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详解无线智能水表系统

当前栏目:水表知识日期:2019-03-05 15:26:00浏览量:17

随着电子应用技术及信息产业的飞速发展, 智能建筑和智能小区越来越多, 采用传统的计量技术和抄表方式已无法满足国家节能减耗的需求。目前国内水表抄表系统的现状主要有以下三种方式:一是传统的人工抄表收费方式, 每户安装普通机械计量仪表, 有管理人员按固定时间进行上门抄收。二是智能卡式收费方式, 每户安装具有智能卡接口的计量仪表, 通过智能卡作为传输介质, 在用户和管理部门之间传输信息, 实现计量仪表的抄收以及缴费工作。是自动抄表收费方式, 每户安装具有通讯能力的计量仪表, 通过有线网络系统自动完成用户计量仪表的数据抄收, 再通过金融网点方式以自动或人工方式完成缴费。

传统抄表技术存在的低效、易错的缺陷, 本文提出了一种选用JN5148作为主控芯片, 集成了32位的处理器和2.4G的无线收发器, 将Zigbee无线通信技术、GPRS网络与水表计量自动化结合起来的无线智能水表系统。该系统具有无需网络布线、快速组网、协议简单、传输可靠、耗电量低和运行成本低等优势。

详解无线智能水表系统

系统设计

无线智能水表系统是由无线远传智能水表和集中器构成。每个水表具备无线传输功能, 200个以内的水表配一个集中器, 由集中器定期自动抄表。集中器上带有GPRS无线模块把数据传输到主站管理计算机, 然后再通过金融网点完成缴费。

1.无线智能水表模块的设计

无线智能水表是由主控芯片、输入采集模块、阀门控制电路、显示部分和通信接口电路等构成。

⑴主控芯片的设计      

无线智能水表的主控芯片采用NXP公司生产的JN5148。它是超低功耗、高性能的无线芯片, 是第三代2.4G IEEE802.15.4无线SOC, 全面支持Zigbee Pro。包括一个超低功耗的32位精简指令集的MCU、128kB字节的ROM、128kB字节的RAM、12位精度的数/模转换器和模/数转换器。

JN5148包括微处理器部分和RF收发器。它是整个智能水表的核心, 担负着信息判断、识别、运算和处理等工作。

⑵输入采集模块的设计

本系统采用“管道式超声波流量计”, 利用“时差法”来测量流速, 无运动部件。与传统的机械式、电磁式流量仪表相比, 在流量测量上有很多优势, 真正实现了无机械传动, 非接触式, 寿命长、精度高、使用便捷、易于数字化管理, 尤其是对介质、温度、导电率和污染物都不敏感等等。

管道式超声波流量计由超声波换能器、电子线路及流量显示和累计系统三部分构成。JN5148的IO口采集超声波传感器输出的脉冲, 然后根据水管直径、传感器安装角度计算出超声波在顺流向和逆流向的水中传输的时间差, 就可以计算出水的流量。

在使用过程中, 超声波流量计输送介质是液体水, 流量计的引压管容易产生积液, 当温度较低时会出现冻堵现象。因此要在气温低时对引压管进行加电伴热或吹扫。对流量计的探头也要定期进行清理, 以免出现不定期报警 (建议一年一次) 。

⑶显示部分的设计

本系统采用低功耗的LCD显示, 它与主控制器JN5148通过SPI口通信。作为智能水表的输出接口, 主要作用是输出水表的各种运行状态及相关数据, 还具备对用户的提示功能。LCD平时处于静态显示状态, 显示表中的剩余金额、水表状态 (阀门、电池) 信息, 当用户充值或用水量变化时, 动态刷新水表的剩余金额。

⑷电源管理部分的设计

根据智能水表的相关标准, 对小口径水表的电池的使用寿命要求大于7年。因此, 所使用的电池具有容量大、寿命长的特点。普通的电池一般容量小、自放电率高不能满足寿命要求。本系统采用功率型的锂-亚硫酰氯电池作为供电电源, 具有容量大、自放电率低、瞬间放电电流高等特点。

详解无线智能水表系统

2.集中器的设计

集中器采用JN5148作为主芯片, JN5148内置的UART口与西门子公司的GPRS无线模块MC55i通信, 实现接收从数据服务中心发过来各种指令并加以筛选、判别, 将有效指令发送到相应的表具中, 同时接收表具发送过来的数据并发送给数据服务中心的功能。一加电便自动运行, 搜索GPRS网络, 向中心进行注册并连接。

集中器内还存储与数据中心联网的各种参数, 如:中心的IP地址、服务端口等。如果没有数据传输时可以进入休眠状态, 一旦有数据需要发送或收到中心呼叫 (通过短信或电路) 时便从新登陆数据服务中心, 进行数据传输。GSM短信作为备用通道, 一旦GPRS网络出现故障, 立即启动GSM短信通道和数据服务中心进行通信。

水表数据采集位于居民小区的信息中心, 居民用户的用水数据由表首先通过局域zigbee无线接口连接到位于小区信息中心的集中器, 然后集中器对数据进行处理、协议封装后发送到GPRS网络传送至管理部门数据中心的抄表系统, 实现表数据和数据中心系统的实时在线连接。

结论

采用JN5148作为无线智能水表的主控芯片, 实现超低功耗的同时, 其唯一的时间传输特性大大提高了测量精度, 对水表数据进行快速、准确的统计和整理。随着Zigbee无线组网技术和GPRS网络应用的普及, 无线智能水表系统必将有一个广阔的市场前景。



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