智慧水务:智能水表无线通信解决方案

   行业应用方案     2019-04-17     546    0    
核心提示:目前许多地方的自来水厂,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厂的自动抄表。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,现在存在的远程集中抄表方式已不能满足水电商日益增长的业务需求。因此,我们提出了新的自动抄表系

目前许多地方的自来水厂,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厂的自动抄表。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,现在存在的远程集中抄表方式已不能满足水电商日益增长的业务需求。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。
1)抄表管理中心:由抄表管理中心内部的抄表管理计算机及其后台上位机管理软件组成,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。中心管理系统通过远程 GPRS/CDMA 的无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。

(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,利用传感网技术设计实现的无线智能抄水表系统。本系统中采用零功耗传感器 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,采用零功耗磁敏传感器把机械水表中叶轮的转动转换成电脉冲信号。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、小区物业区内的 PC 终端管理软件。

(三)通信功能
针对无线抄表系统,相关部门自主研发了一款超低功耗无线数传模块-ATC60A. 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。
 
ATC60A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:按设定抄收间隔以及抄表周期自动抄收集中器的各用户水表的累计用水量及其他信息,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。

(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。系统设计中对不同的组成部分按照系统工作特点解决不同的关键问题,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。

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