摘　要：提出無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)存在的問題，對無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的構(gòu)成及無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗黻P(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析，介紹了應(yīng)用效果。

關(guān)鍵詞：無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)  無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?span lang="EN-US">  關(guān)鍵技術(shù)  工作頻率

Key Technologies of Wireless Remote Meter Reading System

Abstract：The problems existed in wireless remote meter reading system are put fiwward．The composition of wireless remote meter reading system and the key technologies of wireless remote gas meter are analyzed，and the application effects are introduced．

Key words：wireless remote meter reading system；wireless remote gas meter；key technologies；operating frequency

1　無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)存在的問題

①一次抄讀成功率

一次抄讀成功率(以下簡稱抄到率)是燃?xì)馄髽I(yè)非常關(guān)心的一個指標(biāo)。JG／T l62—2009《住宅遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)》表1規(guī)定：對于無線傳輸，現(xiàn)場條件下的抄到率應(yīng)大于90％。但受燃?xì)獗戆惭b位置的影響，以及無線信號容易受外界干擾等原因，實際抄到率并不高。

②通信距離

目前，我國無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)采用的工作頻率主要有433、470MHz兩種。根據(jù)國家無線電管理委員會的相關(guān)規(guī)定，采用工作頻率433MHz時燃?xì)獗淼淖畲蟀l(fā)射功率應(yīng)小于或等于l0mW，采用工作頻率470MHz時燃?xì)獗淼淖畲蟀l(fā)射功率可允許達(dá)到50mW。因此，為延長通信距離，近年來無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砩a(chǎn)廠家多采用470MHz作為無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼墓ぷ黝l率。

但有些廠家為了延長通信距離，簡單地增大發(fā)射功率，甚至達(dá)到l00mW以上，不僅不符合相關(guān)規(guī)定，還縮短了電池的使用壽命。

③電池使用壽命

對于內(nèi)置電池的無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?，一般要求電池的使用壽命?yīng)與燃?xì)獗硎褂脡勖?span lang="EN-US">(居民用戶燃?xì)獗淼氖褂脡勖话銥?span lang="EN-US">10年)。在降低無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砉?span lang="EN-US">(以延長電池使用壽命)與提高抄到率之間達(dá)到一個平衡，是設(shè)計無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)需要重點考慮的問題。

2　無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)構(gòu)成

無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)利用無線技術(shù)，將燃?xì)獗韮?nèi)的各種信息通過采集器(或增設(shè)集中器)傳送至數(shù)據(jù)管理中心。然后通過數(shù)據(jù)管理中心與收費系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)交互，實現(xiàn)計費、報警、控制等功能，完成對燃?xì)獗淼亩〞r抄表，了解燃?xì)獗淼倪\行狀態(tài)，解決入戶抄表的困難^[1-3]。無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)主要由無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?、手持型采集?span lang="EN-US">(或增設(shè)集中器)、數(shù)據(jù)管理中心等組成。

2.1　無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?span lang="EN-US">

無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碛杀砭摺?span lang="EN-US">MCU(Micro Controller Unit，微控制單元)、通信模塊(RF電路)、計數(shù)采樣裝置、控制機(jī)構(gòu)等單元組成。其中，MCU采用l6位單片機(jī)，該單片機(jī)具有功耗低、運算速度快、可在線編程等優(yōu)點。通信模塊采用3種工作頻率(433、868、915MHz，分別為中國、歐洲國家、美國采用的工作頻率)的RF電路，采用GFSK(Gauss Frequency Shift Keying，高斯頻移鍵控)調(diào)制模式，具有極好的頻率穩(wěn)定性和較高的接收靈敏度，符合國家無線電管理委員會的相關(guān)規(guī)定。無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗韱卧Y(jié)構(gòu)見圖l。

MCU作為無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼闹骺貑卧?，?fù)責(zé)所有流程控制及數(shù)據(jù)處理。供電電路為各單元供電，保證各單元正常工作。閥門驅(qū)動電路為表具閥門的開關(guān)裝置供電，保證閥門正常啟閉。復(fù)位電路提供軟啟動控制，使無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砟軓漠惓顟B(tài)恢復(fù)至正常狀態(tài)。計量電路負(fù)責(zé)用氣量的計量。數(shù)據(jù)儲存電路實現(xiàn)計量數(shù)據(jù)的儲存功能。電池電壓檢測電路定時檢測電池的電壓，當(dāng)電池電壓低于設(shè)定值時，及時提醒用戶更換電池。RF電路負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的傳輸，RF供電電路為RF電路供電，保證RF電路的正常工作。

無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砭哂幸韵录夹g(shù)特點：①低功耗。在休眠狀態(tài)下的待機(jī)電流小于10mA。②覆蓋范圍大。最大發(fā)射功率(工作頻率為433MHz)為l0mW，有效覆蓋范圍在300m左右，能夠滿足普通居住建筑的傳輸距離，不會對人體造成損害。③工作頻率靈活。使用的工作頻率分別為433、868、915MHz，均為免執(zhí)照頻率。④使用、安裝方便?？蓪崿F(xiàn)戶外抄表、閥門控制、異常信息上傳等功能，無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼陌惭b方式與普通機(jī)械表相同，施工方便。

2.2　手持型采集器

手持型采集器具有計量數(shù)據(jù)傳遞、收集、查詢等功能，是連接無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗砼c數(shù)據(jù)管理中心的橋梁。手持型采集器通過無線方式采集計量數(shù)據(jù)，并通過GPRS的方式將計量數(shù)據(jù)傳遞給數(shù)據(jù)管理中心。手持型采集器單元結(jié)構(gòu)見圖2。

手持型采集器中MCU、供電電路、RF供電電路、RF電路、數(shù)據(jù)儲存電路的功能與無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碇懈鲉卧墓δ芤恢?。其他單元的功能為：點陣液晶顯示屏：負(fù)責(zé)顯示手持型采集器的工作信息及計量數(shù)據(jù)；16×16點陣字庫：作為點陣液晶顯示屏的字庫；蜂嗚器電路：為手持型采集器蜂鳴器提供電力，保證蜂嗚器正常工作。

2.3　數(shù)據(jù)管理中心

數(shù)據(jù)管理中心是無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的上位系統(tǒng)，用于提供人機(jī)界面，實現(xiàn)人機(jī)交互功能，完成對現(xiàn)場設(shè)備(無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗怼⑹殖中筒杉?、集中器?span lang="EN-US">)的管理。數(shù)據(jù)管理中心的主要功能包括手持型采集器與數(shù)據(jù)管理中心服務(wù)器之間進(jìn)行抄表任務(wù)的下載和計量數(shù)據(jù)的上傳，以及對手持型采集器、集中器、計量數(shù)據(jù)的綜合管理。工作時，抄表人員首先登錄手持型采集器的客戶端，從服務(wù)器下載抄表任務(wù)；抄表結(jié)束后，再由手持型采集器上傳計量數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)管理中心負(fù)責(zé)將計量數(shù)據(jù)存入服務(wù)器，以供管理人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析處理。

3　無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗黻P(guān)鍵技術(shù)

3.1　通信協(xié)議

通信協(xié)議是實現(xiàn)無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗沓x和控制的關(guān)鍵，完善的通信協(xié)議不僅可以實現(xiàn)點對點通信，還可以實現(xiàn)組網(wǎng)和中繼功能，簡化無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼木S護(hù)工作，并為后期升級提供便利。通信協(xié)議分為物理層協(xié)議、數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議、應(yīng)用層協(xié)議。

①物理層協(xié)議。規(guī)范了手持型采集器內(nèi)部MCU與通信模塊(RF電路)、手持型采集器與無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?、手持型采集器與集中器之間的無線通信協(xié)議。

②數(shù)據(jù)鏈路層協(xié)議。適用于手持型采集器(集中器)與無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗碇g的無線通信。規(guī)范了引導(dǎo)碼、通信路徑、通信模式、設(shè)備代碼(包括手持型采集器、集中器、無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?span lang="EN-US">)等數(shù)據(jù)定義。

③應(yīng)用層協(xié)議。規(guī)范了初始化、寫基表序列號、讀基表序列號、設(shè)置抄表時間、設(shè)置當(dāng)前時間、讀當(dāng)前時間、寫棚臺氣量、讀出氣量、開閥、關(guān)閥等具體指令的數(shù)據(jù)域定義，以及各指令之間的組合使用規(guī)則。

3.2　計量數(shù)據(jù)的安全傳輸

計量數(shù)據(jù)傳輸采用加密解密算法，發(fā)送與接收雙方采用特定的快速握手方式，確保計量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)通道暢通的情況下準(zhǔn)確無誤。計量數(shù)據(jù)傳輸還采用了偵聽重發(fā)機(jī)制，避開同頻率的干擾，提高數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確性和可靠性。

3.3　功耗控制

對于采用干電池供電的無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗?，由于干電池供電能力有限，除在電池的選型上做了很多測試對比工作外，在軟件設(shè)計上也采取了一些措施進(jìn)一步降低功耗。

設(shè)置固定抄表時間，使MCU、通信模塊(RF電路)等單元在抄表時間外均處于休眠狀態(tài)，僅在設(shè)定的抄表時間內(nèi)才定時蘇醒。

4　應(yīng)用效果

2007年，某燃?xì)夤镜膸讉€供氣小區(qū)無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)如下：手持型采集器單次抄收時間小于3S；集中器抄收時間小于8S；抄到率：高層住宅為99.1％，多層住宅為99.5％；數(shù)據(jù)準(zhǔn)確率為100％。

5　結(jié)語

無線遠(yuǎn)傳抄表系統(tǒng)是集數(shù)據(jù)通信技術(shù)、電機(jī)應(yīng)用技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、傳感器應(yīng)用技術(shù)及軟件編碼糾錯技術(shù)、流體計量技術(shù)于一體的新型抄表系統(tǒng)。將無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼挠嬃繑?shù)據(jù)通過無線數(shù)據(jù)傳輸方式傳送到手持型采集器、集中器，然后傳輸至數(shù)據(jù)管理中心，實現(xiàn)了對大量無線遠(yuǎn)傳燃?xì)獗淼墓芾砗陀嬃繑?shù)據(jù)采集工作，大幅提升了燃?xì)夤镜某硇屎蜏?zhǔn)確率。

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本文作者：裴鳳芹  張青松

作者單位：鄭州安然測控設(shè)備有限公司