智能水表:无线通信解决方案

需求分析
目前许多地方的自来水公司，还是采用人工上门读取水表数据的抄表方式，这种方式需要抄表工人挨家挨户去读取水表的数字，如果用户家中无人就没办法读取数据，而且人工抄表的方式还非常不利于数据统计，随着现在科学技术的发展，对抄表方式也是提出了新的要 求，要求提高可靠性，实时性以及数据处理的方便性。于是无线抄表技术已经开始广泛应用于自来水公司的自动抄表。由于长距窒内外的布线存在着短路、断线隐患，错综复杂的线路使系统调试和维护困难重重， 业务需求。因此，我们提出了新的自动抄表系统---无线抄表。

一、无线远传水表集抄系统
系统组成：无线远传水表抄表网络系统由抄表管理中心，集中控制器和采集终端组成。
其结构示意图如下：

1）是整个远程无线抄表系统的核心管理部分，它既是远程所有无线抄表设备的管理者，又是联系着用户营销管理系统与远程自动抄表系统的桥梁。
线通信方式与远程无线集中器通信，抄收无线集中器数据，远程无线集中器与无线数据路由采集器之间通过自组网 RF 无线通信模块连接，无线数据路由采集器可以组网路由，以达到远距离路由通信，由路由采集器抄收各个无线用户表端数据。

2）集中器：
集中器是管理中心与用户终端沟通的桥梁，是整个系统的中间层。
1.通过无线数据通信方式，向上可接收抄表管理中心的指令，自动完成抄水表数据和控制用户水泵开关的工作；
2.向下通过无线数据通信方式与采集终端通讯，定时抄收采集终端用户水表数据，并根据设置，自动将数据另存，作为向用户收费的依据；


3.管理中心通过集中器可向采集终端发送供水开关指令，完成对恶意欠费用户的远程惩罚性断水工作。集中器可安装在基表采集器附近楼道内；

3）采集终端：
采集终端也是用户端，是用于直接采集用户用水量数据，通过无线数据通信方式向上传输给集中控制器。采集终端安装在每栋楼的水表集中地附近。采集终端安装位置
如下图所示：


二、传统机械水表的无线智能化改造系统
本系统的改造方案是在保留传统机械水表的基础上，能抄水表系统。本系统中采用零功耗传感器 WC112 把水表转动转化为脉冲信号，通过设计的低功耗智能水表测试水表计数，各用户的智能水表以无线方式组成一智能传感网，在抄表人员无须进入室内的情况下，采用手持机采集用户水表读数，实现自动、高效的智能抄水表方 式；同时，手持机可通过 USB 接口与电脑连接，电脑中采用 Labview 软件编写的程序对采集数据显示、打印、上网等处理，用户终端通过网络对数据查询和显示。

系统设计方案
针对国内水表大多采用机械水表的使用现状，为减少改造成本，采用的方法是在现有水 表的物理结构，不改变国家计量标准的基础上加装传感器、在保留原有机械计量的基础上， 具有计量信息的远传功能，即机械计量与电子智能计量同步，两者达到精度与智能化的完美 结合。

目前加装传感器里比较常用的方法是采用磁敏传感器和光电开关，采用光电开关抗干扰能力强，但能耗过大；而智能水表在居民户内，出于安全与能耗等因素，不能采用市电， 因此设计中在解决抗电磁干扰的基础上， 换成电脉冲信号。本设计基于传感网技术采用无线传输方式具有：低成本、安装方便、分布计量、数据联网传输、快速高效抄水表等优点。

系统结构
系统无线通信采用国家开放的免费频段，无须另外缴纳通信费。其组成包括居民室内的智能水表、抄表员使用的手持机、小区物业公司内的 PC 终端管理软件。
系统设计示意图如



三、通信功能
针对无线抄表系统， 超低功耗无线数传模块-JZX835. 其具有的自组网无线通信功能，使得无线远传集抄系统结构简单，应用灵活，无需布线，安装维护便捷，自维护，全自动运行，无需人工干预。

JZX835 数传模块是高集成度超低功耗的微功 率半双工的无线数传模块，其采用“A7139”高性能超低耗射频芯片及高速单片机。很适合电池供电系统应用。模块采用透明广播传输的方式和协议指定点传输方式。既可以让所有模 块收到数据，也可以只让指定节点收到数据。同时模块还具有 10 位 AD 采样、温度采样、2个 IO 输入输出功能。用户不用另外开发控制板，可以直接给模块接按键或报警传感器类或控制设备，就可以完成一个报警控制或采样系统。








四、系统功能：
无线智能抄水表系统所具备的主要功能有以下几项：
1.抄读功能：
及其他信息，并具有实时随机招读及按地址选抄功能。
2.设置功能：
可设置设备初始参数，即可对集中器设置自动抄表周期、抄收间隔等，也可对水表的各种参数进行设置。

3.校时功能：可实现系统校时和系统对集中器的校时，系统时钟全网同步，可有效避免 抄表数据混乱。
4.自诊断，分析功能：可提示可能有故障或窃水嫌疑的用户；以及用水量异常报警。

5.数据安全保障功能：通过指令或密码实现用户管理、系统管理，并进行权限设置；防 止非受权人员操作。
6.扩展功能：可发布冻结或开启命令，实现指定时间内水阀的关闭或打开功能。

7.数据处理功能：包括各用户水表数据的统计，报表生成等。
8.数据存储功能：结合数据库管理可实现对抄收回来的数据进行有效存储，且存储时间 久，可防止管理部门与用户之间可能产生的纠纷。

五、系统通信模块及工作模式的选择
本系统中将采用我公司自主研发、生产的无线通信模块---JZX835。鉴于水费收费周期比较长，一般按月收取，为达到最佳的超低功耗使用效果，我们在本系统中为 JZX835 通信模块选择空中休眠模式。

JZX835 无线模块是连接在燃气表的传感器（计数器）上，处于完全睡眠状态，传感器 （计数器）有信号进来时，模块被唤醒，并自动上报，主要用于上报到集中器中，并执行中 心所下发的相关操作。执行完又进入睡眠状态。这样一来，无线模块的功耗就非常低，按照 上面提到的计算公式计算，如果采用一个 3.6V/3.6A ER18505 的锂亚电池供电，其电池使 用寿命长达 22 年。

无线手抄器要进行抄表时，只要抄表人员拿首抄表器在通信距离以内抄 收当前的集中器内的数据即可，都可以通过中心发到集中器发出到表进行关阀，这就有效防止了偷水现象的发生，维护了供水公司的利益。

六、总结
在无线智能抄水表系统中，无论是无线远传水表集抄系统还是传统机械水表智能化改造系统，其都秉承以环保为理念，趋向于简单化，智能化的发展方向。系统设计中，其包括的智能水表，手持机，集中器，控制中心的 PC 机，Internet 网络等都提出了严格的要求， 确保无线智能抄水表系统的常态化运行。 决不同的关键问题，对于整个系统着重于低电压、低功耗、抗干扰、低成本的设计特点，取决于无线通信模块的无线通信功部分能起到了决定性作用。