1.引言
大用户用电情况是供电企业的工作重点，虽然大用户的户数不多，但其用电量较大，一般占供电公司总售电量的70%左右。大用户的电量改变，会对供电公司的用电情况产生较大影响，特别是在线损管理方面。在市场经济体制的刺激下，一些大用户如网吧、娱乐城、酒店、小型服装厂、炼钢厂等等，为了降低成本，千方百计地去窃电。使得武汉供电公司每年都有上亿千瓦时的电量被人白白使用。因此，采用现代化的无线通信方式对大用户用电情况的在线监测就显得格外重要，不但能够实现远程抄表、还可以通过电量分析进行反窃电管理等功能。
随着计算机应用的普及，信息技术已逐渐影响到了整个社会的发展，无线通信方式也有很多种，如无线通信，RS485总线，电力载波，GPRS，GSM，宽带网络等等。如何使数据传输效率更高、成本更低、可靠性更高是目前各种传输方法一直在努力解决的共性问题。
2.通信方式的比较
2.1无线电通信方式
该方式需配备无线电通信设备作为传输手段，而且无线电频率需向国家无线电管理委员会申请批准。由于频率是一种资源，不可能申请到大量频率;另外，从技术上而言，一个地区频率拥挤时，系统会产生干扰，影响系统正常工作。并且小型无线电台的通信速率较低，且设备安装成本高，所以这种通信方式的使用场合有一定的限制。
2.2RS-485总线方式
这种方式是利用双绞线作为网络总线，直接使用RS-485驱动芯片即可构成通信网络。因此易于实现，对全电子式电能表改造较小，且传输速率高，可靠性好。但是RS-485总线方式施工布线工作量大，网线易受破坏，故障点不易查找，并且造价高昂，不适合大面积推广使用。
2.3低压载波通信方式
利用各电力企业现有的220V或380V电力线作为传输媒介，不需要铺设通信电缆或其它设备，而且无需支付抄表时数据传输的费用等优点。但是由于我国电力网污染严重，使其具有抗干扰性差，数据传输数度慢等致命缺点。
2.4GPRS方式
GPRS采用分组交换传输的技术，用户只有在接收和传送数据期间才会占用资源，GPRS与系统连接的时间小于1S，能够快速地及时连接，但是GPRS属于计费网络，运营成本高，所以亦不易于大面积推广使用。
2.5GSM短信息方式
GSM是一个覆盖全国乃至全球的通讯网络，网络可靠，覆盖范围广，手机短信使用方便，价格低廉，因此将手机短信应用在抄表系统中。每条短信可以发送160个字符或140bytes的信息。根据其工作原理，采用短消息通信方式，数据传送会有一定时间的滞后，因此实时性不高，数据流量较小。
2.6宽带网络
近年来，由于互联网技术应用的普及，宽带网络迅猛发展，类似中国电信，长城宽带，电视有线宽带网络的应用越来越广泛，特别是大用户如酒店、商场、网吧、工厂等，都有自己的宽带网络。因此利用大用户自带的宽带网络，我们就可以避免单独布线的问题，从而大大减少了安装费用，并且不需要任何的运行费用，因为大用户已经支付了宽带网络的运行费用。而且TCP/IP协议作为以太网互联的最广泛的协议，其开放性和兼容性使系统的应用具有较大的扩展空间。
3.宽带网络通信方式解决方案
宽带网络通信方式解决方案的实现，主要由电能监测终端箱这一重要设备来完成。电能监测终端箱由电能监测系统和以太网控制系统组成，其中电能监测系统的主要功能是与电能表相连，读取电能表的数据;以太网控制系统的主要功能是将RS485接口数据信号转换为RS232接口数据信号，然后按照TCP/IP标准协议进行解包，最后发送响应信号，响应信号按照同样的方式被大用户的工作站接收，通过INTENET网络传送至供电公司的WEB数据服务器。其结构图如图1所示：
3.1以太网控制系统硬件的实现
以太网控制系统其结构图可以参照电能终端箱结构图，由RS485- RS232转换器和TINI模块组成。整个系统的核心就是 TINI模块，TINI是Tiny InterNet Interface的缩写，是一个完整的嵌入式应用开发系统，它由硬件平台TINI模块和一个Java作为编程语言的运行环境组成。如下图2和图3分别为 TINI的硬件模块图和运行环境示意图。
3.1.1 TINI的硬件模块
TINI的硬件模块由微控制器DS80C390，Flash ROM，RAM，和DS2502 IEEE MAC地址芯片组成。它提供了处理、控制底层硬件层次的通信和网络连接能力，自身带有丰富的外围端口，如串口，Ethernet， 1-wire，CAN等。软件开发工程师通过Java应用编程接口(API)完成各种功能。Flash ROM中存储TINI的运行环境，包括JVM(Java虚拟机)。SRAM存储工作中的数据。后备电池和NVRAM(非易失性RAM)在系统主电源失效时，保存系统数据和维持RTC运转。
3.1.2 TINI的运行环境
TINI的运行环境由TINI OS，本地方法，本地接口层和Java虚拟机(JVM)组成，Java应用程序运行于JVM之上。TINI OS中包括了进程、线程调度器，I/O子系统，内存子系统，其中I/O子系统又包括了TCP/IP协议栈、网络驱动、I/O管理和硬件有关的各种驱动。
3.2以太网控制系统软件的实现
整个系统软件采用Java语言开发，可以使用任何符合Java规范的编译器。在该系统中TINI和主控PC之间的通信，用到了 TCP/IP协议和HTTP协议。在一般的嵌入式系统开放中，对这样比较复杂的协议进行编程和调试是一件十分繁琐的事情，但是在采用TINI之后，一切就变得迎刃而解了。TINI的软件开放环境提供了功能完整的SDK，因为它提供了大部分在JDK1.1.8规范中定义的API.
3.2.1 TCP/IP协议的实现
TCP/IP协议的实现采用面向连接的Socket机制，在高层屏蔽了底层通信网络的协议细节，一个完整的Socket包括以下几个要素：协议、本地地址、本地端口、远地地址和远地端口，它由分别处于两台主机的两个Socket的半相关描述组成，每个半相关描述为：协议、本地地址、本地端口。
本地地址是TINI的IP地址，采用如下方法进行设置：
Public static Boolean setIPAddress (String local IP)
然后建立一个服务器端Sockets：ServerSockets s = new ServerSocket(SERVER-PORT)之后，需要指示服务器允许建立连接：socket in = s.accept();由上一步骤返回的socket对象S 获取输入、输出流：
DataOutputStream dout = new DataOutputStream(new BufferedOutputStream(S. GetOutputStream dout()));
在程序中，采用了缓冲的数据流。这样可以将需要发送的数据暂时存储，当达到一定数量之后，一起向外发送，避免了每次得到数据都要向外发送，提高了底层硬件处理效率。接收数据的处理与此相似。
最后，完成通信任务之后，关闭Socket;in. close();
建立客户端的Socket机制与服务器端类似，需要提供服务器的地址和端口号。
3.2.2 HTTP协议的实现
HTTP协议是运行于TCP之上的，所有HTTP协议的实现同样通过TCP Socket，客户端向服务器发出请求，该请求通过Socket 被服务器接收并回应，相应的文档和数据以流的方式通过Socket传给浏览器，浏览器解释该文档和数据并显示出相关的信息。下面是建立一个HTTP Server 的基本步骤：
首先使用端口80，建立一个HTTP Server：HTTPServer httpd = new HTTPServer(80);
然后，设置HTTP服务器所需的各种配置，如根目录，索引文件，登陆日志文件等：
httpd.setHTTPRoot (“/DATA”); httpd.setIndexPage (“/DATA.html”); httpd.setLogFilename (“/DATA/DATA.log”); httpd.setLogging(ture);
该设计中，根目录下建立一个名为DATA的目录其下有个DATA，HTML的文件，记录所有查询到的数据。
4. 电能监测系统
电能监测系统主要由电能表、电能监测终端、工作站、服务器、交换机、集线器、防火墙等其他网络设备构成，如图4所示：
该系统是一个集计算机技术、通信技术、用电及计量技术于一体的全数字化智能化的通信网络系统，具有抄收速度快、计算精度高、抄表同时性好、无运行费用，并为防窃电分析提供依据等功能，具体功能如下：
4.1远程抄表
自动抄表是该系统的核心功能，将抄录表码，包括电能表的定时抄表(每月、每日、每小时可选)及实时抄表，通过电能监测终端箱传送的数据，至WEB服务器的数据库里。
4.2计量计费
公司市场营销系统内容全面、功能强大、可完成包括计量在内的各种业务操作。为了避免计费规则不统一及重复性建设，应利用原有的营销系统进行计费。抄表系统中的用户在营销系统中都可以找到对应的信息，为保证两系统数据一致，建立一个中间库，或者通过数据管道直接将数据传送至营销系统中去。中间库表可以完全共享，数据可随时更新，而且数据量小。
4.3反窃电管理
能够对大用户日电量、月电量、日极值、电能质量进行分析，将分时段总、峰、平、谷、MD用电量自动生成当月累计电量曲线，及时发现大用户用电异常情况，为稽查科查处大用户窃电提供强有力的证据。特别是网吧，一个拥有80 台左右电脑的中型网吧，月耗电量可达1万度。高额电费成本使不少网吧老板加入窃电大军，而且窃电手段极其隐蔽，加上他们得天独厚的宽带网络条件，对其进行实时监控是不费吹灰之力，只需在电表后端加上一个电能监测终端即可实施24小时的电量监控，这样网吧很难继续进行偷电了。
4.4供电可靠性管理
对用户进行远程停电、供电控制，以方便电力检修和收缴电费，并以《供电系统低压用户供电可靠性评价规程》为准则，实时抄收大用户电能表的停电信息、送电信息，用作大用户供电可靠性统计分析的原始数据。
4.5WEB查询
大用户可以随时在WEB浏览器上直接查询每日的实时电量，能够准确快速的掌握用电成本，对控制日常支出成本起着举足轻重的作用。
5.结束语
利用大用户自带的宽带网络，实施电能监测，整个系统以TINI技术为核心，将数据打包传送至WEB数据服务器，实现远程抄表、计量计费、反窃电管理、供电可靠性管理和WEB查询的功能，具有数据采集、通信可靠准确，抗干扰性强，查询统计方式灵活、格式规范等特点，并且拥有较强的容错、扩展功能及良好的安全性。
该系统避免了人工抄表时间过长、不到位和准确率不高等弊端，使抄表人员把大量的时间放到欠费催收和反窃电的工作上来，不仅提高了工作效率，同时提高了经济效益，而且降低了线损;另外自动抄表抄回的大量完整数据为用电稽查工作提供了可靠的线索、证据和切入点，也对降低线损起了重要作用。大用户也可以通过系统的WEB实时查询功能，控制每日的生产成本，提高科学的管理水平。因此整个系统达到了公司与客户双赢的目的，具有很大的推广价值。
