基于物联网的GPRS远传IC卡表系统

马丹松

摘 要：以物联网为基础，在其之上研发出与远程抄表相关的管理系统：IC卡膜式燃气表远程抄表管理系统，介绍该系统从设计初期，研发，协议的确定到实现的全部过程。同时结合模块图，流程图，数据库截图及实际系统的用户界面与操作，展示了当下顺应互联网的高速发展，物联网管理硬件设备的一个趋势和实现过程。大同小异的技术实现会让物联网的运用更深入到企业的发展中去，为企业产品的销售，维护，管理注入新的活力，也能让产品得到前沿管理系统的配套，增强产品竞争力。

关键词：物联网；JAVA WEB；远程抄表

1.引言

1.1本课题开发的背景

传统燃气表为默认安装模式，燃气公司按月或按季派专人负责上门检表，抄取表读数。小区有很多楼，楼又存在多单元，逐一上门实地抄取燃气表读数，人力投入巨大，且时间成本也很高，为了改善传统燃气行业模式，产生了IC卡预付费表。

新表的产生不仅改善了传统先使用，后付费的收费模式，也减小了人力和时间成本。用户主动到燃气公司购买气量充入IC卡，回家中把IC中存在的气量信息充入到表具中去而后使用，在表内剩余气量使用完后，表会自动关阀。迫使用户提前到燃气公司购买下一阶段预计的用量，变为先购买，后使用的新模式。但是在使用过程当中，也存在诸多问题，给用户和燃气公司带来了一定程度上的损失，且IC卡作为载体，存在诸多问题。IC卡表在国内市场的出现也存在了一定时间，为了改变IC卡表现阶段的问题，遂GPRS远传表应运而生。

1.2本课题要达到的目标

通过对GPRS远传表管理系统的设计，窥探当下物联网发展的总体模式，物到物的操作好处以及弊端。同时也从系统到表通讯的实现过程，操作过程，细化信息传输的途径及设计方案，从而最终达到更好，更合理科学的运用物联网软件的目的。

2.系统设计

2.1开发技术及工具

系统主要设计功能分支：

语言：JAVA

IC卡读写库：jna、jnative、DR_Soft.dll（第三方动态库）

通讯： Socket通讯、通讯协议

硬件： DTU、集中器、信号采集器、终端智能GPRS燃气表

2.2系统功能模块

1.上位机管理系统及数据库

2.中间的通讯传输部分 DTU+集中器+采集器

3.用户家中的智能燃气表

在实际操作过程当中，首先由上位机针对某个小区某个用户家里的燃气表发送一条命令，如关阀，后上位机在数据库中找到该燃气表的上级DTU，集中器，采集器号码，根据这些唯一的特征码，进行定向有针对性的通讯，通过互联网，将命令按照事先已经确定好的通讯协议转换整理，发送出去。

DTU内藏手机SIM卡，实现了GPRS功能，能够全天无线远程存在于网络上 ，当接收到了服务器发来的操作命令后，按照协议开始解析所接收到的信息。从协议中可以获取DTU下设的集中器号，集中器下的用户表号，具体命令号，根绝这些内容再进行针对性的传输，最后达到远程操作的目的。操作完成后，会向服务器返回执行特征码，全过程缩短到15秒以内。

GPRS远传表特点是无需抄表人员登门，燃气公司直接在网上便可对表具进行读数操作，实时的获取用户数据.表中GPRS模块，可模拟电話信号远程与服务器对应控制程序相连接.

3.开发过程涉及实际问题详述

3.1JAVA驱动硬件读卡器写卡

传统客户端模式（C/S架构）程序，使用VB，VC技术编写，其中含有特定的方式可以直接使用第三方厂家提供的读卡器驱动程序文件，JAVA则没有直接使用动态库的方式。但为何使用JAVA语言来开发上位机系统则是因为JAVA是网页，网站，WEB程序的基础，是顺应当下流行趋势的成熟技术，通过网页就可以对表端进行管理，技术先进性优于VB，VC且界面以及用户体验也会更好。

JAVA来调用驱动程序，涉及JAVA中的类库及第三方提供的动态库文件。首先，要对动态库有深入了解，动态库文件是第三方厂家为方便用户二次开发把与硬件相联系的所有方法代码封装到一个文件中的集合。通过对集合的使用，我们虽然不知道代码，但是我们知道从这个“门”进去，可以实现我们想要进入房间的这件事。

其次，使用现阶段成熟的JNA技术，间接和动态库建立联系。JNA可以将动态库文件加载到内存中，加载后JAVA底层通过对JNA建立的内存文件进行访问，实现动态库中功能。

3.2通讯协议

实现通过电脑对用户家燃气表进行管理，则会有网络通讯的环节。一个安全，高校，稳定，健全的通讯规则是应对各种突发事件的基础。表具生产单位的研发力量不可能也不允许独自指定通讯协议，通讯协议通常涉及到表端，集中器，DTU多个厂家。DTU，集中器厂家提供了现成的产品和使用规则，我们则需要将小区接收端的程序和协议烧录进DTU与集中器中，为我们所用。所以协议经过协商，与某高校分院研究所合作，共同制定了协议。

3.3集中器下所挂表具数量的分配和实际集中器的应用

远端用户小区所必须具备的设备是DTU和集中器，一个DTU下可以设置多个集中器，而每个集中器下面，则可以设置1～300台左右数量的用户无线燃气表。为考虑信号稳定及负载的关系，按照小区单元来分布集中器，一个集中器只对应一个单元，方便管理的同时也便于编号维护。

DTU与集中器采用有线通讯方式，集中器和用户家中表具，采用短程无线通信方式。集中器与表具通讯，则是根据表具中的无线模块厂商提供的通讯协议和规则另行确定协议与通讯方式。短无线通讯与GPRS方式相比较为简单和单一，传输难度小。

3.4通讯协议的调试

调试的过程当中，不能按照全套设备上线的模式完整调试，为了测试效率，采用了确定某个固定号码的DTU和集中器进行，同时集中下只挂了8个单片机焊板模拟表具。为了能更好的模拟发送接收信号，在集中器程序还没有烧录前，用电脑跑集中器的测试程序，来模拟集中器进行测试。而后上位机程序也没有完全固定写死，为了通讯协议和集中器程序的完整性，测试的同时做修改，都用电脑相互传输来模拟，也为测试抗干扰性提供了机会，最终经过了多次的修改以确定。

4.GPRS远传表上位机系统

上位机系统的用户开卡录入主界面：

上位机系统实现了IC卡收费管理和无线远程表具管理两部分的管理功能，这种模式仍然存诸多的问题，比如需要稳定网络环境，需要稳定服务器及保持小区集中器，DTU部分的畅通性，比如要确保用户家中的只能燃气表具电源充足。

物联网的实际就是物到物通过网络连通方式进行管理，物到物的过程当中就不可或缺通讯和通讯协议，且数据也需要一定的存储环境，根据这种模式我们可以推出当下的物联网模式一般为：

远程控制端： 服务器、控制器、数据库存储

通讯端： 通讯协议、稳定网络

物端： 燃气表、家电、仪器、监控、传感器等

这种模式让电脑把诸多设备的控制功能集于一身，实现了远端智能控制，或根据一定规则进行自我的日常运行，见减小了人为成本和看护的财力物力，同时稳定的网络条件也显得尤为重要。通过智能使用网络，最终实现了改变人们生活方式，提高生活节奏的一个目的。物联网具有很大的实用性，但是在运用的过程当中会涉及到网络领域，硬件领域比较专业的问题，合理科学的解决这些问题，才是一个企业产品竞争力得以提升，企业研发得以成绩的一个重点。

参考文献

[1] 张铁男，罗晓梅.《产业链分析及战略环节的确定研究》，2005.

[2] 刘贵富，赵英才.《产业链基本理论研究》，2006.