開發出了遠程抄表監控系統，并且在燃氣領域得到廣泛的應用。
二、SCHX遠程抄表監控系統設計實現方案
SCHX遠程抄表監控系統主要應用于燃氣行業，系統以UNIX系統及INTERNET為平臺，采用多層架構分布實現。其組成主要包括：遠傳表、采集器、采集終端、集中器、遠程通信模塊和基于UNIX系統及INTERNET為平臺的數據通信監控采集中心。
１、 系統結構示意圖如下：
２、終端硬件設計
系統采用磁敏自保持開關式傳感技術，將天然氣基表的機械傳動式計數轉換成脈沖輸出，采集器通過對脈沖計數而達到燃氣消費的計量。
采集終端通過RS-485總線方式和各采集器連接，向采集器發布控制命令和采集遠傳表的用氣數據。
集中器以無線數傳方式與各采集終端連接，作為監控中心和采集器通信的中繼設備。采集終端接收監控中心的控制命令，又把收集的數據和命令執行結果返回到監控中心。
遠程通信模塊主要包含GPRS無線模塊、SIM卡和串口模塊三部分
３、終端軟件設計
數據終端必須具備以下基本功能：自動登錄GPRS網絡，自動向數據中心注冊，進行數據傳輸。脈沖計數、接受監控中心指令并執行相應的操作、傳輸和校驗遠程表的數據。
４、傳輸數據
系統考慮施工的難度、系統的穩定、組網建設成本等問題。采用無線數傳組網和GPRS網絡相結合的模式。系統在采集終端和集中器之間采用無線數傳組網的模式，集中器和監控中心采用GPRS通訊的模式。由于GPRS支持TCP/IP協議，所以通過收發IP數據包來傳送數據，此時，終端系統向GGSN發送的所有包含IP報文的PPP報文都會被傳送給Internet網中相應的IP地址，從而完成終端系統向遠程監控中心通過互聯網傳輸數據的過程。
５、電源設計
由于采集終端是需要帶電工作的，為了保證在長時間內停電情況下工作，系統必須解決電源供給問題。系統采用UPS電源模式，即使在停電情況下也可以保證采集器的正常工作，不影響系統的數據采集過程，保證系統的穩定運行。
６、監控采集中心設計
監控中心作為數據主控中心，以INTERNET為平臺，以移動數據通信（GPRS）的方式與各集中器連接。除了用戶抄表外，還包括校時、校表、開閥、關閥、監控、報警等，均可在有互聯網接入的地方實現遠程操作。
三、SCHX遠程抄表監控系統的特點
1、采集終端與采集器采用RS-485總線，是當前遠程控制的最佳模式之一，它比電力載波通信和無線數傳成本低，而且要可靠得多；與M-BUS總線相比，它也有供電容易的優點，只要5V供電就行了，而M-BUS需要12V供電。
2、 采集終端與集中器之間采用無線數傳方式，這也是SCHX遠程抄表監控系統較之其它抄表系統的一個特點。作為一個居民小區，在一個樓宇之間布線，要么地下管道布線，要么空中架線，施工難度和美觀都不允許工程采用這樣的方案。SCHX遠程抄表監控系統采用無線數傳，使各樓宇之間完成了通信，無線數傳可視距離1000米，在有障礙物阻隔的情況下，也可達300米左右，其誤碼率小于1‰。
3、 集中器與監控中心通信采用GPRS方式，GPRS是近兩年才開始應用，而且是成熟的無線數據通信技術，它具有低成本、高可靠、免維護的特點，有著很強的生命力。但真正應用于遠程抄表監控系統的還不是很多。
4 、軟件系統的可靠與否，是決定遠程抄表監控系統的成敗的關鍵因素。率先將FreeBSD這種先進的堅如磐石的開源UNIX系統及INTERNET應用于天然氣行業的遠程抄表監控，后臺數據庫系統也采用了最強大的開源數據庫PostgreSQL。開源平臺的應用一直是我國政府所大力支持的：不受制于他人，系統安全、穩定可控、成本低廉。SCHX遠程抄表監控系統，服務器端程序完全在FreeBSD下實現。為滿足遠程抄表監控系統在高效性、穩定性、可靠性的特殊要求，開發了基于PostgreSQL的數據庫連接池、多進程調度程序、線程池等。
四、實現過程中的難點
1、系統實現的一個難點是登錄GGSN的過程，即終端系統登錄GPRS網關（GGSN）并與網關通過LCP，PAP，IPCP協議進行協商的過程
2、采集器及遠傳表的實現，系統要求遠程表和采集器在性能上必須準確、穩定、可靠。這個過程是整個系統的關鍵和核心問題。
3、系統組網模式，這里直接關系到系統的穩定性和施工建設成本問題。
4、整個系統的連貫性、閉合性、可維護性及通訊的穩定性。
５、保證停電時采集器的延續工作和正常運行。
６、能夠大范圍、多點位、高效率的進行遠程數據采集和控制。
五、 結束語
遠程抄表監控系統在電力系統、燃氣、自來水領域有著非常重要的作用，采用無線數傳和GPRS相結合的組網技術，采用UNIX系統及INTERNET平臺保證了整個系統的實時性、穩定性、可靠性、安全性、可維護性、進一步促進了遠程抄表監控系統的智能化和信息化。
SCHX遠程抄表監控系統使用的網絡模式及通信平臺，經過實踐考核，是一種最優的方案之一，工程施工容易，抄表及控制穩定可靠。水表、電表 只改換采集器即可，可納入同一系統的通信平臺，完成三表集抄和監控。
對于國內特大城市，對于高層建筑來說，布線工程難度加大，最好的辦法還是采用電力載波方式，但通信質量會受到一定程度影響，成本也有所增加。近幾年國外很多大的IC制造商都在積極尋求新的電力載波方案，以突破通信瓶頸，而且目前已有較好的IC投入市場并進入應用領域，性價比將會得到明顯地改善。
隨著全社會經濟的發展，人民生活水平的提高和技術的進步，遠程抄表監控系統必將很快普及，更好地為全社會服務。
參考文獻
[1] 韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化.機械工業出飯社.2004年`2月
[2] 黃智偉.單片無線收發集成電路原理與應用.人民郵電出版社.2005年9月
[3] 何立民. 單片機應用系統設計.北京航空航天大學出版社.1990年1月.
［4］胡漢才.單片機原理與接口技術.清華大學出飯社.1996年7月.
［5］(美)ChristoPer Y.Metz著.吳靖.IP交換技術協議與體系結構.機械工業出飯社.1999年`11月.
［6］(美)Bruce Molay 著.楊宋源，黃海濤編譯.UNIX/LINUX編程實踐教程.清華大學出飯社.2004年10月.
本文關鍵字：UNIX系統、GPRS、無線數傳、INTERNET、遠程抄表監控系統
一、前言
目前，遠程抄表監控系統已廣泛應用在能源生產生活的各個領域，自來水、電力、燃氣行業都可以看到它的蹤影。這些遠程抄表監控系統大多是基于WINDOWS平臺上的無線手持、局部GPRS或者局部無線數傳、有線組網模式的遠程抄表監控系統。但這種形式存在著很多不足，首先基于WINDOWS平臺的系統在穩定性、安全性比較差。如果采用的是遠程無線手持這種半人工操作模式，其及時性、可操作性、數據可靠性也不高而且受樓層高低、環境、人為影響的因素很大；其次是施工難度大、施工成本較高；再其次是系統的維護、升級、可擴展性差；另外管理單位不能通過INTERNET遠程監控和數據采集。正由于存在成本偏高和技術障礙，使遠程抄表監控系統在推廣應用中遇到一些難題。
四川恒芯科技有限公司在GPRS業務的基礎上，結合無線數傳組網方式，以UNIX系統及INTERNET平臺，采用磁敏自保持開關式傳感技術、RS-485總線方式研制的SCHX遠程抄表監控系統，可以較為圓滿的解決上述問題。首先GPRS系統費用較低。GPRS建立鏈路以后，相當于專線直接接入因特網，利用TCP/IP協議，數據可靠而且穩定。同時系統采用INTERNET技術可以實現遠程的監控和采集。而且信息管理中心的服務器只需要是普通的接入因特網的基于UNIX系統的主機，大大節省了服務器端的開銷和系統的穩定性、可靠性、安全性。
GPRS（GeneralPacketRadioService）是通用分組無線業務的簡稱，是一種以全球手機系統（GSM）為基礎的數據傳輸技術。GPRS網不但具有覆蓋范圍廣、數據傳輸速度快、通信質量高、永遠在線和按流量計費等優點，支持TCP/IP協議，無需經過PSTN（公用電話交換網）等網絡的轉接，可直接與Internet網互通。因此GPRS業務在遠程測試、環境監測、交通監控、移動辦公等行業中具有無可比擬的性價比優勢。
UNIX操作系統以穩定、可靠和開放的特性，使其成為企業關鍵性業務的主要系統平臺，遍布銀行、保險、郵電、稅務、鐵道、海關、水利、教育、政府、零售業、制造等各個行業。近年來，隨著廣大客戶, 尤其是關鍵領域的關鍵應用客戶對系統可用性要求的不斷提高，采用 UNIX上真正高可用性解決方案，也就變得越來越重要和迫切。燃氣行業也不例外，因此，SCHX遠程抄表監控系統結合燃氣行業客戶對系統的實際需求，在 UNIX平臺上開發出了遠程抄表監控系統，并且在燃氣領域得到廣泛的應用。
二、SCHX遠程抄表監控系統設計實現方案
SCHX遠程抄表監控系統主要應用于燃氣行業，系統以UNIX系統及INTERNET為平臺，采用多層架構分布實現。其組成主要包括：遠傳表、采集器、采集終端、集中器、遠程通信模塊和基于UNIX系統及INTERNET為平臺的數據通信監控采集中心。
１、 系統結構示意圖如下：
２、終端硬件設計
系統采用磁敏自保持開關式傳感技術，將天然氣基表的機械傳動式計數轉換成脈沖輸出，采集器通過對脈沖計數而達到燃氣消費的計量。
采集終端通過RS-485總線方式和各采集器連接，向采集器發布控制命令和采集遠傳表的用氣數據。
集中器以無線數傳方式與各采集終端連接，作為監控中心和采集器通信的中繼設備。采集終端接收監控中心的控制命令，又把收集的數據和命令執行結果返回到監控中心。
遠程通信模塊主要包含GPRS無線模塊、SIM卡和串口模塊三部分
３、終端軟件設計
數據終端必須具備以下基本功能：自動登錄GPRS網絡，自動向數據中心注冊，進行數據傳輸。脈沖計數、接受監控中心指令并執行相應的操作、傳輸和校驗遠程表的數據。
４、傳輸數據
系統考慮施工的難度、系統的穩定、組網建設成本等問題。采用無線數傳組網和GPRS網絡相結合的模式。系統在采集終端和集中器之間采用無線數傳組網的模式，集中器和監控中心采用GPRS通訊的模式。由于GPRS支持TCP/IP協議，所以通過收發IP數據包來傳送數據，此時，終端系統向GGSN發送的所有包含IP報文的PPP報文都會被傳送給Internet網中相應的IP地址，從而完成終端系統向遠程監控中心通過互聯網傳輸數據的過程。
５、電源設計
由于采集終端是需要帶電工作的，為了保證在長時間內停電情況下工作，系統必須解決電源供給問題。系統采用UPS電源模式，即使在停電情況下也可以保證采集器的正常工作，不影響系統的數據采集過程，保證系統的穩定運行。
６、監控采集中心設計
監控中心作為數據主控中心，以INTERNET為平臺，以移動數據通信（GPRS）的方式與各集中器連接。除了用戶抄表外，還包括校時、校表、開閥、關閥、監控、報警等，均可在有互聯網接入的地方實現遠程操作。
三、SCHX遠程抄表監控系統的特點
1、采集終端與采集器采用RS-485總線，是當前遠程控制的最佳模式之一，它比電力載波通信和無線數傳成本低，而且要可靠得多；與M-BUS總線相比，它也有供電容易的優點，只要5V供電就行了，而M-BUS需要12V供電。
2、 采集終端與集中器之間采用無線數傳方式，這也是SCHX遠程抄表監控系統較之其它抄表系統的一個特點。作為一個居民小區，在一個樓宇之間布線，要么地下管道布線，要么空中架線，施工難度和美觀都不允許工程采用這樣的方案。SCHX遠程抄表監控系統采用無線數傳，使各樓宇之間完成了通信，無線數傳可視距離1000米，在有障礙物阻隔的情況下，也可達300米左右，其誤碼率小于1‰。
3、 集中器與監控中心通信采用GPRS方式，GPRS是近兩年才開始應用，而且是成熟的無線數據通信技術，它具有低成本、高可靠、免維護的特點，有著很強的生命力。但真正應用于遠程抄表監控系統的還不是很多。
4 、軟件系統的可靠與否，是決定遠程抄表監控系統的成敗的關鍵因素。率先將FreeBSD這種先進的堅如磐石的開源UNIX系統及INTERNET應用于天然氣行業的遠程抄表監控，后臺數據庫系統也采用了最強大的開源數據庫PostgreSQL。開源平臺的應用一直是我國政府所大力支持的：不受制于他人，系統安全、穩定可控、成本低廉。SCHX遠程抄表監控系統，服務器端程序完全在FreeBSD下實現。為滿足遠程抄表監控系統在高效性、穩定性、可靠性的特殊要求，開發了基于PostgreSQL的數據庫連接池、多進程調度程序、線程池等。
四、實現過程中的難點
1、系統實現的一個難點是登錄GGSN的過程，即終端系統登錄GPRS網關（GGSN）并與網關通過LCP，PAP，IPCP協議進行協商的過程
2、采集器及遠傳表的實現，系統要求遠程表和采集器在性能上必須準確、穩定、可靠。這個過程是整個系統的關鍵和核心問題。
3、系統組網模式，這里直接關系到系統的穩定性和施工建設成本問題。
4、整個系統的連貫性、閉合性、可維護性及通訊的穩定性。
５、保證停電時采集器的延續工作和正常運行。
６、能夠大范圍、多點位、高效率的進行遠程數據采集和控制。
五、 結束語
遠程抄表監控系統在電力系統、燃氣、自來水領域有著非常重要的作用，采用無線數傳和GPRS相結合的組網技術，采用UNIX系統及INTERNET平臺保證了整個系統的實時性、穩定性、可靠性、安全性、可維護性、進一步促進了遠程抄表監控系統的智能化和信息化。
SCHX遠程抄表監控系統使用的網絡模式及通信平臺，經過實踐考核，是一種最優的方案之一，工程施工容易，抄表及控制穩定可靠。水表、電表 只改換采集器即可，可納入同一系統的通信平臺，完成三表集抄和監控。
對于國內特大城市，對于高層建筑來說，布線工程難度加大，最好的辦法還是采用電力載波方式，但通信質量會受到一定程度影響，成本也有所增加。近幾年國外很多大的IC制造商都在積極尋求新的電力載波方案，以突破通信瓶頸，而且目前已有較好的IC投入市場并進入應用領域，性價比將會得到明顯地改善。
隨著全社會經濟的發展，人民生活水平的提高和技術的進步，遠程抄表監控系統必將很快普及，更好地為全社會服務。
參考文獻
[1] 韓斌杰.GPRS原理及其網絡優化.機械工業出飯社.2004年`2月
[2] 黃智偉.單片無線收發集成電路原理與應用.人民郵電出版社.2005年9月
[3] 何立民. 單片機應用系統設計.北京航空航天大學出版社.1990年1月.
［4］胡漢才.單片機原理與接口技術.清華大學出飯社.1996年7月.
［5］(美)ChristoPer Y.Metz著.吳靖.IP交換技術協議與體系結構.機械工業出飯社.1999年`11月.
［6］(美)Bruce Molay 著.楊宋源，黃海濤編譯.UNIX/LINUX編程實踐教程.清華大學出飯社.2004年10月.
