智能水表設(shè)計(jì)的研究

1、智能水表設(shè)計(jì)的研究摘要：文章研究市場(chǎng)的現(xiàn)行智能水表類型及種類，查找一些組成單元應(yīng)用中的不足，進(jìn)一步研究探討新型智能水表的設(shè)計(jì)思路。關(guān)鍵詞：智能水表;研究;應(yīng)用1研究智能水表的必要性近年來，面向用戶的智能產(chǎn)品越來越多，許多傳統(tǒng)型的純硬件式產(chǎn)品都面臨革新的命運(yùn)，幾乎融入物物相通的通信技術(shù)口面向用戶操作的計(jì)算機(jī)技術(shù)，不但改變了原有的控制模式，甚至改變了原來的管理模式。具中，水表便是一例，對(duì)中國用戶來說，雖然水表在城鎮(zhèn)用戶中大量使用的歷史不長，但水表的制作在悄悄地演變。由于各種歷史原因，再加上當(dāng)時(shí)的應(yīng)用技術(shù)所限和成本的考慮，長期以來許多用戶都采用純機(jī)械式水表計(jì)量水費(fèi)，管理方面采用人工抄表（增加運(yùn)營成本

2、）存在誤抄（無意之間增加公司與用戶之間的矛盾繳納水費(fèi)費(fèi)時(shí)費(fèi)事（整個(gè)過程人工完成情況下故障異常不及時(shí)報(bào)警等一系列問題，不但浪費(fèi)人工成本，而且可能增加社會(huì)不穩(wěn)定因素、不必要矛盾，因此應(yīng)用新技術(shù)解決此類問題勢(shì)在必行。隨著現(xiàn)在通信技術(shù)、計(jì)算機(jī)科學(xué)技術(shù)等其他技術(shù)的快速發(fā)展,提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支持,政府倡導(dǎo)的智慧小區(qū)不斷深入建設(shè)，行業(yè)、公司或個(gè)人對(duì)各類智能水表的研究開發(fā)不斷深入，如今新型智能水表越來越普及。實(shí)行新的繳費(fèi)方式，為各用戶的水費(fèi)收費(fèi)提供更加方便、快捷的服務(wù)，既節(jié)省人力、物力的開支成本，又解決了水務(wù)公司拖欠水費(fèi)久的"釘子戶”問題,所以，低成本而又運(yùn)行可靠的智能型水表開發(fā)前景十分可觀。而如

3、何對(duì)水表在性價(jià)比上實(shí)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，將是問題的關(guān)鍵所在。2測(cè)量水量的傳感器應(yīng)用目前占據(jù)水表市場(chǎng)的水表類型主要有3類產(chǎn)品：純機(jī)械式水表、半機(jī)械半電子式水表、純電子式水表。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)及通信技術(shù)、電氣技術(shù)等的快速發(fā)展，傳統(tǒng)型的純機(jī)械式水表將被市場(chǎng)淘汰，許多水表的制作越來越向智能型發(fā)展。測(cè)量水量的器件是傳感器。傳感器一般安裝在水管中，根據(jù)流過水管的水體積量裝換成電信號(hào)，并進(jìn)行放大，送到轉(zhuǎn)換電路板，供控制中心、處理。傳統(tǒng)機(jī)械式水表是利用水表內(nèi)葉輪的旋轉(zhuǎn)速度來測(cè)定流過水的體積，雖然在成本方面比較低廉，但其存在國員大、精度差等弊端。半機(jī)械半電子式水表，即使用電感電容器、霍爾傳感器等器件來檢測(cè)葉輪的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)，

4、并通過相應(yīng)的電路轉(zhuǎn)換成數(shù)據(jù)輸送給微處理器進(jìn)行處理。但這些儀表部件會(huì)出現(xiàn)磨損和不準(zhǔn)確的情況,且無法檢測(cè)到低流量或小泄漏，同時(shí)，污垢積累及部件老化將影響測(cè)量的精度，勢(shì)必造成要進(jìn)行定期校準(zhǔn)等一系列問題。其中霍爾傳感器的使用較具有代表性?；魻栟D(zhuǎn)速表在被測(cè)轉(zhuǎn)速的轉(zhuǎn)軸上安裝一個(gè)齒盤，在旋轉(zhuǎn)圓盤邊上粘一塊磁鋼,把霍爾傳感器安裝在靠近圓盤的附近，當(dāng)齒對(duì)準(zhǔn)霍爾元件時(shí),磁力線集中穿過霍爾元件，可產(chǎn)生較大的霍爾電動(dòng)勢(shì)，放大、整形后輸出高電平。反之，當(dāng)齒輪的空擋對(duì)準(zhǔn)霍爾奇牛時(shí)，輸出為低電平。這樣圓盤旋轉(zhuǎn)一周，齒盤的轉(zhuǎn)動(dòng)使磁路的磁阻隨氣誤差，導(dǎo)致用戶與隙的改變而周期性地變化，霍爾器件輸出的微小脈沖信號(hào)經(jīng)隔直、放大、整形

5、后可以確定被測(cè)物的轉(zhuǎn)速。雖然霍爾傳感器有種種優(yōu)點(diǎn)，但電源長時(shí)間斷電會(huì)產(chǎn)生管理公司產(chǎn)生不必要的矛盾。得益于相應(yīng)的技術(shù)進(jìn)步和物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的快速發(fā)展，水表逐步向純電子式方向發(fā)展，包括超聲波測(cè)量等。超聲波智能水表，與其他類型的智能水表相比,超聲波水表的優(yōu)點(diǎn)有：（1）防堵性更強(qiáng)，超聲波水表采用的是直通管段，不會(huì)彝生內(nèi)部堵塞情況。（2）耐損性更強(qiáng)，超聲波水表測(cè)量部分內(nèi)部沒有任何I的活動(dòng)部件。因此，以超聲波傳感器為計(jì)量的純電子式水表得以應(yīng)用。超聲波智能水表，不會(huì)發(fā)生如水污染、污垢以及老化等影響測(cè)量精度的問題，無須重新校準(zhǔn)，且具有使用壽命長等優(yōu)點(diǎn)，滿足了水務(wù)公司的要求。誠然對(duì)于前期投入，超聲波智能水表的成本比早

6、期的機(jī)械式成本可能較高。但從后期維護(hù)成本對(duì)比、采用新技術(shù)的產(chǎn)品還是匕限劃算的。測(cè)量精準(zhǔn)，數(shù)據(jù)穩(wěn)定，后期維護(hù)量小，壽命長，成本低、抗干擾性強(qiáng)等是測(cè)量器件的關(guān)鍵。3通信模塊在水表中的應(yīng)用隨看城鎮(zhèn)建設(shè)不斷擴(kuò)張、住戶人數(shù)的日益龐大，城市住戶的水表抄表難問題也越來越突出，比如建筑樓層高、入戶抄表難、安裝難等，因此抄表能否通過無線通信技術(shù)來解決，是水務(wù)業(yè)界面臨的新問題。所謂的遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)就是通過通信方式，將采集的數(shù)據(jù)傳輸?shù)讲蓸悠鹘K端中，采集器可以保存相關(guān)水量信息，控制器與采樣終端之間通過自組網(wǎng)等通信模塊接收數(shù)據(jù)，最后傳輸?shù)焦芾砜罩浦行?，管理者通過電腦進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，然后發(fā)送到用戶，這就是遠(yuǎn)程抄表系統(tǒng)的基本工

7、作原理。針對(duì)通信問題，一般采用的辦法有兩種：一種是利用通信公司的基站進(jìn)行搭建使用，需要得到相應(yīng)部門的許可和配合;另一種是自行組建一個(gè)內(nèi)部小型的網(wǎng)站，以少一些制約因素。在現(xiàn)有水表硬件設(shè)施上增加通信收發(fā)單元，是實(shí)現(xiàn)自動(dòng)讀取用水量信息或?qū)崟r(shí)監(jiān)測(cè)水網(wǎng)運(yùn)行狀況智能化的主要應(yīng)用之一，是對(duì)水表智能控制優(yōu)化的主要途徑。在通信方面，目前主要采用下列技術(shù)或芯片技術(shù)。(1)ZigBee技術(shù)。近年來興起的一種傳輸距離短、低功耗、低成本、可以靈活組網(wǎng)的無線通信技術(shù)，適用于數(shù)據(jù)傳輸量小的場(chǎng)合，操作大眾化，ZigBee技術(shù)在某種程度上填補(bǔ)了制作成本低、運(yùn)行功耗低的無線通信市場(chǎng)空缺。(2)窄帶物聯(lián)網(wǎng)(NarrowBandIn

8、ternetofThings,NB-IOT)技術(shù)。物聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域一個(gè)新興技術(shù)，具有支持海量連接、深度覆蓋、低功耗、低成本等優(yōu)點(diǎn)，支持設(shè)備在廣域網(wǎng)的蜂窩數(shù)據(jù)連接，是實(shí)現(xiàn)萬物互聯(lián)的突破性技術(shù)。主要適用于密集型的客戶場(chǎng)合。(3)ATC60A模塊通信技術(shù)。具有自組網(wǎng)無線通信功能，無線遠(yuǎn)傳集抄系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，應(yīng)用靈活，無須布線，安裝維護(hù)便捷、自維護(hù)、全自動(dòng)運(yùn)行，無須人工干預(yù)等特點(diǎn)。(4)藍(lán)牙通信技術(shù)。利用藍(lán)牙短距離通信傳輸?shù)乃{(lán)牙智能水表，非常便捷，它能在不打擾住戶生活的情況下，及時(shí)統(tǒng)計(jì)住戶的用水情況。不用組網(wǎng)，省去了集中器安裝、調(diào)試的麻煩,只需要用戶手機(jī)自帶的藍(lán)牙通信功能進(jìn)行傳輸、在手機(jī)APP里就能實(shí)現(xiàn)用水?dāng)?shù)

9、據(jù)的抄表、繳費(fèi)與存儲(chǔ)等工作。(5)通用分組無線服務(wù)(GeneralPacketRadioService,GPRS)網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控系統(tǒng)技術(shù)。具有數(shù)據(jù)傳輸快等特點(diǎn)。(6)遠(yuǎn)距離無線電(LongRangeRadio,LoRa)通信技術(shù)。具有適合傳輸距離遠(yuǎn)、運(yùn)行可靠性高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)等的特點(diǎn)?？傊?，不管采用何種通信模式，均有各自的優(yōu)點(diǎn)和不足，但力求通信單元自身功耗要低，速率盡可能地快、傳輸數(shù)據(jù)準(zhǔn)確、體積小型化、便于安裝、壽命要長、故障率要低、可組網(wǎng)、用戶量要大、成本要低、支持一般通用技術(shù)操作、使用方便等均是業(yè)界的理想目標(biāo)。當(dāng)然,"魚與熊掌不可得兼"，在相關(guān)指標(biāo)沖突時(shí)可適當(dāng)取舍。4結(jié)語無論是無線組網(wǎng)通信抄表系統(tǒng)還是傳統(tǒng)機(jī)械水表智能化改造系統(tǒng)，都趨向操作簡單化、成本低廉化、智能化的發(fā)展方向。在智能水表設(shè)計(jì)中，對(duì)測(cè)量器件、采集器、轉(zhuǎn)換器和控制器、網(wǎng)絡(luò)等都提出了嚴(yán)格的要求，以確保抄水管理體系的正常運(yùn)行。無線傳輸智能型水表均受到電池問題的困擾，導(dǎo)致其可靠性幽氐。因此,隨著中國企業(yè),如華為公司,在電池領(lǐng)域研究成果的應(yīng)用有望解決這方面存在的難題，相信在不久的將來，智能型水表目前存在的一些不足問題必才條導(dǎo)以解決，抄表控制系統(tǒng)將更加完善。參考文獻(xiàn)陳正峰