【文章內(nèi)容簡介】 具方案，單向表具每隔一段固定時間將累積數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲杉髦?，每次抄表時手持機通過與采集器通訊得到該采集器所管理的表具的數(shù)據(jù)，該方案適用于高層公寓樓的抄表方案解決，:單向燃?xì)獗?單向燃?xì)獗? 單向嫩氣表n 該方案有四個部分組成: (1)無線單向燃?xì)獗砭撸?(2)無線采集器； (3)手持機； (4)中心管理計算機。 其工作原理如下:在正常計量狀態(tài)，無線單向燃?xì)獗硗瓿蓚鹘y(tǒng)燃?xì)獗淼乃泄ぷ鳎粏蜗虮砭呙扛艄潭〞r間向采集器發(fā)送數(shù)據(jù)，采集器將表具信息存儲在它的存儲單元中，該方案中的表具只負(fù)責(zé)單向發(fā)送不接收數(shù)據(jù)信號；抄表時，手持機根據(jù)抄表通信協(xié)議，通過無線傳輸模塊對無線采集器進(jìn)行無線查詢。采集器接收到正確的查詢數(shù)據(jù)后，將所需傳輸?shù)娜細(xì)獗頂?shù)據(jù)由無線通訊模塊發(fā)送至手持機。手持機接收并存儲各單表發(fā)送來的表數(shù)據(jù)和表運行狀態(tài)數(shù)據(jù)，并對數(shù)據(jù)和狀態(tài)數(shù)據(jù)進(jìn)行分類存儲并掉電保存。手持機通過RS232將燃?xì)獗頂?shù)據(jù)上傳給計算機管理系統(tǒng)進(jìn)行統(tǒng)計和數(shù)據(jù)分析，并生成各類數(shù)據(jù)報表。在該方案中一個采集器理論上可以管理512個單向表具，該方案的特點是抄表集中，管理的表具更多、傳輸?shù)木嚯x遠(yuǎn)、抄表效率高，適合用戶集中的區(qū)域，諸如高層公寓樓和城市老城區(qū)居民抄表。從目前的自動抄表技術(shù)來看，自動抄表系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)是遠(yuǎn)傳表具的電子化讀數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性還有就是傳輸網(wǎng)絡(luò)的低功耗設(shè)計。其中表具數(shù)據(jù)采集裝置的設(shè)計是保證遠(yuǎn)傳表具的電子化讀數(shù)的準(zhǔn)確性和可靠性關(guān)鍵的技術(shù)。目前使用的自動抄表的家用表具主要有兩種類型。1)基于傳統(tǒng)工作原理的表具—脈沖表具這類數(shù)字式水表、電表、氣表、熱量表在傳統(tǒng)表具的基礎(chǔ)上增加了脈沖傳感器，將原來的計量數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成脈沖信號輸出，系統(tǒng)對采集到的脈沖進(jìn)行累加和轉(zhuǎn)換，轉(zhuǎn)換出用戶的用水量、用電量、用氣量。由于脈沖表的通用性更好，只輸出簡單的脈沖，不限外接電壓值，和所有抄表廠家的采集終端都能接口。另外，就脈沖表具的制造成本來講，由于脈沖表輸出簡單，所需元件少，因此脈沖表在成本方面有比較大的優(yōu)勢?，F(xiàn)有抄表系統(tǒng)中，大約90%以上的是脈沖表具[4][34]。脈沖表具產(chǎn)生脈沖的傳感器可分為:霍爾元件型、干簧管型和光電轉(zhuǎn)換型，其基本原理如下[24][35]：(1)霍爾元件型:在普通轉(zhuǎn)盤計數(shù)的水表(或燃?xì)獗?中加裝霍爾元件和磁鐵，即可構(gòu)成基于磁電轉(zhuǎn)換技術(shù)的傳感器?；魻栐潭ò惭b在計數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁體安裝在計數(shù)盤位上，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周，永磁鐵經(jīng)過霍爾元件一次，即由霍爾元件輸出一個計數(shù)脈沖。(2)干簧管型:在普通轉(zhuǎn)盤計數(shù)的水表(或燃?xì)獗?中加裝干簧管和磁鐵，干簧管固定安裝在計數(shù)轉(zhuǎn)盤附近，永磁鐵安裝在計數(shù)盤位上，當(dāng)轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一周，永磁鐵經(jīng)過干簧管時，干簧管的簧片開閉一次，由此輸出一個計量脈沖。(3)光電轉(zhuǎn)換型:在電表的轉(zhuǎn)盤處裝一個光電轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)盤上有一條槽(或一條黑線)，轉(zhuǎn)盤每轉(zhuǎn)一圈，溝槽經(jīng)過光電轉(zhuǎn)換器完成一次光電轉(zhuǎn)換，輸出一個計數(shù)脈沖。但是此種方式主要存在兩個缺點:(1)在脈沖計數(shù)時，由于表盤的抖動和傳輸過程中的電磁干擾等因素，容易引起脈沖丟失或多計脈沖。因此在使用一段時間后，脈沖計數(shù)方式的抄表數(shù)據(jù)與表計窗口值不一樣，系統(tǒng)需要不斷修正，容易引起管理部門與用戶的糾紛[6]。 (2)由于脈沖計數(shù)的累加性特點，需要加裝電子存儲元件記憶脈沖數(shù)，而存儲元件內(nèi)數(shù)據(jù)容易受干擾，影響數(shù)據(jù)精度[24]。當(dāng)然脈沖式表具還處于新生事物的成長階段，相信隨著不斷地摸索改進(jìn)，在新一輪的脈沖表具一定會在產(chǎn)品工藝、產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)化、系列化方面邁上一個新的臺階。2)新型專用表具—無源直讀式表具 針對有源脈沖表存在的以上缺陷，提出了一種新型的無源抄表系統(tǒng)，突破了上述技術(shù)瓶頸，使得無源自動抄表系統(tǒng)在工作可靠、抄送準(zhǔn)確、免維護(hù)等三大核心技術(shù)問題上取得了重大突破。“無源”的含義是，平時不向水表和通信網(wǎng)絡(luò)供電，需要抄表時才供電；”自動”的含義是在通信網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)上，可以由掌上電腦(PDA Personal Digital Assistant個人數(shù)字助理)自動抄表，或者通過MODEM或者GPRS實現(xiàn)遠(yuǎn)程自動抄表。在無電的情況下也能夠把機械讀數(shù)轉(zhuǎn)化為電子讀數(shù)，其辦法就是把字輪機械讀數(shù)直接轉(zhuǎn)化為電子讀數(shù)，諸如直接攝取字輪的圖像并識別，或者對字輪進(jìn)行編碼并識別。這種方法不僅不受機械震動影響，同時對電磁干擾也具有極高的抗干擾性，所以在復(fù)雜的使用環(huán)境下能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地實現(xiàn)計量[4][24][35]。 本文在選擇表具設(shè)計方案時，需要考慮的因素有很多諸如穩(wěn)定性、精確性和抗干擾能力等，在本文中主要考慮到與原有有線抄表系統(tǒng)的兼容性，并且著眼于縮短開發(fā)周期、開發(fā)風(fēng)險和整體開發(fā)成本，本系統(tǒng)采用了基于傳統(tǒng)工作原理的計量表具—脈沖表具。采用光電傳感器作為脈沖信號源，較之傳統(tǒng)的霍爾元件型和干簧管型具有更好的抗干擾性和精確性，因為它對磁干擾不敏感，并且要處理的邊界點減少了很多。此外考慮到系統(tǒng)的耗能的問題，表具設(shè)計時采用了主動信號掃描技術(shù)，就是每個一段時間，光電傳感器主動掃描表盤的位置，該種較之原有的被動信號采集具有耗能少，延長傳感器工作壽命的好處。本系統(tǒng)另外一個重要的問題就是通訊問題，在選擇通訊模塊時考慮的指標(biāo)有工作頻率、接收靈敏度、發(fā)射功率和傳輸距離等。在本文中由于通信距離要求不少于200米，安裝環(huán)境為城市居民小區(qū)，同時還需要保證通信的質(zhì)量，還要考慮運作成本，因此選用小功率無線發(fā)射通信模塊。目前短距離無線通信以其特有的抗干擾能力強、可靠性高、受地理限制少、安裝施工方便靈活等特點，在許多領(lǐng)域有著廣闊的應(yīng)用前景。針對不斷發(fā)展的無線通信市場，各大廠商都推出自己的無線通信解決方案，也出現(xiàn)了許多無線通信協(xié)議，如藍(lán)牙技術(shù)、ZigBee等。 SRWF501無線模塊技術(shù)參數(shù)[36]本文采用上海桑銳公司的SRWF501無線通信模塊作為無線傳輸接口，該模塊提供標(biāo)準(zhǔn)RS232，RS485和UART（TTL電平)三種接口方式，可與計算機、RS485設(shè)備、單片機和其它UART器件直接連接使用，同時采用通用工作頻段，具有低發(fā)射功率、高敏接收和傳輸距離遠(yuǎn)等優(yōu)點，較之藍(lán)牙、ZigBee等技術(shù)具有成本低、功耗低、協(xié)議簡單的特點，十分適合于短距離無線抄表應(yīng)用。手持機(又稱抄表器、手持式抄表機、掌上電腦、手持終端、數(shù)據(jù)采集器等)是用于移動數(shù)據(jù)采集的掌上型設(shè)備。國外有關(guān)抄表機的報導(dǎo)首先見之于美國1985年《電世界》(Electric World)雜志:美國賓夕法尼亞電力公司在1983年試制成功一種手持?jǐn)?shù)據(jù)終端用以裝備抄表人員，從1984年起就廢棄了約2700kg重的抄表簿冊和卡片；，但因節(jié)約大量人力和物力，在兩年內(nèi)即收回全部投資并有盈余。1985年美國《輸電與配電》（Transmissionamp。Distribution World)雜志5月號中也報導(dǎo)美國北印第安納供電公司(NIPSCO)部分采用手持微計算機(HandHeld Microputer)于現(xiàn)場抄表，手持微機中可存放1000只電表數(shù)據(jù)(包括地址、表號和位置以及注意事項等數(shù)據(jù))。手持微機通過電話線和主計算機以9600bit/s通信，當(dāng)時傳送6000個讀表數(shù)據(jù)需約30min。手持機在發(fā)展初期主要由美國生產(chǎn)，主要廠家為MSI, RADIX和ITRON三家公司[17][37]。 國內(nèi)自1986年開始自行研制手持機，經(jīng)過十幾年的發(fā)展，國產(chǎn)高性能的手持機已形成大批量的生產(chǎn)，成為一個新興產(chǎn)業(yè)。中科院計算所是最早從事這方面的技術(shù)研發(fā)工作的單位，并圍繞此項目專門成立集研發(fā)、生產(chǎn)、銷售于一體的振中公司，并于1987年推出ZZ型號產(chǎn)品，開始了我國手持機應(yīng)用的潮流。隨著手持機在國內(nèi)的普及，很多廠家也開始進(jìn)入這個新興的產(chǎn)業(yè)，由此推動了手持機產(chǎn)品向著產(chǎn)業(yè)化方向的大步伐邁進(jìn)。在眾多的廠家中，發(fā)展到今天基本上形成了南北兩大成熟產(chǎn)品制造廠商:北京振中和廣州智敏[37]。從手持機的功能需求方面來說，手持機的基本性能有:手持機必須適合于任何作業(yè)場合，能獨立完成對表具數(shù)據(jù)的讀取，并能存儲相應(yīng)信息，有輸入輸出功能如支持輸入和顯示等。同時，手持機能通過通信接口與PC機進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。具體到本文的無線抄表系統(tǒng)中，手持機主要具備以下功能:1)安裝新燃?xì)獗頃r，設(shè)置新表的表常數(shù)、表底數(shù)等。每次抄表校準(zhǔn)燃?xì)獗頃r鐘；2)抄表員每次抄表前將抄表戶的詳細(xì)數(shù)據(jù)從電腦下傳到抄表機中，然后到抄表現(xiàn)場，用手持機簡便的查找方式查到該抄表戶資料； 3)直接通過無線數(shù)傳模塊抄收燃?xì)獗矶葦?shù)并存儲在手持機中；4)將燃?xì)獗頂?shù)據(jù)上傳給計算機管理系統(tǒng)，供管理部門計費使用。根據(jù)上述功能需求描述及結(jié)合現(xiàn)有的手持機結(jié)構(gòu)列出手持機硬件的框圖，如圖2. 2. 5. 1所示，手持機硬件主要包括以下幾個部分[23][38][39] 。 1) CPU中央管理模塊CPU中央管理模塊是手持機的大腦中樞，它負(fù)責(zé)指揮和協(xié)調(diào)各外圍功能模塊的工作。通過翻譯輸入指令，確定對信息進(jìn)行處理，并將顯示相應(yīng)信息，同時將關(guān)鍵信息存儲到存儲區(qū)，CPU數(shù)據(jù)處理速度是手持機的一項很重要的技術(shù)指標(biāo)，CPU性能的好壞直接影響手持機的性能。2)電源管理模塊電源管理模塊是手持機的心臟，電源的好壞直接影響手持機的品質(zhì)。手持機工作在單機流動場合，電源的待機時間和連續(xù)工作時間是一個重要指標(biāo)，電池容量要求較高。3)通信模塊所謂通信模塊就是手持機與其它終端的通信接口模塊。一般使用有以下幾種:標(biāo)準(zhǔn)的RS232C通信接口，RS485通信接口，USB接口，GPRS接口，無線射頻接口，紅外通信、藍(lán)牙通信，Zigbee等。 4)輸入模塊 傳統(tǒng)的輸入方式為鍵盤輸入，根據(jù)預(yù)先定義的功能設(shè)置手機上的鍵盤按鍵數(shù)量，每個按鍵有特定的功能，這很難適應(yīng)多場合應(yīng)用。隨著市場對個性化輸入需求、和輸入的便利性要求越來越迫切，手寫輸入、語音輸入等成為新的關(guān)注點。 5)LCD顯示模塊顯示部分是手持機與用戶交流的窗口。一般使用液晶(LCD)顯示器。目前市場上使用的主要為黑白小顯示屏。隨著信息量的不斷增大，顯示一條信息需要多次翻頁，很是不便。許多機具商已開始關(guān)注到這一問題，開始往大屏幕方向發(fā)展。 6)存儲模塊 存儲模塊的存儲器主要存儲程序代碼、字庫和其它操作數(shù)據(jù)等信息。要求有掉電數(shù)據(jù)保護(hù)、長期有效保存數(shù)據(jù)的性能。 在本文的無線抄表系統(tǒng)中，選擇手持機時結(jié)合上述手持機的構(gòu)成，考慮的主要因素有: 1)存儲容量 隨著“一戶一表”改造工程的全面展開，用戶量正在大幅度增加，因此對于手持機存儲容量的要求就越來越高，因此手持機容量應(yīng)大于8M。 2) CPU處理速度 數(shù)據(jù)處理速度是手持機的一項很重要的技術(shù)指標(biāo)。 3)顯示及輸入方式 目前市場上的手持機基本上分為按鍵式輸入和觸摸屏輸入兩種，大部分采用液晶顯示方式，相比較而言觸摸屏式手持機顯示區(qū)域更大、精度更高，同時支持漢字輸入，但相對價格較高。4)數(shù)據(jù)交換傳輸方式 手持機如何跟PC進(jìn)行通訊和傳輸在抄表工作中也十分重要，目前國內(nèi)的產(chǎn)品多采用RS232高速串口和紅外端口傳輸。國外一些先進(jìn)的產(chǎn)品已經(jīng)使用無線遠(yuǎn)程通訊，但是普遍價格較高，穩(wěn)定性也不夠。 5)節(jié)電性能手持機一般都使用干電池，分為可充電和不可充電的，選擇手持機應(yīng)注意其是否有節(jié)電設(shè)計。 6)可擴展性 選擇手持機時必須注意其是否具有很好的可擴展性，能否靈活地滿足不同時期不同地區(qū)抄表的各種業(yè)務(wù)需要。 7)價格 目前國內(nèi)抄表機產(chǎn)品的報價一般在2500~3500元之間，國外同類產(chǎn)品價格則要偏高30%50%。在選購抄表機時要兼顧價格的高低、產(chǎn)品的性能質(zhì)量以及各地區(qū)的經(jīng)濟(jì)承受能力，從而全面綜合評價后選擇性能價格比最佳的產(chǎn)品。 結(jié)合上述各方面因素，本文手持機選用的是深圳慧毅能達(dá)的EH0318無線手持機，該機具備如下特點[40]:使用摩托羅拉“龍珠”CPU，它具有1至8M的閃存和8M的DRAM；標(biāo)準(zhǔn)輸入設(shè)備是鍵盤(20鍵)和撥輪；標(biāo)準(zhǔn)輸出設(shè)備是一個128*64的點陣LCD顯示屏，外加一個圖標(biāo)顯示行；它的串行通訊端口的默認(rèn)配置是一個RS232串行端口和一個IR端口，可以選裝MODEM模塊作為另一個串行通訊設(shè)備；有兩個可用的卡片插槽(根據(jù)卡的類型選擇)；它的無線通信模塊采用的是桑銳SRWF501型微功率無線模塊，主要是考慮到與無線數(shù)據(jù)采集終端的硬件兼容?？偟恼f來，選擇EH0318無線手持機是綜合考慮上述各種因素的結(jié)果。 中心管理信息系統(tǒng)主要的作用是進(jìn)行數(shù)據(jù)的統(tǒng)計、任務(wù)下載、數(shù)據(jù)上傳和數(shù)據(jù)的管理，由數(shù)據(jù)庫、終端PC組成。中心管理信息系統(tǒng)有一臺PC機，打印機，并配有COM口聯(lián)接；PC機安裝有數(shù)據(jù)采集及計費軟件，用戶通過軟件可以對燃?xì)獗磉M(jìn)行數(shù)據(jù)處理，實現(xiàn)對各小區(qū)水表、燃?xì)獗淼氖召M和票據(jù)打印等功能。中心管理計算機的作用主要首先是向手持機的任務(wù)下載，再把手持機抄得的數(shù)據(jù)傳輸?shù)接嬎銠C上，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，因此在選擇數(shù)據(jù)庫時，考慮到跟現(xiàn)有抄表軟件結(jié)合，采用的是Access數(shù)據(jù)庫。本文第五章將對中心管理信息系統(tǒng)的設(shè)計進(jìn)行詳細(xì)介紹。本章從四個方面對自動抄表系統(tǒng)設(shè)計提出了設(shè)計要求，即成本、工作壽命、覆蓋范圍和系統(tǒng)的可靠性，并在此基礎(chǔ)上對整個系統(tǒng)進(jìn)行了詳細(xì)的方案設(shè)計，包括無線方式的選擇、系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計、無線模塊的選擇、表具計量方式的確定、手持機的選擇和中心管理信息系統(tǒng)結(jié)構(gòu)功能設(shè)計。3無線抄表系統(tǒng)底層硬件平臺設(shè)計底層硬件的設(shè)計主要包括:基于雙向燃?xì)獗矸桨傅讓佑布O(shè)計和基于采集器方案的硬件設(shè)計?；陔p向燃?xì)獗矸桨傅某硐到y(tǒng)硬件設(shè)計主要是雙向燃?xì)獗碛布O(shè)計，本系統(tǒng)的雙向燃?xì)獗硎窃趥鹘y(tǒng)機械燃?xì)獗淼幕A(chǔ)上進(jìn)行改裝而成，配備了相應(yīng)的光電傳感器，它的設(shè)計關(guān)系到整個系統(tǒng)的精度。 1) CPU單元本系統(tǒng)中CPU單元采用MICROCHIP的PIC16F913芯片，其主要性能特征如下[41]:l 精簡指令，只有35條指令；l 7KB的程序存儲器，256Byte EEPROM；l 高耐用性閃存/EEPRO