无线抄表技术在燃气行业的应用

戴嗣英/上海大众燃气有限公司

0 引言

随着国民经济的高速发展、人民生活水平的日益提高，居民对燃气行业服务水平的要求也不断提高。目前，在居民住宅区，电表、水表基本做到室外安装，但燃气表基本都安装在室内，每月的入户抄表收费给抄表人员和住户带来了不少麻烦和不便。燃气公司传统的人工进户抄表方式与社会的发展不相适应，抄表入户难、门锁多、劳动强度大、效率低、社会因素复杂等等客观存在的问题给燃气用户和燃气公司双方都造成很大困扰。由于受到房屋结构、消防安全等多方面的条件限制，燃气表改到户外已没有可能，因此为了提高企业的管理水平，提升对用户的服务质量，解决抄表入户难的问题，应用智能表具，实现户外自动抄表成为发展的方向和必然的选择。

1 智能表具的应用和发展

目前市场上的智能表应用系统主要分为两种，一种是预付费形式的IC卡燃气表系统，另一种是智能化传输表系统，即利用智能表具的数据输出功能，将表具的使用情况通过一定的数据传输方式由室内传至户外的远程集中抄表系统。该系统根据数据的传送方式分为有线传输和无线传输两大类。早在20世纪90年代末期，我们就开始使用和研究智能燃气表具，对IC卡燃气表系统和有线传输表系统已有5～6年的应用经历（IC卡燃气表用户有1万，有线传输表用户近2万），总的使用情况不理想，不能满足燃气公司内部管理和对外服务的要求。

1.1 智能IC卡表

优点：便于费用管理，解决了气费收费难的问题，兼顾了企业和用户的利益。对燃气企业来说，一是解决了入户抄表难的问题；二是解决了催费收费难的问题。对用户来说，消除了抄表人员的打扰和时间预约问题。

缺点：IC卡燃气表不能实现使用和管理方双向数据的实时传输，无法及时动态地掌握燃气表具的运行情况和用户的用气量。

某燃气公司结合智能小区的配套试点，共使用了1万户IC卡燃气表，通过5～6年的使用情况看，由于IC卡燃气表是“先付后用”以预付费管理为核心的管理模式，与传统的“先用后付”以消费量管理为核心的管理模式有很大的区别，以公司目前的管理水平，无法支持两种管理模式的长期并存，为了企业进一步的发展必须在两者之间进行选择。同时，由于IC卡燃气表冲值方式的特殊性，对燃气的销售价格无法及时更改，在有些情况下，不能满足燃气公司的管理要求。如遇到燃气价格上调时，用户排队突击充值购买低价气，给企业造成不必要的服务麻烦和经济损失。前些年上海实施的用户分段式计价方式，IC卡燃气表也不能实现。鉴于上述原因，2005年已经逐步停止了IC卡燃气表的使用。

1.2 有线远传抄表

优点：可及时监控用户的用气情况，实时对表进行操作。

缺点：系统必须纳入工程设计中，初期排线工作量大，调试及安装困难，后期出故障维护难度大，线路被人为破坏的可能性较多。

某燃气公司结合智能小区的配套试点，共使用了近2万户有线传输表的使用，数据传输的信道类型有基于RS-485/LONWORK总线信道和以太网（小区内部宽带网）接入两种。使用结果，主要的问题还是这些有线线路的维护和管理，前期房产开发商将其作为智能化小区的卖点，在开发建设时有一定积极性，但交付使用后，由于相关的法律法规不配套，相关的责权利不明确，维护和保养的费用无法落实，必要的维护保养工作无法进行，造成这些有线线路不能正常工作，一些问题严重的小区只能恢复到人工抄表。再加上初期排线工作量大，费用高，对老用户的改造难度很大，没有全面推广的可能。

1.3 无线远传抄表

优点：实现使用和管理方双向数据的实时传输，实时掌握用户的用气情况，各部分通讯采用无线传输，不存在施工难度的问题。

缺点：无线传输存在屏蔽和死点问题（通过部分设备或手段可以解决）。

无线抄表技术是近几年基于无线通讯技术而迅速发展起来的一项新技术，在解决了屏蔽和死点问题的基础上，可以达到：实时监控、安装实施简单、维护量小、可靠性高的要求，可以完全符合目前抄表行业的需求。它克服了有线抄表的种种弊端，特别适合于老用户的改造，下文重点对这方面的技术研发和应用情况进行介绍。

2 无线抄表系统

该系统功能简单明确，通过无线通讯技术实现不进门抄表；附加设备尽量少，不加控制阀门，不加中继器和集中采集器（多表的联抄通过智能表自身实现）；后台管理不对现有管理模式进行改动。

2.1 系统主要组成

燃气表无线抄表系统由基表、无源直读传感器、无线通讯模块、掌上电脑等组成，如图1所示，系统框图如图2所示。

图1 系统组成

图2 系统框图

2.1.1 无源直读传感器

燃气表直读传感器主要完成燃气表计数窗口值的数据读取。该模块直接安装在燃气表的计量室内（密封），以保证安全运行而不受外界环境的影响（如潮湿、油烟等），由专用电缆在内部与无线通讯模块连接。

燃气表直读传感器平时不工作，也不用电源，由无线通讯装置控制读表。读表时瞬间通电，读表结束后又断开电源，这种工作方式可大大提高装置的可靠性。由于基表内仅安装直读模块，制造工艺简单，表计生产的质量可以保障。

2.1.2 无线通讯模块

负责定时启动直读模块的读数，并保存数据，同时完成无线数据通讯。

根据大众燃气公司抄表规程，对居民燃气表按月单位抄表，抄表装置的CPU平时处于睡眠状态，由定时器定时唤醒读表，同时保存读表数据。读表的数据采用循环保存方式，保存一段时间内带时标的表计窗口数据。

抄表装置可以与手持校对时刻，以保证抄表时间的一致性。

抄表装置内置无线通讯模块，可实现抄表人员户外抄表，即可方便抄到抄表装置内的历史数据。

为降低功耗，无线通讯装置间歇式工作原理，即平时通讯装置处于待机状态，功耗极低，由时钟定时启动接收，当接收到手持终端发出的抄表信号时，开始发送数据信号。启动接收的周期可根据实际情况设定。

2.1.3 无线掌上电脑

无线掌上电脑用于抄表人员在居民户外无线抄表，可不受灰尘、污水等影响。

该装置具有抄表、存储、显示、校时、数据维护等功能。数据存储容量可保存无限量数据，并配置大功率电池装置，可保证连续工作8 h。

2.2 系统参数指标

1)读表准确性：100%，无误差。

2)抄表装置数据容量：可保存1 k字节数据（可扩）

3)工作电流：

4)无线通讯速率：＜10 kbit/s

5)电池容量：

锂电池容量：2200 mAh，1节。

工作温度：-45 ℃ ～+70 ℃

2.3 关键部件介绍

2.3.1 无源直读传感器

工作原理：

1) 在气表个、十、百、千、万位字轮旁均安放一个数据采集器，采集器对应字轮上0～9刻度的位置上，均由一个感应位对应，用于采集表具字轮度数。

2) 在气表内，安装一个用户数据处理模块（内含单片机，对采集器不同感应位进行判断、转换成数字信号输出）。

3) 因采集的是表具实时字轮读数，经用户数据处理模块对数据进行处理后，无需累加、计算、存储，可以数字传输方式直接上传。

4) 虽然任何时候燃气表都可能运行，但无线模块仅在抄表时对表具实时字轮读数进行采集，因此平时无需供电，仅在抄表时瞬时加电即可。

无源直读传感器与脉冲发讯式传感器的比较：

2.3.2 无线通讯模块

无线通讯模块特点：

1) 微功率发射，最大发射功率10 mW。

2) ISM频段,无需申请频点。载频频率433 MHz。

3) 高抗干扰能力和低误码率。

基于MFSK的调制方式，采用高效前向纠错信道编码技术，提高了数据抗突发干扰和随机干扰的能力，在信道误码率为10-2时，可得到实际误码率 10-5～10-6。

4) 传输距离远。

在视距情况下，天线高度＞2 m,可靠传输距离可达350 m (BER=10-3/1200bps)。

5) 透明的数据传输。

提供透明的数据接口，能适应任何标准或非标准的用户协议。自动过滤掉空中产生的假数据(所收即所发)。

6) 多信道。

标准配置提供1个信道，如果用户需要，可扩展到16/32信道。满足用户多种通信组合方式。

7) 串口方式。

提供1个TTL电平UART接口。

8) 大的数据缓冲区。

接口波特率为1200/2400/4800/9600/19200 bps，现实验采用9600 bps。

9) 低功耗及休眠功能。

接收情况下，电流＜10 mA(10 kbps)，发射电流 ＜30 mA(10 kbps)，休眠电流 ＜4.5 uA。

10)高可靠性，体积小、重量轻。

采用单片射频集成电路及单片MCU，外围电路少，可靠性高，故障率低。

11)多种天线配置方案，满足用户不同的结构需要。

3 结束语

无线抄表系统的应用有效解决了燃气公司抄表中遇到的一些问题（尤其是解决了抄表进户难），为抄表工作带来了极大的便利，同时避免了由于不能进户见表需要估抄和自抄的情况，使原本由于估抄和自抄造成的“消费存量”变成了实实在在的销售量。无线抄表的运用也提高了工作效率，抄表人员无需上楼进户即可完成抄表工作，这也是传统抄表方式所无法完成的。无线抄表在技术上已经成熟，将成为今后智能抄表发展的主要方向，但该技术的大规模推广目前还存在两方面的问题：一是价格偏高，无线智能表的价格略低于IC卡表，但比普通表要高200元以上。二是无线抄表系统尚无国家、地方和行业相关标准，不同厂商的同类产品的兼容性较差，不能互换使用。我们相信随着燃气销售价格的逐步理顺和相关技术标准的出台，该项技术的应用前景将十分广阔。