摘 要：本文介紹了普通水表存在的問題，詳細分析了基于無線的直讀式階梯智能表的設計方案及原理。對普通水表進行智能化及網絡化改造，使城市供水能適應用水改革的推進。

　　關鍵詞：智能表,直讀式,ZigBee無線,階梯計費,集抄系統

　　一、引言

　　隨著“十二五”城鎮化的快速發展，城市供水及用水管理帶來前所未有的壓力。國內多數城市都面臨嚴重缺少水資源的情況，節約和保護水資源成為日益緊迫的一項重要國策。政府職能機構運用政策手段進行調控，引導社會合理的利用有限的水資源，是一項具有倡議性、全局性和長期性的任務。在國家政策的指向下，天津、北京等嚴重缺水城市先后出臺了居民用水的階梯計費方案，即每個月給每戶居民限定一個基本用水量，在這個基本用水量范圍內，實施一個較低的水價，超出基本用水量的部分，實行較高的水價。而隨著用水改革的推進，這一計費形式正在全國范圍內得到推廣。

　　階梯水價政策的實施，要求供水管理部門非常及時、準確地掌握居民的用水量，在新計費方案推行的過程中，“入戶抄表難”卻成為一個重要障礙。傳統的水表和入戶抄表方式無法滿足這個要求。因為不能及時地掌握用水量，收費部門也就無法實現階梯計費。對此，業內專家特別指出，水表的智能化和抄讀方式的改進是階梯水價順利推行的技術保障。無線智能遠傳水表是是用水監管部門“不入戶抄表”和“遠程階梯計費”的系統級解決方案。無線遠傳不擾民，消除了居民生活中的不安全因素。由于無須入戶查表，水表安裝環境位置不受限制。準確、方便、快捷地獲取用戶用水信息，避免了抄表不及時，用戶拖欠水費給供水企業帶來的經濟損失;實施階梯水價，有利于節約水資源和經濟可持續發展。

　　二、直讀式水表的原理

　　無線遠傳水表作為一個獨立的產品，并不需要高難度的創新技術。早在2002年，我國就已經有相關的專利申請。但規模化應用無線遠傳水表的提議，是在2004年初才開始見于報端。從獨立的具有無線傳輸功能的水表，到系統化的用水管理工程，涉及到了不同層面的多種技術。

　　1、無線直讀式遠傳智能水表：

　　智能水表是一種利用現代微電子技術、現代傳感技術、智能無線技術對用水量進行計量并進行用水數據傳遞及結算交易的新型水表。

　　說到智能水表不能不提普通機械水表，因為計量部分是靠普通機械水表完成的。普通機械水表的發展已有近二百年的歷史。期間，水表的結構先后出現了往復式單活塞式水表、旋轉活塞式水表、圓盤式水表、旋翼式水表和螺翼式水表等形式。現在常用的水表按設計原理可分為速度式、容積式和螺翼式水表。居民常用的水表一般都采用螺翼式和速度式兩種機芯，水表計數器形式可分為:液封水表、干式水表、濕式水表。智能水表中采用常用的液封水表或濕式水表為計量基表，在基表上加裝智能型光電傳感器，靜態識別水表窗口中字輪的顯示值，并將該顯示值通過無線傳給無線數據采集器。一般有下列部分組成，電源、閥門控制電路、計量電路、通訊電路和微處理器控制電路及外殼等構成。

　　直讀式無線水表及其遠傳抄表系統平時不需要連續帶電工作，只是在抄表瞬間由系統自動加電使其工作。即抄表上電，抄完即斷電。遠程讀取的數據與光電直讀式無線水表示值完全一致。

　　直讀式無線水表采用一次性鋰電池供電，抄表需時50ms～1s,瞬時工作電流33μA/路。直讀式無線水表的光電傳感器及其電路全部密封于字輪的液封盒中，具有抗光電、電磁干擾、防二次污染、停電數據不丟失等特點。遠程無線報數，對安裝條件要求低。與有線遠傳產品相比，無線遠傳不僅用于新區的建設，也適合老區的改造。

　　2.無線直讀式智能水表及其系統原理分析

　　受短距離無線傳輸的功率限制,無線ISM設備一般只能在(30-100)m的范圍內傳輸。在復雜建筑物的內部，由于墻體等建筑結構的影響，距離可能更近。在這種條件下進行抄讀，必須采用逐個節點中繼的方式。分布式的中繼節點和遠傳水表一起組成了拓撲復雜的低速率無線網絡。如何解決低速率無線網絡的尋址和路由成為系統的一個關鍵點。因此，集抄系統才是技術成功轉換為產品和社會效益的關鍵。無線集抄水表在ZigBee協議棧的原理基礎上進行裁減，使之變成適合抄表應用的簡化協議棧。該協議棧適合低成本的單片實現，路由配置簡單，在網絡節點故障時具有自恢復能力。

　　無線中繼器對水表數據進行中繼，在不增加射頻發射功率的情況下，擴展通信距離。中繼器適合多層和高層住宅無線表具的中繼。

　　無線集中器/IP網關將一個小區或者居民點的采集數據進行集中，轉接到日益普及的IP網絡上。具有無線集中器和IP網關兩項功能。集中器的功能是收集水表經由中繼傳過來的計量數據;IP網關將數據加密后發送到指定的控制中心服務器。為了確保數據的可靠性，設備在IP網絡上實現VPN功能。VPN要求的加密功能依靠專門的硬件加密引擎實現。IP網關的引入，大大方便了遠程的數據管理。采用VPN技術，在公眾網絡上實現安全可靠的通信。同時適合不同營業網點之間的互連。

　　3.信息管理系統

　　管理中心使用一套用水信息管理系統。信息管理系統由計算機及網絡等硬件設施和管理軟件構成，是用水管理部門的工作人員與本系統交流的界面。操作人員通過用水管理軟件對集中器下達抄讀指令，根據需要對抄讀方式進行設置。信息管理系統對集中器上傳來的用戶用水量進行匯總、加工，獲得水費收取和用水信息。

　　管理系統建立在跨操作系統的虛擬軟件平臺上，編程語言一般采用JAVA。監管部門通過本管理信息系統可以實時地掌握計量數據，實現銀行托收。另一方面，用戶也可以通過系統提供的自動化服務實現自助查詢和繳費。比如電話語音報讀和短信通知及催繳和網上自助查詢和繳費。

　　三、智能水表的拓展

　　在我國，由于地域遼闊，人口眾多，各地發展不平衡。國內極大多數用戶仍使用管理效率較低、技術相對落后的傳統計量表具，推廣應用階梯水價的無線遠傳直讀表宜在經濟較發達的大城市住宅小區應用。然后再對逐步推進到眾多的中小城市及區縣。

　　四、參考文獻

　　[1]馬文杰.淺談無線遠程智能抄讀系統的應用[J].科技資訊,2005,24:47-48.

　　[2]江修波ZigBee技術及其應用[J].低壓電器,2005,7:27-29,33.

　　[3]胡慶紅,陳亞杰,邢罡.遠傳水表系統在現代化樓宇中的應用[J].控制工程2005,12(03):258-259,262.

　　[4]鄭芬.基于智能卡的預付費智能水表的研究與設計[D] .中南大學.2007年

　　[5]康葉偉.黃亞樓.孫鳳池.一種低功耗智能IC卡冷水表的設計與實現[J].南開大學學報.2006年05期.