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一種基于無(wú)線(xiàn)通訊與公用電話(huà)網(wǎng)的智能抄表系統
摘要：自來(lái)水智能抄表系統是能源管理體制現代的體現。該系統的結合傳感技術(shù)、射頻技術(shù)、微電子技術(shù)等，通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊傳輸水量信號，利用現有廣泛使用的電話(huà)網(wǎng)及計算機，將數據發(fā)送給管理端，完成數據處理。傳統的供水計量操作通常是由各管理部門(mén)派人到裝表地點(diǎn)抄表，由于用戶(hù)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、規劃等都帶來(lái)很大的困難。電子和計算機技術(shù)的迅速發(fā)展，為實(shí)現自動(dòng)抄表技術(shù)提供了大環(huán)境，管理體制的現代化也呼喚著(zhù)自動(dòng)抄表時(shí)代的到來(lái)。目前我國普遍采用將水表安裝在用戶(hù)室內，每月入戶(hù)抄表收費的方法。這給用戶(hù)帶來(lái)很多麻煩，給抄表人員帶來(lái)煩惱，造成很多不必要的糾紛。為了有效解決入戶(hù)抄表收費存在的諸多弊端、提高效率、避免入戶(hù)抄表引發(fā)的治安問(wèn)題（如冒充收費入室搶劫）和杜絕拖欠費用，水表戶(hù)外計量呼聲越來(lái)越高。尤其對高層、毫華居住小區，水表戶(hù)外計量是非常必要的，傳統的抄表方式已不能適應今后住宅的發(fā)展要求。
隨著(zhù)電子技術(shù)、傳感技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，水表戶(hù)外計量已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不少產(chǎn)品。主要有：IC卡、電力載波、遠傳抄表三種戶(hù)外計量方式。建設部《2000年小康型城鄉住宅科技產(chǎn)業(yè)工程城市示范小區規劃設計導則（修改稿）》中已經(jīng)明確提出：“推廣應用戶(hù)外計量（含水、電、曖、燃氣表）技術(shù)”。在《中國住宅產(chǎn)品發(fā)展綱要》中也明確提出：“實(shí)現方便查表，不干擾住戶(hù)，使大量人工查表工作逐步過(guò)渡到數字化傳送，開(kāi)發(fā)智能化的水、電、氣、熱計量裝置及接口箱框”。目前水表戶(hù)外計量的智能抄表系統已達到使用要求。因此，結合傳感技術(shù)、射頻技術(shù)，利用現有廣泛使用的電話(huà)網(wǎng)，設計開(kāi)發(fā)了結構獨特、性能穩定、完全可靠的自來(lái)水智能抄表系統。
1 設計要求
為保證自來(lái)水智能抄表系統的準確性和可靠性，提高能源管理的科學(xué)性、規范化，對智能抄表系統提出以下要求：
（1）水表為密封結構，是一種既能直觀(guān)顯示相關(guān)能耗計量數據，又能產(chǎn)生能耗計量脈沖信號的新型計量表具。
（2）系統具有防斷電功能。停電時(shí)，發(fā)射端和接收端裝有備用電池，防止數據丟失。
（3）系統采用高精度不掉電實(shí)時(shí)時(shí)鐘，為數據分時(shí)處理提供可靠的時(shí)間基準；可實(shí)現分時(shí)段計費功能；通過(guò)通訊設備故障報警、記錄故障發(fā)生時(shí)間的功能。
（4）數據庫安全。數據庫為只讀方式，只有授權的管理員可以寫(xiě)入數據，管理中心電腦設有密碼，嚴防無(wú)關(guān)人員操作，密碼可由操作員在主機上修改�？商峁┯嬞M查詢(xún)、報表生成、打印、報警等功能。
2 總體結構
智能抄表系統現有兩種形式：
（1）用戶(hù)室內裝有電話(huà)，抄表系統結構如圖1所示。數據采集通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊將數據傳送給數據處理器，數據處理器通過(guò)電話(huà)線(xiàn)向管理計算機上報數據。
（2）用戶(hù)室內沒(méi)有電話(huà)，抄表系統結構如圖2所示。數據采集器通過(guò)無(wú)線(xiàn)通訊傳送給數據處理器，數據處理器安裝在室外的走廊內，并附帶顯示模塊顯示用戶(hù)當用水量。安裝在走廊內的數據處理器通過(guò)公用電話(huà)線(xiàn)向管理計算機上報數據。如果住戶(hù)的房間被鐵門(mén)等屏蔽而無(wú)法實(shí)現無(wú)線(xiàn)通訊，可以鋪鋪設專(zhuān)用通訊線(xiàn)，將數據上傳。
3 系統組成
（1）水表。本系統所采用的計量水表是一種既能直觀(guān)顯示相關(guān)能耗計量數據，又能產(chǎn)生能耗計量脈沖信號的新型計量表具。它實(shí)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轉盤(pán)附近，永磁鐵安裝在計數盤(pán)（例如0.1m3或0.01m3）位上，當轉盤(pán)每轉一圈，永磁鐵經(jīng)過(guò)霍爾元件一次，即在信號端產(chǎn)生一個(gè)計量脈沖，對應0.1m3或.0.01m3，經(jīng)無(wú)線(xiàn)發(fā)射器發(fā)送給數據處理器。另外，在水表上還裝有防盜霍爾元件，當用戶(hù)盜用水時(shí)，霍爾元件發(fā)出報警信號給數據處理器，數據處理器再通過(guò)電話(huà)線(xiàn)報告給管理計算機，以便做出處理。
(2)數據處理器。數據處理器是一個(gè)多功能模塊，實(shí)現水表數據的自動(dòng)抄收，將數據長(cháng)期、可靠地存儲，并在需要時(shí)將其傳給管理計算機。具體來(lái)說(shuō)，它用于接收水表數據及各種報警信號，累計住戶(hù)用水量，通過(guò)電話(huà)線(xiàn)定期向管理計算機發(fā)送住戶(hù)的有關(guān)數據。一臺數據處理器對應一塊水表，一般安裝在電話(huà)機附近。數據處理器內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據處理器供電，保證數據處理器正常工作。
（3）管理計算機。管理計算機是本系統的管理核心，可通過(guò)電話(huà)線(xiàn)下接許多數據處理器，數據處理器的個(gè)數基本不受限制。管理計算機能隨時(shí)抄收每個(gè)用戶(hù)水表的數據，并將數據保存在數據庫中供查詢(xún)，能對整個(gè)系統進(jìn)行管理，對所抄數據進(jìn)行處理。
4 系統硬件電氣原理分述
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(wú)線(xiàn)通訊的方式傳送給數據處理器�？驁D如圖3所示。安裝在水表內的霍爾傳感器用來(lái)檢測用水量，水表中每流過(guò)0.1t水，霍爾傳感器就發(fā)出一個(gè)脈沖信號，經(jīng)串穩態(tài)電路產(chǎn)生一個(gè)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(gè)，經(jīng)編碼后的數據送入無(wú)線(xiàn)發(fā)射模塊進(jìn)行發(fā)射，無(wú)線(xiàn)電發(fā)射頻率為400MHz，有效距離為50m；同時(shí)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(dòng)的特點(diǎn)，它易受外磁場(chǎng)的影響。如果用戶(hù)在水表附近放有強磁鐵，它會(huì )使水表傳動(dòng)齒輪轉速降低，使水表的測量精度降低。而發(fā)射器上另裝有一個(gè)專(zhuān)用于測量
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