自來水遠程抄表系統(tǒng)
摘要:本文提出了一種基于GPRS 的遠程抄表系統(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)的遠程自動抄表系統(tǒng)的設(shè)計方案和實現(xiàn)方法進行了研究。結(jié)合近年來國內(nèi)外遠程抄表技術(shù)的研究與發(fā)展,本文對現(xiàn)有的各種抄表方式進行了綜合比較,目前比較適合我國國情的抄表方式即GPRS遠程抄表方式。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)的遠程數(shù)據(jù)采集、紀錄、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)備進行遠程控制:
通過GPRS雙向通訊方式還可實現(xiàn)對水表設(shè)備進行遠程控制,進行參數(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。
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,從而進行數(shù)據(jù)通信。
四、系統(tǒng)組成
GPRS 自來水遠程自動抄表系統(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、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,負責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) 支持數(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)配置和維護接口支持串口軟件升級和遠程維護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,精度達到國家標準規(guī)定的計量等級。該水表結(jié)合了GPRS DTU,具有計量準確(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)備為外購通用或?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)進行采集、監(jiān)測、紀錄,并進行數(shù)據(jù)分析處理,形成各種圖形和報表,實現(xiàn)遠程無人自動抄表;
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?。嚎纱蛴∶恐凰淼脑?、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,可滿足各種規(guī)模的供水部門數(shù)據(jù)抄表和維護使用;
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95%以上,千家萬戶的水表既分散又遠離供水公司,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 的自來水遠程自動抄表系統(tǒng)具有顯著的社會效益和經(jīng)濟效益,其先進性、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。
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