自来水智能抄表系统的管理体制新探

摘要：采用nRF9E5和GSM模块的智能水表的抄表系统安装、使用方便灵活，给水务工作人员带来极大的方便。本文仅做了水表的智能抄表的设计，该系统可进一步应用到电表、煤气表、热能表上，进而实现四表合一的智能自动抄表系统。因此，该系统具有很高的推广价值。

关键词：智能传输 nRF9E5 GSM

中图分类号： TS951 文献标识码： A 文章编号：

当前国内外智能抄表系统主要有以下几种：(1)公用电话网方式：维护少，需要固定运行费用，(2)电台传送方式：后期成本低，前期投入大，不利于偏远地区；(3)电力载波方式：电网干扰较大，稳定性差；(4)网络传输方式：实时性强，可远程控制、覆盖范围广、建设成本低。(5)有线方式：技术成熟，操作简单，但投入人力资源多，维护工作量大；

1、系统各模块介绍

智能抄表系统主要由智能水表、集中器、计算机监控中心组成。智能水表由基表和电子仪器组成，即普通计量表内嵌入智能传输模块。智能水表完成表计量工作后，将数据及有关状态定量或定时传给集中器。集中器在系统中处于信息传输的中间位置，实时或定时抄表，并保存数据，存储的数据包括抄表的记录值、用户信息等多项内容。集中器和用户水表之间的通信采用nRF9E5智能传输模块，与监控管理中心之间采用GSM智能通信网络来传输，基于GSM通信网的智能抄表系统具有数据传输速度快、可靠性高、实时在线等优点。监控管理中心负责整个网络的组建和维护，所有的控制指令都由中心通过GSM智能通信网络下发到各小区集中器，各种通信、操作参数也由管理中心完成，用户数据也都上传到中心，管理中心将数据进行处理。管理中心还具有查询、管理、定时或实时抄表、断线检测等功能。智能抄表系统与传统的手工抄表系统相比有如下优势：(1)工作效率高，数据准确可靠。(2)能及时发现系统故障，减少损失。(3)运行成本低，减少大量人力物力，没有手工抄表员入户难等问题。(4)具有报警功能，及时发现盗水等现象。

2、软、硬件设计

2.1 智能水表硬件

智能水表的硬件电路包括：处理器、智能通信模块、通信部分、EEPROM、报警部分、水表接口电路、电源电路等。处理器采用PIC16CE624单片机，PIC16CE624单片机采用RISC技术，仅35条指令，低价格、低功耗、高性能、全静态，有很高的性价比，能有效降低终端设计成本，广泛用于仪器仪表及工业自动化。智能通信模块采用nRF9E5，nRF9E5可在 433/868/915M多个频段工作，本系统选用433 MHz频段，外接50Ω天线，无障碍物时，发射距离为500m，有遮挡时350m左右。该模块内置电压调整模块，为系统提供1.9-3.6V工作电压，QFN5x5mm封装，能有效地抑制噪音，且功耗低，工作可靠，没有复杂的通讯协议，对用户透明，同种产品间可自由通讯，降低了智能应用的开发难度。

2.2 集中器

集中器主要由智能收发模块、GSM模块、串行通信接口电路组成。集中器将管理中心的命令发送给智能水表，也将智能水表的数据、信息返回给管理中心。集中器与水表间的智能收发模块是nRF9E5，完成用户水表信息的传输。GSM模块采用用SIMENZ公司的TC35T模块，完成与管理中心的传输。GSM模块对外有一个串行接口，支持9600bps速率，通过串行接口对GSM模块进行操作、收发短信、得到相应的返回数据。管理控制中心通过GSM通信网络将控制命令发给小区的集中器，集中器通过智能传输模块nRF9E5将命令发给用户端的智能水表，集中器得到水表数据后，再通过GSM网络传回管理中心。本系

统采用的是GSM通信网络的短信业务,短信通过专有控制信令信道传送，通过短消息中心来存储，传输采用专有信道，可靠性高，且费用低。

2.3 管理监控中心软件

管理监控软件是在Delphi 6平台下开发的，软件包括以下几个部分的功能:(1)数据处理:实时抄表及用户各种信息，或预设后自动定时抄表、保存数据。(2)监控:可以实时查看系统运行的异常情况，方便查看、分析故障。(3)用户管理:根据用户的信息，可以实时更改用户信息，设定使用权限等。(4)到处功能:可以数据导出并保存，以便处理。(5)系统的管理:根据小区的管理情况，管理员可以添加或删除一些选项，以便管理。综上所述，该软件能够灵活、方便的监控管理智能抄表系统的运行情况，如有异常情况可及时发现、处理。

3系统软件

本系统软件由三部分组成:

数据接收系统:由于需要从并口读取用户的用水量,所以在用户的用水量上来之后,先由数据接收系统将用户的数据转换成文本文件。此系统在操作系统启动之后应当自动启动,并且一直处于工作状态。

数据转换系统:考虑到数据接收之后形成的是文本文件,不能直接进入数据库,所以设计一个数据转换系统将数据存入数据库。此系统在操作系统启动之后应当自动启动,并且一直处于工作状态。

4系统特点

本系统具有完善的智能识别功能,能准确、及时地识别用户违章行为、电源工作状态和电话机工作状态。水表与数据处理器之间的无线通信采用编码方式,码址多达411个,可以保证各住户互不干扰。数据处理器与管理计算机之间通过电话线,实现音频双向通信,可使数据传输可靠。

5实例

主芯片采用德州仪器(TI) ZigBee射频芯片CC2530-F256，片上集成高性能低功耗 8051 内核、128-bit ADC、2 个 USART以及功能强大的 DMA 功能等，支持 ZigBee2007/Pro 协议栈等特点使它成为实现高性价比、高集成度的 ZigBee 合适解决方案。

以51系列RF-CC2530单片机为基础，通过MAX3485芯片实现半双工 RS485 通信，实现水 / 电表抄表功能。MAX3485引脚 RO 连接单片机的 P02 信号接收口，引脚 D1 连接单片机的P03，转换的 RS485 通信信号 A、B 口分别与智能水电表的 A、B 口相连。RE 是信号使能口连接单片机的 P20。当 RE 置 0 时，是表示发送使能。当 RE=1 时，表示接收使能。单片机通过串口命令发送 16 个字节的串口命令来读取水电表的示数信息，经过数据处理后能将读数精确到小数点的后两位。

主程序流程图实现系统硬件初始化，初始化 OSAL 操作系统，建立一个 Zigbee 无线网络，开始一个 OSAL 系统任务轮寻调度的功能。基于 ZigBee 协议栈（Z-Stack），控制终端的 ZigBee 模块作为无线网络设备中的协调器（coordinator）自动完成网络建立，各个安装在家电设备上的ZigBee模块作为终端设备（enddevice）通过绑定方式加入网络，并进行初始化、数据传输、处理任务消息等。完整的 Zigbee 协议具有很灵活的通信方式，包括直接通信和间接通信。本设计系统是属于间接通信，是通过 End-Point 的绑定建立的一种通信关系。

6 结语

智能抄表系统包括智能水表、集中器、管理中心，整个系统的数据传输都是智能。水表与集中器间的传输通过nRF9E5完成，集中器与管理中心间的数据传输采用GSM网络的SMS短消息业务，软件根据实际情况增加或减少选项。整个系统使用起来方便、灵活。

参考文献

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