一种基于无线通讯与公用电话网的智能抄表系统

传统的供水计量操作通常是由各管理部门派人到装表地点抄表，由于用户面广、量大，极易造成差错，人工抄表不但效率低，且不利于科学管理，给城市管网的建模、分析、规划等都带来很大的困难。电子和计算机技术的迅速发展，为实现自动抄表技术提供了大环境，管理体制的现代化也呼唤着自动抄表时代的到来。目前我国普遍采用将水表安装在用户室内，每月入户抄表收费的方法。这给用户带来很多麻烦，给抄表人员带来烦恼，造成很多不必要的纠纷。为了有效解决入户抄表收费存在的诸多弊端、提高效率、避免入户抄表引发的治安问题（如冒充收费入室抢劫）和杜绝拖欠费用，水表户外计量呼声越来越高。尤其对高层、毫华居住小区，水表户外计量是非常必要的，传统的抄表方式已不能适应今后住宅的发展要求。

随着电子技术、传感技术、自动控制技术和计算机技术的发展，水表户外计量已经开发出不少产品。主要有：IC卡、电力载波、远传抄表三种户外计量方式。建设部《2000年小康型城乡住宅科技产业工程城市示范小区规划设计导则（修改稿）》中已经明确提出："推广应用户外计量（含水、电、暧、燃气表）技术"。在《中国住宅产品发展纲要》中也明确提出："实现方便查表，不干扰住户，使大量人工查表工作逐步过渡到数字化传送，开发智能化的水、电、气、热计量装置及接口箱框"。目前水表户外计量的智能抄表系统已达到使用要求。因此，结合传感技术、射频技术，利用现有广泛使用的电话网，设计开发了结构独特、性能稳定、完全可靠的自来水智能抄表系统。

1 设计要求

为保证自来水智能抄表系统的准确性和可靠性，提高能源管理的科学性、规范化，对智能抄表系统提出以下要求：

（1）水表为密封结构，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。

（2）系统具有防断电功能。停电时，发射端和接收端装有备用电池，防止数据丢失。

（3）系统采用高精度不掉电实时时钟，为数据分时处理提供可靠的时间基准；可实现分时段计费功能；通过通讯设备故障报警、记录故障发生时间的功能。

（4）数据库安全。数据库为只读方式，只有授权的管理员可以写入数据，管理中心电脑设有密码，严防无关人员操作，密码可由操作员在主机上修改。可提供计费查询、报表生成、打印、报警等功能。

2 总体结构

智能抄表系统现有两种形式：

（1）用户室内装有电话，抄表系统结构如图1所示。数据采集通过无线通讯将数据传送给数据处理器，数据处理器通过电话线向管理计算机上报数据。
（2）用户室内没有电话，抄表系统结构如图2所示。数据采集器通过无线通讯传送给数据处理器，数据处理器安装在室外的走廊内，并附带显示模块显示用户当用水量。安装在走廊内的数据处理器通过公用电话线向管理计算机上报数据。如果住户的房间被铁门等屏蔽而无法实现无线通讯，可以铺铺设专用通讯线，将数据上传。

3 系统组成

（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义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处理器。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数据处理器，数据处理器再通过电话线报告给管理计算机，以便做出处理。

(2)数据处理器。数据处理器是一个多功能模块，实现水表数据的自动抄收，将数据长期、可靠地存储，并在需要时将其传给管理计算机。具体来说，它用于接收水表数据及各种报警信号，累计住户用水量，通过电话线定期向管理计算机发送住户的有关数据。一台数据处理器对应一块水表，一般安装在电话机附近。数据处理器内部有可充电电流作为后备电源，在外部电源停电的情况下，则由充电电流单独向数据处理器供电，保证数据处理器正常工作。

（3）管理计算机。管理计算机是本系统的管理核心，可通过电话线下接许多数据处理器，数据处理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。

4 系统硬件电气原理分述

4.1 水表发射器电气部分原理

水表发射器的功能是将水表计量的用水量，以无线通讯的方式传送给数据处理器。框图如图3所示。安装在水表内的霍尔传感器用来检测用水量，水表中每流过0.1t水，霍尔传感器就发出一个脉冲信号，经串稳态电路产生一个红1s宽的脉冲，再经施密特反相器4069整形后送入编码器PT2262进行编码，PT2262全码编址为4 11个，经编码后的数据送入无线发射模块进行发射，无线电发射频率为400MHz，有效距离为50m；同时发射器还具备一些附加功能。
（1）防盗功能。由于干式水表靠电磁传动的特点，它易受外磁场的影响。如果用户在水表附近放有强磁铁，它会使水表传动齿轮转速降低，使水表的测量精度降低。而发射器上另装有一个专用于测量磁场强度的霍尔传感器，当发现水表附近有强磁场时，霍尔传感器发出报警脉冲，经发射器无线传送给数据处理器。
（2）备用电池。为保证发射器在停电时能正常工作，在交流220V供电的同时，还备有一个4.8V的镍氢电池、由LM358、555组成的电池电压监测和充电电路，使电池能正常充电。后备电池可维持发射器连续工作48h。

4.2 数据处理器电气部分原理

数据处理器是本系统的关键设备。由无线接收和解码部分、时钟日历、8051及外围、电话收发电路、电源等部分组成。框图如图4所示。无线接收模块与发射模块工作在相同频率400MHz上；解码由PT2272完成，工作频率与PT2262相同， 地址编码与PT2262一致。时钟日历芯片DALLAS12887为系统提供准确的百年时钟日历，包括年、月、日、时、分、秒、星期和定时报警信号。