基于nRF905的無(wú)線(xiàn)水表自動(dòng)抄表系統設計

摘要：論述了目前無(wú)線(xiàn)自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展狀況，系統采用nRF905構建無(wú)線(xiàn)通信模塊，實(shí)現了無(wú)線(xiàn)方式的自動(dòng)抄表，解決了人工抄表費時(shí)費力的現狀。文章闡述了無(wú)線(xiàn)水表自動(dòng)抄表系統硬件和軟件設計方法，采用有效的低功耗設計方案，解決了電池使用壽命低的問(wèn)題；通過(guò)構建合理的通信協(xié)議，保證了通信的可靠性。系統模塊設計具有通用性，適用于各種近距離無(wú)線(xiàn)數據傳輸領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價(jià)值。
關(guān)鍵詞：水表自動(dòng)抄表；無(wú)線(xiàn)通信；nRF905；通信協(xié)議

全國大部分新建居民小區除了引用綠色生態(tài)的概念外，還在整體設計中引進(jìn)了智能化居住小區的理念，以提高居民的生活質(zhì)量，自動(dòng)抄表系統也是智能化居住小區的一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節，住宅遠傳系統是信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大趨勢，無(wú)線(xiàn)水表抄表系統正是其中的一個(gè)重要部分。
目前集中器跟主站之間的通信技術(shù)已經(jīng)成熟，關(guān)鍵技術(shù)就在于集中器與各個(gè)模塊之間的通信。其主要的通信方式有：RS-485總線(xiàn)方式、電力線(xiàn)載波方式、無(wú)線(xiàn)方式、紅外方式。根據我國的區域不同以及建筑特點(diǎn)的不同這幾種通信方式必將共存一個(gè)時(shí)期。電力線(xiàn)載波方式在傳輸可靠性方面的問(wèn)題很長(cháng)一段時(shí)期內還不能很好的解決，這種方式也不太適合我國電網(wǎng)；紅外方式也不能適應智能化小區的要求，仍然費時(shí)費力；無(wú)線(xiàn)方式則以安裝和維護難度低、很好的滿(mǎn)足智能化需求而倍受推捧，雖然還沒(méi)有被大范圍普遍應用，但是無(wú)線(xiàn)抄表是將來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢。

1 概述
1．1 無(wú)線(xiàn)水表抄表系統簡(jiǎn)介
無(wú)線(xiàn)水表抄表系統是水表單元定時(shí)或者定量的將用戶(hù)用水量以無(wú)線(xiàn)傳輸方式發(fā)送到某固定站點(diǎn)，然后在由抄表終端或者GPRS等方式集中抄走的一種自動(dòng)化集中抄表系統。它比傳統的手工抄表相比有如下優(yōu)勢：1)工作效率上得到極大的提高，并且保證數據準確可靠。2)能及時(shí)的發(fā)現水表故障，減少損失。3)系統運行成本低，大大減少了手工抄表所用的人力物力、出車(chē)等費用。4)抄表時(shí)間靈活，不受用戶(hù)制約，避免了手工抄表員入戶(hù)難的問(wèn)題。5)具有自動(dòng)報警功能，及時(shí)發(fā)現非法用水和盜水等現象。
1．2 工作原理
無(wú)線(xiàn)遠傳水表正常狀態(tài)下工作在低功耗模式，CPU休眠、無(wú)線(xiàn)傳輸模塊關(guān)閉，電流消耗幾乎為零，采用定量發(fā)送的工作模式，即當水表的電子計數每積累到一定量的時(shí)候(比如100升)，水表電子單元CPU被喚醒，然后開(kāi)啟無(wú)線(xiàn)傳輸模塊，轉到工作模式并且處于發(fā)射狀態(tài)，此時(shí)水表的數據更新，水表電子單元將當前的水表脈沖計數發(fā)送給數據集中器，發(fā)送完畢后，繼續恢復到正常待機狀態(tài)的低功耗模式。水表采樣標準的脈沖信號，可以適合任何一種采用脈沖傳感器式的水表基表(偉根式傳感器或干簧式傳感器)。
1．3 技術(shù)難度
同樣是無(wú)線(xiàn)抄表系統，相對于電表而言，水表的抄表系統存在更多的技術(shù)難題，這主要體現在抄表終端的設計上。歸納起來(lái)，水表的抄表終端必須解決以下幾個(gè)方面的問(wèn)題：
1)供電 由于水表的抄表終端采用電池供電，因此，對功耗要求非?？量?，經(jīng)常性的更換電池也是不現實(shí)的。一般而言，電池的使用時(shí)間至少要達到5年，這取決于電池的容量、設備的耗電情況、設備的運行要求等等因素。
2)仿水水表所處的特殊環(huán)境總是與水、潮濕分不開(kāi)的，因此，抄表終端必須在防潮、防水方面仔細考慮，要能夠在這樣的環(huán)境下長(cháng)時(shí)間正常工作。
3)成本 無(wú)論是家庭用戶(hù)，還是企業(yè)用戶(hù)，抄表終端的成本始終是繞不開(kāi)的話(huà)題，特別是家庭用戶(hù)，對于成本更為敏感。這里的成本包括兩個(gè)部分：第一，一次性改造或者安裝的成本；第二，系統的運行成本。最好的方案應當是一次性投入的成本盡可能低，運行成本沒(méi)有或者非常低。
4)對水表的故障檢測 人工抄表除了抄讀水表讀數外，同時(shí)還擔負著(zhù)檢查水表工作是否正常的任務(wù)。如果改為自動(dòng)抄表系統，那么該系統應當也具備對水表故障的自動(dòng)檢測功能。當然，這需要水表與抄表終端的配合才能實(shí)現。
5)計量的準確性、通信的可靠性 這是無(wú)線(xiàn)抄表系統的最基本的要求，但同時(shí)又是不很容易解決定問(wèn)題。因為無(wú)線(xiàn)通信很容易受到一些金屬、房屋結構的屏蔽，還有一些無(wú)線(xiàn)信號頻率相近的電波干擾問(wèn)題。這需要將硬件設計、軟件設計以及現場(chǎng)配置綜合起來(lái)考慮，將系統通信可靠性能達到最高。
6)通信協(xié)議及數據安全 目前沒(méi)有一個(gè)通用的無(wú)線(xiàn)通信協(xié)議出臺，這樣不同的無(wú)線(xiàn)設備就不能做到相互兼容，需要自己定義一個(gè)比較合理的通信協(xié)議；另外無(wú)線(xiàn)通信的頻段相對較為固定，很容易被檢測到，這就需要在數據安全方面加強防范措施。

2 國內外發(fā)展概況
國外已經(jīng)有了無(wú)線(xiàn)抄表系統的應用，大部分已經(jīng)發(fā)展的很成熟，但是國外產(chǎn)品在國內應用還很少，目前已經(jīng)有一些國外產(chǎn)品在國內打市場(chǎng)，也有一些國內代理，比如法國CORONIS公司的WAVENIS技術(shù)，其技術(shù)含量較高，性能比較好。
當前我國住宅遠傳系統是信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大趨勢，目前已經(jīng)形成了一個(gè)專(zhuān)門(mén)的行業(yè)，就像電視電話(huà)一樣，在國內存在著(zhù)巨大的市場(chǎng)，面對這塊“大蛋糕”，國內一些企業(yè)爭先恐后的加入，但是系統的可靠性和兼容性還不夠完善，大部分遠傳產(chǎn)品還不能做到跟基表同樣長(cháng)的使用壽命，產(chǎn)品使用年限到達后如何解決也是一個(gè)問(wèn)題。
在水行業(yè)的信息化過(guò)程中，戶(hù)表數據的自動(dòng)抄送具有十分重要的意義，也是行業(yè)單位想要迫切解決的問(wèn)題，水表數據的準確性、及時(shí)性直接影響到行業(yè)單位的信息化水平、管理決策、經(jīng)濟效益。傳統的手工抄表費時(shí)、費力，準確性、及時(shí)性等都得不到可靠的保證，特別對于地域廣闊、戶(hù)表分散的地區，人工抄表更是費用高昂、效率低下，行業(yè)的實(shí)際需求催生著(zhù)自動(dòng)抄表系統的出現。