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无线抄表系统设计之智能水表

当前栏目:行业资讯日期:2019-04-23 09:32:49浏览量:31

     目前许多地方的自来水公司,还是采用人工上门读取水表数据的抄表方式。这种方式需要抄表工人挨家挨户去读取水表的数字,如果用户家中无人就没法读取数据,而且人工抄表的方式还非常不利于数据统计。现在科学技术的发展对抄表方式也提出了新的要求,要求提高可靠性、实时性及数据处理方便性。于是无线抄表技术已经开始广泛应用于自来水公司的自动抄表。由于长距离室内外的布线存在着短路、断线隐患,错综复杂的线路使系统调试和维护困难重重,现在存在的远程集中抄表方式已不能满足水电公司日益增长的业务需求。今天,小编就请无线远传水表专家为大家提供适合水表采集点数量多、范围广、距离远的系统采用的智能水表无线抄表系统设计。

    一、智能水表无线抄表系统设计

    系统是由系统主站、集中器、采集器、智能水表构成。每户居民家设置一只采集器,家中无线抄表系统服务器通过RS-232总线与采集器相连,采集器通过Zigbee无线网络与小区中心的集中器进行数据通信,系统主站通过中国移动GPRS网络与分散于各物业小区的集中器连接,形成1对n的连接形式,实现集中器和数据中心系统的实时在线连接。在很多大型居民楼中,由于采集器和集中器分布较远,我们往往还要在采集器和集中器间安装中继器,以加强网络信号。智能水表无线自动抄表系统的结构如下图所示。

无线抄表系统设计之智能水表

    1.智能水表模块的设计

    智能网络水表是远程集中抄表系统的终端,是一种集计量、计费、显示管理及控制为一体的高科技用水量自动计量仪表。实现了用水信息的采集、传送及远程水表的控制。包括数据的双向传输、远程集中抄表、远程自动水费结算、远程动态检测用水情况、远程报警等功能,同时能够实现阶梯式收费的功能,使智能水表的功能更加完善。

    智能水表由主控芯片、数据采集电路、电源电路、通信接口电路、阀门控制电路、信息显示、欠压报警电路等构成。硬件框图如下图所示。

智能水表硬件框图

    水表主控芯片采用的是MSP430F413,它是美国德州仪器公司推出的超低功耗16位混合型号处理器,同时系统运行采用不同的工作模式,包括1种活动模式和5种低功耗模式(LPMO-LPM4)。CPU平时工作在低功耗模式下,在需要时使用中断方式将CPU从低功耗模式中唤醒,完成工作后又可以进入相应的低功耗模式。实现了系统的超低低功耗。

    2.ZigBee无线模块设计

    ZigBee是一种新兴的短距离、低速率无线网络技术,它是一种介于无线标记技术和蓝牙之间的技术方案。它此前被称作HomeRFLite或FireFly无线技术,主要用于近距离无线连接。它有自己的无线电标准,在数千个微小的传感器之间相互协调实现通信。

    3.GPRS模块设计

    GPRS(GeneralPacketRadioService)是通用分组无线业务的简称。GPRS是GSMPhase2.1规范实现的内容之一,能提供比现有GSM网9.6bit/s更高的数据率。GPRS使得用户能够在端到端分组传送模式下发送和接收数据。由于无线资源采用动态分配方式,一个用户可分配多个时隙,一个时隙也可由多个MS共享,用户虽然与网络一直连接,但仅当有数据传送时才占用无线信道资源。与原有的电路型业务相比较,用户使用GPRS业务将具有建链时间短、数据传输速率高、费用低等特点。

    4.集中器设计

    在整个系统中,集中器处于信息传递通路的中间位置,集中器通过ZigBee模块实现和智能水表之间的通信,同时又通过GPRS网络和系统主站进行信息交换,在整个系统中起着举足轻重的作用。本文中集中器由主控芯片、上行通信接口电路、下行通信接口电路、显示电路、EEPROM存储器、电源电路等几部分组成。

    集中器主控芯片采用MSP430F449芯片,这种型号的器件特点如下:

    (1)这种芯片有100个管脚;(2)驱动液晶能力可达160段;(3)片内含有两个硬件串行通信模块;(4)芯片内部有12位A/D转换器控制器;(5)具有3个捕获/比较寄存器的16位计时器;(6)两个串行通信模块USART0和USART1都可以实现异步通信和同步通信;(7)16为精简指令结构RISC,125ns指令周期;(8)具有5种节电模式;(9)可支持在线编程。

    二、结论

    本系统具备可同时对多套水表的数据同时进行抄送的功能,从而节省资源、充分利用了通信设备。采用低成本的ZigBee无线组网技术,结合GPRS网络组成了智能水表无线抄表系统。关于无线抄表系统的更多了解,大家可以参考《无线抄表系统及总线制智能抄表系统》使用该无线抄表系统抄取水表数据有抄表快速、准确、使用方便、成本低,安装方便、集中抄表范围广、非常适合用于城市小区建设,而且适合用于电表、燃气表等智能仪表的无线抄取,具有广阔的市场前景。