無線智能水表的設計與研究

白天明

遼寧機電職業技術學院，遼寧丹東 118002

無線智能水表的設計與研究

白天明

遼寧機電職業技術學院，遼寧丹東 118002

隨著我國電子信息業的迅猛發展，無論是用戶還是用水管理部門都迫切需要現代化管理手段介入，從而推動水費管理的信息化、網絡化、智能化。本文正是基于這一需求，將水表計量自動化與無線通信技術結合起來，提供了一種無線智能水表的解決方案。

無線遠傳；智能水表；抗干擾

0 引言

隨著智能建筑和智能小區的發展，現代的建筑不僅融合了傳統建筑的特點，而且包括了高科技產品和現代新技術。許多小區已經初步實現了智能化的管理，但仍有大量的智能建筑和智能小區能耗計量采用傳統的計量技術和抄表方式。對于傳統水表的缺陷，出現了很多自動化抄表技術，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：用戶需在水務公司制定售卡點購水刷卡后方可使用，具有限量使用、預付費等功能。安裝時不需要重新敷設線路，使用十分方便。但是在使用過程中也發現了很多的問題。IC卡水表安裝在每個用戶家中，如用戶故意損壞使計量裝置失靈，水務公司無法對其進行有效監控；無法掌握用戶實時用水量，使的水務公司對水量統計、供水調配等帶來很大麻煩；

3）有線式遠傳表：將各用戶水表通過線纜連接到集中器，讀取各用戶累計流量。在使用過程中發現存在缺點；用戶水表信號通過較長信號線到達集中器，中途任何一個環節出現問題都會導致集中器無法采集到正確數據；安裝時需要鋪設信號線，任務繁重、維護困難。安裝后需要專業人員定期維護，后期成本較高；

4）無線智能水表，除常規數據采集、存儲、處理外，另設無線發射模塊?？梢赃h程控制，方便水務公司對用戶用水情況進行管理。

1 系統硬件組成

無線智能水表系統由無線水表、數據集中器、小區管理系統等部分構成。

1.1 水表

本系統所采用的計量水表是一種既能直觀顯示相關能耗計量數據，又能產生能耗計量脈沖信號的新型計量表具。它實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數轉盤附近，永磁鐵安裝在計數盤（例如0.1m3或0.01m3）位上，當轉盤每轉一圈，永磁鐵經過霍爾元件一次，即在信號端產生一個計量脈沖，對應0.1m3或.0.01m3，經無線發射器發送給數據集中器。另外，在水表上還裝有防盜霍爾元件，當用戶盜用水時，霍爾元件發出報警信號給集中處理器，數據集中器再報告給管理計算機，以便做出處理。

1.2 數據集中器

數據集中器是一個以微處理器為中心的小型信息處理系統，其內置GSM/GPRS模塊，配一張開通GPRS服務的SIM卡，負責接收從數據服務中心發過來各種指令并加以篩選、判別，將有效指令發送到相應的表具中；接受表具發送過來的數據并發送給數據服務中心。

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。

集中器內還存儲與數據中心聯網的各種參數，如：中心的IP地址、服務端口等。集中器一加電便自動運行，搜索GPRS網絡，向中心進行注冊并連接。如果沒有數據傳輸時可以進入休眠狀態，一旦有數據需要發送或收到中心呼叫(通過短信或電路)時便從新登陸數據服務中心，進行數據傳輸。GSM短信作為備用通道，一旦GPRS網絡出現故障，立即啟動GSM短信通道和數據服務中心進行通信。

水表數據采集位于居民小區的信息中心，居民用戶的用水數據由表首先通過局域無線接口連接到位于小區信息中心的集中器，集中器再通過RS232接口與GPRS透明數據傳輸終端相連。通過GPRS透明數據傳輸終端內置嵌入式處理器對數據進行處理、協議封裝后發送到GSM網絡，通過 GPRS網絡傳送至管理部門數據中心的抄表系統，實現表數據和數據中心系統的實時在線連接。

無線模塊選用無線遠程喚醒數據傳輸模塊，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，其余時間都處于睡眠狀態，當傳感器有信號進來時，模塊被喚醒，并自動計量，而且模塊會不間斷的自動醒來，檢測外界是否有喚醒信號，主要用于抄表器抄取數據，如果檢測到喚醒信號，它將被喚醒并等待下一指令，執行相關操作。如果沒有喚醒信號，則又進入睡眠狀態。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，可以達到6個月到1年。

1.3 管理計算機

管理計算機是本系統的管理核心，可向下接許多數據集中器，數據集中器的個數基本不受限制。管理計算機能隨時抄收每個用戶水表的數據，并將數據保存在數據庫中供查詢，能對整個系統進行管理，對所抄數據進行處理。

2 軟件系統功能

實時抄收系統系統所接的全部或任意一區的所有或任意數據，控制中心以自動抄收所有集中器內存儲的數據，集中器能夠按照主站設置的起始時間、時間間隔和抄收項目，自動抄收并存儲表計的數據。

2.1 統計功能

統計功能：統計表計數值，并按照定價進行計算處理、統計計算結果，能將結果以表格、直方圖曲線和數據庫文件的形式輸出。可以即時輸出每個用戶的表計數據?？梢越y計計算出損耗，并自動分攤到各個用戶。可以隨時查閱、檢索存在集中器中的表計數據記錄。

2.2 管理功能

可以查詢到每個表計所對應的用戶信息。對于欠費用戶，主站可以發出指令實施遠程通斷控制。對于預付費方式，自動查詢檢索出到達交費提醒線的用戶?？梢蕴峁┯脩舨樵?，打印出用戶的用水單據?？梢员O控整個系統內使用情況，自動判斷出超負荷點和泄漏點。對于價格的調整能夠及時更改響應。系統設有分級密碼，安全可靠性高。

2.3 擴展功能

可以根據用戶的需要，對軟件的功能進行擴展。對系統進行擴展，可以實現更大范圍內的多種表計集中管理。對系統進行擴展，可以實現匪警、火警等的自動報警。

3 結論

通過對無線遠傳智能水表進行的供電參數、無線電性能、信號輸出測試、控制功能測試、水表性能測試，其主要參數全部達標，實現了設計時要求的技術指標和性能。通過現場測試，從結果上來看實現了設計初提出的所有功能，而且整個電路簡單，體積小，性能穩定，成本較低，安裝方便，具有較強的應用價值，設計比較成功。

隨著GPRS網絡的興起和完善，傳輸速度和容量必將有大幅度的提高，通信費也將會進一步降低，GPRS無線數據終端的應用將會迅速普及，需求量將會有很的增長，無線網絡終端產品的應用前景必然十分光明。

[1]《建設事業IC卡應用技術與發展》編委會.建設事業IC卡 應用技術與發展[M].北京：中國建筑工業出版社.

[2]中華人民共和國國家標準自動抄表總則.國家質量監督總 局.

[3]張寅.城市供水管網工程管理信息系統.天津：供水技術， 2007.

[4]蘇凱，劉國慶，陳國平.MCS-51系列單片機系統原理與設 計.北京：冶金工業出版社發行，2003.

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1674-6708（2010）28-0080-02

白天明，高級工程師、講師，工作單位：遼寧機電職業技術學院，從事單片機、智能儀表的教學、研究工作