自來水遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)

摘要：本文提出了一種基于GPRS 的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)設(shè)計原理和實現(xiàn)方案，簡要介紹了GPRS技術(shù)的基本知識，描述了GPRS 無線傳輸應(yīng)用于遠(yuǎn)程抄表數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶崿F(xiàn)方法。通過實際應(yīng)用，獲得了理想的效果。

關(guān)鍵詞：GPRS；DDN；自來水；遠(yuǎn)程；在線；抄表系統(tǒng)；

一、背景介紹

近年來，隨著我國住宅產(chǎn)業(yè)的高速發(fā)展，能源消費計量和管理的需要，以及廣大居民生活水平的同益提高，對建筑智能化水平的要求越來越高，遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)得到了迅猛發(fā)展。這既是提高能源管理水平的需要，也是電子技術(shù)、通信技術(shù)和計算機技術(shù)迅速發(fā)展的必然。本文對基于GPRS無線網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計方案和實現(xiàn)方法進(jìn)行了研究。結(jié)合近年來國內(nèi)外遠(yuǎn)程抄表技術(shù)的研究與發(fā)展，本文對現(xiàn)有的各種抄表方式進(jìn)行了綜合比較，目前比較適合我國國情的抄表方式即GPRS遠(yuǎn)程抄表方式。目前東方訊專門為供水公司、物業(yè)管理公司設(shè)計了基于GPRS 無線網(wǎng)絡(luò)的自來水遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)。該系統(tǒng)將計算機技術(shù)、移動數(shù)據(jù)通信技術(shù)、數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、自控技術(shù)溶為一體，可自動完成用水戶水表網(wǎng)絡(luò)的遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集、紀(jì)錄、實時監(jiān)測、統(tǒng)計分析、打印和供、停水控制等管理工作。

二、同類方案對比

1、總線抄表

總線通信是目前國內(nèi)自動抄表系統(tǒng)采用較多的一種通信方式，其數(shù)據(jù)傳輸速度較快、可靠、穩(wěn)定、通信質(zhì)量高。目前使用的總線通信方式有RS-232、RS-485、LonWorks等。但這種方式布線工作量大，通信信道易遭外界因素破壞，信道后續(xù)維護(hù)工作量大。

2、紅外抄表

抄表員將錄有用戶信息的紅外手持抄表器拿到居民區(qū)數(shù)據(jù)集中器附近，通過紅外通訊方式集中采集各耗能表的數(shù)據(jù)，然后返回主站將數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C中。這種方式在紅外可視距離內(nèi)能非接觸的讀取儀表數(shù)據(jù)，但速率較低，易受外界環(huán)境的影響。

3、GSM短信息抄表

GSM短信息抄表系統(tǒng)在用戶端安裝集控器和無線發(fā)射終端，將用戶的耗能數(shù)據(jù)通過GSM網(wǎng)以短信息(SMS)的形式上傳到GSM網(wǎng)的SMS中心，SMS中心將接收到的數(shù)據(jù)通過專線傳遞給能源管理部門。但每條短信息通信容量有限，系統(tǒng)實時性及可靠性較差，可能發(fā)生信息擁塞和丟失現(xiàn)象，不適合在業(yè)務(wù)量大的系統(tǒng)中應(yīng)用。

4、GPRS抄表

GPRS抄表系統(tǒng)通過GPRS網(wǎng)連接至Intemet網(wǎng)與主站計算機進(jìn)行通信。用戶的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS模塊處理、協(xié)議封裝后發(fā)送出去，由GPRS接收模塊接收經(jīng)Intemet網(wǎng)絡(luò)傳送至主站，實現(xiàn)用戶耗能數(shù)據(jù)和主站的實時在線連接。GPRS以GSM網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，采用分組交換的傳輸方式，克服了GSM電路變換速率低、資源利用率差等缺點，很好地利用了現(xiàn)有的GSM網(wǎng)絡(luò)資源。它的傳輸速率高，接入時間短，用戶保持在線且按流量計費，迅速降低了服務(wù)成本，特別適合突發(fā)性小流量數(shù)據(jù)傳輸。

三、本方案優(yōu)點

GPRS自來水遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)具備如下特點：

1、建設(shè)周期短，成本低：

GPRS無線網(wǎng)絡(luò)提供了簡單的通信傳輸手段。中國移動GPRS系統(tǒng)可提供廣域的無線IP連接。在移動通信公司的GPRS業(yè)務(wù)平臺上構(gòu)建遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)，實現(xiàn)水表數(shù)據(jù)的無線數(shù)據(jù)傳輸具有可充分利用現(xiàn)有網(wǎng)絡(luò)，縮短建設(shè)周期，降低建設(shè)成本的優(yōu)點，而且設(shè)備安裝方便、維護(hù)簡單。 

2、實時性強： 

由于GPRS具有實時在線特性，系統(tǒng)無時延，無需輪巡就可以同步接收，處理所有數(shù)據(jù)采集點的數(shù)據(jù)，可很好的滿足系統(tǒng)對數(shù)據(jù)采集和傳輸實時性的要求。

3、可對水表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制： 

通過GPRS雙向通訊方式還可實現(xiàn)對水表設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程控制，進(jìn)行參數(shù)調(diào)整、開關(guān)等控制作用。

4、集抄范圍廣：

GPRS覆蓋范圍廣，在無線GPRS網(wǎng)絡(luò)的覆蓋范圍之內(nèi)，都可以完成對集抄的控制和管理。而且，擴容無限制，接入地點無限制，能滿足山區(qū)、鄉(xiāng)鎮(zhèn)和跨地區(qū)的接入需求。 

5、系統(tǒng)的傳輸容量大： 

數(shù)據(jù)中心要和每一個水表數(shù)據(jù)采集點保持實時連接。由于水表數(shù)據(jù)采集點數(shù)量眾多，系統(tǒng)要求能滿足突發(fā)性數(shù)據(jù)傳輸?shù)男枰鳪PRS技術(shù)能很好地滿足傳輸突發(fā)性數(shù)據(jù)的需要。 

6、數(shù)據(jù)傳送速率高： 

每個水表數(shù)據(jù)采集點每次數(shù)據(jù)傳輸量在10Kbps之內(nèi)。GPRS網(wǎng)絡(luò)傳送速率理論上可達(dá)171.2kbit/s，目前GPRS實際數(shù)據(jù)傳輸速率在40Kbps左右，滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸速率（≥10Kbps）的需求。 

7、通信費用低：采用包月計費方式，運營成本低。 

8、系統(tǒng)易于擴展和維護(hù)。

由于GPRS通信是基于IP地址的數(shù)據(jù)分組通信網(wǎng)絡(luò)，因此監(jiān)測中心計算機需要一個固定的IP地址或固定的域名，各個水表數(shù)據(jù)采集點采用GPRS模塊通過IP地址或域名來訪問該主機，從而進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。 

四、系統(tǒng)組成

GPRS 自來水遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)由監(jiān)控中心、通信網(wǎng)絡(luò)和無線網(wǎng)絡(luò)水表（數(shù)顯水表＋GPRS DTU）組成。監(jiān)測中心包括中心站機、計算機及系統(tǒng)軟件、顯示器、打印機等設(shè)備，中心站機與無線網(wǎng)絡(luò)水表的通信采用中國移動的GPRS 網(wǎng)絡(luò)。該系統(tǒng)適用于與供水公司距離遙遠(yuǎn)、分散單獨的水表用戶。 

1、中心站機：用于發(fā)送監(jiān)測中心計算機的指令和接收無線網(wǎng)絡(luò)水表的信息，并將信息通過 RS-232/RS485通訊接口送入計算機。 

2、系統(tǒng)軟件：系統(tǒng)開發(fā)的專業(yè)軟件，它結(jié)合了國際軟件流行趨勢，可在Windows2000、WindowsXP、Liunx 等主流操作系統(tǒng)上運行。系統(tǒng)軟件通過中心站機發(fā)布指令，對本系統(tǒng)實施監(jiān)測，負(fù)責(zé)各采集站點的配置和網(wǎng)絡(luò)管理，同時將輸入數(shù)據(jù)寫入數(shù)據(jù)庫，可發(fā)布指令，實現(xiàn)參數(shù)設(shè)置、數(shù)據(jù)監(jiān)測、統(tǒng)計分析和報表打印及供、停水控制等處理。 

3、GPRS DTU：數(shù)據(jù)傳輸終端（DTU）實現(xiàn)監(jiān)控中心主站與監(jiān)控終端的通訊。該DTU功能與特點如下： 使用低功耗高性能的CPU 做處理器，采用國外高性能工業(yè)級GPRS模塊 內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧，數(shù)據(jù)終端保持在線透明數(shù)據(jù)傳輸與協(xié)議轉(zhuǎn)換，支持虛擬數(shù)據(jù)專用網(wǎng)(APN) 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動態(tài)域名和IP地址訪問在全透明方式下可同時向多中心（1-4中心）發(fā)送數(shù)據(jù)，系統(tǒng)配置和維護(hù)接口支持串口軟件升級和遠(yuǎn)程維護(hù)EMC抗干擾設(shè)計，適合電磁環(huán)境惡劣的應(yīng)用需求采用先進(jìn)電源技術(shù)，供電電源適應(yīng)范圍寬 。

4、網(wǎng)絡(luò)水表：規(guī)格與普通水表相同，精度達(dá)到國家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的計量等級。該水表結(jié)合了GPRS DTU，具有計量準(zhǔn)確（遙測顯示水量與水表本身讀出的數(shù)值相同）、工作穩(wěn)定可靠、功耗低、數(shù)據(jù)無漏失的特點，解決了以往遠(yuǎn)程數(shù)字計量誤差、怕停電、耗電量大、怕干擾的缺點。網(wǎng)絡(luò)水表可直接使用220V 市電，或采用直流電源。無線網(wǎng)絡(luò)水表不需另配測站機，它具有測站機的類似性能，可通過GPRS DTU 與中心站機直接采用中國移動數(shù)據(jù)無線網(wǎng)絡(luò)通信。 

5、計算機（電腦）、液晶顯示器或投影機、打印機、不間斷電源、避雷器等設(shè)備為外購?fù)ㄓ没驅(qū)Ｓ卯a(chǎn)品，根據(jù)抄表系統(tǒng)和用戶的需要而配置。

自動檢測：系統(tǒng)對水表的用水量（流量）等參數(shù)（壓力）的數(shù)據(jù)進(jìn)行采集、監(jiān)測、紀(jì)錄，并進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理，形成各種圖形和報表，實現(xiàn)遠(yuǎn)程無人自動抄表；

動態(tài)顯示：可定時或隨機在自動抄表系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)圖畫面上動態(tài)顯示每只水表的用水量和整個系統(tǒng)所包括水表的總水量； 

打印：可打印每只水表的月、年報表和月水費單，可打印總用水量的日、月、年報表和收水費的月、年報表； 

數(shù)據(jù)管理：建立歷史數(shù)據(jù)庫，存儲原始數(shù)據(jù)，供統(tǒng)計分析使用。對采集的用水量等數(shù)據(jù)進(jìn)行累計值、平均值、高值、低值等的分析計算，系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫適合擴充和維護(hù)，可滿足各種規(guī)模的供水部門數(shù)據(jù)抄表和維護(hù)使用； 

合并、網(wǎng)絡(luò)瀏覽：本系統(tǒng)可與供水公司的服務(wù)器連接，通過局域網(wǎng)接入供水公司現(xiàn)有用水營業(yè)收費電腦管理系統(tǒng)，實現(xiàn)信息共享； 

銀行自動繳費：通過監(jiān)控中心收費管理系統(tǒng)與銀行掛接，計費靈活方便； 

可依據(jù)用戶繳納水費情況控制供水或停水，具有支持IC 卡功能。

( 圖) 遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)示意圖

 五、總結(jié)

較低的工程造價由于城市的自來水供水普及率一般均達(dá)95%以上，千家萬戶的水表既分散又遠(yuǎn)離供水公司，多年來供水公司所應(yīng)用的無線遙測系統(tǒng)的通信一般都采用電臺。如采用該種通信方式，供水公司的測控中心均需配置電臺、專用電源和高增益的鐵塔天線，在市區(qū)各處水表用戶的測點除配置電臺及專用電源外，還需配置高增益的定向天線。而本系統(tǒng)的通信采用中國移動的GPRS 網(wǎng)絡(luò)，在水司的測控中心只需配置內(nèi)置天線的中心站機，水表測點只需配置無線網(wǎng)絡(luò)水表或測站機。無線網(wǎng)絡(luò)水表和測站機，每臺僅占用一個移動電話號碼，其通信的可靠性與移動電話一樣。因此，本系統(tǒng)的工程造價比應(yīng)用電臺的系統(tǒng)造價至少低10-20 萬元以上（測點數(shù)量越多差價越大）。

結(jié)論綜上所述，應(yīng)用GPRS 的自來水遠(yuǎn)程自動抄表系統(tǒng)具有顯著的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益，其先進(jìn)性、實用性、擴充性、安全性、可靠性，使得它必將在供水行業(yè)越來越廣泛地推廣應(yīng)用，為供水行業(yè)的發(fā)展做出更大的貢獻(xiàn)。