淺談遠程預付費無線抄表係統的設計與應用

侯文莉

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

摘要：針對目前人工抄表係統存在的效率低、成本高、使用不方便等問題，本文設計了一種將藍牙技術和ZigBee技術相結合的手持式遠程無線抄表終端係統。本文主要介紹了係統設計的總體(ti) 架構、工作原理以及實現係統功能的關(guan) 鍵技術。手持式遠程無線抄表係統對於(yu) 克服傳(chuan) 統的人工抄表模式的弊端，實現水、電、煤氣管理的自動化具有重要意義(yi) 。

關(guan) 鍵詞: ZigBee；無線抄表係統；手持式

0引言

隨著科技的發展，在水、電以及煤氣等公共管理事業(ye) 部門中，人工抄表係統得到了廣泛的應用。但是，傳(chuan) 統的人工抄表方式常常麵臨(lin) 這樣的困境：由於(yu) 居民家裏無人或者井蓋被汽車擋住等原因，抄表工人往往要跑幾趟才能獲得用戶儀(yi) 表的準確數據。這樣的抄表方式不但抄表工人效率低下，而且對水電煤企業(ye) 來說人工成本也很高。因此，改進抄表方法，研發一套高效率、高可靠性、低成本的遠程無線抄表係統對於(yu) 克服傳(chuan) 統的人工抄表模式的弊端，實現水、電、煤氣管理的自動化具有重要意義(yi) 。近年來，隨著自動控製技術和計算機通信技術的進步，以紅外、藍牙、GPRS和ZigBee等技術為(wei) 代表的無線抄表方式相繼出現。*基於(yu)  GPRS 技術抄表方案，其設計成本較高，不易推廣；掌上機抄表方案，其隻能實現半自動化，且不能實現遠程通信；藍牙技術方案，其功耗大、距離近，比較複雜，組網規模太小。鑒於(yu) 以上各種抄表方式的存在的問題和無線抄表係統的發展趨勢，本文設計提出了一種ZigBee 技術和藍牙技術相結合的遠程無線抄表終端係統，其特點是低功耗、低成本和近距離，並且通信可靠。

1 係統總體(ti) 結構

本文設計的遠程無線抄表終端係統由五大部分構成：手持終端模塊、上位機模塊、中繼器模塊、數據采集器模塊，如圖1所示。通過Stc15f2k單片機作為(wei) 表數據的讀取中心，通過程序將表上的數據讀取出來，並且通過串口將單片機與(yu) ZigBee模塊1相連接使得ZigBee 模塊1和單片機能夠進行通訊，數據透傳(chuan) ，同時將 ZigBee模塊1和ZigBee模塊2進行自動組網，設置ZigBee模塊1成為(wei) 發送端，ZigBee模塊2成為(wei) 接收端，使得兩(liang) 端的數據可以互通，再將ZigBee模塊2與(yu) 藍牙模塊通過串口連接，使得數據可以透傳(chuan) ，通過手機端的藍牙調試助手和藍牙模塊相連，讓手機上可以顯示出相應的讀數。實現手持式遠程無線抄表係統得以實現。

圖 1 係統總體(ti) 架構圖

2硬件設計

硬件的連接分為(wei) 電位器到單片機係統，單片機到ZigBee模塊1，ZigBee模塊2到藍牙模塊這三個(ge) 部分。

2.1 單片機

本係統的采集芯片選用STC15F2K60S2芯片，該芯片價(jia) 格便宜，溫度適應性好，且單片機本身帶有ad的功能，不用再配ad芯片，因此隻需要把它的ad功能腳引出，編寫(xie) 相關(guan) 程序即可實現相應功能。單片機的ad采樣是無線遠程抄表係統的數據采集過程。ad采集的數據將從(cong) 串口發送給 ZigBee模塊1，從(cong) 而進入數據傳(chuan) 遞係統。

2.2 ZigBee模塊及藍牙

ZigBee技術是廣泛被應用於(yu) 自動控製領域的一種基於(yu) 短距離、低速率、低複雜度，低功耗以及低成本的雙向的無線通信技術。此技術工作在2.4GHz ISM頻段，可以達到100m左右的直線傳(chuan) 輸距離，通過外接功率放大器和低噪聲放大器，分別提高相應的發射功率和接收靈敏度傳(chuan) 輸距離可高達幾百甚至上千米。藍牙技術是一種用來實現數據和話音之間的無線傳(chuan) 輸開放性的規範，藍牙這種無線通信技術支持點到點、點到多點的短距離通信，而且成本低廉。藍牙技術其數據通信優(you) 勢相比其它協議較為(wei) 明顯，但由於(yu) 其傳(chuan) 輸距離比較近的不足，因此單純的藍牙技術在遠程控製方麵應用不多。ZigBee網絡理論上可以容納65000多個(ge) 節點，而藍牙不超過8個(ge) ，由於(yu) 一般的無線傳(chuan) 感網絡需要節點較多，所以這一點ZigBee也相對具有較大優(you) 勢。雖然藍牙技術在數據傳(chuan) 輸速率上比ZigBee技術大得多，但ZigBee 250kbps的數據傳(chuan) 輸速率對於(yu) 無線抄表係統來說已經足夠，反觀藍牙功耗大，造價(jia) 高成為(wei) 製約其應用於(yu) 無線抄表的主要障礙。

3 係統軟件設計

主程序由單片機ad讀取程序、ZigBee模塊1的數據發送程序、ZigBee模塊2的數據接收程序、手機端的數據接收程序組成。由於(yu) 藍牙模塊為(wei) 透傳(chuan) 功能模塊，所以不需要編程，手機端程序在各大應用市場可以下載，所以對這兩(liang) 個(ge) 不做深入研究。主要研究單片機ad讀取程序、 ZigBee模塊1的數據發送程序、ZigBee模塊2的數據接收程序這三個(ge) 程序。由於(yu) 表單元處理並不在此次設計的計劃範圍之內(nei) ，所以設計可整體(ti) 描述為(wei) ：電位器模擬智能表單元， 單片機定時去讀取電位器上的ad值並將數據轉化成 0-9999之間的整數，通過串口傳(chuan) 輸給 ZigBee模塊1，ZigBee模塊1與(yu) ZigBee模塊2之間通過P2P連接，將數據通過ZigBee網絡傳(chuan) 給ZigBee模塊2，ZigBee模塊2與(yu) 藍牙模塊通過串口相連，同時藍牙模塊與(yu) 手機藍牙相連，數據到達手機上，通過藍牙調試精靈顯示。

4 安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台

4.1 係統方案

係統為(wei) B/S架構，主要包括前端管理網站和後台集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352係列以及多用戶計量箱ADF300L係列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳(chuan) 閥控水表組成水電一體(ti) 預付費係統，達到先交費後用水的目的，剩餘(yu) 水量用完自動關(guan) 閥。

4.2 係統功能

AcrelCloud-3200預付費水電雲(yun) 平台由雲(yun) 平台-網關(guan) -預付費電能表組成，通過通信網絡完成係統到表的充值、查詢、監控、控製及短信報警等功能。
   本係統適用於(yu) 一些大集團和大物業(ye) ，往往需要將多個(ge) 物業(ye) 環境、分散於(yu) 各地的物業(ye) 集中式收費和管理，麵臨(lin) 著數據公網傳(chuan) 輸，財務操作分散，在線支付，總部財務紮口等複雜的需求。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關(guan) 實時上傳(chuan) 到雲(yun) 平台，快速便捷，免去人工抄表 。

水表預付費:可是查看某區域水表的實時狀態信息，並可以進行單表或批量設置水價(jia) 控閥等操作。

遠程售電:財務集中管理，電量實時下發，並比對充值次數，方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體(ti) 式綜合管理報表，包含用戶表的能耗、財務數據、能耗和財務的期初期末值等數據。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾(zhong) 號實現在線自助充值水電費，也可以實時關(guan) 注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費提醒、電表充值到賬提醒，都可及時短信通知商戶。

遠程控製:可對任意一塊電表執行遠程拉閘或保電等一係列遠程控製操作，方便管理。

4.3 產(chan) 品選型

5結束語

本文介紹了基於(yu) ZigBee技術的手持式遠程無線抄表係統設計與(yu) 實現方案。該係統有廣闊的應用前景，對於(yu) 克服傳(chuan) 統的人工抄表模式的弊端，實現水、電、煤氣管理的自動化具有重要的現實意義(yi) 。

【參考文獻】

【1】湯益芳.手持式遠程無線抄表係統的設計

【2】王富斌.短距離無線通信技術在抄表係統中的應用［D］.濟南:山東(dong) 大學， 2009:89-113．

【3】安科瑞企業(ye) 微電網設計與(yu) 應用手冊(ce) .2020.06

作者簡介：侯文莉，女，現任職於(yu) 安科瑞電氣股份有限公司，主要從(cong) 事宿舍安全用電研究發展。