基于B/S模式的智能用电服务系统设计与开发

引言

随着现代信息和通信技术的进一步发展，以及人们节能意识的进一步加强，智能电网下的能源与信息交互变得愈加紧迫，凸显了在新的技术背景下实现智能用电的重要性。智能用电是智能电网终端应用的最终体现，也是构建坚强智能电网的重要支柱和主要环节之一。实现智能用电一方面有利于电网企业走向营销现代化以及供电配电的科学化，另一方面也有利于实现电网与客户之间能量流、信息流、业务流的实时互动，构建新型的供用电关系。

本文立足智能电网中智能互动终端的应用，以现有量测体系及网络技术为基础设计开发了一种智能用电服务系统。智能用电服务系统的设计采用浏览器/服务器(Browser/Server，B/S)模式，以智能电表为系统的数据采集终端，实现对电网供电及客户用电信息的收集与处理，通过浏览器终端提供人机交互界面，为用户提供实时信息交互及基础业务服务平台。

1系统设计方案

智能用电服务系统的设计涉及软件与硬件两个层面的应用，系统整体设计拓扑结构如图1所示，系统的主体部分由基于硬件的用电数据采集网络，提供数据存储处理和业务信息服务的服务器媒介以及面向应用的客户终端三个部分构成。

作为智能用电服务系统实现过程中最基本也是最重要的部分，系统采用智能电表实现对用户用电信息的实时测量和收集，搭建底层的自动化用电测量网络。智能电表是一种具有自动测量功能和实时处理机制的电能测量仪表，它具有编程可控和通信功能，能够与外部通信系统和数据中心进行信息交流。为实现对用电数据的实时存储和处理，采用JAVA语言进行RS-485和网络编程开发了专门用于智能电表通信交互的系统后台软件。利用该软件可建立上位机与智能电表间的直接通信，实现对智能电表的访问和控制。后台软件将智能电表的测量数据进行实时存储和处理，完成对冗余数据的过滤和优化，建立实时数据库机制，为系统数据的后续应用提供了保障。这样，为所有入网的用户配备相应的智能电表及相关的基础硬件，利用电表与上位机间的通信软件可以实现对用户用电数据的远程集抄和智能应用。

智能用电服务系统的上层应用着眼于实时的数据处理和灵活的用户互动，本文从现有的网络技术出发，采用目前流行的LAMP开源服务器平台组合作为开发基础，实现了B/S模式下系统的总体设计［%系统的服务器媒介为系统实时数据响应和用户业务处理提供了重要的物理基础，同时采用Web浏览器作为系统用户终端，确保了系统访问的便捷性。

2系统硬件基础

智能电表是实现智能用电服务系统功能设计的底层硬件保障，设计合理的智能电表对系统实现用电数据的采集至关重要。图2所示是一种针对系统数据需求以及现行配电用电规模，采用可编程且具有双向通信功能的智能电表示意图。该智能电表整合了实时电量的测量存储，数据信息的交流处理以及可控微系统等功能。

计量单元与显示模块是智能电表的基础模块，该模块集成了基本的测量元件和具有高速数据处理能力的电能测量芯片。计量单元模块的工作具有实时性，它可以根据预先设定的时间间隔(在本文应用中设定为1min)对用户电量进行实时采集和测量，在这个过程中测量元件为电能信息采集提供了通道，而电能芯片则为实现相关用电数据的计算处理提供了基础。采集获得的电能信息经过一系列的A/D转换，在电能芯片内部实现高速运算和数值校准，由此获得电能量、功率参数及电压值。

数据存储和事件记录模块是智能电表的内部存储功能所在，在实际的设计中，该模块由两个独立的数据存储区构成。数据存储功能实现对一定时间电能计量信息的存储，电表内部以电能采集频率为参考，对电量信息进行存储，可以连续存储2个月内用户的所有计量信息，而在电表断电以后该数据信息可以实现2天的断电保存。事件记录功能用于对电表的维护历史及异常信息进行存储，智能电表的事件记录以电网系统下发的事件代码为标准，对电表最近1个月内的开盖、计量清零、操作人员编码及操作时间、用电异常等事件进行记录。

异常报警模块是智能电表的内部安全机制，该模块可以实时地根据用户电能信息在无人为干预的情况下对电表进行安全防护，包括过载保护、断电、超压及欠压报警。

可控微系统由微处理芯片和多组继电控制开关构成，微处理芯片接收编程输入，可以与外部系统如电表付费平台、电力部门控制总站等建立联系，以脉冲输出或电平开关信号控制内置开关，对电表进行停电、送电等操作，实现电表的远程控制。

外部通信模块和编程接入模块是智能电表实现智能控制的接口模块。智能电表内置局域网通信卡，集成RS-485转换接口，通过外部编程可以实现与电表间的双向通信，与电表内部的各个模块建立联系，对其进行远程设定和控制。

3系统软件

3.1系统体系架构

智能用电服务系统的软件设计是实现系统整体性能的核心部分。系统的软件实现需要满足对电表实时数据信息的处理和控制，同时为用户提供便捷的服务入口。为了保证系统的兼容性和拓展性，降低系统的维护成本与难度，本文采用B/S模式作为系统软件设计的总体思路。B/S模式是对传统的采用两层结构的客户端/服务器(Client/Server,C/S)模式的一种改进。在B/S模式下，将系统主要逻辑集中在服务器端实现,

而客户端只包含极少部分的事务逻辑，由此形成一种瘦客户端的结构，改变了传统的C/S模式采用特定的客户端软件将大量的逻辑操连同显示逻辑放置在客户端带来的缺点，在减轻客户端负荷的同时，使得客户端的运行环境不再具有过强的约束性，增强了系统的跨平台性；同时，采用B/S模式使得系统数据不再像C/S模式下具有分布特性，数据被集中在后台数据库服务器，使得数据的实时共享和同步变得更加容易。

采用B/S模式开发的智能用电服务系统具有三层软件结构，其总体架构如图3所示，系统由表示层、功能层和数据层三个独立而相互协调的软件层构成。

表示层作为B/S模式三层结构的第一层，由位于客户端的Web浏览器构成。表示层主要包含系统的显示逻辑，在工作过程中，用户通过Web浏览器向网络中特定的Web服务器发出请求，Web服务器在对用户信息进行验证并进行相关的逻辑操作以后向客户端传输相应的响应页面，位于客户端的主机接收来自服务器的数据，将它显示在浏览器终端。功能层作为B/S模式三层结构中的第二层又被称为中间层，通常由集成了系统业务逻辑处理功能的Web服务器构成。在智能用电服务系统的设计过程中，功能层的主要工作是接收用电客户的请求，为用户提供业务接口，根据用户的具体请求内容进行相应的逻辑操作。其主要的业务模型主要包括对用电信息的处理，电费电价查询，用电异常事件预警以及在线信息交互等。功能层根据需求与位于数据层的数据库建立连接，发起数据处理请求。数据层是B/S模式三层结构中的最后一层，主要由数据库服务器构成。在数据层中充当主要角色的是能够直接与系统数据库连接，提供功能层数据访问接口的数据逻辑操作模块。数据层接收来自功能层的数据处理请求，通过数据库操作语言直接操纵数据库完成数据请求处理，对数据进行分析和封装，为系统客户端提供响应数据。

3.2系统数据库设计

数据库是系统工作数据的来源，系统功能的实现都建立在对数据库的访问之上。在智能用电服务系统中，智能电表采集的用电信息在后台软件的作用下写进系统数据库，作为用户用电信息的存储所在，再由数据库为客户端提供应用数据。在系统工作的过程中，数据库实际上既是底层用电数据采集的终端，同时也是系统上层应用的数据载体。

在智能用电服务系统中，为了有效存储复杂巨量的用电信息，为用户提供准确的业务数据，依照关系数据库模型，采用MySQL数据库技术设计了系统数据库。根据系统的业务模型建立五个实体作为数据库数据表结构，分别为用户信息表(Userinfo)、电表信息表(Meterinfo)、业务信息表(Serviceinfo)、供电信息表(Powersupplyinfo)以及社区信息表(Cmomunitylnfo)。系统每个数据表具有多个数据字段(如电表信息表由电表编号、实时电量、日用电量、月用电量、剩余电量以及实时时间6个数据项组成)，并通过电表编号(MeteriD)实现关联，为每一个用户提供唯一的标识，保证数据库内部的关联属性。

为了便于管理系统数据信息，在数据库设计过程中建立了数据库的权限管理机制。通过系统管理员的授权，不同权限的操作人员可以对数据信息，主要是电表信息进行管理,对历史测量信息进行备份存储，以节约数据存储资源；同时对数据库进行数据冗余检查，优化系统数据库的性能。

3.3页面实时交互机制

B/S模式下智能用电服务系统功能的实现有赖于对电表数据信息的实时处理，因此在系统工作过程中保证系统具有良好的响应机制以及稳定友好的用户界面是系统终端设计的关键。为了提高系统的实时性，在系统实现过程中，多处采用了AJAX技术，其响应机制如图4所示。使用AJAX技术，系统在对用户请求操作进行响应的过程中建立起异步请求对象XMLHttpRequest，避免了客户端和服务器间的直接交互,将用户请求的数据信息交由AJAX引擎完成，实现从服务器中提取确定的数据信息，使用户操作和服务器响应异步化,减少了冗余数据的重载，缩短了用户的等待时间。

图4AJAX响应机制

在智能用电服务系统的设计中，系统Web页面采用HTML语言和PHP结合CSS文件混合编写，将AJAX技术

应用于对用户电量信息的实时监测显示，以及用户在线业务请求的过程当中，实现了系统页面的无刷新数据更新，给用户带来了良好的终端体验。

3.4系统功能模块及其流程

智能用电服务系统的实现流程及功能模块如图5所示，用户通过web浏览器访问系统首页，经过系统用户验证以后，合法用户可以访问系统所有功能界面。本文中智能用电服务系统功能结构主要由用户信息模块、用电信息模块、信息服务模块、增值业务模块以及管理模块五个子模块构成。

用户信息模块是用户与系统进行交互的接口模块，主要提供了用户电表信息以及用户注册资料。用户模块的设计为系统的访问机制提供了保障，所有用户的操作都必须建立在对系统的合法访问基础之上。为有效防止非授权用户使用系统资源，采用PHP中的session机制建立系统的安全机制叫

在用户进行系统登陆时，系统将对用户的用户名和用户密码进行检验，同时检验用户的权限类型；只有登陆成功的用户，才能获得系统为其建立的session变量。这样用户在访问系统页面时,系统可以根据用户session变量检验用户是否拥有访问该页面的权限。

用电信息模块是智能用电服务系统的主要功能模块，可以为用户提供实时电量、日用电量、月用电量、用电费用，以及用电异常事件的查询和报表统计分析等功能。

信息服务模块是用户与电网部门的交流平台，提供实时电价查询、在线咨询、用电异常反馈与报修、电网信息发布以及社区用电评价等功能。通过实时电价查询，用户可以及时地了解当前用电价格，减少由于电费价格不明带来的收费纷争;在线咨询可以为用户提供实时的疑难解答，用户可以反馈自己的用电情况，也可以为电网部门提供意见;电网信息发布用于电网部门及时更新供电信息（如计划停电、设施改造等），宣传用电科普等内容；社区用电评价目的在于提高用户的用电水平，电网部门将整个社区内的用户用电情况进行统计分析，以图形化的统计方式显示在系统页面上进行公告，提供社区用户对用电情况的投票评价平台。

增值业务模块提供用户的拓展业务办理入口，用户可以申请用电信息的短信通知，电力优化决策以及用电定期维护等业务。系统功能层封装了各个业务模型，可以根据需要接入外部业务系统，实现基于移动通信的业务平台，电网部门也可依照用户的业务办理情况，收取额外的服务费用。

系统管理模块主要提供数据维护和系统设置工具，电网部门系统管理人员可以定期对系统数据库电表数据进行备份和清理，同时根据用户需求对系统界面等进行设置，维护系统的使用，从而保障系统性能。

4结语

本文针对智能电网下智能终端的应用，综合用户需求与供电要素，设计实现了基于B/S模式的智能用电服务系统。该系统以智能电表为硬件基础搭建底层用电数据的釆集网络，实现了对用户用电信息的实时获取，为系统功能的设计提供了数据保障。B/S模式下的智能用电服务系统具有多种用电信息查询和业务服务功能，可以为用户提供电能消耗统计、用电费用缴纳、用电优化决策，以及实时信息交流等便捷、多样化的服务入口为电力部门信息发布和用户用电互动提供了良好的支撑平台。

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