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小区智能抄表系统
摘要：本文提供了一种基于WCTU无线传输的功能特性，进行对水、电、气仪表进行远程抄送、仪表控制、故障报警的系统设计和实现方法，简要介绍了通过WCTU的无线传输技术的实现原理，描述了WCTU无线传输应用于小区智能仪表的实现方法。通过现场实施和应用，取得了减少人力物力的效果，节约了企业的生产成本，提高了企业的生产效率。
关键词：WCTU、INTERNET、仪表、无线传输；
一、概述
随着工业自动化的发展，水、电、气各个供应部门对智能抄表工程改造的推进。原有的人工现场手动抄表，照成了企业日益增长的人员费用开支压力，越来越不适合如今的社会发展。在很多需要实时监测的设备或者必须无人值守的监测点，在一些不适合搭建有线通讯网络地点，若采用光纤（宽带）或电台的方式实现无线通讯，不仅设备投入耗资巨大、布线麻烦，而且不适应移动的需要。随着相关计算机网络及自动化技术的发展和进步，通过现有的网络，智能化的从远端把需要的数据采集到一起并对设备进行控制。集中抄表、远程自动抄表逐渐成为供应公司节约开支、增强管理、提高效益的重要途径，现在日益成为了自动化管理和智能化控制不可缺少的组成部分。
随着新一代移动通讯业务的技术的发展和全面投入，无线移动数据通讯的应用也越来越广泛，流量费用的开销越来越低。安全的数据传输、永远在线、数据的实时性、传输速度快等特点，配合按流量收费的资费方式，使WCTU通讯在在远程抄表中发挥了具有无可比拟的性价比优势。使得远程抄表系统在工作可靠、数据准确、数据实时性、免维护、功耗等五大核心技术问题上取得了重大突破，使智能抄表系统真正进入了“实用阶段”！
本系统除了准确、实时抄表外，还提供了设备管理功能，对欠费用户进行短信提醒，并可以随时对智能仪表进行关闭等。再出现系统或者仪表出现异常时，可根据具体内容发短信给相关的管理人员，本系统提供丰富的接口，可与水、电、气系统进行二次开发。
二、WCTU简介
2.1什么是WCTU?
WCTU(Collect Transfer Unit)全称为数据采集控制传输单元，是专门用于将串口数据（232、485、422、TTL、AD接口）转换为IP数据或将IP数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。利用WCTU的IO脚输入跟输出高低电平功能，对设备进行远程控制跟实时监测设备异常并对异常信息进行报警功能。是厦门为那通信科技有限公司最新自主研发的综合DTU,RTU,及短信收发功能为一体的高性能工业级无线数据采集传输设备。WCTU简单说是一种工业级别无线传输、采集设备,主要用在各种行业无线数据采集中。该设备把终端数据通过串口把数据通过运营商的无线网络传输到服务端。
WCTU无线采集：主要方式是通过运营商基站网络提供上网，也就是移动，电信，联通（国内目前就这三家）。在WCTU设备里面插一张SIM/UIM卡（手机卡）来实现无线传输跟控制的功能，其实也就是跟手机上网差不多一样的原理。
2.2 WCTU工作过程描述
WCTU登陆运营商网络，然后进行PPP拨号。拨号成功后，WCTU将获得一个由运营商随机分配的内部IP地址。也就是说，WCTU处于运营商内网中，而且其内网IP地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。我们可以理解为WCTU这时是一个运营商内部局域网内的设备，通过移动运营商网关来实现与外部Internet公网的通信。这与局域网内的电脑通过网关访问外部网络的方式相似。
WCTU主动发起与数据中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。由于WCTU处于移动内网，而且IP地址不固定。因此，只能由WCTU主动连接数据中心，而不能由数据中心主动连接WCTU。这就要求数据中心具备固定的公网IP地址或固定的域名。数据中心的公网IP地址或固定的域名作为参数存储在WCTU内，以便WCTU一旦上电拨号成功，就可以主动连接到数据中心。
具体地讲，WCTU通过数据中心的IP地址（如果是采用中心域名的话，先通过中心域名解析出中心IP地址）以及端口号等参数，向数据中心发起TCP或UDP通信请求。在得到中心的响应后，WCTU即认为与中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，WCTU将立即重新与中心握手。
由于TCP/UDP通信连接已经建立，就可以进行数据双向通信了。对于WCTU来说，只要建立了与数据中心的双向通信，完成用户串口（IO）数据与网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据，WCTU就立即把串口（IO）数据封装在一个TCP/UDP包里，发送给数据中心。反之，当WCTU收到数据中心发来的TCP/UDP包时，从中取出数据内容，立即通过串口（IO）发送给用户设备。
WCTU还提供了IO短信报警功能跟短信修改WCTU的IO高低电平变化的功能。当WCTU的IO脚为输入报警状态时，当设备产生一个高低电平变化触发WCTU的IO，然后根据WCTU里面预设置的报警电话，把里面预设置好的报警内容发送到指定的手机上面，进行设备故障报警。当WCTU的IO脚为输出功能时，就是利用WCTU里面设置好的控制手机号码，然后通过指定的手机号码发送控制指令，对WCTU的IO脚进行高低电平的变化，以达到控制下位机设备的目的，短信修改IO高低电平也是跟短信报警同种原理。
2.3 WCTU采集的优势
WCTU通信方式更适合于野外与移动数据采集业务，目前还存在很多监测站与各采集点采用电话线传送数据或手工抄录，实时性差，费用也不便宜。WCTU无线传输数据有以下优势：
1．WCTU用户可随意分布和移动自己的网络点，无须担心线路的维护或有线在移机时导致的通讯中断。建设新的营业点无需进行拉线，埋线等工作。较光纤，或专线系统投资较少，设备安装方便。
2．安装价格比较低，与拉线埋线相比较WCTU其终端价格便宜很多。
3．仪器设备双向传输功能：在WCTU通过无线跟数据中心进行连接成功后，WCTU跟数采中心就可以进行双向传输。
4．WCTU能最好地支持频繁的、少量突发型数据业务，通信质量稳定可靠，永久在线。
5. 支持IO报警功能，当下位设备出现异常情况时，WCTU产生报警信息，及时联系相关人员处理，减少损失。
6. 支持短信控制、配置功能，相关管理人员可以实时的控制设备跟修改WCTU配置
7. 支持多种安全加密协议，WCTU支持AES、3DES、DES等加密方式，防止用户信息泄露。
8. 支持数据灯查看设备运行状态，不用电脑连接串口就可以一目了然的看到设备的运行状态
9. 支持远程在线升级，不用在担心由于设备需要升级而跑到现场操作，浪费人力物力，减少企业开支。
10. 支持双串口，在进行通信的时候还可以进行配置，不影响串口数据的传输，方便了设备的调试跟使用
11. 优化了485的通信功能，485同时收发串口数据不会出现数据乱码的现象。
三、WCTU硬件/软件特性
根据多年行业应用用户的使用和需求信息综合开发出来的一套实用性强，稳定性高，操作简易的无线采集通信模块。主要功能特性有：
软件
网络功能
通信协议
根据10年行业经验和用户需求自主开发通信协议：灵活多变，稳定可靠，安全性高，
网络制式
支持GSM/GPRS/CDMA/EVDO/WCDMA/TD-SCDMA等2G ,3G 网络制式
协议转换
支持Modbus RTU/TCP 协议转换，透明传输，支持主流组态软件驱动如：亚控，力控，紫金桥等，
安全可靠
数据加密
支持3种加密协议：AES，DES，3DES。 数据传输安全，防止数据传输中被窃取，监听，数据安全可靠。
管理与维护
短信配置
支持通信时，通过短信方式配置
网络配置
支持通信时，通过网络远程配置
硬件
接口
串口类型
接口丰富，支持RS232,RS485，TTL，RS422等多种通信方式；支持多路IO 输入输出或是AD 采集接口共用，可自定义设置任意单路或是多路接口定义。灵活多变，互不干扰。
本地配置
支持本地主备串口通信，主串口通信，备用串口配置。方便用户在不用切换通信模式，就能快速修改配置参数，不影响数据的正常传输。
指示灯
信号灯
可通过本地信号灯闪烁颜色，简易快速判断信号强度。
状态灯
可通过状态灯闪烁颜色，预警并有短信报警通知，直观方便用户快速了解设备运行状态及问题故障。
四、系统组成方案
系统的组成主要是前端采集仪器收集到仪表数据信息后，通过WCTU的方式把仪表数据发送到监控中心，前端设备的传输设备就是用了厦门为那通信自主研发的WCTU,进行传输的。WCTU与数采中心的连接总体上有两种方案：WCTU(XXX网络)+INTERNET（固定IP/动态IP）连接；WCTU(XXX网络)+APN专网；WCTU(XXX网络)+中心转发（固定IP/动态IP）。
4.1系统连接方案1
该系统结构是WCTU的无线传输功能，利用运营提供的移动网络信号，把串口接收的数据，通过无线网络的方式传输到网络中指定的公网IP上面。上位机软件在根据采集的数据进行分析跟组合，并显示在显示器上面，并存于采集中心的数据库中。在采集中心再搭建一个WEB服务器，可以让用户在任何可以上网的地方看到现场的实时采集数据的查看，并可以对现场的设备进行控制。根据WCTU的IO报警、控制特性，用户可以短信接收设备的工作状态，也可以通过手机短信的方式对设备进行控制。
4.2系统连接方案2
该系统结构是利用运营提供的移动内部网络信号（APN专网业务），把串口收集的数据，通过APN专网的方式传输到运营商提供的APN数据采集服务器。上位机软件在根据采集的数据进行分析，并通过显示器显示，并存于采集中心的数据库中，以方便查询。
4.3系统连接方案3
该系统是为了解决，那些由于没有公网IP或者没有APN专网用户设计的一种连接方式，由于数据采集电脑没有公网IP(APN专网)，导致WCTU无法直接找到采集电脑，并进行传输数据，为了解决这个方面的问题，我们使用了中心转发机制，首先WCTU连接到中心转发服务器，客户采集电脑也连接到中心转发服务器，客户采集电脑需要任何数据可以从转发服务器进行请求，也可以设置成实时传输的模式，进行数据的收集。根据WCTU的IO报警、控制特性，用户可以短信接收设备的工作状态，也可以通过手机短信的方式对设备进行控制。
五、系统功能
功能原理：
系统管理软件安装在物业管理中心，或者安装在各个区域的水、电、气的分公司。通过辖下的集中器随时调用采集终端内任一表计的数据并进行处理并通过WCTU跟中心进行联系，同时可以对系统内设备发出各项指令操作。计算机安装于物业管理中心内，或者安装在各个区域的水、电、气的分公司。通过抄表系统管理软件对整个系统进行自动抄表及管理。
5.1数据安全性
5.2自动抄表功能
5.3设备检测功能
设备检测功能的工作原理就是实时发送检测包，现场仪表对检测包进行回应，如果在规定的时间内收到回应表表示仪表工作正常，相反表示仪表仪出现异常。为了及时了解现场仪表的工作状态，防止仪表工作异常，对用户使用产生影响，导致日常生活出现困扰，以及出现企业的经济的损失。数据管理系统会对一直回应失败的设备进行统计，并打印出来，好安排工作人员去现场及时排查故障。
5.4电费管理功能
5.5设备管理功能
开箱告警、停电告警、短路告警、高温告警、过载告警、倾斜或移动报警、拆卸告警、设备工作异常告警等；控制对欠费用户进行拉闸限用的功能等。并提供数据保护功能，在停用48--72小时内仍可抄表和监控。本系统结合短信平台，在对欠费用户进行催缴的功能。对现场设备异常的告警功能，可根据具体内容发短信给相关的管理人员，并及时到现场处理问题。
六、设备
所需设备清单：
1、抄表管理软件
2、管理计算机
3、集中器
4、采集器
5、远传仪表
6、INTERNET环境
7、WCTU
8、报警模块
七、结论
远程自动抄表系统通过科技化、自动化手段，提高各个管理部门主动服务的能力和水平，及时处理可能出现的问题，加上自动抄表系统节约的人力物力能够帮助企业提高服务效率和服务内容，能够更好的实现与用户之间的和谐相处，为各个主管部门创造良好的社会形象和社会效益及其经济效益。
