物聯網環境監測系統發展趨勢

王鵬 武傳勝

摘 要：本文通過對主流遠程監測系統的特點及原理的描述提出了目前存在的問題，對未來監測系統的發展趨勢作了初步的預測。

【中圖分類號】 TP393.4 【文獻標識碼】A 【文章編號】2236-1879（2017）05-0277-02

自動監測（AutomaticMeterReading-AMR）是指利用微電子和計算機網絡、傳感等技術自動讀取和處理表計數據，將城市居民的用水、電、氣信息加以綜合處理的系統。自動監測技術使各水、電、氣公司及物業管理部門從根本上解決了入戶監測收費給用戶和監測人員帶來的麻煩，避免了許多不必要的糾紛。準確而便捷的收費系統，不但能提高管理部門的工作效率，也適應現代用戶對用水、用電、用氣繳費的需求。

一、環境監測系統概述

現在最常見的環境監測系統是采用分線制集中監測方式，即由采集器定時順序采集來自多路分線連接的水、電、氣表信號并進行數據處理、存儲，各采集器之間采用總線制連接，最后連接至計算機。其典型特點是各戶表通過分戶線連接至采集器位置。系統一般分為四層次結構；現場采集器、服務器（區域管理器）、通信控制器、管理器中心，部分產品還會附帶一個掌抄器。系統結構如下圖所示：

1.現場采集儀器：完成對現場表具輸出數據的采集，一般一個采集器可以對多個基表進行采集。但是目前支持一個采集器對幾種不同種類的基表同時進行采集的產品不是很多。

2.服務器（區域管理器）：以多機通信方式采集數據采集器中的表數據，然后進行處理、存儲，并通過通信總線與總控制室的系統管理中心的計算機相連。一個服務器可以連接幾十個數據采集器（視系統通信方式定）。

3.通信控制器：連接服務器與管理中心的計算機對信號進行協議轉換。

4.管理中心：管理中心由多媒體計算機和系統管理軟件組成。安裝在物業管理中心處。

可以借助internet技術，將管理中心的計算機與電力、水、煤氣或其他代收費部門的網絡相連接實現網上抄收，上網用戶可以在線查詢自己的費用情況，方便實用，并可擴展到電子商務，實現網上付費。不過目前要實現到這一地步還需要一個比較長期的發展過程。

二、現狀

遠程監測系統的發展已有十多年了，但實際應用狀況卻差強人意，許多已安裝自動監測系統的樓盤由于計量不準確最后不得不又返回到人工監測的老路上來，雖然產生這種現象的因素是多方面的，但仔細分析，根據現在表具的生產原理出現這種情況是必然的。

1.前端表具先天不足

目前市面上所使用的監測系統種類雖然繁多，但基本結構及原理都大同小異。就目前廣泛使用的脈沖發信表（水表、氣表）基本上采用干簧管或霍耳元件傳感器，工作原理簡單，即在原機械表的轉動齒輪或指針上放置磁鐵，將傳感器固定在其附近某一位置，齒輪或指針轉動帶動磁鐵轉動，當磁鐵靠近又離開傳感器時，輸出一個周期的脈沖信號。采集設備通過累計脈沖表發出的脈沖信號進行累計和換算，轉換出用戶的用水、用電、用氣量。通過這種方式實現遠傳的系統，其可靠性取決于脈沖發信表發信、脈沖信號傳輸以及系統計量的可靠性。現實證明，這些環節的可靠性是無法保證的，使用中常會存在著以下弊端：

1）從理論上講，遠傳表輸出的脈沖數與齒輪或指針的轉動次數成一一對應關系，然而現場條件卻難以達到理想狀態，由于表盤的抖動和傳輸過程的電磁干擾等因素，易引起脈沖丟失或多計脈沖。因此在使用一段時間后，脈沖計數方式的監測數據與表具現場讀數值不一致，系統需要不斷的修正，易引起管理部門與用戶的糾紛。

2）表具傳感器的的安裝也是一個重要的因素，目前一些水表生產廠家從傳感器廠家購入傳感器后自行安裝，由于水表中指針為金屬指針由于安裝不慎，水表安裝運行后甚至會出現指針給磁鐵吸到磁鐵上的問題導致了現場的讀數和脈沖監測的計數出現很大的出入。

3）由于傳感器是覆蓋在表盤上安裝的，安裝了傳感器后甚至直接影響了現場讀表。所以廠家在安裝傳感器的時候安裝的角度也是該考慮的。

2.脈沖信號傳輸

1）脈沖表發出的脈沖信號，需通過信號線傳輸至采集器，如果傳輸距離過長，或者因連線質量不好、屏蔽作用不強信號失真，則不可避免造成系統計數錯誤。

3.系統計量

1）由于脈沖計數的累加性特點，系統采集器上的記憶脈沖的電子存儲元件數據易受干擾，影響數據精確。

2）遠程監測系統是通過不間斷地累計對應脈沖表遠程發來的脈沖來進行計量的，這就首先要求系統初始值設置必須正確，即人工抄讀每只遠傳表的表盤實際讀數后，將表的實際值準確無誤地輸入到數據采集器，目前所使用的監測設備一般有兩種設置方式：一種是通過掌機將現場讀數先輸入掌機中，然后通過掌機將數據通過紅外接口輸入采集器。這種設置由于不是實時計數，對于運行中的系統當用戶用量比較大時不可避免的存在誤差。另外一種是直接在管理計算機端通過軟件實現，進行基數設置時需要使用對講機進行實時設置。這樣設置不存在誤差。

三、前景展望

監測系統要達到可靠、準確運行的要求，必須解決其計量的準確性和可靠性的問題，而要真正解決準確性及可靠性問題，就必須改變以脈沖信號累計為計量方式的監測方式。近年來市場上推出了無源總線制的智能型直讀表監測系統，這種直讀式監測系統將代表了今后監測系統發展的一個方向。智能型直讀表具是在傳統的表具內加裝直接讀表的電子模塊，其可行性和適用性都是原有脈沖表及分線型監測系統不可比擬的，主要有以下功能特點：

1）無源總線制直讀表直接感應表具的窗口值，即直接“讀取”窗口值，不需要脈沖轉換、累計、換算，沒有累計誤差。解決了目前以累計脈沖方式工作的系統易受干擾而導致讀數和系統累計計量值不一致的問題。

2）系統在監測時不需設置表底數、表常數等參數，無需存儲數據，真正實現了“讀表”計量。

3）直讀表具內的電子模塊與表具內的計讀器等裝置沒有機械接觸，不影響計量精度。直接傳送數字信號而非脈沖信號，抗干擾性好。不僅不受機械振動影響，同時也不受電磁干擾的影響，所以在復雜的使用環境下能穩定、準確、可靠地實現計量。

4）表具內沒有電源，直讀裝置在監測瞬間加電工作。表具的電子部分平時不工作，讀表瞬間由采集器或手持終端通過網絡布線供電。由于內部不設電源避免了傳統方式由于供電不穩定或故障引起的計量誤差及大量的維護工作。使得整機故障率和功耗大大降低，使用壽命更長。

綜上特點，直讀遠傳表將成為未來的主流表具，但是不管采用何種方式，表具必須具備直接輸出數據的功能，系統采用總線制結構將成為主流。

四、結束語

在國家相關政策的推動下，民用計量表智能化已是大勢所趨。隨著行業技術標準的不斷成熟規范、管理水平的不斷提高。國家對監測設備監管力度、市場引導等不斷加強。將監測系統及相關配套產品納入重點計量器具范圍，建立市場準入制度也將是必然。相信在不久的將來遠程監測系統將會得到不斷的完善和成熟，監測系統的春天也將會來臨。

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