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一種基于無線通訊與公用電話網(wǎng)的智能抄表系統(tǒng)
摘要：自來水智能抄表系統(tǒng)是能源管理體制現(xiàn)代的體現(xiàn)。該系統(tǒng)的結(jié)合傳感技術(shù)、射頻技術(shù)、微電子技術(shù)等，通過無線通訊傳輸水量信號，利用現(xiàn)有廣泛使用的電話網(wǎng)及計算機(jī)，將數(shù)據(jù)發(fā)送給管理端，完成數(shù)據(jù)處理。傳統(tǒng)的供水計量操作通常是由各管理部門派人到裝表地點抄表，由于用戶面廣、量大，極易造成差錯，人工抄表不但效率低，且不利于科學(xué)管理，給城市管網(wǎng)的建模、分析、規(guī)劃等都帶來很大的困難。電子和計算機(jī)技術(shù)的迅速發(fā)展，為實現(xiàn)自動抄表技術(shù)提供了大環(huán)境，管理體制的現(xiàn)代化也呼喚著自動抄表時代的到來。目前我國普遍采用將水表安裝在用戶室內(nèi)，每月入戶抄表收費(fèi)的方法。這給用戶帶來很多麻煩，給抄表人員帶來煩惱，造成很多不必要的糾紛。為了有效解決入戶抄表收費(fèi)存在的諸多弊端、提高效率、避免入戶抄表引發(fā)的治安問題（如冒充收費(fèi)入室搶劫）和杜絕拖欠費(fèi)用，水表戶外計量呼聲越來越高。尤其對高層、毫華居住小區(qū)，水表戶外計量是非常必要的，傳統(tǒng)的抄表方式已不能適應(yīng)今后住宅的發(fā)展要求。
隨著電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動控制技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，水表戶外計量已經(jīng)開發(fā)出不少產(chǎn)品。主要有：IC卡、電力載波、遠(yuǎn)傳抄表三種戶外計量方式。建設(shè)部《2000年小康型城鄉(xiāng)住宅科技產(chǎn)業(yè)工程城市示范小區(qū)規(guī)劃設(shè)計導(dǎo)則（修改稿）》中已經(jīng)明確提出：“推廣應(yīng)用戶外計量（含水、電、曖、燃?xì)獗恚┘夹g(shù)”。在《中國住宅產(chǎn)品發(fā)展綱要》中也明確提出：“實現(xiàn)方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過渡到數(shù)字化傳送，開發(fā)智能化的水、電、氣、熱計量裝置及接口箱框”。目前水表戶外計量的智能抄表系統(tǒng)已達(dá)到使用要求。因此，結(jié)合傳感技術(shù)、射頻技術(shù)，利用現(xiàn)有廣泛使用的電話網(wǎng)，設(shè)計開發(fā)了結(jié)構(gòu)獨特、性能穩(wěn)定、完全可靠的自來水智能抄表系統(tǒng)。
1 設(shè)計要求
為保證自來水智能抄表系統(tǒng)的準(zhǔn)確性和可靠性，提高能源管理的科學(xué)性、規(guī)范化，對智能抄表系統(tǒng)提出以下要求：
（1）水表為密封結(jié)構(gòu)，是一種既能直觀顯示相關(guān)能耗計量數(shù)據(jù)，又能產(chǎn)生能耗計量脈沖信號的新型計量表具。
（2）系統(tǒng)具有防斷電功能。停電時，發(fā)射端和接收端裝有備用電池，防止數(shù)據(jù)丟失。
（3）系統(tǒng)采用高精度不掉電實時時鐘，為數(shù)據(jù)分時處理提供可靠的時間基準(zhǔn)；可實現(xiàn)分時段計費(fèi)功能；通過通訊設(shè)備故障報警、記錄故障發(fā)生時間的功能。
（4）數(shù)據(jù)庫安全。數(shù)據(jù)庫為只讀方式，只有授權(quán)的管理員可以寫入數(shù)據(jù)，管理中心電腦設(shè)有密碼，嚴(yán)防無關(guān)人員操作，密碼可由操作員在主機(jī)上修改。可提供計費(fèi)查詢、報表生成、打印、報警等功能。
2 總體結(jié)構(gòu)
智能抄表系統(tǒng)現(xiàn)有兩種形式：
（1）用戶室內(nèi)裝有電話，抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。數(shù)據(jù)采集通過無線通訊將數(shù)據(jù)傳送給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器通過電話線向管理計算機(jī)上報數(shù)據(jù)。
（2）用戶室內(nèi)沒有電話，抄表系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。數(shù)據(jù)采集器通過無線通訊傳送給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器安裝在室外的走廊內(nèi)，并附帶顯示模塊顯示用戶當(dāng)用水量。安裝在走廊內(nèi)的數(shù)據(jù)處理器通過公用電話線向管理計算機(jī)上報數(shù)據(jù)。如果住戶的房間被鐵門等屏蔽而無法實現(xiàn)無線通訊，可以鋪鋪設(shè)專用通訊線，將數(shù)據(jù)上傳。
3 系統(tǒng)組成
（1）水表。本系統(tǒng)所采用的計量水表是一種既能直觀顯示相關(guān)能耗計量數(shù)據(jù)，又能產(chǎn)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義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(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計數(shù)盤（例如0.1m3或0.01m3）位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，永磁鐵經(jīng)過霍爾元件一次，即在信號端產(chǎn)生一個計量脈沖，對應(yīng)0.1m3或.0.01m3，經(jīng)無線發(fā)射器發(fā)送給數(shù)據(jù)處理器。另外，在水表上還裝有防盜霍爾元件，當(dāng)用戶盜用水時，霍爾元件發(fā)出報警信號給數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器再通過電話線報告給管理計算機(jī)，以便做出處理。
(2)數(shù)據(jù)處理器。數(shù)據(jù)處理器是一個多功能模塊，實現(xiàn)水表數(shù)據(jù)的自動抄收，將數(shù)據(jù)長期、可靠地存儲，并在需要時將其傳給管理計算機(jī)。具體來說，它用于接收水表數(shù)據(jù)及各種報警信號，累計住戶用水量，通過電話線定期向管理計算機(jī)發(fā)送住戶的有關(guān)數(shù)據(jù)。一臺數(shù)據(jù)處理器對應(yīng)一塊水表，一般安裝在電話機(jī)附近。數(shù)據(jù)處理器內(nèi)部有可充電電流作為后備電源，在外部電源停電的情況下，則由充電電流單獨向數(shù)據(jù)處理器供電，保證數(shù)據(jù)處理器正常工作。
（3）管理計算機(jī)。管理計算機(jī)是本系統(tǒng)的管理核心，可通過電話線下接許多數(shù)據(jù)處理器，數(shù)據(jù)處理器的個數(shù)基本不受限制。管理計算機(jī)能隨時抄收每個用戶水表的數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)保存在數(shù)據(jù)庫中供查詢，能對整個系統(tǒng)進(jìn)行管理，對所抄數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。
4 系統(tǒng)硬件電氣原理分述
4.1 水表發(fā)射器電氣部分原理
水表發(fā)射器的功能是將水表計量的用水量，以無線通訊的方式傳送給數(shù)據(jù)處理器。框圖如圖3所示。安裝在水表內(nèi)的霍爾傳感器用來檢測用水量，水表中每流過0.1t水，霍爾傳感器就發(fā)出一個脈沖信號，經(jīng)串穩(wěn)態(tài)電路產(chǎn)生一個紅1s寬的脈沖，再經(jīng)施密特反相器4069整形后送入編碼器PT2262進(jìn)行編碼，PT2262全碼編址為4 11個，經(jīng)編碼后的數(shù)據(jù)送入無線發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射，無線電發(fā)射頻率為400MHz，有效距離為50m；同時發(fā)射器還具備一些附加功能。
（1）防盜功能。由于干式水表靠電磁傳動的特點，它易受外磁場的影響。如果用戶在水表附近放有強(qiáng)磁鐵，它會使水表傳動齒輪轉(zhuǎn)速降低，使水表的測量精度降低。而發(fā)射器上另裝有一個專用于測量
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