無線智能水表的設(shè)計(jì)與研究

白天明

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧丹東 118002

無線智能水表的設(shè)計(jì)與研究

白天明

遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，遼寧丹東 118002

隨著我國電子信息業(yè)的迅猛發(fā)展，無論是用戶還是用水管理部門都迫切需要現(xiàn)代化管理手段介入，從而推動(dòng)水費(fèi)管理的信息化、網(wǎng)絡(luò)化、智能化。本文正是基于這一需求，將水表計(jì)量自動(dòng)化與無線通信技術(shù)結(jié)合起來，提供了一種無線智能水表的解決方案。

無線遠(yuǎn)傳；智能水表；抗干擾

0 引言

隨著智能建筑和智能小區(qū)的發(fā)展，現(xiàn)代的建筑不僅融合了傳統(tǒng)建筑的特點(diǎn)，而且包括了高科技產(chǎn)品和現(xiàn)代新技術(shù)。許多小區(qū)已經(jīng)初步實(shí)現(xiàn)了智能化的管理，但仍有大量的智能建筑和智能小區(qū)能耗計(jì)量采用傳統(tǒng)的計(jì)量技術(shù)和抄表方式。對于傳統(tǒng)水表的缺陷，出現(xiàn)了很多自動(dòng)化抄表技術(shù)，具體分類如下：

1）磁卡式水表：IC卡式水表的雛形，由于存在磁卡失效等安全問題，很快被淘汰；

2）IC卡水表：用戶需在水務(wù)公司制定售卡點(diǎn)購水刷卡后方可使用，具有限量使用、預(yù)付費(fèi)等功能。安裝時(shí)不需要重新敷設(shè)線路，使用十分方便。但是在使用過程中也發(fā)現(xiàn)了很多的問題。IC卡水表安裝在每個(gè)用戶家中，如用戶故意損壞使計(jì)量裝置失靈，水務(wù)公司無法對其進(jìn)行有效監(jiān)控；無法掌握用戶實(shí)時(shí)用水量，使的水務(wù)公司對水量統(tǒng)計(jì)、供水調(diào)配等帶來很大麻煩；

3）有線式遠(yuǎn)傳表：將各用戶水表通過線纜連接到集中器，讀取各用戶累計(jì)流量。在使用過程中發(fā)現(xiàn)存在缺點(diǎn)；用戶水表信號通過較長信號線到達(dá)集中器，中途任何一個(gè)環(huán)節(jié)出現(xiàn)問題都會(huì)導(dǎo)致集中器無法采集到正確數(shù)據(jù)；安裝時(shí)需要鋪設(shè)信號線，任務(wù)繁重、維護(hù)困難。安裝后需要專業(yè)人員定期維護(hù)，后期成本較高；

4）無線智能水表，除常規(guī)數(shù)據(jù)采集、存儲(chǔ)、處理外，另設(shè)無線發(fā)射模塊?？梢赃h(yuǎn)程控制，方便水務(wù)公司對用戶用水情況進(jìn)行管理。

1 系統(tǒng)硬件組成

無線智能水表系統(tǒng)由無線水表、數(shù)據(jù)集中器、小區(qū)管理系統(tǒng)等部分構(gòu)成。

1.1 水表

本系統(tǒng)所采用的計(jì)量水表是一種既能直觀顯示相關(guān)能耗計(jì)量數(shù)據(jù)，又能產(chǎn)生能耗計(jì)量脈沖信號的新型計(jì)量表具。它實(shí)際上是一種加裝了永磁鐵和霍爾元件組成磁電傳感器的水表，霍爾元件固定安裝在計(jì)數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計(jì)數(shù)盤（例如0.1m3或0.01m3）位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過霍爾元件一次，即在信號端產(chǎn)生一個(gè)計(jì)量脈沖，對應(yīng)0.1m3或.0.01m3，經(jīng)無線發(fā)射器發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器。另外，在水表上還裝有防盜霍爾元件，當(dāng)用戶盜用水時(shí)，霍爾元件發(fā)出報(bào)警信號給集中處理器，數(shù)據(jù)集中器再報(bào)告給管理計(jì)算機(jī)，以便做出處理。

1.2 數(shù)據(jù)集中器

數(shù)據(jù)集中器是一個(gè)以微處理器為中心的小型信息處理系統(tǒng)，其內(nèi)置GSM/GPRS模塊，配一張開通GPRS服務(wù)的SIM卡，負(fù)責(zé)接收從數(shù)據(jù)服務(wù)中心發(fā)過來各種指令并加以篩選、判別，將有效指令發(fā)送到相應(yīng)的表具中；接受表具發(fā)送過來的數(shù)據(jù)并發(fā)送給數(shù)據(jù)服務(wù)中心。

集中器也可以用太陽能電池板供電，免去用戶拉線供電或更換蓄電池之煩。

集中器內(nèi)還存儲(chǔ)與數(shù)據(jù)中心聯(lián)網(wǎng)的各種參數(shù)，如：中心的IP地址、服務(wù)端口等。集中器一加電便自動(dòng)運(yùn)行，搜索GPRS網(wǎng)絡(luò)，向中心進(jìn)行注冊并連接。如果沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)可以進(jìn)入休眠狀態(tài)，一旦有數(shù)據(jù)需要發(fā)送或收到中心呼叫(通過短信或電路)時(shí)便從新登陸數(shù)據(jù)服務(wù)中心，進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。GSM短信作為備用通道，一旦GPRS網(wǎng)絡(luò)出現(xiàn)故障，立即啟動(dòng)GSM短信通道和數(shù)據(jù)服務(wù)中心進(jìn)行通信。

水表數(shù)據(jù)采集位于居民小區(qū)的信息中心，居民用戶的用水?dāng)?shù)據(jù)由表首先通過局域無線接口連接到位于小區(qū)信息中心的集中器，集中器再通過RS232接口與GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端相連。通過GPRS透明數(shù)據(jù)傳輸終端內(nèi)置嵌入式處理器對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理、協(xié)議封裝后發(fā)送到GSM網(wǎng)絡(luò)，通過 GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送至管理部門數(shù)據(jù)中心的抄表系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)表數(shù)據(jù)和數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)的實(shí)時(shí)在線連接。

無線模塊選用無線遠(yuǎn)程喚醒數(shù)據(jù)傳輸模塊，無線模塊是連接在水表的傳感器上，用于采集水表的用量并存儲(chǔ)，其余時(shí)間都處于睡眠狀態(tài)，當(dāng)傳感器有信號進(jìn)來時(shí)，模塊被喚醒，并自動(dòng)計(jì)量，而且模塊會(huì)不間斷的自動(dòng)醒來，檢測外界是否有喚醒信號，主要用于抄表器抄取數(shù)據(jù)，如果檢測到喚醒信號，它將被喚醒并等待下一指令，執(zhí)行相關(guān)操作。如果沒有喚醒信號，則又進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣一來，無線模塊的功耗就非常低，采用5號堿性電池供電，可以達(dá)到6個(gè)月到1年。

1.3 管理計(jì)算機(jī)

管理計(jì)算機(jī)是本系統(tǒng)的管理核心，可向下接許多數(shù)據(jù)集中器，數(shù)據(jù)集中器的個(gè)數(shù)基本不受限制。管理計(jì)算機(jī)能隨時(shí)抄收每個(gè)用戶水表的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中供查詢，能對整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行管理，對所抄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

2 軟件系統(tǒng)功能

實(shí)時(shí)抄收系統(tǒng)系統(tǒng)所接的全部或任意一區(qū)的所有或任意數(shù)據(jù)，控制中心以自動(dòng)抄收所有集中器內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，集中器能夠按照主站設(shè)置的起始時(shí)間、時(shí)間間隔和抄收項(xiàng)目，自動(dòng)抄收并存儲(chǔ)表計(jì)的數(shù)據(jù)。

2.1 統(tǒng)計(jì)功能

統(tǒng)計(jì)功能：統(tǒng)計(jì)表計(jì)數(shù)值，并按照定價(jià)進(jìn)行計(jì)算處理、統(tǒng)計(jì)計(jì)算結(jié)果，能將結(jié)果以表格、直方圖曲線和數(shù)據(jù)庫文件的形式輸出?？梢约磿r(shí)輸出每個(gè)用戶的表計(jì)數(shù)據(jù)?？梢越y(tǒng)計(jì)計(jì)算出損耗，并自動(dòng)分?jǐn)偟礁鱾€(gè)用戶。可以隨時(shí)查閱、檢索存在集中器中的表計(jì)數(shù)據(jù)記錄。

2.2 管理功能

可以查詢到每個(gè)表計(jì)所對應(yīng)的用戶信息。對于欠費(fèi)用戶，主站可以發(fā)出指令實(shí)施遠(yuǎn)程通斷控制。對于預(yù)付費(fèi)方式，自動(dòng)查詢檢索出到達(dá)交費(fèi)提醒線的用戶。可以提供用戶查詢，打印出用戶的用水單據(jù)。可以監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)使用情況，自動(dòng)判斷出超負(fù)荷點(diǎn)和泄漏點(diǎn)。對于價(jià)格的調(diào)整能夠及時(shí)更改響應(yīng)。系統(tǒng)設(shè)有分級密碼，安全可靠性高。

2.3 擴(kuò)展功能

可以根據(jù)用戶的需要，對軟件的功能進(jìn)行擴(kuò)展。對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)更大范圍內(nèi)的多種表計(jì)集中管理。對系統(tǒng)進(jìn)行擴(kuò)展，可以實(shí)現(xiàn)匪警、火警等的自動(dòng)報(bào)警。

3 結(jié)論

通過對無線遠(yuǎn)傳智能水表進(jìn)行的供電參數(shù)、無線電性能、信號輸出測試、控制功能測試、水表性能測試，其主要參數(shù)全部達(dá)標(biāo)，實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)時(shí)要求的技術(shù)指標(biāo)和性能。通過現(xiàn)場測試，從結(jié)果上來看實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)初提出的所有功能，而且整個(gè)電路簡單，體積小，性能穩(wěn)定，成本較低，安裝方便，具有較強(qiáng)的應(yīng)用價(jià)值，設(shè)計(jì)比較成功。

隨著GPRS網(wǎng)絡(luò)的興起和完善，傳輸速度和容量必將有大幅度的提高，通信費(fèi)也將會(huì)進(jìn)一步降低，GPRS無線數(shù)據(jù)終端的應(yīng)用將會(huì)迅速普及，需求量將會(huì)有很的增長，無線網(wǎng)絡(luò)終端產(chǎn)品的應(yīng)用前景必然十分光明。

[1]《建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展》編委會(huì).建設(shè)事業(yè)IC卡 應(yīng)用技術(shù)與發(fā)展[M].北京：中國建筑工業(yè)出版社.

[2]中華人民共和國國家標(biāo)準(zhǔn)自動(dòng)抄表總則.國家質(zhì)量監(jiān)督總 局.

[3]張寅.城市供水管網(wǎng)工程管理信息系統(tǒng).天津：供水技術(shù)， 2007.

[4]蘇凱，劉國慶，陳國平.MCS-51系列單片機(jī)系統(tǒng)原理與設(shè) 計(jì).北京：冶金工業(yè)出版社發(fā)行，2003.

TH814

A

1674-6708（2010）28-0080-02

白天明，高級工程師、講師，工作單位：遼寧機(jī)電職業(yè)技術(shù)學(xué)院，從事單片機(jī)、智能儀表的教學(xué)、研究工作