基于Q/GDW-376.1规约的掌机程序设计及应用扩展

【摘要】在智能电网的用电信息采集系统中，掌机的运用可以有效的提高电力工作人员的工作效率，掌机对数据的分析辅助能力可以大大方便现场人员快速查找和定位故障点。通过红外收发器与国家电网制定的Q/GDW 376.1-2009规约的相互结合，操作人员可以在掌机界面上清晰的看到故障分析所需的每一项信息。本文简单论述了掌机的整体框架与Q/GDW 376.1-2009规约结构，阐述了掌机采用Q/GDW 376.1-2009规约与终端进行通讯的机制，阐述了ZZDBASE和DBF数据库在编写Q/GDW 376.1-2009规约应用程序中的运用，探讨了在掌机的实际应用中加入无线公网通讯技术的设计理念。

【关键词】掌机；Q/GDW 376.1-2009规约；ZZDBASE；DBF；红外；无线公网

1.引言

在传统的用电信息抄收模式中，工作人员需要通过对电表或终端设备界面进行频繁操作查看信息并进行详细的记录，这种方式既麻烦又容易引入人为操作而产生的信息错误，为此产生了一种通过简单的操作就能对终端设备进行控制的设备-掌机。掌机又称数据采集器，它具有一体性、机动性、体积小、重量轻、高性能并适于手持等特点。它是将红外接收装置与数据终端一体化，带有电池可离线操作的终端电脑设备。掌机具备实时采集、自动存储、即时显示、即时反馈、自动处理、自动传输等功能，为现场数据的真实性、有效性、实时性、可用性提供了保证。

掌机以远距离红外通讯为主要通讯方式，结合预定义的通讯规约作为信息组织方式，与终端或电表进行信息的交互，与电表进行通讯时一般采用DL/T 645规约进行信息交互，与终端进行通讯时一般采用Q/GDW 376.1-2009规约进行信息交互。掌机的运用可以有效地提高抄表员的抄表效率，当现场出现故障时，可以帮助现场人员快速的查找和定位故障所在，大大节约了现场维护的成本。

2.掌机架构

如图1所示，掌机由中央处理器（CPU）、存储器、红外收发器、液晶屏幕、键盘、电池、USB接口组成，其中中央处理器是掌机的核心，主要用于对掌机大批量数据的运算以及各种控制命令的执行；红外收发器是与外部设备进行信息交互的通讯口，通过海外通讯可以将掌机的发送命令下发到外部设备，在接收到外接设备的响应信息后，信息被存储到存储器中等待CPU处理；存储器用于存储掌机界面输入的信息以及从外部设备获得的响应信息；液晶屏幕用于为用户提供对操作界面和信息显示界面；键盘用于输入用户的操作信息；USB接口用于掌机与计算机相连接收或上传数据，掌机的运行程序是由计算机编制后通过USB接口下载到掌机中。

在软件部分，整个程序采用ZZD

BASE进行操作界面的设计以及控制命令的执行，存储数据方面采用DBF数据库文件进行设备信息的存储。ZZDBASE语言是一种采用伪编译技术的微型关系型数据库管理语言，既有高级语言的条件、分支、循环、子程序等程序结构控制语句，也有赋值、运算等语句和一些常用函数，还有基本的数据录入、修改、查询、显示等数据库操作语句。数据库是存储在一起的相关数据的集合，这些数据是结构化的，无有害的或不必要的冗余，并为多种应用服务；数据的存储独立于使用它的程序；对数据库插入新数据，修改和检索原有数据均能按一种公用的和可控制的方式进行。当某个系统中存在结构上完全分开的若干个数据库时，则该系统包含一个“数据库集合”。

3.Q/GDW 376.1-2009规约简介

为了实现电力用户用电信息采集系统建设“全覆盖、全采集、全预付费”的总体目标，国家电网公司规范统一了用电信息采集系统的标准文件，制定并发布了《电力用户用电信息采集系统》系列标准。

Q/GDW 376.1-2009规约是《电力用户用电信息采集系统》中用电信息采集系统及主站之间的通信协议，规定了电力用户用电信息采集系统主站和采集终端之间进行数据传输的帧格式、数据编码及传输规则，它适用于点对点、多点共线及一点对多点的通信方式，适用于主站对终端执行主从问答方式以及终端主动上传方式的通信，同时也适用于手持设备与终端之间的信息交换。

Q/GDW 376.1-2009规约采用异步式传输帧格式，整个报文帧包含起始字符（68H）、长度L、控制域、地址域、链路用户数据、校验和以及结束字符。Q/GDW 376.1-2009规约的帧格式如下：

其中长度L与整个报文帧长度以及终端规约类型有关，地址域包括终端地址、行政区码、和组地址三部分。链路用户数据主要包括应用层功能码AFN、信息点标识DA和信息类标识DT、数据单元以及附加信息域AUX，其中应用功能码AFN根据功能的不同采用AFN=01H～AFN=10H进行定义，帧校验和是用户数据区所有字节的八位位组算术和，不考虑溢出位。用户数据区包括控制域、地址域、链路用户数据（应用层）三部分。

4.掌机采用376.1规约与终端通讯机制

掌机与终端进行信息交互是通过红外收发器来进行信息传输的，以Q/GDW 376.1-2009规约为例，掌机的发送机制如图2所示，掌机进行发送机制时，首先需要在界面上输入控制信息，系统将信息自动存储到缓存区并通过CPU将信息转换为正确的Q/GDW 376.1-2009规约格式的报文帧，报文帧通过红外收发器发送给终端设备，通过红外收发器可以获取终端设备的响应报文帧，在对报文帧信息校验正确后，整个发送流程结束，如果信息交互失败，则需要重新启动发送机制。

掌机的接收机制如图3所示，掌机进行通信接收时，终端数据信息被转换并组装后以报文帧的格式通过红外口传输到掌机的红外收发器上，掌机红外收发器接收到报文后根据具体规约将数据从报文帧中解析出来，然后存入DBF数据库的相应表格中，通过相应的数据标识触发显示机制，可以通知调取数据库中的数据并在界面上以正确的格式显示出来。

5.ZZDBASE在编写Q/GDW 376.1-2009程序中的运用

ZZDBASE语言在编写Q/GDW 376.1

-2009规约应用程序时主要用于编写抄收终端的菜单界面、终端信息输入界面、Q/GDW 376.1-2009规约报文的组建、报文的发送接收机制以及相关信息的判断依据。

在编写菜单界面时，根据控制命令的需要将主界面规划为参数操作、数据查询、控制操作、本机配置以及掌机的自身关机操作。主界面如图4所示。

参数操作主要是用于对终端参数的设置以及终端信息抄收，参数操作子菜单主要包括两个子菜单项：参数设置与参数查询，其中参数设置与参数查询功能类似，参数设置是掌机通过红外将掌机界面设置的参数下发给终端，参数查询是终端通过红外向掌机反馈终端参数信息。

数据查询菜单项含有实时数据、历史数据和事件数据三个子菜单，用于查询终端的实时数据、历史数据以及事件数据。

控制操作菜单项包括复位操作和控制命令操作两个子菜单，复位操作主要用于对终端进行硬件复位以及相关参数的初始化，控制命令用于对终端硬件进行相应的控制操作。

本机操作菜单项包括终端地址、行政区码两个子菜单，在对终端进行任何操作时都需要输入相应的终端地址和行政区码才能执行各种命令控制。

在编写终端输入界面时，采用了输入信息固定长度的编写方法，当输入信息少于信息的固定长度时，界面会提示报错信息：格式错误。

针对以往传统界面的多重窗口模式，这里采用了自动切换界面的设计方式，对于输入信息项较多的控制命令，在编程语言中采用输入信息后跳入下一输入菜单的界面切换方式，操作时可以避免繁琐的界面切换，也能避免某些信息项输入遗漏导致错误的控制命令下发。以设置脉冲参数为例，设置脉冲参数时需要设置脉冲输入端口号、所属测量点、脉冲属性、电表常数这类参数，按照传统的方式就需要创建5个子菜单项，每个子菜单项提供一个输入窗口，但是这种方式有种缺点是一旦有个信息项未输入，整个控制命令就会出错。采用这种自动切换界面的方式就可以有效地避免终端参数设置的遗漏。

具体的界面切换如图5所示。

6.DBF数据库在编写Q/GDW 376.1-2009程序中的运用

DBF数据库在编写Q/GDW 376.1-

2009规约中主要用于对采集到的终端信息进行存储，数据存储之前需要在数据库中根据采集到的不同的信息量在数据库中定义对应的变量名、字符类型以及字符长度，设置正确的数据库信息可以保证掌机界面显示数据的正确性，当掌机的红外收发器接收到报文帧，掌机接收机制会截取对应信息存入数据库，再通过触发显示机制将终端信息显示到掌机界面上，其中DBF数据库的优点在于数据库存储的数据能够永久保存采集到的数据，不会因为关机或掉电而导致数据信息丢失；通过与计算机相连，可以获取掌机抄到的所有信息，避免了使用者频繁的记录抄收到的终端信息，只需要连接到计算机打开数据库就可以看到所有的信息。

7.基于无线公网的掌机转储应用

7.1 转储需求

在用电信息采集系统中，许多终端因为地处偏僻，没有与用电信息采集主站进行通信所必须的通信网络，在这样的地区，如果单独铺设和安装通信所需网络，往往成本很高，不经济也不够实惠，但是如果不进行用电信息采集，则无法实现“全覆盖”的用电信息系统建设目标，所以迫切需要一种方便的设备和手段来实现用电信息采集并上送至用电信息采集主站的采集方案。

由于掌机具有本地操作方便灵活、可携带、可存储等特点，可以使用掌机作为转储介质，将数据信息采集后带至网络发达地区，通过无线公网将掌机采集信息上送至用电信息采集主站，弥补通讯网络未全面覆盖的缺陷。

7.2 改造方案

图6是基于无线公网的掌机与主站的通讯方案示意图，该方案的主干线采用了无线公网通讯技术，充分利用无线公网的数据传输功能，能够将较偏远的现场采集到的信息即时传输到主站，通过掌机与主站的自定义通讯规约以及无线公网的相互配合，实现掌机与主站通讯的双向性。

现场人员抄收完现场设备的所有信息后，数据会自动存入掌机的DBF数据库中，主站采用自定义规约接入无线公网网络找到对应的在线掌机设备，掌机接收到主站下发的控制命令将数据库中数据自动打包经CPU处理以报文格式通过无线公网网络发送至主站，主站接收到报文帧将采集到的数据存入数据库中，通过这种流程，掌机与主站的数据传输就可以完全实现。

7.3 方案的可行性分析

该方案中需要在掌机硬件上添加无线网络通讯模块来进行无线公网数据的传输，传统的掌机设备只能将采集到的设备信息即时的传输到掌机数据库中，将数据库信息传送到主站中需要连接计算机导入数据库甚至更多繁琐的步骤，添加了无线公网通讯技术就可以避免这种麻烦；通过主站召测掌机的数据库信息，掌机即时的将信息导入主站数据库中。

无线公网通讯技术的应用虽然需要增加掌机硬件的成本花费，软件开发上也增加了难度，但是考虑到对于较偏远的地区，现场无法即时提供向主站导入数据的设备，如果仅靠现场人员电话联系传输信息，可能会导致人为的信息传输错误，采用这种方案仅可以减少了现场人员的工作，又能保证数据的即时传输到主站。

8.结束语

掌机是终端现场维护人员用于现场维护的常用设备，通过掌机设备可以极大的方便现场人员抄读终端信息以及排除现场故障，掌机集合无线公网通讯技术可以准确、快速的将终端信息传入主站系统中，为电力用户用电信息采集系统建设“全覆盖、全采集、全预付费”的总体目标做出贡献。

参考文献

[1]Q／GDW 376.1-2009《电力用户用电信息采集系统通信协议:主站与采集终端通信协议》及编制说明.

[2]杨学昭,陈旭,涂琨.无线掌上抄表系统的设计和实现[J].电子设计工程,2009(11).

[3]韩冰,李芬华.GPRS技术在数据采集与监控系统中的应用[J].电子技术,2003(8).

作者简介：

曹冬华（1987—），男，学士，助理工程师，主要从事用电专业研究工作。

俞海猛（1988—），男，学士，助理工程师，主要从事用电专业研究工作。

丁健（1988—），男，学士，助理工程师，主要从事用电专业研究工作。

王腾（1988—），男，学士，助理工程师，主要从事用电专业研究工作。

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