智能水表無線通信解決方案

　　目前許多地方的自來水廠商，還是采用人工上門讀取水表數(shù)據(jù)的抄表方式，這種方式需要抄表工人挨家挨戶去讀取水表的數(shù)字，如果用戶家中無人就沒辦法讀取數(shù)據(jù)，而且人工抄表的方式還非常不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對抄表方式也是提出了新的要求，要求提高可靠性，實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)處理的方便性。于是無線抄表技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于自來水廠商的自動抄表。由于長距窒內(nèi)外的布線存在著短路、斷線隱患，錯(cuò)綜復(fù)雜的線路使系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)困難重重，現(xiàn)在存在的遠(yuǎn)程集中抄表方式已不能滿足水電商日益增長的業(yè)務(wù)需求。因此，我們提出了新的自動抄表系統(tǒng)---無線抄表。

　　（一）無線遠(yuǎn)傳水表集抄系統(tǒng)

　　系統(tǒng)組成：無線遠(yuǎn)傳水表抄表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由抄表管理中心，集中控制器和采集終端組成。

　　1）抄表管理中心：由抄表管理中心內(nèi)部的抄表管理計(jì)算機(jī)及其后臺上位機(jī)管理軟件組成，是整個(gè)遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)的核心管理部分，它既是遠(yuǎn)程所有無線抄表設(shè)備的管理者，又是聯(lián)系著用戶營銷管理系統(tǒng)與遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的橋梁。中心管理系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程 GPRS/CDMA 的無線通信方式與遠(yuǎn)程無線集中器通信，抄收無線集中器數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程無線集中器與無線數(shù)據(jù)路由采集器之間通過自組網(wǎng) RF 無線通信模塊連接，無線數(shù)據(jù)路由采集器可以組網(wǎng)路由，以達(dá)到遠(yuǎn)距離路由通信，由路由采集器抄收各個(gè)無線用戶表端數(shù)據(jù)。

　　2）集中器：集中器是管理中心與用戶終端溝通的橋梁，是整個(gè)系統(tǒng)的中間層。

　　1.通過無線數(shù)據(jù)通信方式，向上可接收抄表管理中心的指令，自動完成抄水表數(shù)據(jù)和控制用戶水泵開關(guān)的工作。

　　2.向下通過無線數(shù)據(jù)通信方式與采集終端通訊，定時(shí)抄收采集終端用戶水表數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置，自動將數(shù)據(jù)另存，作為向用戶收費(fèi)的依據(jù)。

　　3.管理中心通過集中器可向采集終端發(fā)送供水開關(guān)指令，完成對惡意欠費(fèi)用戶的遠(yuǎn)程懲罰性斷水工作。集中器可安裝在基表采集器附近樓道內(nèi)。

　　3）采集終端：采集終端也是用戶端，是用于直接采集用戶用水量數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)據(jù)通信方式向上傳輸給集中控制器。采集終端安裝在每棟樓的水表集中地附近。

　　（二）傳統(tǒng)機(jī)械水表的無線智能化改造系統(tǒng)

　　本系統(tǒng)的改造方案是在保留傳統(tǒng)機(jī)械水表的基礎(chǔ)上，利用傳感網(wǎng)技術(shù)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的無線智能抄水表系統(tǒng)。本系統(tǒng)中采用零功耗傳感器 把水表轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)化為脈沖信號，通過設(shè)計(jì)的低功耗智能水表測試水表計(jì)數(shù)，各用戶的智能水表以無線方式組成一智能傳感網(wǎng)，在抄表人員無須進(jìn)入室內(nèi)的情況下，采用手持機(jī)采集用戶水表讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動、高效的智能抄水表方式；同時(shí)，手持機(jī)可通過 USB 接口與電腦連接，電腦中采用 Labview 軟件編寫的程序?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)顯示、打印、上網(wǎng)等處理，用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)對數(shù)據(jù)查詢和顯示。

　　系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案

　　針對國內(nèi)水表大多采用機(jī)械水表的使用現(xiàn)狀，為減少改造成本，采用的方法是在現(xiàn)有水表的物理結(jié)構(gòu)，不改變**計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感器、在保留原有機(jī)械計(jì)量的基礎(chǔ)上，具有計(jì)量信息的遠(yuǎn)傳功能，即機(jī)械計(jì)量與電子智能計(jì)量同步，兩者達(dá)到精度與智能化的完美結(jié)合。目前加裝傳感器里比較常用的方法是采用磁敏傳感器和光電開關(guān)，采用光電開關(guān)抗干擾能力強(qiáng)，但能耗過大；而智能水表在居民戶內(nèi)，出于安全與能耗等因素，不能采用市電，因此設(shè)計(jì)中在解決抗電磁干擾的基礎(chǔ)上，采用零功耗磁敏傳感器把機(jī)械水表中葉輪的轉(zhuǎn)動轉(zhuǎn)換成電脈沖信號。本設(shè)計(jì)基于傳感網(wǎng)技術(shù)采用無線傳輸方式具有：低成本、安裝方便、分布計(jì)量、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸、快速高效抄水表等優(yōu)點(diǎn)。

　　系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

　　系統(tǒng)無線通信采用**開放的免費(fèi)頻段，無須另外繳納通信費(fèi)。其組成包括居民室內(nèi)的智能水表、抄表員使用的手持機(jī)、小區(qū)物業(yè)區(qū)內(nèi)的 PC 終端管理軟件。

　　（三）通信功能

　　針對無線抄表系統(tǒng)，相關(guān)部門自主研發(fā)了一款超低功耗無線數(shù)傳模塊-ATC60A. 其具有的自組網(wǎng)無線通信功能，使得無線遠(yuǎn)傳集抄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，無需布線，安裝維護(hù)便捷，自維護(hù)，全自動運(yùn)行，無需人工干預(yù)。

　　ATC60A數(shù)傳模塊是高集成度超低功耗的微功率半雙工的無線數(shù)傳模塊，其采用高性能超低耗射頻芯片及高速單片機(jī)。很適合電池供電系統(tǒng)應(yīng)用。模塊采用透明廣播傳輸?shù)姆绞胶蛥f(xié)議指定點(diǎn)傳輸方式。既可以讓所有模塊收到數(shù)據(jù)，也可以只讓指定節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)。同時(shí)模塊還具有 10 位AD采樣、溫度采樣、2個(gè)IO輸入輸出功能。用戶不用另外開發(fā)控制板，可以直接給模塊接按鍵或報(bào)警傳感器類或控制設(shè)備，就可以完成一個(gè)報(bào)警控制或采樣系統(tǒng)。

　　（四）系統(tǒng)功能：

　　無線智能抄水表系統(tǒng)所具備的主要功能有以下幾項(xiàng)：

　　1.抄讀功能：按設(shè)定抄收間隔以及抄表周期自動抄收集中器的各用戶水表的累計(jì)用水量及其他信息，并具有實(shí)時(shí)隨機(jī)招讀及按地址選抄功能。

　　2.設(shè)置功能：可設(shè)置設(shè)備初始參數(shù)，即可對集中器設(shè)置自動抄表周期、抄收間隔等，也可對水表的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

　　3.校時(shí)功能：可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)校時(shí)和系統(tǒng)對集中器的校時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘全網(wǎng)同步，可**避免抄表數(shù)據(jù)混亂。

　　4.自診斷，分析功能：可提示可能有故障或竊水嫌疑的用戶；以及用水量異常報(bào)警。

　　5.數(shù)據(jù)安全保障功能：通過指令或密碼實(shí)現(xiàn)用戶管理、系統(tǒng)管理，并進(jìn)行權(quán)限設(shè)置；防止非受權(quán)人員操作。

　　6.擴(kuò)展功能：可發(fā)布凍結(jié)或開啟命令，實(shí)現(xiàn)指定時(shí)間內(nèi)水閥的關(guān)閉或打開功能。

　　7.數(shù)據(jù)處理功能：包括各用戶水表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，報(bào)表生成等。

　　8.數(shù)據(jù)存儲功能：結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理可實(shí)現(xiàn)對抄收回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行**存儲，且存儲時(shí)間久，可防止管理部門與用戶之間可能產(chǎn)生的糾紛。

　　（六）總結(jié)

　　在無線智能抄水表系統(tǒng)中，無論是無線遠(yuǎn)傳水表集抄系統(tǒng)還是傳統(tǒng)機(jī)械水表智能化改造系統(tǒng)，其都秉承以環(huán)保為理念，趨向于簡單化，智能化的發(fā)展方向。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，其包括的智能水表，手持機(jī)，集中器，控制中心的PC機(jī)，Internet 網(wǎng)絡(luò)等都提出了嚴(yán)格的要求，確保無線智能抄水表系統(tǒng)的常態(tài)化運(yùn)行。系統(tǒng)設(shè)計(jì)中對不同的組成部分按照系統(tǒng)工作特點(diǎn)解決不同的關(guān)鍵問題，對于整個(gè)系統(tǒng)著重于低電壓、低功耗、抗干擾、低成本的設(shè)計(jì)特點(diǎn)，取決于無線通信模塊的無線通信功部分能起到了決定性作用。