本文論述了目前無線自動抄表技術(shù)的發(fā)展?fàn)顩r，系統(tǒng)采用nRF905構(gòu)建無線通信模塊，實(shí)現(xiàn)了無線方式的自動抄表，解決了人工抄表費(fèi)時費(fèi)力的現(xiàn)狀。文章闡述了無線水表自動抄表系統(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題；通過構(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線數(shù)據(jù)傳輸領(lǐng)域，具有較高的實(shí)用價值。

全國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，自動抄表系統(tǒng)也是智能化居住小區(qū)的一個重要技術(shù)環(huán)節(jié)，住宅遠(yuǎn)傳系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展的一個大趨勢，無線水表抄表系統(tǒng)正是其中的一個重要部分。

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、無線方式、紅外方式。根據(jù)我國的區(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時期。電力線載波方式在傳輸可靠性方面的問題很長一段時期內(nèi)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(yīng)智能化小區(qū)的要求，仍然費(fèi)時費(fèi)力；無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，雖然還沒有被大范圍普遍應(yīng)用，但是無線抄表是將來發(fā)展的一個必然趨勢。

1 概述

1．1 無線水表抄表系統(tǒng)簡介

無線水表抄表系統(tǒng)是水表單元定時或者定量的將用戶用水量以無線傳輸方式發(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：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)抄表時間靈活，不受用戶制約，避免了手工抄表員入戶難的問題。5)具有自動報(bào)警功能，及時發(fā)現(xiàn)非法用水和盜水等現(xiàn)象。

1．2 工作原理

無線遠(yuǎn)傳水表正常狀態(tài)下工作在低功耗模式，CPU休眠、無線傳輸模塊關(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候(比如100升)，水表電子單元CPU被喚醒，然后開啟無線傳輸模塊，轉(zhuǎn)到工作模式并且處于發(fā)射狀態(tài)，此時水表的數(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，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

同樣是無線抄表系統(tǒng)，相對于電表而言，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，水表的抄表終端必須解決以下幾個方面的問題：

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)境下長時間正常工作。

3)成本 無論是家庭用戶，還是企業(yè)用戶，抄表終端的成本始終是繞不開的話題，特別是家庭用戶，對于成本更為敏感。這里的成本包括兩個部分：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(shù)外，同時還擔(dān)負(fù)著檢查水表工作是否正常的任務(wù)。如果改為自動抄表系統(tǒng)，那么該系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)也具備對水表故障的自動檢測功能。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 這是無線抄表系統(tǒng)的最基本的要求，但同時又是不很容易解決定問題。因?yàn)闊o線通信很容易受到一些金屬、房屋結(jié)構(gòu)的屏蔽，還有一些無線信號頻率相近的電波干擾問題。這需要將硬件設(shè)計(jì)、軟件設(shè)計(jì)以及現(xiàn)場配置綜合起來考慮，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 目前沒有一個通用的無線通信協(xié)議出臺，這樣不同的無線設(shè)備就不能做到相互兼容，需要自己定義一個比較合理的通信協(xié)議；另外無線通信的頻段相對較為固定，很容易被檢測到，這就需要在數(shù)據(jù)安全方面加強(qiáng)防范措施。

2 國內(nèi)外發(fā)展概況

國外已經(jīng)有了無線抄表系統(tǒng)的應(yīng)用，大部分已經(jīng)發(fā)展的很成熟，但是國外產(chǎn)品在國內(nèi)應(yīng)用還很少，目前已經(jīng)有一些國外產(chǎn)品在國內(nèi)打市場，也有一些國內(nèi)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(dāng)前我國住宅遠(yuǎn)傳系統(tǒng)是信息技術(shù)發(fā)展的一個大趨勢，目前已經(jīng)形成了一個專門的行業(yè)，就像電視電話一樣，在國內(nèi)存在著巨大的市場，面對這塊“大蛋糕”，國內(nèi)一些企業(yè)爭先恐后的加入，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的使用壽命，產(chǎn)品使用年限到達(dá)后如何解決也是一個問題。

在水行業(yè)的信息化過程中，戶表數(shù)據(jù)的自動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題，水表數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性、及時性直接影響到行業(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、費(fèi)力，準(zhǔn)確性、及時性等都得不到可靠的保證，特別對于地域廣闊、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)際需求催生著自動抄表系統(tǒng)的出現(xiàn)。

3 系統(tǒng)解決方案

3．1 硬件設(shè)計(jì)

3．1．1電源解決方案

交流電接入水表電子單元，安裝不便，而且水表使用環(huán)境潮濕，存在安全隱患，還需考慮停電后，戶用計(jì)量儀表應(yīng)能正常工作一段時間，故仍需設(shè)計(jì)后備電池；若使用外接干電池就必須考慮在電池被取下后能關(guān)閥，故電路設(shè)計(jì)復(fù)雜，可靠性降低，將產(chǎn)品的成本轉(zhuǎn)價到了用戶身上，使用費(fèi)用大大提高，電池漏液、電池接電片的銹蝕、氧化等因素的存在也降低了系統(tǒng)的可靠性。

利用鋰電池能量大、自放電率低、貯存時間長等特點(diǎn)，將鋰電池作為一個電子元件封裝于儀表中，在儀表的壽命期內(nèi)不需要更換。電池直接焊于電路板上，不會出現(xiàn)電壓突然下降的情況，故只需有電池電壓檢測電路，而不需掉電保護(hù)電路。

系統(tǒng)采用鋰電池方案的優(yōu)點(diǎn)有：1)減少了由用戶參與的環(huán)節(jié)，使用上方便了用戶。2)不需更換電池，用戶使用成本降低。3)電路及結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)均更加簡單，大大提高了可靠性。隨著軍品鋰電池制造技術(shù)的民品化、加工工藝的不斷完善及價格的下降，將鋰電池作為戶用計(jì)量儀表的電源得到各方的認(rèn)可。

3．1．2 硬件電路連接

無線抄表系統(tǒng)的硬件電路主要包括電源、CPU接口電路、EEProm、通信模塊、報(bào)警部分、水表接口電路、無線通信電路等幾個部分。

系統(tǒng)采用PIC16F873A做為處理器，RB6、RB7電位變化中斷來采集水表脈沖計(jì)數(shù)：RC0、RC1模擬I2C串行接口連接EEProm，進(jìn)行數(shù)據(jù)保存；RA0、RA1用來指示和連接報(bào)警；RC6、RC7設(shè)置為RX、TX用于串口通信；其它部分及無線通信電路如圖1所示。

nRF905輸出端ANT1、ANT2外接50Ω單天線終端裝置，外圍元器件配置見圖2所示。PCB版面設(shè)計(jì)的地網(wǎng)層在底面，在板上頂層元件的周圍沒有接地面，以確保臨近元件的充分接地，板的頂層接地面通過很多過孔與底面接地網(wǎng)連接，在天線下面沒有接地網(wǎng)，nRF905芯片以及外圍電路部分PCB布板采用最小布板原則。無線通信元器件的選擇都很精密，而且電路布版時，元器件的擺放，電路走線，通孔等都必須經(jīng)過多次試驗(yàn)才能達(dá)到最好的理想效果。

3．1．3 無線收發(fā)模塊nRF905

nRF905是挪威NorDIC公司的產(chǎn)品。該芯片采用+3 VDC供電，面積為5 mmx5 mm，共有32個外部引腳，具有433／868／915 MHz三波段載波頻率。它由一個完全集成的頻率調(diào)制器，一個帶解調(diào)器的接收器，一個功率放大器，一個晶體振蕩器和一個調(diào)節(jié)器組成，抗擾能力強(qiáng)，支持多點(diǎn)通訊，數(shù)據(jù)傳輸速率高達(dá)0．1 Mbps。具有特有的ShockBumt信號發(fā)射模式和發(fā)射信號載波監(jiān)測功能，可有效避免數(shù)據(jù)沖突，能夠很容易地通過SPI接口進(jìn)行編程配置。電流消耗很低，在發(fā)射功率為-10 dBm時，發(fā)射電流為11 mA，接收電流為12．5 mA，進(jìn)入POWERDOWN模式可以很容易實(shí)現(xiàn)節(jié)電。

3．2 軟件設(shè)計(jì)

3．2．1 無線通