（电气工程专业论文）智能水表远程自动抄表系统的研究及应用.pdf

摘要 为了满足智能化小区物业管理部门和自来水公司出于对数据统计及收费管 理的需要，作者研究开发了智能水表远程自动抄表系统。 该系统是利用当代微机技术，数字通讯技术，数据采集技术于一体，将城市 用水信息加以综合处理。它由脉冲式水表、水表采集终端、水表数据集中器、掌 上机、远程抄表终端、计算机管理软件等组成。它能提供远程抄表、红外线抄表 等多种抄表方式。系统具有界面直观、操作简单、稳定性、抗干扰性、低功耗等 特点。 本文分别从系统下位机、系统上位机和系统低功耗几个方面进行设计。首先 介绍了水表自动抄表系统的总体方案；接着介绍水表的改制及采集器的设计和通 信的实现；然后对系统管理软件进行设计并介绍了数据库备份、数据库还原和数 据库升级；最后讨论了水表集抄系统低功耗设计中应考虑的各个方面。本课题研 究成果有实际应用价值、推广价值。 水表自动抄表系统是近十几年发展起来的新兴技术，从总体上说该项技术还 处在发展和完善阶段，有待于进一步的创新与提高。随着水表基表技术、传感技 术、无线通信技术、网络传输技术、电源技术的发展与成熟，以及智能小区工程 推进速度的加快，水表自动抄表系统必定有广阔的应用前景和良好的发展空间。 关键词：水表远程自动抄表系统 h a b s t r a c t t h ea u t h o rr e s e a r c h e st h el o n g r a n g ea u t o m a t i cc h e c k i n g i n t e l l i g e n c ew a t e r m e t e rs y s t e mf o rs a t i s f y i n gt h en e e do fm a n a g e m e n td e p a r t m e n to fi n t e l l e c t u a l i z e d h o u s i n ge s t a t ea n dr u n n i n g w a t e rc o m p a n y t h i ss y s t e mh a n d l e ss y n t h e t i c a l l yt h ew a t e ri n f o r m a t i o no fc i t yw i t hm a k i n gu s e o ft t l ep r e s e n ta g ep ct e c h n o l o g y ，f i g u r ec o m m u n i c a t i o nt e c h n o l o g y ，d a t ac o l l e c t i n g t e c h n o l o g y i tm a d e su po ft h ep u l s e dw a t e rm e t e r , t h ec o l l e c t i n gt e r m i n a lo fw a t e r m e t e r s ，w a t e rm e t e rd a t ae o n c e n t r a t o r , p a l mm a c h i n e 1 0 n g r a n g et e r m i n a lf o r c h e c k i n gw a t e rm e t e ra n dc o m p u t e rm a n a g e m e n ts o f t w a r e i tc a l lp r o v i d et h ev a r i o u s w a ys u c ha sl o n g r a n g ec h e c k i n gw a t e rm e t e ra n di n f r a r e dr a yc h e c k i n gw a t e rm e t e r t h i ss y s t e mh a sc h a r a c t e r i s t i c ss u c ha sp e n e t r a t i n gi n t e r f a c e ，s i m p l i c i t y , s t a b i l i t y , a n t i - i n t e r f e r e n c e ，l o w - p o w e rc o n s u m p t i o n 1h i sp a p e rd e s l g n e ss e v e r a la s p e c t so fl o w e rp a r ts y s t e m ，u p p e rp a r ts y s t e m ， l o w - p o w e rc o n s u m p t i o n f i r s t ，i ti n t u o d u c e st h eo v e r a l lp l a no ft h ea u t o m a t i cc h e c k i n g w a t e rm e t e rs y s t e m s e c o n d ，i ti n t u o d u c e st h ec h a n g eo ft h ew a t e rm e t e r , t h ed e s i g no f c o l l e c t i n g t e r m i n a la n dc o m m u n i c a t i o n t h i r d i t d e s i g n e s o ft h e c o m p u t e r m a n a g e m e n ts o f t w a r ea n di n t u o d u c c st h ed a t ab a s eb a c k u p ，d a t ab a s ed e o x i d a t i o n a n dd a t ab a s ee s c a l a t e a tl a s t ，i td i s c u s st h a ts e v e r a la s p e c t so ft h ed e s i g no f l o w - p o w e rc o n s u m p t i o n i th a sg r e a tv a l u ei na p p l i c a t i o na n dc x p a n d i o n t h ea u t o m a t i cc h e c k i n gw a t e rm e t e r s y s t e m i sa l ln e wt e c h n o l o g yt h a t d e v e l o p i n gi nt h i sy e a r s t h i st e c h n o l o g yi so i lt h es t a g eo fd e v e l o p i n ga n dp e r f e c t i n g ， i ts h o u l d b ei n n o v a t i n ga n di m p r o v i n g ，i t l lt h e d e v e l o p i n go fw a t e rm e t e rt e c h n o l o g y , s e n s o r yt e c h n o l o g y , w i r e l e s sc o m m u n i c a t i 0 1 1t e c h n o l o g y , n e t w o r kt r a n s m i s s i o n t e c h n o l o g y ，p o w e rs o u r c et e c h n o l o g y , a n dw i t ht h eq u i c k e n i n go ft h ei n t e l l i g e n c e h o u s i n ge s t a t ep r o j e c t , t h ea u t o m a t i cc h e c k i n gw a t e rm e t e rs y s t e mm u s th a v ea l l a p p l y i n gp r o s p e c ta n df i n ev a s ts p a c ef o rd e v e l o p m e n t k e yw o r d s ：w a t e rm e t e r , l o n g r a n g e ，a u t o m a t i cc h e c k i n gw a t e rm e t e r , s y s t e m i l l 浙江大学研究生学位论文独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的 研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包含为获得逝姿盘堂或其他教育机构的学位或 证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文 中作了明确的说明并表示谢意。 学位敝储繇j 纭锍签帮期：2 p 矿年乡月占日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解逝望盘堂 有权保留并向国家有关部门或机 构送交本论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权逝姿盘堂 可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索和传播，可以采用影 印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名： j 免貌 导师签名： 签字日期：2 。广年弓月g 日 签字日期：年月日 致谢 本论文是在吴国忠教授悉心指导下完成的，首先我在此对吴教授表示衷心的 感谢。在我的整个研究生学 - j 阶段，无论在平时专业课的学 - - j ，还是在论文撰写 上，吴教授都给予了极大的关心、指导和鼓励。非常感谢吴教授这些年来对我不 倦的教诲与栽培。 在论文撰写期间，我曾去杭州山科电子技术开发有限公司参与该系统的研究 开发，受到了胡绍水副总经理、刘涛厂长、陈尔俊工程师的大力帮助。在此对他 们表示感谢! 衷心感谢本院教授级高工郑建英，在我的论文撰写过程中给予了极大的帮助 和支持。 最后感谢所有曾给我帮助的人，感谢我的工程硕士班的同学在几年来与我一 起学 - j 奋斗，祝他们学 - j 顺利、事业成功! 倪巍 二零零九年二月于浙江大学 浙江大学硕士学位论文绪论 1 绪论 1 1 水表自动抄表系统的应用价值 我国是一个水资源短缺的国家，如果按水资源总量考虑，水资源总量居世界 第六位，但是若按人均水资源量计算，人均占有量只有2 5 0 0 立方米，约为世界 人均水量的1 4 ，已经被联合国列为1 3 个贫水国家之一。因此，对于水资源的 合理利用和管理，将是一件关系到国计民生的事情，而作为水计量用的水表无疑 更有它特殊重要的地位。因此国家推出了一户一表政策，就是要让每家每户更清 楚自家的用水量多少，从而杜绝因集体分摊用水费用而不珍惜水资源的事情发 生，还为施行其他更深入的节水管理办法提供了可能性，如施行阶梯水价。一户 一表政策的推行，必将使水表抄收的工作量大大增加，这就为水表自动抄表系统 的普便应用提供了必要的条件。 其次，由于土地资源的紧缺，国家在城镇房屋建设用地的审批上也越来越多 地倾向于开发建设高层的楼宇。这也增加了水表抄收工作的难度和工作量，完全 依靠人力，很难及时和准确的完成用水量的抄收工作，也迫切的需要水表自动抄 表系统的帮助来应对这种新情况的出现。 另外，随着科技的发展，自动化和信息化也要求自来水公司的发展要跟上时 代的步伐，逐步提高运营和管理的层次，提高工作效率。水表自动抄表系统也正 是符合这个要求的最佳产品。 经过水表行业技术专家十几年来的研究、改进和发展，已为我国供水行业开 发了一批具有较好使用价值、能基本满足要求的水表自动抄表系统产品，并在多 年实践中积累了许多有益经验和教训，为不断开发性能更完善、功能更强大、可 靠性更高、使用寿命更长、价格更趋合理的新颖水表自动抄表系统产品打下了坚 实基础。 1 2 水表自动抄表系统的技术现状 c b t7 7 8 1 3 - 2 0 0 7 标准将水表在技术和结构上分成“机械水表”、带电 子装置水表”和“电子水表”三大类。带电子装置水表是以速度式或容积式机械 水表为基表，增加电子部件，使其具有流量测量参数( 如叶轮转速) 的传感采集、 运算处理以及数据交换等功能，以满足用水量的自动抄读和水费收缴管理等需 浙江大学硕j ：学位论文 绪论 要。 水表自动抄表系统由软、硬件两部分组成。硬件部分主要有：带电子装置水 表、网络设施、数据集抄装置以及终端设备等，软件部分主要有：嵌入式数据处 理软件、网络管理软件、数据传输及收费管理软件等。 我国水表自动抄表系统产品经过十几年的发展、提高和改进，已初步形成了 比较完整的产品技术体系。特别是在流量测量信号的传感采集，数据传输的安全 高效，以及产品的可靠性、寿命、性价比等方面均已取得长足进步。目前采用的 主要技术及特征h 0 1 ： ( 1 ) 信号传感与采集技术 1 、分线制脉冲传感采集方式：通过水表叶轮或计数指针发讯，输出与水流 量成比例的脉冲信号；每个水表均需独立设置外部专线，经户外采集器对脉冲累 加后求得实际用水量；铺线工程量大，脉冲易受内部和外界干扰影响；线路故障 或断电可使信号中断，数据恢复困难；使用可靠性低，安装维护成本高。 2 、总线制脉冲传感采集方式：通过水表叶轮或计数指针发讯，输出与水流 量成比例的脉冲信号；表内设有计算机芯片和电池( 也可用总线供电方式) ，内 部累加并存储脉冲数和实际用水量；测量时水流体的振动、冲击等影响易使输出 脉冲计数不准；水表机械读数与远传数据很难完全一致。 3 、总线制直读传感采集方式：字轮编码方式：通过对机械计数器字轮位置 的绝对编码，使字轮读数与编码输出信号完全一致；表内设有计算机芯片，但无 须内置电源；户外采集器采集信号时向水表供电，读出用水( 编码) 数据；可靠 性高，成本低，电磁兼容性强；编码器生产工艺要求较高。 4 、图像传感方式：通过表外图像传感器将机械字轮读数拍摄下来，利用总 线将图像信号传输到户外采集器；水表内无电源，信号采集时向传感器供电获取 读数图像；传感器安装方便；图像数据及存储量大，对传输和系统要求较高；图 像转换和识别软件复杂。 ( 2 ) 数据传输与网络技术 1 、有线数据传输与组网方式：以r s - 4 8 5 或m - b u s 总线组成的若干级有线自 组网为内网，以电话公用网( p s t n ) 或无线公用网( 如：g s m 、g p r s 、c d m a 等) 、 以及手抄器组成的有线网络数据传输体系。区域内以有线网为主，区域外以公用 2 浙江大学硕士学位论文绪论 网作为信息传输通道。技术比较成熟；区域内布线量大，安装维护成本高。以电 力线作为信号传输载体的应用探索也在进行之中。 2 、无线数据传输与组网方式：以短距、低功耗无线通信技术为主体构成数 据传输体系。区域内参照无线传感器网络( w s n ) 的某些技术进行组网，区域外 仍以公用网作为信息传输通道。区域内不需布线，安装维护方便，组网成本低； 数据易受电磁干扰影响，表内需自带电源，网络标准不统一；商业应用在技术上 有待进一步成熟。 ( 3 ) 网络数据管理技术 1 、数据传输通信协议：数据传输协议目前执行建设部户用计量仪表数据 传输技术条件( c j r1 8 8 - 2 0 0 4 ) 标准。“传输技术条件”规定了户用仪表( 包 括水表等) 集中抄表系统中物理层和数据链路层协议，对主站与从站之间的物理 接口及其特性、信息交换帧的组成以及流量和差错控制等作出了具体规定。 2 、数据传输安全管理：数据发送前要求对数据进行加密，接收后对数据进 行解密。采用电子密本( e c b ) 方式进行加密运算后发送数据，加密算法采用秘 密密钥的6 4 b i t 分组的标准密码算法。 ( 4 ) 电源供电技术 1 、表内供电方式：以高能锂电池供电为主。带电控阀水表为可靠关阎，一 般采用两节锂电池分“强”、“弱”回路供电；也有采用超级电容器平时充电，关 阀时放电等方式。 2 、外部供电方式：由外部集中器或采集器通过总线向水表供电。集中器或 采集器一般采用大容量电池或经交流电源变换成直流后获取电能。 目前技术上存在的主要问题有以下几点们： 1 、带电子装置水表的性能是制约水表自动抄表系统计量特性及其可靠性提 升的关键因素。这方面的突破有待于机械水表以及传感技术的完善和创新。 2 、短距无线通信技术也是目前的技术难点它的出现既可解决有线网络布 线的不方便和不经济，但也带来了信号传输的不可靠和电池使用寿命等问题 3 、供电问题是带电子装置水表的最大瓶颈之一。它影响到水表自动抄表系 统的普及应用，也给产品设计带来了许多困难。 1 3 水表自动抄表系统的几个类型 浙江大学硕十学位论文绪论 水表自动抄表系统是利用当代微机技术、数字通讯技术、数据采集、处理于 一体，将城市用水信息加以综合处理的系统，就目前来看主要有四大类型：智能 卡水表、分线制集中抄表，总线制集中抄表、无线发射式水表。 ( 1 ) 智能卡水表 智能卡水表在国家大力推行“金卡工程”的大环境下应运而生，它的“先付 费，后用水”方式创导了水行业用水模式的一次革新。用水单位或个人须在指定 购水点( 或联网银行) 购买一定水量的卡后，在水表内刷卡方能用水，否则将关 阀断水，从而解决了长期困扰供水企业的水费拖欠问题，并且智能卡水表的长度 与普通水表无异，可以直接进行替换，安装十分简单。就其主要不足之处，可以 归纳为以下几点： 1 ，由于智能卡水表不实行抄表，也无联网，供水企业一项重要的经济指标 一产销差率无法统计，从而引起供水调度和均衡的难以把握，这是制约智能卡水 表普及的一个瓶颈。 2 ，无论何种原因引起的智能卡水表计量部分( 干簧管) 或控制部分( 电动 阀) 失灵，由于不存在监控，势必造成供水企业的直接经济损失，也失去了该水 表控制用水量的意义。 3 、国外发达国家不提倡智能卡水表发展，原因是他们认为不应该让居民因 为一时未缴水费而失去使用最基本的水资源的权利曲1 。 4 、采用预付费水表后，水损无法平摊，未抄表到户的楼盘其物业公司难以 接受；再则预付费水表价格比较高，不同档次功能的预付费水表4 0 0 - - 6 0 0 元左 右，且由于售水方式的改变，需要对营销管理体系进行改造旺1 1 。 ( 2 ) 分线制集中抄表 分线制集中抄表首先在普通水表的基础上加装传感器件，将机械式读数信号 转换成电信号后传输出去，再由数据采集器定时顺序采集来自多路分线连接的水 表信号并进行数据处理、存储、故障记录等。各数据采集器可通过r s - 2 3 2 口( 或 红外接口) 单独与手持抄表器通讯；也可采用总线连接至单元管理机，再由单元 管理机与手持抄表器通讯进行批量数据的抄录；当然，更为现代化的模式是数据 采集器与小区上位计算机通讯，在上位计算机上进行数据的存储、计算、统计、 打印等，并且，在上位计算机上加装调制解调器通过电话网进行远程抄表，实时 4 浙江大学硕十学位论文 绪论 监控。分线制抄表系统结构简单，技术较成熟，且价格较低，市面上脉冲远传水 表8 0 一1 5 0 元只，系统平均每一个抄点的成本都大大低于其它抄表方式，如能 增强现场安装维护管理，统一规划，合理布线，及时纠偏，分线制抄表系统准确 度可达到9 5 以上。所以，尽管分线式抄表系统还有许多不尽人意的地方，我 国现今自动抄表的主要模式还是分线制抄表方式【2 ，但它所牵涉的问题也明显存 在： 1 、由于一次水表的信号是通过户线穿越较长距离到达采集器，中途任何一 个环节出现疏漏都将使采集器采集不到数据，而敷设分户线不仅使安装( 尤其是 改装) 任务繁重，也存在许多隐患：短路，断路等。错综复杂的线路更使得维护 工作困难重重。 2 、采集器均安装于现场，需专业人员调试系统并定期巡视维护，专业队伍 日益壮大，维护费用也相应增加。 3 、由于采用脉冲累加方式计量，系统运行前须为采集器设初始值( 将表的 实际值输人数据采集器) 。系统运行过程中，一旦断电或因其它原因引起误差后， 必须重新初始化，这项维护的工作量非常大，且很难预测需要初始化的时间n 1 1 。 4 、分线制集中抄表模式的风险不仅仅是各表风险的简单累加。如采集器出 现故障，那么该采集器上连接的所有户表数据均要丢失，集中抄表的风险无法有 效分散，与测控系统中强调的集中管理、分散控制的分布式设计思想相违背阴1 ( 3 ) 总线制集中抄表 总线制集中抄表模式中的水表是将一体化芯片( 将采集、存储、传输电路集 成于一体，掩模为一专用芯片) ，装配于表体上的一种智能水表，各户表通过一 总线扮接。由于户表本身能进行采集、存储、传输等基础工作，因而手持抄表器 或计算机不参与底层数据采集，仅进行数据通讯，消除了外界因素对计量的影响。 另外，总线的通、断和各户表引出线的通、断不影响单表的数据采集和保存，即 使此次因线路故障致使无法读数，只要重新褂接好线路，无需设置，各户表的真 实数据仍可继续读出，其安全性与稳定性较好。 总线制集中抄表相应于分线制集中抄表的一个最大优点是布线极其方便，调 试与维护也相对简单。如有成熟的产品不失为一个好的选择。 ( 4 ) 无线发射式水表 浙江人学硕士学位论文 绪论 无线发射式水表是在智能户表的基础上加装无线收发装置，远程收发数据。 此种水表无需敷设线路，维护与安装方便。但由于单表加装无线收发装置，成本 相应提高，加之占用无线频点需交纳一定的租金和管理费，一时可能难以推广。 以上四种抄表系统各有特色，而正因其各有特色，供水企业可以因地制宜， 因情而异，采用百花齐放的方式。比如说，对于老房屋，可以安装智能卡水表； 对于零星开发、不成片的住宅楼，可以以楼为单位，通过一只单元管理机就将该 楼内所有水表读数收录在内；对于住宅成片的新建智能楼字，可以构建网络，在 小区物管中心通过上位计算机对区内所有水表数据进行抄录与处理，至于用总线 制还是分线制抄表系统，可以视安装和成本而定。当然，各系统的共存与兼容性 也是必要兼顾的问题。 1 4 本项目开发的系统的特点 i 4 1 系统下位机的特点 ( 1 ) 传感器特点 普通水表经过简单地改造，就可安装成一个“智能水表”。传感器能自动识 别磁干扰、信号线断、信号线短路、水表指针摆动等造成的计量误差，确保了整 个系统的可靠运行。 1 、计量表采用的传感系统，由磁钢、指针和传感器以及传感器固定件组成。 它能彻底解决水表指针不定时抖动引起计量采集不准，能将传感器的异常情况如 断线、外界磁干扰等发送至上位机，通过传感器固定件能方便有效的改装智能水 表。 2 、系统能彻底解决机械接触造成的坏死故障。 3 、系统利用多磁钢和智能传感器间的反向锁定功能、能彻底解决传统脉冲 水表中由于磁钢的磁衰退造成的计量故障。 ( 2 ) 系统提供三种抄表方式 1 、通过r s - 4 8 5 通讯线联网进行远程抄表 智能户表将机械表度数转化成信号，并将信号上传给相应单元的分采集机 后，分采集机对数据进行保存分采集机在接收到抄表命令时，就将数据通过 r s - 4 8 5 通讯线路将信息上传给主采集机。主采集机m o d e m 将各信息调制成音频 信号，通过p s t i q 电话网发送到上位微机端的m o d e m ，再由上位微机端的m o d e m 6 浙江火学硕j ：学位论文 绪论 将音频信号解调成r s - 2 3 2 串行数字信号上传到上位微机。 2 、通过r s 一4 8 5 一r s 一2 3 2 接口转换在主采集机抄表 智能户表将机械表度数转化成信号，并将信号上传给相应单元的分采集机 后，分采集机对数据进行保存。分采集机在接收到抄表命令时，就将数据通过 r s 4 8 5 通讯线路将信息上传给主采集机。主采集机通过r s 一4 8 5 一r s 一2 3 2 换将各 信息上传给微机、掌上机或便携机，信息最终在上位微机中相应处理。 3 、通过显示窗口红外线接口与掌上机直接进行近距离抄表 智能户表将机械表度数转化成信号，并将信号上传给相应单元的分采集机 后，分采集机对数据进行保存。分采集机在接收到抄表命令时，就将数据通过红 外线接口发射出去。掌上机接收到数据并进行相应处理。当一个小区全部都抄表 完毕就可以将掌上机抄读到的数据通过r s - 2 3 2 接口导入到上位微机中，即完成 了现场水表度数抄表的整个过程。 ( 3 ) 系统提供两种采集方式 1 、联网型采集，适用于用户量大集中型居住小区( 如商品房小区等) 。 2 、红外型单独采集，适用于用户量小分散型小区( 如别墅型小区等) 。 ( 4 ) 系统提供电源控制功能 由市电和u p s 双备份供电，且实时监控u p s 的电量，严格控制u p s 的充电时 间和放电过程，确保u p s 在最佳的状态下使用，延长u p s 使用寿命。 ( 5 ) 数据处理 分采集机能采集、存储、处理户水表数据，且能自动显示各用户计量表的用 水量数据。 1 4 2 系统上位机的特点 高度灵活性：系统提供远程电话抄表，串口抄表，红外线抄表等多中抄表方 式。使得抄表更为方便。 高度安全性：系统提供密码验证功能，可以防止认为恶意修改抄表数据。保 证数据的安全。 高效性：兼远程抄表，数据保存，报表打印等功能于一体。减去很多手工操 作。 高度配置灵活性：系统提供多种参数配置、用户字定义配置等。 浙江大学硕：卜学位论文绪论 界面直观性：系统界面全部采用快捷方式。操作更加简单。只需要鼠标操作 即可完成抄表等绝大部分功能。 快速异常报警：系统对采集的数据在保存过程中进行异常分析。使用户在第 一时间了解用户水表的实际运行情况。 多种打印功能：系统可以打印多种信息。如：异常报表、月报表、小区采集 机信息等。 1 5 本文的主要工作 本文要研究的内容和主要工作如下： ( 1 ) 对水表进行改制 水表改制是智能型抄表正常运行的第一步，不论是大表或小表，它都是将机 械水表的动态量，通过所改的水表和相关的电路，转换为可自动计量的数字信号， 因此，水表改制操作起到十分重要的作用。 ( 2 ) 对水表采集终端进行设计 水表采集终端的主要功能是采集各用户水表的脉冲信号，并换算成各用户水 表的当前水量等数据存储起来，是本系统的核心所在。 ( 3 ) 实现远程通信 分采集机在接收到抄表命令时，就将数据通过r s - 4 8 5 通讯线路将信息上传 给主采集机。主采集机m o d e m 将各信息调制成音频信号，通过p s t n 电话网发送 到上位微机端的m o d e m ，再由上位微机端的m o d e m 将音频信号解调成r s - 2 3 2 串 行数字信号上传到上位微机。在水表采集终端内部同时还配置了红外接口，可实 现与掌上机的通信，以便进行现场参数设置和水表数据抄录。 ( 4 ) 设计自动计量抄表软件 自动计量抄表软件具有界面直观、操作简单等特点。具有如下功能：系统管 理里可以配置系统参数、用户权限、密码更改等；基础数据管理能够提供基础数 据创建、修改、删除、展示等；异常报警系统可对采集的数据在保存过程中进行 异常分析，使用户在第一时间了解用户水表的实际运行情况，并且用户可根据自 己的需要，自定义异常的参数。 ( 5 ) 进行水表数据采集器的低功耗设计 由于电脑和掌上机的功耗已事先固定，脉冲水表本身不消耗能量，因而系统 浙江大学硕二l ：学位论文绪论 的低功耗设计主要体现在采集终端上。数据采集器的低功耗设计分为硬件的低功 耗设计和软件的低功耗设计。 1 6 小结 本章首先介绍了水表自动抄表系统的应用价值，接着介绍水表自动抄表系统 的技术现状，然后介绍了水表自动抄表系统的类型分别为智能卡水表、分线制集 中抄表、总线制集中抄表、无线发射式水表，最后介绍了本项目开发的系统的特 点以及本文的主要工作。 9 浙江大学硕十学位论文水表自动抄表系统下位机的设计 2 水表自动抄表系统下位机的设计 2 1 水表自动抄表系统的总体方案 该系统包括脉冲式水表、水表采集终端、水表数据集中器、掌上机、远程抄 表终端、计算机管理软件等。该系统分为居民楼单元级、小区管理级和自来水营 业公司等三级，其结构示意图如下图所示n 1 。 图2 - 1 水表自动抄表系统示意图 该系统有如下功能： 实时抄表功能：实时抄取任一户表或全部户表当前数据和工作状态。 自动校时功能：系统在抄表时能自动校准系统时间。 断线检测功能：当信号线或通讯线断线时，系统反映该状态。 断电数据保护功能：系统或设备掉电时，数据将长期保存。 费用计算功能：根据管理员设定的费率自动计算用户费用。 数据管理功能：用户用量等数据的初始化、统计、查询、报表等。 系统管理功能：管理系统参数( 如费率、缴费方式等) ，管理员操作权限。 费用收取功能：若人工缴纳，则由操作员根据收费凭证，将用户缴纳费用数 目输入计算机并存档，若转帐收费，则由计算机自动结算费用。若结算后仍有欠 1 0 浙江大学硕士学位论文水表自动抄表系统下位机的设计 余，自动累计入下次费用中。 报表打印功能：根据需要打印各种报表，如月报表、催缴单等。 2 2 水表类型的介绍 2 2 1 水表的国家标准 老标准( 过渡使用到2 0 0 9 年4 月3 0 日) 1 、g b t7 7 8 1 - 1 9 9 6e q vi s o4 0 6 4 - 1 ：1 9 9 3 冷水水表第1 部分：规范 2 、g b t7 7 8 2 - 1 9 9 6i d ti s o4 0 6 4 - 2 ：1 9 7 8 冷水水表第2 部分：安装要 求 3 、g b t7 7 8 3 - 1 9 9 6i d ti s o4 0 6 4 - 1 ：1 9 8 3 冷水水表第3 部分：试验方 法和试验设备 新标准( 2 0 0 8 年5 月1 日开始实行，老标准过渡期到2 0 0 9 年4 月3 0 日) ： 1 、g b t7 7 8 1 - 2 0 0 7 封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水 表第1 部分：规范 2 、g b t7 7 8 2 - 2 0 0 7 封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水 表第2 部分：安装要求 3 、g b t7 7 8 3 - 2 0 0 7 封闭满管道中水流量的测量饮用冷水水表和热水水 表第3 部分：试验方法和试验设备 4 、j j g l 6 2 - 2 0 0 7中华人民共和国国家计量检定规程冷水水表 2 2 2 水表的分类 流量计的分类原则有许多，按测量原理、测量方法和结构、测量目的、测量 介质、测量管径、指示值显示方式等进行分类是其主要方法。水表的分类也基本 上按这些原则进行分类。 1 、按测量原理分 主要有速度式水表和容积式水表。我们碰到的典型的速度式水表有旋翼式水 表、螺翼式水表。 2 、按计量等级分 反映了水表的工作流量范围，老标准按照从低到高的次序分别为a 、b 、c 、 d 四个等级；新标准按q 3 q 1 的比值来衡量。 3 、按公称口径分 浙江大学硕士学位论文 水表自动抄表系统下位机的设计 分小口径水表和大口径水表。公称口径4 0 m m 及以下的水表通常称小口径水 表；公称口径4 0 m m 以上的水表称大口径水表。 4 、按安装方向来分 分为水平安装水表和立式安装水表。 5 、按介质的温度分 分冷水水表和热水水表，温度3 0 * ( 2 是其分界线。冷水水表，介质下限温度 为o c ，上限温度为3 0 c 。热水水表，介质下限温度为3 0 * ( 2 ，上限温度为9 0 * ( 2 或1 3 0 c 或1 8 0 ( 2 。不指明的一般为冷水水表。 6 、按介质的压力分 分为普通水表和高压水表。普通水表一般均为1 m p a ，超出1 m p a 为高压水表。 7 、按计数器浸入水中分 湿式水表、干式水表和液封水表。 8 、按指示器的指示形式分 分指针式和字轮式( 或称数码式或e 型表) 或指针字轮组合式。 2 2 3 水表的型号 1 、水表产品型号的一般组成如下： 指示装置型式相产品盼设计顺序号 反映水表的公称口径 表示该产品的工作厦理、结构、功能、特点等 产品所属的小类即冰衰用。表示 流量类仪表用l 表示 图2 - 2 水表产品型号组成的示意图 2 、水表型号命名的符号含义 表2 - 1 水表型号命名说明 代号名称备注说明 l x 水表第一位l 代表流量计，第二位代表水表 l x s 口 旋翼式水表第三位s 代表旋翼式 l x l 口 水平螺翼式水表第三位l 代表水平螺翼式 l x r 口 垂直螺翼式水表第三位r 代表垂直螺翼式 浙江人学硕士学位论文水表自动抄表系统下位机的设计 表2 - 1 水表型号命名说明( 续) 代号名称备注说明 l x f 口 复式水表( 组合式) 水表 第三位f 代表复式 l x d 口 定量水表第三位d 代表定量 r热水水表第四位r 代表热水 l 立式水表第四位l 代表立式 n 正逆流水表第四位n 代表正逆流 g 干式水表第四位g 代表干式 y 液封水表第四位y 代表液封 e 可拆卸式水表第四位c 代表可拆卸式 2 2 4 水表的精度 老标准通常分a 、b 、c 、d 四个等级，a 级等级较低，d 级等级最高。民用 的常用为b 级精度居多。精度等级划分：最小流量q m i n 到分界流量q t 为低区， a 、b 、c 级表精度等级为5 ；分界流量q t 到过载流量q m a x 为高区，a 、b 、c 级表精度等级为2 。新标准按q 3 q 1 的比值来衡量，具体有4 0 、5 0 、6 3 、 8 0 、1 0 0 、1 2 5 、1 6 0 、2 0 0 2 2 5 流量的概念 ( 1 ) j j g 5 8 5 - 1 9 8 9 的冷水水表检定规程中一般有五个基本流量，从小到 大归纳为以下： 流量从小到大 十十个千个 始动流量q s 最小流量q m 分界流量q t 公称( 常用) 流量q 。 过载流量q n a = 2 q n 图2 - 3 五个基本流量示意图 因许多厂家还在用，故做简介： i 、始动流量q s ：使水表最小档位指针开始转动的流量； 2 、最小流量q m i n ：水表额定流量范围的最小值。视水表精度等级不同，如 a 级水表：公称流量q n 的3 的流量；b 级水表：公称流量q n 的2 的流量。 3 、分界流量q t ：公称流量q n 和最小流量q m i n 之间的水表精度值的分界点， 浙江人学硕上学位论文水表自动抄表系统下位机的设计 以下部分为低区。视水表精度等级不同，如a 级水表：公称流量q n 的1 0 的流 量；b 级水表：公称流量q n 的8 的流量。 4 、公称流量q n ：额定工作条件下的最大流量。规定：d n l 5 的公称流量为 1 5 m 3 h ；d n 2 0 的公称流量为2 5 m 3 h ；d n 2 5 的公称流量为3 5 m3 h 。有的水表 上所标的“n 2 5 ”指的是“本水表公称流量q n 是2 5m3 h ”，由此可知道该水 表的的口径是d n 2 0 。( 公称流量有的人 - - j 惯也叫常用流量) 5 、过载流量q m a x ：该水表在精度等级范围内能承受的最大流量，一般q m a x = 2 q n 。 ( 2 ) 中华人民共和国国家标准g b t7 7 8 1 - 3 2 0 0 7 和计量检定规程 j j g l 6 2 2 0 0 7 ( 2 0 0 8 - 0 5 - 2 1 实施) 的冷水水表检定规程中，规定了四个流量， 具体如下： 流量从小到大 0 奉奉奉木 ll 最小流量q 1 分界流量q 2 常用流量q 3 过载流量q 4 图2 - 4四个流量示意图 1 、最小流量q i ：水表额定流量范围的最小值，在此流量下水表示值误差在 最大允许误差内。 2 、分界流量q 2 ：介于常用流量q 3 和最小流量q 1 之间，把水表流量范围分 为高区和低区的流量。低区有相应的最大允许误差。 3 、常用流量q 3 ：额定工作条件下的最大流量，在此流量下，水表正常工作 且示值误差在最大允许误差内。 4 、过载流量q 4 ：短时间内超出额定流量范围允许运行的最大流量。在此流 量下，水表示值误差在最大允许误差内，当恢复在额定工作条件下工作时，水表 计量特性不变。( 注：此处短时间参考定义：“一天内不超过1 h ，一年内不超过 2 0 0h ”。) 注意： 新的国家标准规定( 常用的水表，具体的请参考标准) ： 1 4 m 江大学颂i - 学f t 论立水表自动抄表系统下位机设计 d n l 5 水表的常用流量q 3 = 25m3 h ；d n 2 0 水表的常用流量q 3 = 4m 3 h ； 0 4 = 12 50 3 ，0 2 q i = 16 1 的值由厂家先用q3 0 1 的值而定) 2 2 6 部分宴物照片 ( 1 ) 指针表( l x s c ) ( 2 ) 数字式表( 3 ) 数字式表( 圈2 7 数字武表( l x s f 3 ) 示意田 n 学颤学位地立 水表t q 自抄袭系统下位机的设计 ( 4 ) 复式表 5 ) 干式表 围2 - 8 复式表示意图 目2 9 干式表示意图 2 3 水表的改制 231 水表改制的作用 水表改制操作是智能水表远程自动抄表系统正常运行关键的第一步。它是将 机械水表的动态量，通过所改的水表和相关的电路，转换为可自动计量的数字信 号，因此，水表改制操作起到十分重要的作用 2 3 2 远侍水表的改制操作 水丧自动抄系统t 机曲世* 1 ) 远传水表的改制方浩图示( 以 n 15 2 0 口径为例) ，见例图 图2 - 1o 远传水表的改制方法示圉 ( 2 ) 远传水表改制的方法 1 、用专用工具( 开表板手) ，打开水表铜盖见例图 图2 - 1 1 开丧扳手 坦 蝴 蜡 燃曼 r 一一 * 江 硕1 学论im 表自动抄袁系统f 位机* 2 、 安 如 图2 - i2 打开水表铜盏的示意 图2 - i4 拔掉装磁针档位的指针 雷2 一i5 装上对应规格磁针 针 图 m 人 碰f 学位* 立水女自动抄表系统p 世帆的设计 3 、按倒图所示，在原表玻璃面上增加安装传感器的固定圈等。 4 、梅花磁针表面到水表的玻璃面下方在不拧紧的情况下高度约为卜12 m m ，毗保 证拧紧后，水表安装好进水后，梅花磁针表面到水表的玻璃面内侧的净高度( 空 隙) 为05 06 衄( 表盖拧紧后未进水的高度约在o 8 - 1 衄，进水后梅花磁针还 是有一定的上浮高度) ，见下图。 图2 一1 6 磁针表面到水表的玻璃面 拧紧前的高度 圉2 - 17 磁针表面到水表的玻璃面 拧紧进水后的高度 5 、要求水袁的面盘到玻璃面间的高度( 空隙) 应大于5 删。 6 、拧紧改制后的水表铜盖。 7 、阁校准玻璃片校核不锈钢固定圈与磁针中心的位置，用专用扳手将固定圈的 方框( 安装传感器位置) 定位，见下图。 8 ，如果是新改装的水表，还要确定一下其配套的传感器型号，并将相关技术资料 存档。 图2 一i8 用校准玻璃片校棱不镑铜固定圈与磁针中心的位置 江 学删 论主水表自动抄衷系统t 位机的* 图2 1 9 远传水表固定圈的定位 9 、用铜铆钉铆上相应型号的s e c k 传感器( 传感器的安装注意引出线的方向，只 有s n 一9 0 m 5 ( 6 ) 型的出线在表面) ，见下圈。 图2 2 0 改制完成的远传水表 1 0 、经检测台格后，封上铅封，远传水表改制完成。 2 4 采集器及调睾j 解调器结构和功能的设计 2q 1 分采集嚣的结构和功能 分采集器由以下各部分组成：分采集器板底座、数据采集主控制板、显示器 电池、电源控制器，电源盒、避雷器、固定用底板、分采集箱 ( 1 ) 分采集器底座 主要用于接入各智能户袁传感器引线、电源、通讯线，并与主控板接口连接 如图所示： 新 学顿1 学位论文水丧自动抄表统下机的* ” 圈2 - 2 i 分采集嚣底座示意雷 ( 2 ) 数据采集主控制板 数据采集主控制板是采集器的核心部分，负责对信息进行处理，包括采集数 据等信息并保存和传送要注意的是：分采集器底座与数据采集主控制扳配套使 用时要注意型号必须匹配，如：12 户型的分采集器底座与l2 户型的数据采集主 控制板配套使用。 l 甲一l 气一 1 0 - # 接口恒坚! 型磐”目。 围2 - 2 2 采集器主控扳示意图 鞴 廊 嘲 嘲 卜扣卜扣 浙江人学硕士学位论文 水表自动抄表系统下位机的设计 ( 3 ) 显示器 显示器主要是用于显示分采集器采集到的即时数据，有红外接口可以实现红 外线近距离抄表。 图2 - 2 3 显示器示意图 ( 4 ) 电池 为了使设备在停电后更长时间地继续工作，配备了两节6 v4 2 a h 的松下电 池 ( 5 ) 电源控制器 电源控制器主要功能是管理电源。严格控制u p s 的充放电、并自动在市电和 u p s 两种供电方式之间切换。 “2 d 申潲入 a 灯：爱示电池供电指示 b 灯o , t r ：表示电池充电或放电 d f t ：表示表示 c 役o y 屯谖供电指示 图2 2 4 电源控制器示意图 ( 6 ) 电源盒 电源盒主要用于引入a c 2 2 0 v 电源接入，维修过程中停电检修。 ( 7 ) 避雷器 避雷器主要功能是r s 一4 8 5 通讯线在强电进入设备时，接地保护作用，主要 浙江大学硕十学位论文水表自动抄表系统下位机的设计 是系统是联网抄表方式时使用。 ( 8 ) 固定用底板 用于固定采集器所有的配件，使其组成一个整体。 ( 9 ) 分采集机箱 分采集机箱尺寸如下图所示， - o j 1 0 m 一 图2 2 5 采集机机箱示意图 采集机外包箱的预埋离地高度应在1 5 米左右处。采集机外包箱分别由水表 线的上进口、和左右电源线和r s - 4 8 5 通讯线的左右进口，相应p v c 管应分别布 到三个口上。不得擅自在采集机外包箱的其他地方开口。 2 4 2 主采集器的结构和功能 主采集机有两部分功能： ( 1 ) 一部分功能是对主采集机所连接的所有分采集