淺談遠程預付費無線抄表系統的設計與應用

更新時間：2021-09-03 點擊次數：1235

李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司

摘要：針對目前人工抄表系統存在的效率低、成本高、使用不方便等問題，本文設計了一種將藍牙技術和ZigBee技術相結合的手持式遠程無線抄表終端系統。本文主要介紹了系統設計的總體架構、工作原理以及實現系統功能的關鍵技術。手持式遠程無線抄表系統對于克服傳統的人工抄表模式的弊端，實現水、電、煤氣管理的自動化具有重要意義。

關鍵詞: ZigBee；無線抄表系統；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，人工抄表系統得到了廣泛的應用。但是，傳統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確數據。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，改進抄表方法，研發(fā)一套高效率、高可靠性、低成本的遠程無線抄表系統對于克服傳統的人工抄表模式的弊端，實現水、電、煤氣管理的自動化具有重要意義。近年來，隨著自動控制技術和計算機通信技術的進步，以紅外、藍牙、GPRS和ZigBee等技術為代表的無線抄表方式相繼出現。*基于 GPRS 技術抄表方案，其設計成本較高，不易推廣；掌上機抄表方案，其只能實現半自動化，且不能實現遠程通信；藍牙技術方案，其功耗大、距離近，比較復雜，組網規(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的發(fā)展趨勢，本文設計提出了一種ZigBee 技術和藍牙技術相結合的遠程無線抄表終端系統，其特點是低功耗、低成本和近距離，并且通信可靠。

1 系統總體結構

本文設計的遠程無線抄表終端系統由五大部分構成：手持終端模塊、上位機模塊、中繼器模塊、數據采集器模塊，如圖1所示。通過Stc15f2k單片機作為表數據的讀取中心，通過程序將表上的數據讀取出來，并且通過串口將單片機與ZigBee模塊1相連接使得ZigBee 模塊1和單片機能夠進行通訊，數據透傳，同時將 ZigBee模塊1和ZigBee模塊2進行自動組網，設置ZigBee模塊1成為發(fā)送端，ZigBee模塊2成為接收端，使得兩端的數據可以互通，再將ZigBee模塊2與藍牙模塊通過串口連接，使得數據可以透傳，通過手機端的藍牙調試助手和藍牙模塊相連，讓手機上可以顯示出相應的讀數。實現手持式遠程無線抄表系統得以實現。

圖 1 系統總體架構圖

2硬件設計

硬件的連接分為電位器到單片機系統，單片機到ZigBee模塊1，ZigBee模塊2到藍牙模塊這三個部分。

2.1 單片機

本系統的采集芯片選用STC15F2K60S2芯片，該芯片價格便宜，溫度適應性好，且單片機本身帶有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，編寫相關程序即可實現相應功能。單片機的ad采樣是無線遠程抄表系統的數據采集過程。ad采集的數據將從串口發(fā)送給 ZigBee模塊1，從而進入數據傳遞系統。

2.2 ZigBee模塊及藍牙

ZigBee技術是廣泛被應用于自動控制領域的一種基于短距離、低速率、低復雜度，低功耗以及低成本的雙向的無線通信技術。此技術工作在2.4GHz ISM頻段，可以達到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，分別提高相應的發(fā)射功率和接收靈敏度傳輸距離可高達幾百甚至上千米。藍牙技術是一種用來實現數據和話音之間的無線傳輸開放性的規(guī)范，藍牙這種無線通信技術支持點到點、點到多點的短距離通信，而且成本低廉。藍牙技術其數據通信優(yōu)勢相比其它協議較為明顯，但由于其傳輸距離比較近的不足，因此單純的藍牙技術在遠程控制方面應用不多。ZigBee網絡理論上可以容納65000多個節(jié)點，而藍牙不超過8個，由于一般的無線傳感網絡需要節(jié)點較多，所以這一點ZigBee也相對具有較大優(yōu)勢。雖然藍牙技術在數據傳輸速率上比ZigBee技術大得多，但ZigBee 250kbps的數據傳輸速率對于無線抄表系統來說已經足夠，反觀藍牙功耗大，造價高成為制約其應用于無線抄表的主要障礙。

3 系統軟件設計

主程序由單片機ad讀取程序、ZigBee模塊1的數據發(fā)送程序、ZigBee模塊2的數據接收程序、手機端的數據接收程序組成。由于藍牙模塊為透傳功能模塊，所以不需要編程，手機端程序在各大應用市場可以下載，所以對這兩個不做深入研究。主要研究單片機ad讀取程序、 ZigBee模塊1的數據發(fā)送程序、ZigBee模塊2的數據接收程序這三個程序。由于表單元處理并不在此次設計的計劃范圍之內，所以設計可整體描述為：電位器模擬智能表單元，單片機定時去讀取電位器上的ad值并將數據轉化成 0-9999之間的整數，通過串口傳輸給 ZigBee模塊1，ZigBee模塊1與ZigBee模塊2之間通過P2P連接，將數據通過ZigBee網絡傳給ZigBee模塊2，ZigBee模塊2與藍牙模塊通過串口相連，同時藍牙模塊與手機藍牙相連，數據到達手機上，通過藍牙調試精靈顯示。

4 安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

4.1 系統方案

系統為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列，實現電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統，達到先交費后用水的目的，剩余水量用完自動關閥。

4.2 系統功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成，通過通信網絡完成系統到表的充值、查詢、監(jiān)控、控制及短信報警等功能。
本系統適用于一些大集團和大物業(yè)，往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理，面臨著數據公網傳輸，財務操作分散，在線支付，總部財務扎口等復雜的需求。