智能电表管理系统文档格式.docx
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例如需要将众多的电表集中安放到一个专门的房间要占很大的空间，此外，其工程的复杂性及后续结构、电器的配置等费用也比较昂贵，同时仍需派专人催收电费。
鉴于以上有原因我们有必要开发出一种帮助物业管理人员管理智能电表的软件系统，可以完成的功能包括：
（1）发送串口通信数据操作硬件。
（2）读取硬件接口返回的数据。
（3）读取数据库，将信息显示至操作界面。
（4）对用户的用电额度进行多条件选择查询。
（5）对操作员编辑完成的数据，准确的写入数据库。
（6）对使用电表系统的用户进行权限管理。
本系统主要使用C#语言在MicrosoftVisualStudio2005集成开发平台上编程实现，智能电表系统的业务数据主要由SQLServer2005数据库存储以保证其安全性，系统的总体界面尽量具有美观性、人性化、简洁性，由系统维护的数据库在操作过程中也尽量做到安全可靠。
1.2技术背景
伴随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善，电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程：
由最初的感应电能表，发展到后来的感应系脉冲电能表，直到现在的纯电子式电能表。
随着计算机技术、通信技术、网络技术和控制技术的交叉和综合发展，人们进入了高度发达的信息时代。
现代化的电能管理模式，需要访问电能表的很多信息，同时决策还要与电能表进行双向通讯。
由于数字型电能表是以微处理器为核心，所以功能容易扩展，容易和配电自动化系统集成，所以数字型电能表有取代传统感应式电表的趋势。
（1）电能表的历史及发展趋势
作为测量电能的专用仪表电能表，自诞生至今已经有一百多年的历史。
随着电力系统及其相关产业的发展以及电能管理系统的不断完善，电能表的结构和性能也经历了不断更新、优化的发展过程：
最初的感应电能表，发展到后来的感应脉冲电能表，直至现在的纯电子式电能表。
感应式电能表是利用处于交变磁场的金属圆盘中的感应电流与有关磁场形成力的原理制成的。
感应脉冲电能表仍然采用感应式电能表的测量机构作为工作元件，有光电传感器完成电能脉冲转换，然后经电子电路对脉冲进行处理，从而实现对电能的测量。
纯电子式电能表的原理是采用电子电路对脉冲进行处理，从而实现对电能的测量。
纯电子式电能表的原理是采用电子电路来实现电能计量，所以电子式电能表的共同特点是采用乘法器，更具所依托的乘法器为模拟的还是数字的可分为模拟乘法器型电子电能表和数字乘法器型电子电能表。
感应式电能表已经完成它的历史使命。
因为感应式电能表有着无法克服的缺陷。
首先，机械磨损是感应式电能表无法克服的缺陷，磨损的后果是表越走越慢。
其次，偷窃电现象严重：
感应式电能表由于电流、电压接线端子外露，很容易采用改接线或倒表手段进行偷窃电，这是包括我国在内的发展中国家普遍存在的严重问题。
再次，抄表方式单一落后：
感应式电能表采用的是人工登门手工抄表，抄表人员要走家串户上楼、下楼，这种原始的查表方法不仅造成了人力、物力的浪费，而且在查表时会打扰居民的正常生活，甚至给居民带来安全隐患，这与现代化用电管理极不适应。
未来电能表有以下几个发展趋势：
1.电子式电能表全面替代感应表
电子式电能表之所以能取代感应表而成为市场的宠儿，有诸多的优势：
（1）可靠性：
精度长时间不变、无须轮校、无安装、运输影响等;
（2）准确度：
宽量程、宽功率因数、启动灵敏、防潜可靠等；
（3）功能：
可实行集中抄表、多费率、预付费、防窃电、多功能等；
（4）性价比：
性价比高、可预留扩展功能、受原材料涨价影响小等。
2.液晶显示器加速替代字轮计度器
液晶显示器之所以能获得越来越多的客户的认可，主要是因为：
（1）液晶显示器的可靠性和寿命得到行业的普遍认可；
（2）液晶显示器能显示更多信息（汉子提示、多排显示等）；
（3）集中抄表数据和人工读表数据的一致性要求；
（4）液晶显示器功耗低，可以停电时显示；
（5）液晶显示器在黑暗中还可以采用背光显示。
3.防窃电要求进一步加强
随着窃电方式的更加多样化和隐蔽化，对电能表防窃电的要求也越来越高，机械表对此已越来越力不从心，电子式电能表则表现出强大的优势。
目前窃电的主要方式有：
干扰计量元件，更改接线方式，打开表盖更改为内部线路或数据等。
4.具有通信接口尤其是RS485接口成为趋势
随着抄表到户的逐步实施以及电力部门的体制改革，自动抄表成为用户强烈的需求，因此越来越多地要求电表配备通信接口。
电表配备RS485接口具有成熟和性价比的优势，适合未来采用更新、更好的通信技术，因此成为用户目前较为理想的选择而逐步成为标准配置。
（2）抄表方式的现状及其特点
目前，国内抄表方式有人工抄表、有线远程抄表、无线远程抄表。
人工抄表模式有产品生产和运行成本低的优点，但是也有很难以克服的缺点：
①由于人为因素的存在，抄表质量难以保证。
②不利于大批量数据处理，需要人工输入和校验，增加电力部门人员编制。
③入户抄表难度大，而且需要抄表人员爬楼，增加抄表人员的工作量。
无线抄表模式是指采用无线通信方式来实现远程抄表的方式。
主要有以下两种实现方式：
一种方式是大功率无线传输，利用固有的无线服务运营商的网络：
如GSM、GPRS、CDMA网等实现远程抄表，该方式使用范围广，通信成功率高，无需额外申请频段。
另一种方式是手持无线超标装置或车载无线抄表装置，属于小功率无线传输，这种方式必须首先向有关部门申请频段，且信号只能在一定的范围内有效，抄表范围较小如一个生活小区。
用无线自动抄表技术，不仅能节约人力资源，更重要的是可提高抄表的准确性、实时性，使管理部门能即时准确获得数据信息。
但是，无线抄表技术投入巨大，在短时间难以取得明显的经济效益。
有线抄表模式可以分为以下几类：
1.基于有线电视宽带的自动抄表
它是将用户的用电数据通过特殊的电视信号，将之转换为能在有线网上传输的信号，然后进行解调，达到信息通信的目的。
但在硬件实现上存在较大难度、可行性差，有待理论和技术上进一步的突破。
2.基于电力载波的远程抄表
基于电力线载波的远程抄表技术以低压电力线为通信媒介，用户终端的用电数据与集中器之间的通信通过电力线载波技术来完成。
3.基于总线技术的远程抄表
①基于RS485总线技术的远程抄表
用户的电能表通过总线与集中器连接，一个小区安装一个或多个集中器进行数据采集，数据采集一次性抄读成功率及可靠性较高。
②基于LONWORKS技术的远程抄表
LONWORKS网络是通过一种或多种通信媒体相互连接的智能化设备或节点构成的，具有开放的技术标准、较好的互换性及可构造性和优良的可靠性。
这种抄表方式的核心是芯片Neuron，通过该芯片来完成数据的采集、处理以及与上位机的通信等等。
（3）软件系统架构C#语言
C#是一种精确、简单、类型安全、面向对象的语言。
说到C#，就不得不先得简单介绍一下.net。
到底什么是.net呢：
按照微软的定义为：
.net代表一个集合，一个环境，它可以作为平台支持下一代Internet的可编程结构。
C#是.net的代表语言。
1.首先，它完全支持面向对象。
2.支持分布式，之所以有C#是因为微软相信分布式应用程序是未来的趋势，即处理过程分布在客户机和服务器上。
所以C#一出生就注定了能很好解决分布式问题。
3.跟Java类似，C#代码经过编译后，成为了一种IL（中间语言）。
在运行时，再把IL编译为平台专用的代码。
4.健壮，C#在检查程序错误和编译与运行时错误一点也不逊于Java，C#也用了自动管理内存机制。
5.C#不像Java那样完全摒弃了指针和手动内存管理。
C#默认情况下是不能使用指针的，程序员在有必要时可以打开指针来使用。
这样可以保证编程的灵活性。
6.安全性：
C#的安全性是由.net平台来提供的。
C#代码编译后成为IL语言。
是一种受控代码，.net提供类型安全检查等机制保证代码是安全的。
7.可移植性：
由于C#使用类似Java的中间语言机制。
使得C#也跟Java类似，可以很方便的移植到其他系统。
在运行时，再把中间代码编译为合适特定机器的代码。
8.解释性：
C#也是一种特殊的解释性语言。
9.高性能：
C#八代码编译成中间语言后，可以高效的执行程序。
10.多线程：
与Java类似，可以由一个主进程分出多个执行小任务的多线程。
11.在本系统中，由于C#语言有专门处理串口通信的SerialPort控件，以及连接数据库的SqlConnection控件，因此使得程序员的编程效率得到了很大的提升，这是.net平台为处理底层硬件平台所做的努力。
C#的强大时依赖于.net的发展，而.net的发展是看微软在.net上的决心和投入的多少。
C#目前主要是应用在网络编程上，其他领域比如数据库、窗体编程，都在逐渐增大。
（4）系统存储使用的数据库SQLServer2005
MicrosoftSQLServer2005是用于大规模联机事务处理、数据仓库和电子商务应用的数据库和数据分析平台。
SQLServer2005旨在帮助企业迎接这些挑战。
这个下一代数据管理和分析解决方案将给企业数据和分析应用程序带来增强的安全性、可伸缩性和可用性，使得它们更易于创建、部署和管理。
SQLServer2005基于SQLServer2000的强大功能之上，提供了一个完整的数据管理和分析解决方案，它将会给不同规模的组织带来帮助：
①构建、部署和管理企业应用程序，使其更加安全、伸缩性更强和更可靠。
降低开发和支持数据库应用程序的复杂性，实现了IT生产力的最大化。
能够在多个平台、应用程序和设备之间共享数据，更易于连接内部和外部系统。
在不牺牲性能、可用性、可伸缩性或安全性的前提下有效控制成本。
SQLServer2005在以下三个重要方面改善了我们的数据基础架构：
企业数据管理、开发人员效率和商业智能。
它在可接受的价格和许可费用以及升级到最新的SQLServer和WindowsServerSystem的途径方面也有新的突破。
在智能电表管理系统软件的制作过程中也是用到了SQLServer2005数据库系统提供的多个功能，并获益于数据库管理系统多项安全性支持，使得架构的应用系统的安全性更高，更有保障。
（5）专业知识
字节格式：
每个字节含8位二进制码，传输时加上一个起始位（0）、一个偶校验位和一个停止位
（1），共11位。
D0是字节的最低有效位，D7是字节的最高有效位。
先传低位。
后传高位。
帧格式：
帧是传送信息的基本单元。
帧格式如图1-1。
●帧起始符68H：
标识一帧信息的开始，其值为68H=01101000B.
●地址域A0~A5：
地址域由6个字节构成，每字节2位BCD码。
地址长度可达12位十进制数，可以为表号、资产号、用户号、设备号等。
具体使用可由用户自行决定。
当使用的地址码长度不足6字节时，用十六进制AAH补足6字节。
低地址位在先，高地址位在后。
当地址为999999999999H时，为广播地址。
●控制码C：
其中01表示读数据，04表示写数据，而控制码前面为0或是8表示方向。
●数据长度L：
L为数据域的字节数。
读数据时L<
200,写数据时L<
50，L=0表示无数据域。
●数据域DATA：
数据域包括数据标识和数据、密码等，其结构随控制码的功能而改变。
传输时发送方按字节进行加33H处理，接收方按字节进行减33H处理。
●校验码CS：
从帧起始符开始到校验码之前的所有各字节的模256的和，即各字节二进制算术和，不计超过256的溢出值。
●结束符16H：
标识一帧信息的结束，其值为16H=00010110B.
二、用户需求分析
2.1技术需求
本系统采用C#语言在MicrosoftVisualStudio2005集成开发平台上进行编程开发，并使用微软的SQLServer2005数据库存储数据以提高数据的安全性，在系统编写上具有可行性。
从经济经济方面看，本系统可以服务电厂，电费管理单位、小区物业部等，可以为企业节省人力开支。
从社会方面看，服务于大众，方便电表抄表人员工作，且可靠便捷。
2.2功能需求
系统外观：
管理系统界面简洁美观、易于使用，具有较强的人机交互性。
数据库管理：
所使用的数据库设计科学合理，能够根据数据库设计的范式要求对其进行关系规范化。
并且数据库设计的字段命名清晰，各个键值设置合理，易于后期的维护和管理。
用户信息管理：
能根据各具体要求将数据库内的信息读取至系统界面，并对其进行精确的管理与维护，主要包括：
（1）操作员信息管理，超级用户可以对使用该智能电表管理系统的用户信息进行准确编辑。
（2）电表信息管理，授权用户可以对住宅小区内安装智能电表的用户进行信息的查询与编辑。
（3）楼栋信息管理，授权用户可以对本小区内的楼房信息进行管理，对楼房的名称与楼层数量进行查询与编辑（4）用户用电信息记录查询，授权用户可以进入查询窗口查找各家电表各时段的电力计量信息，同时用户的查询支持多条件选择查询的灵活方式。
串口通信：
本系统主要是针对DDS1317-A型单相电子式电能表所进行的485集抄实现，其中通讯功能要求
（1）可通过PC机RS485通讯，完成编程设置和抄表。
（2）RS485接口与电表内部实行电气隔离。
（3）通讯规约参照DL/T645-1997规约实现。
使得管理系统具有基本的：
（a）.显示当前正向有功总电能。
（b）.查询电表地址。
（c）.通断电控制。
权限管理：
为了保证智能电表管理系统的安全性，需要对系统使用的用户赋予相应的使用权限。
数据库的超级用户账号和密码由服务器的系统管理员设定，数据库的一般用户账户号和权限由数据库管理员用户设定。
并且所有的操作人员进入系统前均应登陆自己的账号和密码，并通过权限管理的认证，所有操作人员均应规定相应的权限，任何越权的操作必须被拒绝。
所有的登陆成功与失败的记录均应有日志记录，除了用户管理的基本资料外，工作人员也应该根据自己的权限进行其他的数据查询与编辑。
三、概要设计
3.1系统的构成
选择基于C#语言开发的智能电表管理系统以及管理业务数据的SQLServer2005数据库系统，是立足于供电部门当前和未来发展的需要及电能消费者的需求，同时也顺应了当前软件开发中的大体趋势。
本系统界面使用流程如图3-1所示，系统共含有十个交互界面，分别负责各自特定的任务和功能，系统包含登陆界面、主控制界面、设置参数界面以及查询编辑信息界面。
3.2系统的主要功能及特点
1.本系统在程序编写上尽量做到了模块化编程使得各程序模块分工明确、运行独立，系统功能模块如图3-2所示，其主要功能有：
（1）操作员信息管理，管理员可以增删改使用系统的用户信息，保证信息的时效性。
（2）用户权限管理，较高权限的用户可以改变其他用户使用系统功能的范围，例如当一个新用户被增加进来，而且该用户只拥有收银员的权限，那么该用户就没有增删改数据库中信息的权限。
（3）电表信息管理，操作员可以对数据库内的电表信息进行查询操作、增删改电表相关信息操作。
（4）楼栋信息管理，系统管理员可以对小区楼栋的名称和楼层信息进行相应的编辑处理，为了保证数据库信息不受破坏，系统会对不具备删除或修改条件的楼栋给予提示。
（5）用户用电查询，具备查询权限的用户可以使用多种条件来查询用户用电信息，包括按表号、按用户姓名、按冻结日期、按楼栋号等多个条件查询。
（6）串口通信，系统可以发送串口通信数据操作硬件，使电表跳闸或合闸，同时系统可以读取硬件接口返回的数据，查询电表当前电量。
2.本系统有以下几大特点：
（1）较强的系统登陆验证功能，在数据库设计时规定了用户名是唯一标识符，保证了登陆系统的人员能够一人一个账号登陆，同时在用户名输入中规定了一些非数字与字母的符号字符为非法字符；
为了节约服务器的内存资源，当用户名密码均为空时并不执行数据库查询操作，而一直待用户的信息填写完整；
为了保障系统不受黑客等的干扰，采用了随机验证码功能，增强系统健壮性。
（2）简洁的系统操作性，主界面采用了多种界面优化措施，不仅将繁杂的数据显示功能保留了下来，同时还并不影响其系统的整体观赏性。
（3）灵活的系统参数设置能力，操作用户可以根据自己的意愿对通信的串口进行设置，对自己登陆系统的密码进行修改。
（4）完善的小区住宅之楼栋管理与电表管理的功能，用户可以通过系统界面方便的修改存储于数据库中的信息，而不会破坏数据的准确性
（5）便捷的硬件电表操作能力，通过管理系统可以轻松快速的抄写电表电量并控制电表的通断电能力，改变了以往抄表人员辛苦爬楼抄表的经历。
四、详细设计
4.1数据库设计
数据库名为SmartMeterSystemDB.mdf，其中数据库共包括4张表，分别是电表信息表（如表4-1所示）、楼栋管理表（如表4-2所示）、操作员信息表（如表4-3所示）和用电查询表（如表4-4所示）。
表结构如下所示。
表4-1电表信息表
Ammeter_Management表各字段定义
字段名
类型
长度
描述
是否空值
Ammeter_ID
int
系统
ID值，自动编号
notNULL
Ammeter_Meter_Query_Number
nvarchar
20
主键，电表号
Ammeter_Meter_User_Name
表计名称
NULL
Ammeter_Address
30
安装地址
Ammeter_PassWord
电表密码
Ammeter_State
10
表计状态
Meter_Building_Name
外键，所属楼
Meter_Layer_Num
所属层
Create_Meter_Date
创建日期
Create_Meter_UserName
创建人员
Modify_Meter_Date
修改日期
Modify_Meter_UserName
修改人员
Ammeter_Meter_User_PhotoID
用户照片
表4-2楼栋管理表
Building_Management表各字段定义
Building_ID
主键，楼名称
Building_Layer_Num
楼层数
Create_Building_Date
Create_Building_UserName
Modify_Building_Date
Modify_Building_UserName
表4-3操作员信息表
Operator_Information表各字段定义
Operator_ID
Operator_Name
主键，操作员姓名
Operator_Sex
操作员性别
Operator_UserID
身份证号码
Operator_Address
50
家庭住址
Operator_TelPhone
联系电话
Operator_State
操作状态
Create_User_Date
Create_User_Name
Modify_User_Date
Modify_User_Name
Limits_Of_Add
添加权限
升级会员 