基于智能網絡的自動抄水表系統探討

摘要：“一戶一表”政策的推行決定了抄表系統數據采集點多、數據量大、采集點極其分散的特點，階梯水價計費的方法決定了計費算法復雜、人力輸入數據容易出錯，這些必將使水表抄收和水費核算的工作量大大增加。文章介紹了以智能網為基礎的自動抄表系統，并就該系統的實現原理、實現方法及可行性進行了探討。

關鍵詞：智能網絡；自動抄水表系統；網絡構架；集中器；階梯水價 文獻標識碼：A

中圖分類號：TP391 文章編號：1009-2374（2017）01-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2017.01.062

1 問題由來

在我國用水計量采用“一戶一表”制，并且為了杜絕一些商業用水行業比如洗車之類的行業，浪費水資源的現象，實行了一些節水管理辦法，如實施階梯水價計費。“一戶一表”政策的推行，決定了抄表系統數據采集點多，數據量大而且采集點極其分散的特點；階梯水價計費的方法，決定了計費算法復雜，人力輸入數據容易出錯，這些必將使水表抄收和水費核算的工作量大大增加。而且我國的城鎮房屋建設傾向于開發建設高樓大廈，這也增加了水表抄收工作的工作難度和工作強度，完全靠人力很難及時準確地完成水表抄收工作。所以為了解決這些問題，自動抄水表的創建就顯得異常重要了。

本文設計的自動抄水表系統是將數字通訊技術與水表計量技術結合起來，形成一個完整的自動抄水表系統。該系統不但不需要上門抄錄每戶用水量，而且還可以實現水量統計，水量分時、分區計費，用戶水費繳納等功能。此抄表系統減輕了自來水公司及物業部門的勞動強度，減少了人工抄表的投資，并且能使一個區域的水資源統一化管理。對于用戶而言，此系統將家庭用水量數據透明化，也便于用戶繳納水費。

2 智能網

智能網（IN）是在原有通信網的基礎上建立的一種可以提供各種智能業務的網絡體系結構。智能網的組成單元是業務交換點（SSP）、業務控制點（SCP）、信令轉換點（STP）、智能外圍業務節點（IP）和業務管理系統（SMS）等。業務交換點是一個本地交換機，主要作用就是將用戶與業務控制點連起來，實現用戶與業務控制點之間的信息交換。業務控制點是智能網的中心，一般由大、中型計算機和大型數據庫組成，它的主要功能就是實現各種智能業務，當接收到業務交換點送來的用戶信息時，向數據庫查詢信息，并且發出控制指令。

3 基于智能網的自動抄表系統網絡架構

基于智能網的自動抄水表系統是將分散于用戶的智能水表數據，進行了數據采集，并且通過RS485總線，將數據傳送到集中器，再通過電話網將數據傳送到管理層，進行數據分析，費用計算，最終實現費用繳納的綜合性抄表系統。

我們可以將這一網絡架構分為三層，分別為用戶層、中間層和管理層。自動抄水表系統的網絡結構框圖如圖1所示：

3.1 用戶層

用戶層即分散在各小區用戶家中的智能水表。智能水表要對峰時、谷時的水量進行計量，并且要將計量數據采集并保存，還要通過網絡通信技術與集中器，管理中心相連接，構成遠程抄表系統，實現用水信息采集、保存、傳送、階梯式收費計算等功能。

3.2 中間層

集中器采集的智能水表數據要及時、主動地向上一層管理中心上傳。并響應管理中心的抄表指令，將抄表數據進行凍結或更新。這一通訊方式常常是基于PSTN、ISDN、GPRS等?？紤]到抄表的經濟性和可靠性，常常采用較成熟的PSTN或ISDN網絡，本文采用PSTN網絡。

3.3 管理層

當集中器采集到智能水表的數據后，要將該數據再送到管理層的數據分析中心，對數據進行分析，以保證數據的準確性。然后再將經分析后的數據送到結算中心，進行水量、水費的結算或送至相應的管理部門作為分析、決策的依據。最后要將結算后的數據通過Internet或手機APP方式傳達給用戶，以實現網上繳納費用，方便用戶使用。這一過程通過計算機網絡實現了數據的進一步交換，我們稱為數據的管理層。

4 自動抄水表系統的構成、功能、配置

自動抄水表系統由智能水表、采集終端、集中器、管理中心組成四級抄表網絡。采集終端、集中器之間的通信采用RS—485總線結構，管理中心和集中器之間的通信采用現在已有的公用電話網。自動抄水表系統設計結構圖如圖2所示：

4.1 管理中心設計

管理中心實際上就是一套以計算機為載體的軟件管理系統，它的核心是數據庫。管理中心包括用戶管理中心、數據分析中心、數據計算中心三個部分。

用戶管理中心，要實現用戶資料的錄入、刪除、修改等管理，將普通用戶與商業用戶分開，一戶一表與一戶多表分開，這一部分數據是一個區域自來水管理的基礎。

數據計算中心，要對收到的水量數據及用戶數據進行處理，計算出不同類型用戶的水費。

數據分析中心，要對已經算出的數據進行核查，確保準確無誤，并傳送到繳費系統。這部分還可以對一個區域的用水量進行分析，便于自來水廠的管理。

此外，還可以與銀行聯網，將計費數據傳輸給銀行，由銀行從用戶賬戶上自動扣費；也可以將數據傳入專用APP由用戶自行繳費。

4.2 集中器的設計

在自動抄水表系統中，集中器有數據中轉的作用，它負責管理中心和智能水表的聯系。它主要有兩個功能：（1）保證管理中心與水表之間的信息傳輸，將管理中心下達的指令傳達給智能水表；（2）將抄得的智能水表的數據信息傳輸給管理中心。

對于集中器的設計，使用了PC104工控機來實現數據的存儲和處理。它有體積小、輕便、擴展性強、安全指數高、便于維護的特點。并且有多種通訊端口，易于使用。集中器通過RS485總線與采集終端相連，將管理中心的指令傳達給采集終端。由于集中器采用了高擴展性的PC104工控機作為硬件設備，所以軟件使用DOS操作系統，并且用C語言作為編程語言。軟件設計包括串口初始化和系統時鐘設置兩個部分，并且有差錯控制，若管理中心發出的指令一段時間沒有響應則重新發送，若重發2次仍然沒有響應，則判斷為集中器故障，管理中心提示出現故障。

4.3 采集終端設計

采集終端要在集中器的控制下實現采集數據和記錄數據的功能，并且將所記錄的數據傳輸給集中器，最終上傳給管理中心進行處理。

采集終端最重要的就是執行集中器的指令，指令一般有兩類：（1）廣播指令：指與采集終端相連的所有智能水表都要執行的指令，如讀出當前所有水表的數據；（2）單表指令：指某一塊智能水表需要執行的指令，如讀出某個水表的數據等。

4.4 智能水表設計

智能水表是抄表系統的終端，主要實現以下功能：（1）數據采集：通過傳感器將水流量轉化為脈沖信號，記錄用水量；（2）對于不同的峰、谷時段，將水量分別記錄；（3）可以設定商業用戶和普通用戶，其計費方法不同；（4）欠壓提示當水表內的電池電壓不足時，提醒用戶更換電池等。

4.5 RS-485總線

本文對于采集終端與集中器之間的數據傳輸使用RS485總線方式。RS485總線方式如今技術已經非常成熟，它的最大的通信距離約為1219m，最大傳輸速率為10Mbps，完全符合本系統的要求。

智能水表裝有RS485接口，再通過RS485總線與基表連接，并連接到集中器上，集中器通過調制解調器和電話網相連到管理中心進行數據存儲和處理。在抄收大范圍數據時，將幾個集中器級聯起來，由高級集中器與PSTN網絡相連，完成數據傳輸。

RS-485接口采用差分方式傳輸信號，并不需要相對于某個參照點來檢測信號，系統只需檢測兩線之間的電位差就可以了。這樣就減少了干擾，使數據更準確。

5 系統軟件的功能設計

（1）管理中心軟件設計。分為用戶管理、數據分析、數據計算三個部分。實現用戶資料的錄入、刪除、修改，實時抄收水表數據，記錄保存數據等功能；（2）數據分析功能。對于抄收上來的數據，要保證其準確性，就需要對數據進行數據分析，主要對以下方面進行分析：水量數據分析即將商業和居民用戶用水分開計費等。最終將準確的數據傳到營業計算系統。

6 結語

基于智能網的自動抄水表系統是將分散于用戶的智能水表數據，進行數據采集，并且通過RS485總線，將數據傳送到集中器，再通過PSTN網絡將數據傳送到管理層，進行數據分析、費用計算，最終實現費用繳納的功能，大大提高了自來水管理部門的抄收效率，并且減輕了工作強度，將用戶用水數據透明化，減少了糾紛的發生。這一系統適用于對一個區域的水表數據的集中管理，該模式具有良好的應用前景和現實推廣價值。

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作者簡介：繆玉琪，江蘇大學京江學院通信工程專業學生，研究方向：通信技術。

（責任編輯：小 燕）