智能小區自動抄表系統研究

摘要:建立住宅抄表自動化系統成為當前住宅建筑技術，尤其是智能型建筑中不可缺少的重要組成部分，其具有十分重要的實踐意義。

關鍵詞:智能遠程抄表系統;傳感器技術;接口

中圖分類號:TP801文獻標識碼:A 文章編號:1009-3044(2009)33-9119-02

Automatic Meter Reading System for Intelligent Community

BAO Yi-ming

(Huainan Mining Group Information on Branch， Huainan 232082，China)

Abstract: The establishment of automated meter reading system for residential become residential construction technology， especially the intelligent building an indispensable and important component of its great practical significance.

Key words: Intelligent remote meter reading system; Sensor Technology;Interface

1 自動抄表系統概述

近年來，隨著科技的進步和人們對信息化要求的提高，建設部陸續頒布了《全國住宅小區智能化系統示范工程建設要點與技術導則》(試行稿)和《住宅遠傳抄表系統》行業標準等一些指導性文件，確立了信息及智能化小區工程建設的總體目標，即:在先進的計算機技術、通信技術、控制技術及IC卡技術基礎上，采用系統集成方法，逐步建立一個溝通小區內部住戶與住戶、住戶與小區綜合服務中心，住戶與外部社會的多媒體綜合信息交互網絡平臺。為住戶提供一個安全、舒適、節能、高效的生活環境，實現以家庭智能化為主、可持續發展的，具有21世紀風范的智能化小區。智能住宅將逐漸在全國范圍內得到推廣。智能化居住區的主要功能應當體現在快捷、高效、安全和方便上，智能樓宇控制系統中的智能抄表系統是智能建筑優點的充分體現。

而目前，我國城市居民住宅的水、電、氣等生活能耗計量收費工作大多采用逐月或隔月入戶驗表收費的方式，不僅耗費大量的人力，而且對居民生活也是一種干擾，有時還給不法分子入室犯罪以可乘之機。隨著改革的深入，住宅商品化的發展，住宅單元個性化和獨立性的增強，這種耗能計量收費方式愈來愈顯得與社會發展不相適應。另一方面，隨著科學技術的進步和人們物質文化生活水平的提高，住宅中的家用電器數量、種類、容量日益增加，相應的水、電、氣等生活能耗量也將顯著提高。同時國家建設部在居民住宅相關技術規定中已明確要求必須將3表(水表、電表、燃氣表)出戶。

鑒于上述情況，建立住宅抄表自動化系統成為當前住宅建筑技術，尤其是智能型建筑中不可缺少的重要組成部分，其具有十分重要的實踐意義。

1.1 傳統自動抄表系統

目前，新建住宅小區有的采用了智能卡讀表收費系統，它避免了上門抄表，提高了小區安全性。智能卡表采用先付費再使用的方式，對供水、供電、供氣公司而言，解決了上門抄表、帳款回收兩大難題;對用戶而言，它改變了目前用了再算的消費觀念，起到節約的積極作用。操作時，用戶先將充值卡去小區物業管理處交款，然后再將買水、電、氣的儲款分別輸入智能卡表即可使用。待表內用量接近用完時，表具有提示功能，但在后期的維護、折舊、服務和運行費用較高，物業管理部門要有專人全天候辦理充值業務;對用戶而言，先付后用、充值至表內時，需要自己操作，增加了麻煩。一旦智能卡表內部出現故障或者表內資金用完而用戶未注意提示并及時充值，就會關閉表具總閥門，給用戶帶來極大的不便;對供水、供電、供氣公司而言，智能卡表的數據采集是非即時的采集方式，無法及時知道該小區每天的使用量和高低峰時段的變化，不便于及時監控、調度和管理。

而現有的電力載波自動抄表系統，其基本原理是把水、電、氣表的數據通過采集終端設備將數據調制后，通過電力線傳送，在接收端解調還原成數據信號，在同一臺配電變壓供電范圍內對用戶統一編址，并由采集器巡回讀取。電力載波方式的特點是利用電力線傳輸，節省資源。但在電力載波的實際應用中，我國的電網在傳輸數據過程中沒有專用濾波系統，經常受無線電信號、電磁信號和脈沖信號的干擾，導致傳輸數據錯碼、丟碼，在家用電器啟動的瞬間會產生極大的電壓，產生許多脈沖信號，這些干擾信號都疊加在電網上，造成數據傳輸的差錯，一次抄讀成功率較低(特別在人們用電活動頻繁的時段)，可靠性差。要解決我國電網的純凈度，就必須解決電力線上的電磁干擾和負載變化產生的干擾問題。

另外還有一些其它的自動抄表方式，但是都由于一些技術原因和一些實際原因(如價位)，并沒有發揮出其應有的效果和效益。

1.2 智能遠程抄表系統

智能遠程抄表系統基本解決了人工抄表和一般自動抄表系統的難題，不但能夠實現水、電、氣表的遠程查抄、計量和收費等功能，還具有通斷控制功能(控制中心需取得通斷控制的合法權限)，同時在系統中增加了各種防護措施，包括防斷線、防強磁干擾、防開啟等，能夠自動檢測斷線、強磁干擾、非法檢修等狀態，并由管理中心計算機顯示。此外智能采集器預留多個數字采集端口，可采集住戶的若干報警信息并通過軟件處理報警信息，為其他系統的集成進入(如安全防護系統)留有接口。

智能遠程抄表系統的優越性在于:只要有用水、電、氣的地方，就需要計費結算，通過集中計費系統，可以在不必進入住戶住宅的情況下實現完整、合理的分攤與結算，并降低抄取數據的費用;由于從讀數設備到帳單打印全部采用嚴密的電子數據傳輸，避免了人為讀數錯誤，增強用戶對計費計算的信任度，避免了煩瑣的走訪式抄表，減少了對用戶的干擾。

1.3 抄表系統方案及其特點

我國水、電、氣表的計量方式都是一戶一表制，這就決定了抄表系統具有如下兩個特點:其一，系統數據采集點多，數據量大;其二，系統是一個覆蓋面很廣的通信網絡(采集點具有分散性)。

目前的智能遠程抄表系統的通信信道主要包括:供水、供電、供氣管理中心與集中器的通信信道;集中器與采集器的通信信道。

根據兩個通信信道的不同特點，幾乎所有智能遠程抄表系統的系統結構都采用分布式體系結構。這種體系結構分上下兩層:上層(管理中心計算機與集中器之間)數據的采集采用星型結構:底層(集中器與采集器之間)數據的采集采用總線型結構。如圖1所示。

2 智能抄表系統的方式和基本原理

2.1 預付費表具(如投幣表、磁卡表、IC卡表等)自動計量計費

該系統主要由三部分構成:卡或“幣”、管理系統和用戶的控制單元。系統的工作過程是:首先，在水、電、燃氣三大配套公司的管理中心建立用戶檔案，用戶在有關配套公司的管理中心預付并購卡或“幣”。用戶回家后，將卡或“幣”插入(或投入)表具控制單元，控制單元將卡或“幣”的數據讀入，并判斷其合法性。正常時，自動打開閥門或電氣開關，允許用戶用氣、用水或用電。當卡內貯值余量不足時，能提示用戶再次交費。余量用完后，自動關閉閥門，需重插入有效卡(或“幣”)后才能恢復使用。

采用預付費表具對水、電、燃氣三大配套動司的貨幣回籠(即收費)來講，經濟上的優越性是顯而易見的。該系統雖然尚存在容易產生報警、易被解密與受攻擊、難以適應價格變動以及進行動態管理等問題，但在有關部門的支持下，IC卡表具制造廠商對產品技術進行了改進，功能與性能得到了提高，已有一些小區采用了IC卡表具。

2.2 就地集中抄表(如車載無線電、紅外線等)

該系統基本工作原理是:在車載無線電或紅外線手抄機到達用戶附近，采用無線電或紅外線通信的方式將其表具數據抄錄下來。這種方式曾在20世紀90年代初作過實驗，但效果不佳，而且每戶的表具改造成本過高，因此未能推廣使用。

2.3 遠程自動抄表系統

2.3.1 簡要工作原理

水、電、燃氣三表都利用電子或傳感技術，改造成發出與走表量成正比的脈沖信號數，并能保持原計量顯示部分。而數據采集終端只要采集各表具的脈沖數，即可記錄各表具的走表量。采集終端采集到的各種表具的量值后，進行處理、儲存，通過無線有線、寬帶網絡或電力線載波與集中器進行通信，有的也可直接與計算機通信，將采集到的數據傳送到集中器或計算機內，集中器或計算機再通過市內電話或無線、有線等各種信息通道與三大配套公司計算機的管理系統通信，并將數據傳送過去，進行處理、存儲，打印成帳單，也可與銀行系統金卡工程相聯，進行自動轉劃帳。

2.3.2 實現方式

目前，國外絕大部分國家和地區應用了遠程抄表技術:主要分為以下三種方案:集中抄表(表具出戶，集中在樓宇);電力載波傳輸以及FTTB+LAN傳輸。但這三種方案都有其自身的缺陷，如集中抄表只解決了不能入戶的問題，但仍然耗費大量人力資源;電力載波傳輸的數據傳輸可靠性較差，無法實現數據的實時采集;FTTB+LAN傳輸的缺陷在于投資費用太高，因此普及程度和全市的覆蓋率根本達不到遠程抄表系統的要求。

國內隨著住宅小區的大面積建設和智能化程度的要求，應運而生了許多生產自動抄表系統的廠家，自動抄表技術也逐漸成熟，尤其是近年來住宅小區智能化的建設過程中，三表(四表)等出戶計量是必須配備的系統，更加促進了該領域的發展，基于有線、無線的抄表遠傳;基于總線式、電力載波、電話網、HFC、IP的抄表遠傳系統在各種各樣的住宅小區中已普遍使用。

2.3.3 遠傳自動抄表系統方式的比較

利用電子技術、傳感器技術、網絡技術設計遠程抄表系統逐漸成為了小區三表(四表)出戶的主要解決方案。不過具體采用的方案不同，在性價比上也有較大的不同。一般有以下幾種方案:

1)采用RS485網絡，這種方案傳輸距離受到很大的限制，性能也不穩定;

2)采用國家建設部推薦的LonWorks現場總線技術，可用雙絞線、電力線和電話線以單獨或組合的方式構成抄表網絡，選擇靈活，施工簡單，成本低廉，某一局部器件失常不影響網絡其它部分的正常工作，可靠性高。但LonWorks網絡的通訊使用Lon Talk網絡協議，它與一般計算機或Modem串行口常用的RS-232之間不能直接連接，而要用LonWorks SLTA ( Serial Lon Talk Adapter)模塊作為轉換口才能相互通訊。而且，當需要進行遠程通訊時(如使用電話網絡)，必須要有兩個Data Modem，分別與SLTA和管理計算機連接，整個系統的復雜度高，尤其是對Lon Talk協議和兩個Modem的編程，增加了系統的復雜度。

3)采用無線抄表技術，在一個小區內安裝數量一定的發送電臺，把小區內的三表(四表)數據用無線電波的形式送出，小區管理中心用接收電臺進行接收。這種方案雖然解決了遠傳問題，但通信距離收到發射能量的限制，抗干擾的能力低，而且，交互性差，對小區內的脈沖表無法實時監控。

3 總結

從上面的分析可以看出，以上所列出的三種抄表方式都不同程度的存在一定的缺陷，而數字化、網絡化是發展趨勢，合理地利用網絡資源，是遠程抄表設計中應當考慮的問題。如果能把三表(四表)數據經過局域網進行遠程傳送，則許多矛盾問題迎刃而解。綜合說來，有以下幾個方面:

1) 適應了新時期網絡化、數字化的發展趨勢;

2) 徹底地解決了三表(四表)數據遠傳問題，通信距離不再受距離和空間的限制;抗干擾能力強，加強了小區管理中心與前端設備的聯系，交互能力提高;方便快捷、舒適高效，完全實現了自動化管理。

從圖2中可以看出，抄表系統分三個層次，最上層為小區中央處理機，用來全面監控;中間層有小區內部局域網構成，它構成了數據傳送的大通道;最底層為三表(四表)數據采集層，由RS485網絡構成，完成三表(四表)的數據采集，集中和向上位機傳送的功能。

參考文獻:

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