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基于智能网络的自动抄水表系统
（江苏大学京江学院,江苏 镇江 212013）
摘 要：“一户一表”政策的推行决定了抄表系统数据采集点多、数据量大、采集点极其分散的特点,阶梯水价计费的方法决定了计费算法复杂、人力输入数据容易出错,这些必将使水表抄收和水费核算的工作量大大增加.文章介绍了以智能网为基础的自动抄表系统,并就该系统的实现原理、实现方法及可行性进行了探讨.
关键词：智能网络；自动抄水表系统；网络构架；集中器；阶梯水价 文献标识码：A
中图分类号：TP391 文章编号：1009-2374（2017）01-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.062
1 问题由来
在我国用水计量采用“一户一表”制,并且为了杜绝一些商业用水行业比如洗车之类的行业,浪费水资源的现象,实行了一些节水管理办法,如实施阶梯水价计费.“一户一表”政策的推行,决定了抄表系统数据采集点多,数据量大而且采集点极其分散的特点；阶梯水价计费的方法,决定了计费算法复杂,人力输入数据容易出错,这些必将使水表抄收和水费核算的工作量大大增加.而且我国的城镇房屋建设倾向于开发建设高楼大厦,这也增加了水表抄收工作的工作难度和工作强度,完全靠人力很难及时准确地完成水表抄收工作.所以为了解决这些问题,自动抄水表的创建就显得异常重要了.
本文设计的自动抄水表系统是将数字通讯技术与水表计量技术结合起来,形成一个完整的自动抄水表系统.该系统不但不需要上门抄录每户用水量,而且还可以实现水量统计,水量分时、分区计费,用户水费缴纳等功能.此抄表系统减轻了自来水公司及物业部门的劳动强度,减少了人工抄表的投资,并且能使一个区域的水资源统一化管理.对于用户而言,此系统将家庭用水量数据透明化,也便于用户缴纳水费.
2 智能网
智能网（IN）是在原有通信网的基础上建立的一种可以提供各种智能业务的网络体系结构.智能网的组成单元是业务交换点（SSP）、业务控制点（SCP）、信令转换点（STP）、智能业务节点（IP）和业务管理系统（S）等.业务交换点是一个本地交换机,主要作用就是将用户与业务控制点连起来,实现用户与业务控制点之间的信息交换.业务控制点是智能网的中心,一般由大、中型计算机和大型数据库组成,它的主要功能就是实现各种智能业务,当接收到业务交换点送来的用户信息时,向数据库查询信息,并且发出控制指令.
3 基于智能网的自动抄表系统网络架构
基于智能网的自动抄水表系统是将分散于用户的智能水表数据,进行了数据采集,并且通过RS485总线,将数据传送到集中器,再通过电话网将数据传送到管理层,进行数据分析,费用计算,最终实现费用缴纳的综合性抄表系统.
我们可以将这一网络架构分为三层,分别为用户层、中间层和管理层.自动抄水表系统的网络结构框图如图1所示：
3.1 用户层
用户层即分散在各小区用户家中的智能水表.智能水表要对峰时、谷时的水量进行计量,并且要将计量数据采集并保存,还要通过网络通信技术与集中器,管理中心相连接,构成远程抄表系统,实现用水信息采集、保存、传送、阶梯式收费计算等功能.
3.2 中间层
集中器采集的智能水表数据要及时、主动地向上一层管理中心上传.并响应管理中心的抄表指令,将抄表数据进行冻结或更新.这一通讯方式常常是基于PSTN、ISDN、GPRS等.考虑到抄表的经济性和可靠性,常常采用较成熟的PSTN或ISDN网络,本文采用PSTN网络.
3.3 管理层
当集中器采集到智能水表的数据后,要将该数据再送到管理层的数据分析中心,对数据进行分析,以保证数据的准确性.然后再将经分析后的数据送到结算中心,进行水量、水费的结算或送至相应的管理部门作为分析、决策的依据.最后要将结算后的数据通过Internet或手机APP方式传达给用户,以实现网上缴纳费用
4 自动抄水表系统的构成、功能、配置
自动抄水表系统由智能水表、采集终端、集中器、管理中心组成四级抄表网络.采集终端、集中器之间的通信采用RS—485总线结构,管理中心和集中器之间的通信采用现在已有的公用电话网.自动抄水表系统设计结构图如图2所示：
4.1 管理中心设计
管理中心实际上就是一套以计算机为载体的软件管理系统,它的核心是数据库.管理中心包括用户管理中心、数据分析中心、数据计算中心三个部分.
用户管理中心,要实现用户资料的录入、删除、修改等管理,将普通用户与商业用户分开,一户一表与一户多表分开,这一部分数据是一个区域自来水管理的基础.数据计算中心,要对收到的水量数据及用户数据进行处理,计算出不同类型用户的水费.
数据分析中心,要对已经算出的数据进行核查,确保准确无误,并传送到缴费系统.这部分还可以对一个区域的用水量进行分析,便于自来水厂的管理.
此外,还可以与银行联网,将计费数据传输给银行,由银行从用户账户上自动扣费；也可以将数据传入专用APP由用户自行缴费.
4.2 集中器的设计
在自动抄水表系统中,集中器有数据中转的作用,它负责管理中心和智能水表的联系.它主要有两个功能：（1）保证管理中心与水表之间的信息传输,将管理中心下达的指令传达给智能水表；（2）将抄得的智能水表的数据信息传输给管理中心.
对于集中器的设计,使用了PC104工控机来实现数据的存储和处理.它有体积小、轻便、扩展性强、安全指数高、便于维护的特点.并且有多种通讯端口,易于使用.集中器通过RS485总线与采集终端相连,将管理中心的指令传达给采集终端.由于集中器采用了高扩展性的PC104工控机作为硬件设备,所以软件使用DOS操作系统,并且用C语言作为编程语言.软件设计包括串口初始化和系统时钟设置两个部分,并且有差错控制,若管理中心发出的指令一段时间没有响应则重新发送,若重发2次仍然没有响应,则判断为集中器故障,管理中心提示出现故障.
4.3 采集终端设计
采集终端要在集中器的控制下实现采集数据和记录数据的功能,并且将所记录的数据传输给集中器,最终上传给管理中心进行处理.
采集终端最重要的就是执行集中器的指令,指令一般有两类：（1）广播指令：指与采集终端相连的所有智能水表都要执行的指令,如读出当前所有水表的数据；（2）单表指令：指某一块智能水表需要执行的指令,如读出某个水表的数据等.
4.4 智能水表设计
智能水表是抄表系统的终端,主要实现以下功能：（1）数据采集：通过传感器将水流量转化为脉冲信号,记录用水量；（2）对于不同的峰、谷时段,将水量分别记录；（3）可以设定商业用户和普通用户,其计费方法不同；（4）欠压提示当水表内的电池电压不足时,提醒用户更换电池等.
4.5 RS-485总线
本文对于采集终端与集中器之间的数据传输使用RS485总线方式.RS485总线方式如今技术已经非常成熟,它的最大的通信距离约为1219m,最大传输速率为10Mbps,完全符合本系统的要求.
智能水表装有RS485接口,再通过RS485总线与基表连接,并连接到集中器上,集中器通过调制解调器和电话网相连到管理中心进行数据存储和处理.在抄收大范围数据时,将几个集中器级联起来,由高级集中器与PSTN网络相连,完成数据传输.
RS-485接口采用差分方式传输信号,并不需要相对于某个参照点来检测信号,系统只需检测两线之间的电位差就可以了.这样就减少了干扰,使数据更准确.5 系统软件的功能设计
（1）管理中心软件设计.分为用户管理、数据分析、数据计算三个部分.实现用户资料的录入、删除、修改,实时抄收水表数据,记录保存数据等功能；（2）数据分析功能.对于抄收上来的数据,要保证其准确性,就需要对数据进行数据分析,主要对以下方面进行分析：水量数据分析即将商业和居民用户用水分开计费等.最终将准确的数据传到营业计算系统.
6 结语
基于智能网的自动抄水表系统是将分散于用户的智能水表数据,进行数据采集,并且通过RS485总线,将数据传送到集中器,再通过PSTN网络将数据传送到管理层,进行数据分析、费用计算,最终实现费用缴纳的功能,大大提高了自来水管理部门的抄收效率,并且减轻了工作强度,将用户用水数据透明化,减少了纠纷的发生.这一系统适用于对一个区域的水表数据的集中管理,该模式具有良好的应用前景和现实推广价值.
参考文献
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作者简介：缪玉琪,江苏大学京江学院通信工程专业学生,研究方向：通信技术.
（责任编辑：小 燕）
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