基于nRF905的無(wú)線水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)

摘要：論述了目前無(wú)線自動(dòng)抄表技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，系統(tǒng)采用nRF905構(gòu)建無(wú)線通信模塊，實(shí)現(xiàn)了無(wú)線方式的自動(dòng)抄表，解決了人工抄表費(fèi)時(shí)費(fèi)力的現(xiàn)狀。文章闡述了無(wú)線水表自動(dòng)抄表系統(tǒng)硬件和軟件設(shè)計(jì)方法，采用有效的低功耗設(shè)計(jì)方案，解決了電池使用壽命低的問(wèn)題；通過(guò)構(gòu)建合理的通信協(xié)議，保證了通信的可靠性。系統(tǒng)模塊設(shè)計(jì)具有通用性，適用于各種近距離無(wú)線數(shù)據(jù)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)線通信；nRF905；通信協(xié)議

全國(guó)大部分新建居民小區(qū)除了引用綠色生態(tài)的概念外，還在整體設(shè)計(jì)中引進(jìn)了智能化居住小區(qū)的理念，以提高居民的生活質(zhì)量，自動(dòng)抄表系統(tǒng)也是智能化居住小區(qū)的一個(gè)重要技術(shù)環(huán)節(jié)，住宅遠(yuǎn)傳系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，無(wú)線水表抄表系統(tǒng)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總線方式、電力線載波方式、無(wú)線方式、紅外方式。根據(jù)我國(guó)的區(qū)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。電力線載波方式在傳輸可靠性方面的問(wèn)題很長(zhǎng)一段時(shí)期內(nèi)還不能很好的解決，這種方式也不太適合我國(guó)電網(wǎng)；紅外方式也不能適應(yīng)智能化小區(qū)的要求，仍然費(fèi)時(shí)費(fèi)力；無(wú)線方式則以安裝和維護(hù)難度低、很好的滿足智能化需求而倍受推捧，雖然還沒(méi)有被大范圍普遍應(yīng)用，但是無(wú)線抄表是將來(lái)發(fā)展的一個(gè)必然趨勢(shì)。

1 概述
1．1 無(wú)線水表抄表系統(tǒng)簡(jiǎn)介
無(wú)線水表抄表系統(tǒng)是水表單元定時(shí)或者定量的將用戶用水量以無(wú)線傳輸方式發(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(tǒng)。它比傳統(tǒng)的手工抄表相比有如下優(yōu)勢(shì)：1)工作效率上得到極大的提高，并且保證數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠。2)能及時(shí)的發(fā)現(xiàn)水表故障，減少損失。3)系統(tǒng)運(yùn)行成本低，大大減少了手工抄表所用的人力物力、出車等費(fèi)用。4)抄表時(shí)間靈活，不受用戶制約，避免了手工抄表員入戶難的問(wèn)題。5)具有自動(dòng)報(bào)警功能，及時(shí)發(fā)現(xiàn)非法用水和盜水等現(xiàn)象。
1．2 工作原理
無(wú)線遠(yuǎn)傳水表正常狀態(tài)下工作在低功耗模式，CPU休眠、無(wú)線傳輸模塊關(guān)閉，電流消耗幾乎為零，采用定量發(fā)送的工作模式，即當(dāng)水表的電子計(jì)數(shù)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)線傳輸模塊，轉(zhuǎn)到工作模式并且處于發(fā)射狀態(tài)，此時(shí)水表的數(shù)據(jù)更新，水表電子單元將當(dāng)前的水表脈沖計(jì)數(shù)發(fā)送給數(shù)據(jù)集中器，發(fā)送完畢后，繼續(xù)恢復(fù)到正常待機(jī)狀態(tài)的低功耗模式。水表采樣標(biāo)準(zhǔn)的脈沖信號(hào)，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)線抄表系統(tǒng)，相對(duì)于電表而言，水表的抄表系統(tǒng)存在更多的技術(shù)難題，這主要體現(xiàn)在抄表終端的設(shè)計(jì)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(duì)功耗要求非?？量蹋?jīng)常性的更換電池也是不現(xiàn)實(shí)的。一般而言，電池的使用時(shí)間至少要達(dá)到5年，這取決于電池的容量、設(shè)備的耗電情況、設(shè)備的運(yùn)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(xì)考慮，要能夠在這樣的環(huán)境下長(zhǎng)時(shí)間正常工作。
3)成本 無(wú)論是家庭用戶，還是企業(yè)用戶，抄表終端的成本始終是繞不開(kāi)的話題，特別是家庭用戶，對(duì)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(tǒng)的運(yùn)行成本。最好的方案應(yīng)當(dāng)是一次性投入的成本盡可能低，運(yùn)行成本沒(méi)有或者非常低。
4)對(duì)水表的故障檢測(cè) 人工抄表除了抄讀水表讀數(shù)外，同時(shí)還擔(dān)負(fù)著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(tǒng)，那么該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)也具備對(duì)水表故障的自動(dòng)檢測(cè)功能。當(dāng)然，這需要水表與抄表終端的配合才能實(shí)現(xiàn)。
5)計(jì)量的準(zhǔn)確性、通信的可靠性 這是無(wú)線抄表系統(tǒng)的最基本的要求，但同時(shí)又是不很容易解決定問(wèn)題。因?yàn)闊o(wú)線通信很容易受到一些金屬、房屋結(jié)構(gòu)的屏蔽，還有一些無(wú)線信號(hào)頻率相近的電波干擾問(wèn)題。這需要將硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場(chǎng)配置綜合起來(lái)考慮，將系統(tǒng)通信可靠性能達(dá)到最高。
6)通信協(xié)議及數(shù)據(jù)安全 目前沒(méi)有一個(gè)通用的無(wú)線通信協(xié)議出臺(tái)，這樣不同的無(wú)線設(shè)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)線通信的頻段相對(duì)較為固定，很容易被檢測(cè)到，這就需要在數(shù)據(jù)安全方面加強(qiáng)防范措施。

2 國(guó)內(nèi)外發(fā)展概況
國(guó)外已經(jīng)有了無(wú)線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用，大部分已經(jīng)發(fā)展的很成熟，但是國(guó)外產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)應(yīng)用還很少，目前已經(jīng)有一些國(guó)外產(chǎn)品在國(guó)內(nèi)打市場(chǎng)，也有一些國(guó)內(nèi)代理，比如法國(guó)CORONIS公司的WAVENIS技術(shù)，其技術(shù)含量較高，性能比較好。
當(dāng)前我國(guó)住宅遠(yuǎn)傳系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展的一個(gè)大趨勢(shì)，目前已經(jīng)形成了一個(gè)專門(mén)的行業(yè)，就像電視電話一樣，在國(guó)內(nèi)存在著巨大的市場(chǎng)，面對(duì)這塊“大蛋糕”，國(guó)內(nèi)一些企業(yè)爭(zhēng)先恐后的加入，但是系統(tǒng)的可靠性和兼容性還不夠完善，大部分遠(yuǎn)傳產(chǎn)品還不能做到跟基表同樣長(zhǎng)的使用壽命，產(chǎn)品使用年限到達(dá)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，戶表數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)的準(zhǔn)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(jì)效益。傳統(tǒng)的手工抄表費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，準(zhǔn)確性、及時(shí)性等都得不到可靠的保證，特別對(duì)于地域廣闊、戶表分散的地區(qū)，人工抄表更是費(fèi)用高昂、效率低下，行業(yè)的實(shí)際需求催生著自動(dòng)抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)。