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一種基于無線通訊與公用電話網的智能抄表系統
摘要：自來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、射頻技術、微電子技術等，通過無線通訊傳輸水量信號，利用現有廣泛使用的電話網及計算機，將數據發送給管理端，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，且不利于科學管理，給城市管網的建模、分析、規劃等都帶來很大的困難。電子和計算機技術的迅速發展，為實現自動抄表技術提供了大環境，管理體制的現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，每月入戶抄表收費的方法。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存在的諸多弊端、提高效率、避免入戶抄表引發的治安問題（如冒充收費入室搶劫）和杜絕拖欠費用，水表戶外計量呼聲越來越高。尤其對高層、毫華居住小區，水表戶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展要求。
隨著電子技術、傳感技術、自動控制技術和計算機技術的發展，水表戶外計量已經開發出不少產品。主要有：IC卡、電力載波、遠傳抄表三種戶外計量方式。建設部《2000年小康型城鄉住宅科技產業工程城市示范小區規劃設計導則（修改稿）》中已經明確提出：“推廣應用戶外計量（含水、電、曖、燃氣表）技術”。在《中國住宅產品發展綱要》中也明確提出：“實現方便查表，不干擾住戶，使大量人工查表工作逐步過渡到數字化傳送，開發智能化的水、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已達到使用要求。因此，結合傳感技術、射頻技術，利用現有廣泛使用的電話網，設計開發了結構獨特、性能穩定、完全可靠的自來水智能抄表系統。
1 設計要求
為保證自來水智能抄表系統的準確性和可靠性，提高能源管理的科學性、規范化，對智能抄表系統提出以下要求：
（1）水表為密封結構，是一種既能直觀顯示相關能耗計量數據，又能產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，發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時時鐘，為數據分時處理提供可靠的時間基準；可實現分時段計費功能；通過通訊設備故障報警、記錄故障發生時間的功能。
（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入數據，管理中心電腦設有密碼，嚴防無關人員操作，密碼可由操作員在主機上修改。可提供計費查詢、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）用戶室內裝有電話，抄表系統結構如圖1所示。數據采集通過無線通訊將數據傳送給數據處理器，數據處理器通過電話線向管理計算機上報數據。
（2）用戶室內沒有電話，抄表系統結構如圖2所示。數據采集器通過無線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當用水量。安裝在走廊內的數據處理器通過公用電話線向管理計算機上報數據。如果住戶的房間被鐵門等屏蔽而無法實現無線通訊，可以鋪鋪設專用通訊線，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顯示相關能耗計量數據，又能產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轉盤附近，永磁鐵安裝在計數盤（例如0.1m3或0.01m3）位上，當轉盤每轉一圈，永磁鐵經過霍爾元件一次，即在信號端產生一個計量脈沖，對應0.1m3或.0.01m3，經無線發射器發送給數據處理器。另外，在水表上還裝有防盜霍爾元件，當用戶盜用水時，霍爾元件發出報警信號給數據處理器，數據處理器再通過電話線報告給管理計算機，以便做出處理。
(2)數據處理器。數據處理器是一個多功能模塊，實現水表數據的自動抄收，將數據長期、可靠地存儲，并在需要時將其傳給管理計算機。具體來說，它用于接收水表數據及各種報警信號，累計住戶用水量，通過電話線定期向管理計算機發送住戶的有關數據。一臺數據處理器對應一塊水表，一般安裝在電話機附近。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，可通過電話線下接許多數據處理器，數據處理器的個數基本不受限制。管理計算機能隨時抄收每個用戶水表的數據，并將數據保存在數據庫中供查詢，能對整個系統進行管理，對所抄數據進行處理。
4 系統硬件電氣原理分述
4.1 水表發射器電氣部分原理
水表發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據處理器。框圖如圖3所示。安裝在水表內的霍爾傳感器用來檢測用水量，水表中每流過0.1t水，霍爾傳感器就發出一個脈沖信號，經串穩態電路產生一個紅1s寬的脈沖，再經施密特反相器4069整形后送入編碼器PT2262進行編碼，PT2262全碼編址為4 11個，經編碼后的數據送入無線發射模塊進行發射，無線電發射頻率為400MHz，有效距離為50m；同時發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磁鐵，它會使水表傳動齒輪轉速降低，使水表的測量精度降低。而發射器上另裝有一個專用于測量
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