无线智能水表的设计与研究

白天明

辽宁机电职业技术学院，辽宁丹东 118002

无线智能水表的设计与研究

白天明

辽宁机电职业技术学院，辽宁丹东 118002

随着我国电子信息业的迅猛发展，无论是用户还是用水管理部门都迫切需要现代化管理手段介入，从而推动水费管理的信息化、网络化、智能化。本文正是基于这一需求，将水表计量自动化与无线通信技术结合起来，提供了一种无线智能水表的解决方案。

无线远传；智能水表；抗干扰

0 引言

随着智能建筑和智能小区的发展，现代的建筑不仅融合了传统建筑的特点，而且包括了高科技产品和现代新技术。许多小区已经初步实现了智能化的管理，但仍有大量的智能建筑和智能小区能耗计量采用传统的计量技术和抄表方式。对于传统水表的缺陷，出现了很多自动化抄表技术，具体分类如下：

1）磁卡式水表：IC卡式水表的雏形，由于存在磁卡失效等安全问题，很快被淘汰；

2）IC卡水表：用户需在水务公司制定售卡点购水刷卡后方可使用，具有限量使用、预付费等功能。安装时不需要重新敷设线路，使用十分方便。但是在使用过程中也发现了很多的问题。IC卡水表安装在每个用户家中，如用户故意损坏使计量装置失灵，水务公司无法对其进行有效监控；无法掌握用户实时用水量，使的水务公司对水量统计、供水调配等带来很大麻烦；

3）有线式远传表：将各用户水表通过线缆连接到集中器，读取各用户累计流量。在使用过程中发现存在缺点；用户水表信号通过较长信号线到达集中器，中途任何一个环节出现问题都会导致集中器无法采集到正确数据；安装时需要铺设信号线，任务繁重、维护困难。安装后需要专业人员定期维护，后期成本较高；

4）无线智能水表，除常规数据采集、存储、处理外，另设无线发射模块。可以远程控制，方便水务公司对用户用水情况进行管理。

1 系统硬件组成

无线智能水表系统由无线水表、数据集中器、小区管理系统等部分构成。

1.1 水表

本系统所采用的计量水表是一种既能直观显示相关能耗计量数据，又能产生能耗计量脉冲信号的新型计量表具。它实际上是一种加装了永磁铁和霍尔元件组成磁电传感器的水表，霍尔元件固定安装在计数转盘附近，永磁铁安装在计数盘（例如0.1m3或0.01m3）位上，当转盘每转一圈，永磁铁经过霍尔元件一次，即在信号端产生一个计量脉冲，对应0.1m3或.0.01m3，经无线发射器发送给数据集中器。另外，在水表上还装有防盗霍尔元件，当用户盗用水时，霍尔元件发出报警信号给集中处理器，数据集中器再报告给管理计算机，以便做出处理。

1.2 数据集中器

数据集中器是一个以微处理器为中心的小型信息处理系统，其内置GSM/GPRS模块，配一张开通GPRS服务的SIM卡，负责接收从数据服务中心发过来各种指令并加以筛选、判别，将有效指令发送到相应的表具中；接受表具发送过来的数据并发送给数据服务中心。

集中器也可以用太阳能电池板供电，免去用户拉线供电或更换蓄电池之烦。

集中器内还存储与数据中心联网的各种参数，如：中心的IP地址、服务端口等。集中器一加电便自动运行，搜索GPRS网络，向中心进行注册并连接。如果没有数据传输时可以进入休眠状态，一旦有数据需要发送或收到中心呼叫(通过短信或电路)时便从新登陆数据服务中心，进行数据传输。GSM短信作为备用通道，一旦GPRS网络出现故障，立即启动GSM短信通道和数据服务中心进行通信。

水表数据采集位于居民小区的信息中心，居民用户的用水数据由表首先通过局域无线接口连接到位于小区信息中心的集中器，集中器再通过RS232接口与GPRS透明数据传输终端相连。通过GPRS透明数据传输终端内置嵌入式处理器对数据进行处理、协议封装后发送到GSM网络，通过 GPRS网络传送至管理部门数据中心的抄表系统，实现表数据和数据中心系统的实时在线连接。

无线模块选用无线远程唤醒数据传输模块，无线模块是连接在水表的传感器上，用于采集水表的用量并存储，其余时间都处于睡眠状态，当传感器有信号进来时，模块被唤醒，并自动计量，而且模块会不间断的自动醒来，检测外界是否有唤醒信号，主要用于抄表器抄取数据，如果检测到唤醒信号，它将被唤醒并等待下一指令，执行相关操作。如果没有唤醒信号，则又进入睡眠状态。这样一来，无线模块的功耗就非常低，采用5号碱性电池供电，可以达到6个月到1年。

1.3 管理计算机

管理计算机是本系统的管理核心，可向下接许多数据集中器，数据集中器的个数基本不受限制。管理计算机能随时抄收每个用户水表的数据，并将数据保存在数据库中供查询，能对整个系统进行管理，对所抄数据进行处理。

2 软件系统功能

实时抄收系统系统所接的全部或任意一区的所有或任意数据，控制中心以自动抄收所有集中器内存储的数据，集中器能够按照主站设置的起始时间、时间间隔和抄收项目，自动抄收并存储表计的数据。

2.1 统计功能

统计功能：统计表计数值，并按照定价进行计算处理、统计计算结果，能将结果以表格、直方图曲线和数据库文件的形式输出。可以即时输出每个用户的表计数据。可以统计计算出损耗，并自动分摊到各个用户。可以随时查阅、检索存在集中器中的表计数据记录。

2.2 管理功能

可以查询到每个表计所对应的用户信息。对于欠费用户，主站可以发出指令实施远程通断控制。对于预付费方式，自动查询检索出到达交费提醒线的用户。可以提供用户查询，打印出用户的用水单据。可以监控整个系统内使用情况，自动判断出超负荷点和泄漏点。对于价格的调整能够及时更改响应。系统设有分级密码，安全可靠性高。

2.3 扩展功能

可以根据用户的需要，对软件的功能进行扩展。对系统进行扩展，可以实现更大范围内的多种表计集中管理。对系统进行扩展，可以实现匪警、火警等的自动报警。

3 结论

通过对无线远传智能水表进行的供电参数、无线电性能、信号输出测试、控制功能测试、水表性能测试，其主要参数全部达标，实现了设计时要求的技术指标和性能。通过现场测试，从结果上来看实现了设计初提出的所有功能，而且整个电路简单，体积小，性能稳定，成本较低，安装方便，具有较强的应用价值，设计比较成功。

随着GPRS网络的兴起和完善，传输速度和容量必将有大幅度的提高，通信费也将会进一步降低，GPRS无线数据终端的应用将会迅速普及，需求量将会有很的增长，无线网络终端产品的应用前景必然十分光明。

[1]《建设事业IC卡应用技术与发展》编委会.建设事业IC卡 应用技术与发展[M].北京：中国建筑工业出版社.

[2]中华人民共和国国家标准自动抄表总则.国家质量监督总 局.

[3]张寅.城市供水管网工程管理信息系统.天津：供水技术， 2007.

[4]苏凯，刘国庆，陈国平.MCS-51系列单片机系统原理与设 计.北京：冶金工业出版社发行，2003.

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1674-6708（2010）28-0080-02

白天明，高级工程师、讲师，工作单位：辽宁机电职业技术学院，从事单片机、智能仪表的教学、研究工作