智能水表無線通信解決方案

智能水表無線通信解決方案深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司SHENZHENJZXTELECOMTECHNOLOGYCO.,LTD電話:865416008671429686038781傳真:(0755)22676585網(wǎng)址：EMAIL：market@地址:深圳市南山區(qū)西麗桃源街道平山一路世外桃源創(chuàng)意園B棟3樓需求分析目前許多地方的自來水公司，還是采用人工上門讀取水表數(shù)據(jù)的抄表方式，這種方式需要抄表工人挨家挨戶去讀取水表的數(shù)字，如果用戶家中無人就沒辦法讀取數(shù)據(jù)，而且人工抄表的方式還非常不利于數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，隨著現(xiàn)在科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)抄表方式也是提出了新的要求，要求提高可靠性，實(shí)時(shí)性以及數(shù)據(jù)處理的方便性。于是無線抄表技術(shù)已經(jīng)開始廣泛應(yīng)用于自來水公司的自動(dòng)抄表。由于長(zhǎng)距窒內(nèi)外的布線存在著短路、斷線隱患，錯(cuò)綜復(fù)雜的線路使系統(tǒng)調(diào)試和維護(hù)困難重重，現(xiàn)在存在的遠(yuǎn)程集中抄表方式已不能滿足水電公司日益增長(zhǎng)的業(yè)務(wù)需求。因此，我們提出了新的自動(dòng)抄表系統(tǒng)---無線抄表。（一）無線遠(yuǎn)傳水表集抄系統(tǒng)系統(tǒng)組成：無線遠(yuǎn)傳水表抄表網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)由抄表管理中心，集中控制器和采集終端組成。其結(jié)構(gòu)示意圖如下：1）抄表管理中心：由抄表管理中心內(nèi)部的抄表管理計(jì)算機(jī)及其后臺(tái)上位機(jī)管理軟件組成，是整個(gè)遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)的核心管理部分，它既是遠(yuǎn)程所有無線抄表設(shè)備的管理者，又是聯(lián)系著用戶營(yíng)銷管理系統(tǒng)與遠(yuǎn)程自動(dòng)抄表系統(tǒng)的橋梁。中心管理系統(tǒng)通過遠(yuǎn)程GPRS/CDMA的無線通信方式與遠(yuǎn)程無線集中器通信，抄收無線集中器數(shù)據(jù)，遠(yuǎn)程無線集中器與無線數(shù)據(jù)路由深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-1-采集器之間通過自組網(wǎng)RF無線通信模塊連接，無線數(shù)據(jù)路由采集器可以組網(wǎng)路由，以達(dá)到遠(yuǎn)距離路由通信，由路由采集器抄收各個(gè)無線用戶表端數(shù)據(jù)。2）集中器：集中器是管理中心與用戶終端溝通的橋梁，是整個(gè)系統(tǒng)的中間層。1.通過無線數(shù)據(jù)通信方式，向上可接收抄表管理中心的指令，自動(dòng)完成抄水表數(shù)據(jù)和控制用戶水泵開關(guān)的工作；2.向下通過無線數(shù)據(jù)通信方式與采集終端通訊，定時(shí)抄收采集終端用戶水表數(shù)據(jù)，并根據(jù)設(shè)置，自動(dòng)將數(shù)據(jù)另存，作為向用戶收費(fèi)的依據(jù)；3.管理中心通過集中器可向采集終端發(fā)送供水開關(guān)指令，完成對(duì)惡意欠費(fèi)用戶的遠(yuǎn)程懲罰性斷水工作。集中器可安裝在基表采集器附近樓道內(nèi)；3）采集終端：采集終端也是用戶端，是用于直接采集用戶用水量數(shù)據(jù)，通過無線數(shù)據(jù)通信方式向上傳輸給集中控制器。采集終端安裝在每棟樓的水表集中地附近。采集終端安裝位置如下圖所示：（二）傳統(tǒng)機(jī)械水表的無線智能化改造系統(tǒng)本系統(tǒng)的改造方案是在保留傳統(tǒng)機(jī)械水表的基礎(chǔ)上，利用傳感網(wǎng)技術(shù)能抄水表系統(tǒng)。本系統(tǒng)中采用零功耗傳感器WC112把水表轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)化為脈沖信號(hào)，通過設(shè)計(jì)的低功耗智能水表測(cè)試水表計(jì)數(shù)，各用戶的智能水表以無線方式組成一智能傳感網(wǎng)，在抄表設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)的無線智人深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-2-員無須進(jìn)入室內(nèi)的情況下，采用手持機(jī)采集用戶水表讀數(shù)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、高效的智能抄水表方式；同時(shí)，手持機(jī)可通過USB接口與電腦連接，電腦中采用Labview軟件編寫的程序?qū)Σ杉瘮?shù)據(jù)顯示、打印、上網(wǎng)等處理，用戶終端通過網(wǎng)絡(luò)對(duì)數(shù)據(jù)查詢和顯示。系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案針對(duì)國(guó)內(nèi)水表大多采用機(jī)械水表的使用現(xiàn)狀，為減少改造成本，采用的方法是在現(xiàn)有水表的物理結(jié)構(gòu)，不改變國(guó)家計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)的基礎(chǔ)上加裝傳感器、在保留原有機(jī)械計(jì)量的基礎(chǔ)上，具有計(jì)量信息的遠(yuǎn)傳功能，即機(jī)械計(jì)量與電子智能計(jì)量同步，兩者達(dá)到精度與智能化的完美結(jié)合。目前加裝傳感器里比較常用的方法是采用磁敏傳感器和光電開關(guān)，采用光電開關(guān)抗干擾能力強(qiáng)，但能耗過大；而智能水表在居民戶內(nèi)，出于安全與能耗等因素，不能采用市電，因此設(shè)計(jì)中在解決抗電磁干擾的基礎(chǔ)上，采用零功耗磁敏傳感器把機(jī)械水表中葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)換成電脈沖信號(hào)。本設(shè)計(jì)基于傳感網(wǎng)技術(shù)采用無線傳輸方式具有：低成本、安裝方便、分布計(jì)量、數(shù)據(jù)聯(lián)網(wǎng)傳輸、快速高效抄水表等優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)無線通信采用國(guó)家開放的免費(fèi)頻段，無須另外繳納通信費(fèi)。其組成包括居民室內(nèi)的智能水表、抄表員使用的手持機(jī)、小區(qū)物業(yè)公司內(nèi)的PC終端管理軟件。系統(tǒng)設(shè)計(jì)示意圖如下圖：深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-3-（三）通信功能針對(duì)無線抄表系統(tǒng)，我公司自主研發(fā)了一款超低功耗無線數(shù)傳模塊-JZX835.其具有的自組網(wǎng)無線通信功能，使得無線遠(yuǎn)傳集抄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用靈活，無需布線，安裝維護(hù)便捷，自維護(hù)，全自動(dòng)運(yùn)行，無需人工干預(yù)。JZX835數(shù)傳模塊是高集成度超低功耗的微功率半雙工的無線數(shù)傳模塊，其采用“A7139”高性能超低耗射頻芯片及高速單片機(jī)。很適合電池供電系統(tǒng)應(yīng)用。模塊采用透明廣播傳輸?shù)姆绞胶蛥f(xié)議指定點(diǎn)傳輸方式。既可以讓所有模塊收到數(shù)據(jù)，也可以只讓指定節(jié)點(diǎn)收到數(shù)據(jù)。同時(shí)模塊還具有10位AD采樣、溫度采樣、2個(gè)IO輸入輸出功能。用戶不用另外開發(fā)控制板，可以直接給模塊接按鍵或報(bào)警傳感器類或控制設(shè)備，就可以完成一個(gè)報(bào)警控制或采樣系統(tǒng)。1）JZX835功能特點(diǎn)：*工作頻率428-434MHz470~510MHz*傳輸距離700米（9600bps）*FSK的調(diào)制方式*內(nèi)置看門狗，以保長(zhǎng)期可靠運(yùn)行*UART/TTL接口*方便、靈活的軟件編程*超大的64bytes數(shù)據(jù)緩沖區(qū)*透明傳輸方式**適合內(nèi)置式的安裝2）工作模式與省電：JZX835有3種工作模塊：常規(guī)工作模式（電流是5.5mA）、硬件(SLE)休眠工作模式（電流是1uA）、空中休眠工作模式，其工作模式可以用軟件指令來配置。其中，由于水費(fèi)的結(jié)算方式一般是按月甚至按季度收取，因此為達(dá)到最佳的超低功耗使用效果，我們一般推薦客戶選用空中休眠模式。工作模式常規(guī)模式SLE狀態(tài)工作狀態(tài)JZX835處于常規(guī)工作狀態(tài)，用戶設(shè)備只管向模塊串口送數(shù)據(jù)，模塊就能正常向空中發(fā)數(shù)據(jù)。同時(shí)也能正常接收空中數(shù)據(jù)，并往串口輸出。工作狀態(tài)下，工作電流是5.5mA低電平高電平JZX835處于硬件休眠狀態(tài)，模塊不能發(fā)給數(shù)據(jù)和接收空中數(shù)據(jù)，工作硬件休眠模式或懸空電流是1uA.如果要進(jìn)行收發(fā)數(shù)據(jù)，要使能SLE=0，切換到常規(guī)模塊。深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-4-使能后10MS模塊進(jìn)行接收模塊JZX835處于空中休眠狀態(tài)，模塊處于醒/睡的工作，如果要通信，則必須進(jìn)行喚醒，喚醒的方法：中心模塊配置成常規(guī)模式，并且占空比與節(jié)點(diǎn)的模塊一致；上位機(jī)下發(fā)指定的喚醒指令。當(dāng)節(jié)點(diǎn)模塊被喚醒時(shí),中心模塊將送達(dá)上位機(jī)一個(gè)喚醒成功的指令，這樣上位機(jī)可進(jìn)行下一高電平或懸空空中休眠模式步操作了。當(dāng)被喚醒的模塊通信完成或通信間斷超過5S后模塊又進(jìn)入休眠。最低平均功耗可達(dá)9UA。在省電模式下電池的使用壽命可以通過以下公式算出：使用壽命：“工作時(shí)間200ms,休眠時(shí)間60S”。電池壽命=電池容量mAH工作時(shí)間（ms）/（工作時(shí)間+休眠時(shí)間）*接收電流mA+睡眠電流（mS）*1uA例如：電池是3.6V/3.6AER18505鋰亞電池3600mAH200ms/(200ms+60000ms)*5.5mA+0.0001mA=195946H=22年左右注:JZX835模塊當(dāng)設(shè)為硬件、空中休眠模式時(shí)，每次給模塊上電后30S內(nèi)均工作于常規(guī)模式，以便于用戶配置參數(shù)。3）JZX835模塊特殊功能及協(xié)議JZX835模塊不僅僅有透?jìng)鲾?shù)據(jù)的功能，同時(shí)還具有只與指定模塊AD采樣、溫度采樣、2個(gè)IO口輸出開關(guān)量功能，滿足不同用戶特殊需求。4）JZX835的技術(shù)指標(biāo)：技術(shù)指標(biāo)調(diào)制方式：FSK工作頻率：433MHz用戶可定做發(fā)射功率：50mW(17dB)接收靈敏度：-115dBm發(fā)射電流：<90mA深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-5-接收電流：<5.5mA休眠電流：<1uA信道速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s用戶可定做串口速率：1200/2400/4800/9600/19200Bit/s用戶可定做接口類型：TTL接口數(shù)據(jù)格式：8E1/8N1/8O1工作電源：DC3.0～5.5V工作溫度：-20℃～75℃用戶可定做定做2.5~3.6V工作濕度：10%～90%相對(duì)濕度,無冷凝外形尺寸：30.8mm*19.4mm*6mm互通型號(hào)：JZX835（四）系統(tǒng)功能：無線智能抄水表系統(tǒng)所具備的主要功能有以下幾項(xiàng)：1.抄讀功能：按設(shè)定抄收間隔以及抄表周期自動(dòng)抄收集中器的各用戶水表的累計(jì)用水量及其他信息，并具有實(shí)時(shí)隨機(jī)招讀及按地址選抄功能。2.設(shè)置功能：可設(shè)置設(shè)備初始參數(shù)，即可對(duì)集中器設(shè)置自動(dòng)抄表周期、抄收間隔等，也可對(duì)水表的各種參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。3.校時(shí)功能：可實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)校時(shí)和系統(tǒng)對(duì)集中器的校時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘全網(wǎng)同步，可有效避免抄表數(shù)據(jù)混亂。4.自診斷，分析功能：可提示可能有故障或竊水嫌疑的用戶；以及用水量異常報(bào)警。5.數(shù)據(jù)安全保障功能：通過指令或密碼實(shí)現(xiàn)用戶管理、系統(tǒng)管理，并進(jìn)行權(quán)限設(shè)置；防止非受權(quán)人員操作。6.擴(kuò)展功能：可發(fā)布凍結(jié)或開啟命令，實(shí)現(xiàn)指定時(shí)間內(nèi)水閥的關(guān)閉或打開功能。7.數(shù)據(jù)處理功能：包括各用戶水表數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)，報(bào)表生成等。8.數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能：結(jié)合數(shù)據(jù)庫管理可實(shí)現(xiàn)對(duì)抄收回來的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效存儲(chǔ)，且存儲(chǔ)時(shí)間久，可防止管理部門與用戶之間可能產(chǎn)生的糾紛。（五）系統(tǒng)通信模塊及工作模式的選擇深圳市技卓芯通信技術(shù)有限公司電話：0755-8671429686038781-6-本系統(tǒng)中將采用我公司自主研發(fā)、生產(chǎn)的無線通信模塊---JZX835。鑒于水費(fèi)收費(fèi)周期比較長(zhǎng)，一般按月收取，為達(dá)到最佳的超低功耗使用效果，我們?cè)诒鞠到y(tǒng)中為JZX835通信模塊選擇空中休眠模式。JZX835無線模塊是連接在燃?xì)獗淼膫鞲衅鳎ㄓ?jì)數(shù)器）上，處于完全睡眠狀態(tài)，傳感器（計(jì)數(shù)器）有信號(hào)進(jìn)來時(shí)，模塊被喚醒，并自動(dòng)上報(bào)，主要用于上報(bào)到集中器中，并執(zhí)行中心所下發(fā)的相關(guān)操作。執(zhí)行完又進(jìn)入睡眠狀態(tài)。這樣一來，無線模塊的功耗就非常低，按照上面提到的計(jì)算公式計(jì)算，如果采用一個(gè)3.6V/3.6AER18505的鋰亞電池供電，其電池使用壽命長(zhǎng)達(dá)22年。無線手抄器要進(jìn)行抄表時(shí)，只要抄表人員拿首抄表器在通信距離以內(nèi)抄收當(dāng)前的集中器內(nèi)的數(shù)據(jù)即可，而且可以帶有閥控的功能，如果用戶欠費(fèi)或更換模塊的電池，都可以通過中心發(fā)到集中器發(fā)出到表進(jìn)行關(guān)閥，這就有效防止了偷水現(xiàn)象的發(fā)生，維護(hù)了供水公司的利益。（六）總結(jié)在無線智能抄水表系統(tǒng)中，無論是無線遠(yuǎn)傳水表集抄系統(tǒng)還是傳統(tǒng)機(jī)械水表