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淺談遠(yuǎn)程預(yù)付費(fèi)無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與應(yīng)用

更新時(shí)間:2021-09-13 點(diǎn)擊次數(shù): 765次

劉細(xì)鳳

安科瑞電氣股份有限公司  上海嘉定  201801

 

摘要:針對目前人工抄表系統(tǒng)存在的效率低、成本高、使用不方便等問題,本文設(shè)計(jì)了一種將藍(lán)牙技術(shù)和ZigBee技術(shù)相結(jié)合的手持式遠(yuǎn)程無線抄表終端系統(tǒng)。本文主要介紹了系統(tǒng)設(shè)計(jì)的總體架構(gòu)、工作原理以及實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能的關(guān)鍵技術(shù)。手持式遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端,實(shí)現(xiàn)水、電、煤氣管理的自動(dòng)化具有重要意義。

關(guān)鍵詞: ZigBee;無線抄表系統(tǒng);手持式

 

0引言

隨著科技的發(fā)展,在水、電以及煤氣等公共管理事業(yè)部門中,人工抄表系統(tǒng)得到了廣泛的應(yīng)用。但是,傳統(tǒng)的人工抄表方式常常面臨這樣的困境:由于居民家里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表的準(zhǔn)確數(shù)據(jù)。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(yè)來說人工成本也很高。因此,改進(jìn)抄表方法,研發(fā)一套高效率、高可靠性、低成本的遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端,實(shí)現(xiàn)水、電、煤氣管理的自動(dòng)化具有重要意義。近年來,隨著自動(dòng)控制技術(shù)和計(jì)算機(jī)通信技術(shù)的進(jìn)步,以紅外、藍(lán)牙、GPRSZigBee等技術(shù)為代表的無線抄表方式相繼出現(xiàn)。*基于 GPRS 技術(shù)抄表方案,其設(shè)計(jì)成本較高,不易推廣;掌上機(jī)抄表方案,其只能實(shí)現(xiàn)半自動(dòng)化,且不能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程通信;藍(lán)牙技術(shù)方案,其功耗大、距離近,比較復(fù)雜,組網(wǎng)規(guī)模太小。鑒于以上各種抄表方式的存在的問題和無線抄表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,本文設(shè)計(jì)提出了一種ZigBee 技術(shù)和藍(lán)牙技術(shù)相結(jié)合的遠(yuǎn)程無線抄表終端系統(tǒng),其特點(diǎn)是低功耗、低成本和近距離,并且通信可靠。

 

系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)

本文設(shè)計(jì)的遠(yuǎn)程無線抄表終端系統(tǒng)由五大部分構(gòu)成:手持終端模塊、上位機(jī)模塊、中繼器模塊、數(shù)據(jù)采集器模塊,如圖1所示。通過Stc15f2k單片機(jī)作為表數(shù)據(jù)的讀取,通過程序?qū)⒈砩系臄?shù)據(jù)讀取出來,并且通過串口將單片機(jī)與ZigBee模塊1相連接使得ZigBee 模塊1和單片機(jī)能夠進(jìn)行通訊,數(shù)據(jù)透傳,同時(shí)將 ZigBee模塊1ZigBee模塊2進(jìn)行自動(dòng)組網(wǎng),設(shè)置ZigBee模塊1成為發(fā)送端,ZigBee模塊2成為接收端,使得兩端的數(shù)據(jù)可以互通,再將ZigBee模塊2與藍(lán)牙模塊通過串口連接,使得數(shù)據(jù)可以透傳,通過手機(jī)端的藍(lán)牙調(diào)試助手和藍(lán)牙模塊相連,讓手機(jī)上可以顯示出相應(yīng)的讀數(shù)。實(shí)現(xiàn)手持式遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)得以實(shí)現(xiàn)。

 1 系統(tǒng)總體架構(gòu)圖

 

2硬件設(shè)計(jì)

硬件的連接分為電位器到單片機(jī)系統(tǒng),單片機(jī)到ZigBee模塊1,ZigBee模塊2到藍(lán)牙模塊這三個(gè)部分。

2.1 單片機(jī)

本系統(tǒng)的采集芯片選用STC15F2K60S2芯片,該芯片價(jià)格便宜,溫度適應(yīng)性好,且單片機(jī)本身帶有ad的功能,不用再配ad芯片,因此只需要把它的ad功能腳引出,編寫相關(guān)程序即可實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。單片機(jī)的ad采樣是無線遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的數(shù)據(jù)采集過程。ad采集的數(shù)據(jù)將從串口發(fā)送給 ZigBee模塊1,從而進(jìn)入數(shù)據(jù)傳遞系統(tǒng)。

2.2 ZigBee模塊及藍(lán)牙

ZigBee技術(shù)是廣泛被應(yīng)用于自動(dòng)控制領(lǐng)域的一種基于短距離、低速率、低復(fù)雜度,低功耗以及低成本的雙向的無線通信技術(shù)。此技術(shù)工作在2.4GHz ISM頻段,可以達(dá)到100m左右的直線傳輸距離,通過外接功率放大器和低噪聲放大器,分別提高相應(yīng)的發(fā)射功率和接收靈敏度傳輸距離可高達(dá)幾百甚至上千米。藍(lán)牙技術(shù)是一種用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)和話音之間的無線傳輸開放性的規(guī)范,藍(lán)牙這種無線通信技術(shù)支持點(diǎn)到點(diǎn)、點(diǎn)到多點(diǎn)的短距離通信,而且成本低廉。藍(lán)牙技術(shù)其數(shù)據(jù)通信優(yōu)勢相比其它協(xié)議較為明顯,但由于其傳輸距離比較近的不足,因此單純的藍(lán)牙技術(shù)在遠(yuǎn)程控制方面應(yīng)用不多。ZigBee網(wǎng)絡(luò)理論上可以容納65000多個(gè)節(jié)點(diǎn),而藍(lán)牙不超過8個(gè),由于一般的無線傳感網(wǎng)絡(luò)需要節(jié)點(diǎn)較多,所以這一點(diǎn)ZigBee也相對具有較大優(yōu)勢。雖然藍(lán)牙技術(shù)在數(shù)據(jù)傳輸速率上比ZigBee技術(shù)大得多,但ZigBee 250kbps的數(shù)據(jù)傳輸速率對于無線抄表系統(tǒng)來說已經(jīng)足夠,反觀藍(lán)牙功耗大,造價(jià)高成為制約其應(yīng)用于無線抄表的主要障礙。

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

主程序由單片機(jī)ad讀取程序、ZigBee模塊1的數(shù)據(jù)發(fā)送程序、ZigBee模塊2的數(shù)據(jù)接收程序、手機(jī)端的數(shù)據(jù)接收程序組成。由于藍(lán)牙模塊為透傳功能模塊,所以不需要編程,手機(jī)端程序在各大應(yīng)用市場可以下載,所以對這兩個(gè)不做深入研究。主要研究單片機(jī)ad讀取程序、 ZigBee模塊1的數(shù)據(jù)發(fā)送程序、ZigBee模塊2的數(shù)據(jù)接收程序這三個(gè)程序。由于表單元處理并不在此次設(shè)計(jì)的計(jì)劃范圍之內(nèi),所以設(shè)計(jì)可整體描述為:電位器模擬智能表單元, 單片機(jī)定時(shí)去讀取電位器上的ad值并將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成 0-9999之間的整數(shù),通過串口傳輸給 ZigBee模塊1,ZigBee模塊1ZigBee模塊2之間通過P2P連接,將數(shù)據(jù)通過ZigBee網(wǎng)絡(luò)傳給ZigBee模塊2,ZigBee模塊2與藍(lán)牙模塊通過串口相連,同時(shí)藍(lán)牙模塊與手機(jī)藍(lán)牙相連,數(shù)據(jù)到達(dá)手機(jī)上,通過藍(lán)牙調(diào)試精靈顯示。

安科瑞AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺

4.1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)為B/S架構(gòu),主要包括前端管理網(wǎng)站和后臺集抄服務(wù),配合公司的預(yù)付費(fèi)電表DDSY1352DTSY1352系列以及多用戶計(jì)量箱ADF300L系列,實(shí)現(xiàn)電能計(jì)量和電費(fèi)管理等功能。另外可以選配遠(yuǎn)傳閥控水表組成水電一體預(yù)付費(fèi)系統(tǒng),達(dá)到先交費(fèi)后用水的目的,剩余水量用完自動(dòng)關(guān)閥。

4.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預(yù)付費(fèi)水電云平臺由云平臺-網(wǎng)關(guān)-預(yù)付費(fèi)電能表組成,通過通信網(wǎng)絡(luò)完成系統(tǒng)到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報(bào)警等功能。
   
本系統(tǒng)適用于一些大集團(tuán)和大物業(yè),往往需要將多個(gè)物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費(fèi)和管理,面臨著數(shù)據(jù)公網(wǎng)傳輸,財(cái)務(wù)操作分散,在線支付,總部財(cái)務(wù)扎口等復(fù)雜的需求。

遠(yuǎn)程集中抄表:抄表信息通過網(wǎng)關(guān)實(shí)時(shí)上傳到云平臺,快速便捷,免去人工抄表 。

水表預(yù)付費(fèi):可是查看某區(qū)域水表的實(shí)時(shí)狀態(tài)信息,并可以進(jìn)行單表或批量設(shè)置水價(jià)控閥等操作。

遠(yuǎn)程售電:財(cái)務(wù)集中管理,電量實(shí)時(shí)下發(fā),并比對充值次數(shù),方便快捷。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預(yù)付費(fèi)表或管控表每天的用能狀況;可提供能耗分析+財(cái)務(wù)軌跡一體式綜合管理報(bào)表,包含用戶表的能耗、財(cái)務(wù)數(shù)據(jù)、能耗和財(cái)務(wù)的期初期末值等數(shù)據(jù)。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實(shí)現(xiàn)在線自助充值水電費(fèi),也可以實(shí)時(shí)關(guān)注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費(fèi)提醒、電表充值到賬提醒,都可及時(shí)短信通知商戶。

 

遠(yuǎn)程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠(yuǎn)程拉閘或保電等一系列遠(yuǎn)程控制操作,方便管理。

 

4.3 產(chǎn)品選型

5結(jié)束語

本文介紹了基于ZigBee技術(shù)的手持式遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)方案。該系統(tǒng)有廣闊的應(yīng)用前景,對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端,實(shí)現(xiàn)水、電、煤氣管理的自動(dòng)化具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

 

【參考文獻(xiàn)】

1】湯益芳.手持式遠(yuǎn)程無線抄表系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

2】王富斌.短距離無線通信技術(shù)在抄表系統(tǒng)中的應(yīng)用[D.濟(jì)南:山東大學(xué), 2009:89-113

3】安科瑞企業(yè)微電網(wǎng)設(shè)計(jì)與應(yīng)用手冊.2020.06

 

作者簡介:劉細(xì)鳳,女,現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司,主要從事宿舍用電研究發(fā)展。


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