無源直讀式遠(yuǎn)傳水表的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

周磊　吳云鵬

摘 要：本文通過分析高校用水現(xiàn)狀，運(yùn)用遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)，在智能水表的基礎(chǔ)上增加無源、直讀、實(shí)時(shí)檢測(cè)、水信息分析、用水預(yù)警、故障檢測(cè)、水閥開閉控制懲罰等特色功能，對(duì)水量的使用進(jìn)行了有效地控制，促進(jìn)節(jié)水技術(shù)的創(chuàng)新與推廣，建立了健全的節(jié)水管理系統(tǒng)，并在校園內(nèi)普及先進(jìn)節(jié)水設(shè)備與技術(shù)，培養(yǎng)廣大師生節(jié)水意識(shí)，有效減少水資源的浪費(fèi)。

關(guān)鍵詞：高校；用水問題；無源；直讀；遠(yuǎn)傳

水是高校的主要的消耗資源，幾乎占據(jù)了其資源費(fèi)用的40%，尤其是近年來隨著學(xué)校規(guī)模不斷擴(kuò)大，辦學(xué)條件不斷改善，學(xué)校對(duì)水的需求量越來越大，對(duì)水的質(zhì)量、服務(wù)標(biāo)準(zhǔn)也越來越高，再加上物價(jià)原因，學(xué)校水費(fèi)支出呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，造成學(xué)生培養(yǎng)成本加大，學(xué)校資金緊張。同時(shí)，大部分高校節(jié)水措施目前基本注重的是技術(shù)革新和節(jié)水宣傳，而很少實(shí)施科學(xué)系統(tǒng)的用水控制管理手段，導(dǎo)致用水浪費(fèi)成為一個(gè)普遍存在，故用水管理的改革勢(shì)在必行。

1 高校用水存在的問題

1）管理人員責(zé)任不明確，節(jié)水監(jiān)管工作薄弱。各階層管理人員責(zé)任不明確，態(tài)度松懈怠慢，以至于精細(xì)化的管理不能夠落實(shí)到實(shí)際的工作之中；對(duì)工作人員的監(jiān)管力度不夠，出現(xiàn)的問題得不到及時(shí)解決，日積月累造成極大地水資源浪費(fèi)。

2）沒有形成一套完整的用水管理體系高校對(duì)于用水管理，既沒有自上而下嚴(yán)明的分工，也沒能具體到每個(gè)用水單位，以至于高層管理人員不能及時(shí)拿到第一手資料，對(duì)客觀用水情況形成整體的把握。

3）計(jì)量表安裝不完善。就目前的高校用水情況，并沒有采用計(jì)量型表進(jìn)行用水量控制，以至于學(xué)生無止境的浪費(fèi)水資源。

4）學(xué)生節(jié)水意識(shí)淺薄。

2 無源直讀式遠(yuǎn)傳水表

無源直讀式遠(yuǎn)傳水表是遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)的終端，是一種集計(jì)量、顯示管理及控制為一體的高科技用水量自動(dòng)計(jì)量?jī)x表，實(shí)現(xiàn)了用水信息的采集、傳送及遠(yuǎn)程集中抄表的控制，包括數(shù)據(jù)的雙向傳輸、遠(yuǎn)程集中抄表及水量控制等功能。

2.1 基于GPRS的遠(yuǎn)傳抄表技術(shù)

該系統(tǒng)是由直讀水表、通信媒介、采集器、集中器、主機(jī)系統(tǒng)組成。集中器通過通信媒介與各直讀水表連接，隨時(shí)抄讀直讀水表的“窗口值”，然后通過GPRS將抄取的數(shù)據(jù)傳送到主站。但集中器本身不具備存儲(chǔ)功能，僅起數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)作用。

2.2 直讀

直讀的實(shí)現(xiàn)由很多種方法，這里，可采用光電式直讀水表。光電式是一種間接讀取字輪位置的方法，傳感器與字輪之間沒有直接接觸，也不存在磁力接觸，而是利用字輪上的光學(xué)編碼標(biāo)記，實(shí)現(xiàn)字輪位置非接觸式檢測(cè)。其原理如下：

在水表計(jì)數(shù)的每個(gè)字輪的一側(cè)安裝5個(gè)發(fā)光管，另一側(cè)在與發(fā)光裝置相對(duì)應(yīng)的位置裝有5個(gè)接收管，每個(gè)字輪上按照一定的規(guī)則挖出若干個(gè)透光口。傳感器工作時(shí)，當(dāng)發(fā)光管發(fā)出的光信號(hào)被字輪隔斷時(shí)，接收管輸出的信號(hào)為高電平；當(dāng)發(fā)光管發(fā)出的光信號(hào)穿過透空的位置照射在接收管上時(shí)，接收管輸出的信號(hào)為低電平。一個(gè)字輪所有感應(yīng)裝置的輸出構(gòu)成了這個(gè)字輪的角度信息編碼，通過判斷傳感器的狀態(tài)來確定字輪的位置，從而可得到宇輪上的數(shù)字。把識(shí)別的數(shù)據(jù)通過儀表總線向上發(fā)送，就得到機(jī)械水表的“窗口值”。

2.3 無源

所謂的無源是指直讀式水表在正常運(yùn)行的情況下不需要任何電源支持，只有在需要抄表的時(shí)刻，給水表供電，表頭得到電源后讀取每個(gè)字輪的位置，從而得出水表當(dāng)前的示數(shù)。這種工作制式有很多突出的優(yōu)點(diǎn)：第一，既不需要電池也不需要市電的長(zhǎng)期供應(yīng)，極大地降低了安裝成本和運(yùn)行成本；第二，極大地提高了可靠性，據(jù)統(tǒng)計(jì)抄表系統(tǒng)的不可靠性有40-60%的因素來自現(xiàn)場(chǎng)設(shè)備的損壞，盡可能地避免了外界干擾。

2.4無源直讀式遠(yuǎn)傳水表的特點(diǎn)

1）字輪轉(zhuǎn)動(dòng)與信號(hào)采集裝置沒有任何接觸，對(duì)水表的計(jì)量不產(chǎn)生任何影響。

2）直讀式遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)平時(shí)不耗電，只是抄表瞬間才用電，節(jié)能。

3）由于采用編碼技術(shù)，對(duì)水表計(jì)數(shù)器字輪前、后位的進(jìn)位采用單片機(jī)進(jìn)行數(shù)學(xué)換算，以保證計(jì)數(shù)器字輪在任何位置的情況下抄表都不會(huì)出現(xiàn)盲點(diǎn)，臨界進(jìn)位準(zhǔn)確，水表讀數(shù)與遠(yuǎn)傳抄表讀數(shù)無誤差。

4）系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)，有故障可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)。

5）集中抄表系統(tǒng)可以采用目前已經(jīng)成熟的遠(yuǎn)程通訊系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全校聯(lián)網(wǎng)，使整個(gè)抄表和反饋信息環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)完全自動(dòng)化。

6）管理部門能夠能得到更準(zhǔn)確的用水量，提供更完善的服務(wù)，也可簡(jiǎn)化供水部門的管理層次，甚至取消原來需多人進(jìn)行管理的站點(diǎn)，全部實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)化管理。

3 系統(tǒng)總體框架

3.1 直讀式遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的運(yùn)行方式

由管理站主機(jī)管理系統(tǒng)發(fā)出抄表指令，通過移動(dòng)公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)與各通信管理器進(jìn)行通訊，接到指令后再將指令傳給數(shù)據(jù)管理器，數(shù)據(jù)管理器接到指令后打開電源開關(guān)，給下行網(wǎng)絡(luò)總線上的“直讀表”供電。水表計(jì)數(shù)器直讀采集裝置受電后按程序?qū)⑺碛?jì)數(shù)器上個(gè)、十、百、千、萬位上的讀數(shù)抄讀后傳給數(shù)據(jù)管理器，再通過通信管理器和移動(dòng)公司GPRS無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)發(fā)送至管理站抄收中心，進(jìn)入主機(jī)管理系統(tǒng)，管理軟件具有對(duì)設(shè)備和直讀表實(shí)時(shí)監(jiān)控、故障顯示、抄收、統(tǒng)計(jì)分析、信息存儲(chǔ)、報(bào)警等功能。

3.2 特色功能

1）形成系統(tǒng)、高效的高校用水管理方案。本系統(tǒng)提供了一套完整系統(tǒng)的管理體制，從硬件設(shè)施，到系統(tǒng)管理，基本實(shí)現(xiàn)自動(dòng)化管理，解決了目前高校用水管理存在的諸多問題，使高校的用水管理更加簡(jiǎn)單快捷、井井有條。

2）水閥開閉懲罰功能。當(dāng)某水房用水量超過警報(bào)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)關(guān)閉水閥，停水兩小時(shí)，以示警戒，有效減少水資源的浪費(fèi)。

3）用水預(yù)警功能。當(dāng)用水量超過警報(bào)設(shè)定值時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)行警報(bào)，提醒廣大同學(xué)節(jié)約用水，培養(yǎng)其節(jié)水意識(shí)。

4）用水信息統(tǒng)計(jì)分析功能。將反饋的用水信息，統(tǒng)一整理、匯總、分析，找出用水量規(guī)律，作為警報(bào)線設(shè)定依據(jù)等。

5）故障檢測(cè)功能。根據(jù)用水反饋信息，判斷故障發(fā)生處及類別。

4 結(jié)語

本文以用水、節(jié)水為理論指導(dǎo)，從客觀實(shí)際開始探究?jī)?nèi)在問題，就處于國(guó)內(nèi)先進(jìn)水平的智能水表的基礎(chǔ)上，添加遠(yuǎn)傳技術(shù)、預(yù)警功能及水閥開閉控制懲罰功能，研究出了節(jié)能型水表——無源直讀式遠(yuǎn)傳水表，并將高校用水體制一體化、數(shù)字化，實(shí)現(xiàn)了高校用水管理的自動(dòng)化，以解決目前高校用水管理中存在的諸多問題，有效地減少了高校水資源的浪費(fèi)，并培養(yǎng)了廣大師生的節(jié)水意識(shí)。

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作者簡(jiǎn)介

周磊（ 1991.02-），男，漢族，河南鄭州人，鄭州大學(xué)水文與水資源工程2010級(jí)本科生。

吳云鵬（1990.07）-，男，漢族，河南鄭州人，鄭州大學(xué)水文與水資源工程2010級(jí)本科生。