浅析ZigBee无线水表自动抄表技术_水表知识_无线远传水表

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浅析ZigBee无线水表自动抄表技术

当前栏目:水表知识日期:2019-04-08 11:34:37浏览量:46

       传统的抄表收费方式中存在着入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等许多弊端,已经不适应现代物业管理的需要。介绍了市场上现有的各种自动抄表系统,分析了各类抄表系统的优缺点,阐述了ZigBee技术的特点,并提出了一种基于ZigBee无线通信技术的无线水表抄表系统。实践表明:该自动抄表系统具有提高工作效率、降低物业管理成本、可以准确及时获得信息等优点,是抄表计费发展的趋势。

浅析ZigBee无线水表自动抄表技术

       对于居民用水的计量收费,最常用的传统方式是抄表收费。但此种收费方式存在许多弊端,如入户麻烦、管理费用过高、存在安全隐患等,已不适应现代物业管理的需要。自动抄表系统具有节省时间、人力、物力,提高工作效率、降低物业成本,可以准确及时地将用户水表数据抄送上来等优点,是抄表计费发展的趋势。

       一。自动抄表系统三大类型

       1.智能卡水表

       通过预付费卡用水,不实行抄表联网。用水单位或个人须在指定购水点(或联网银行)购买一定水量的卡后,在水表内刷卡方能用水,否则将关阀断水,这种方案通过预防费卡内的金额控制用水量。但是,由于智能卡水表不实行抄表,也无联网,供水企业一项重要的经济指标-产销差率无法统计,从而引起供水调度和均衡的难以把握,这是制约智能卡水表普及的一个瓶颈;其次,无论何种原因引起的智能卡水表计量部分或控制部分失灵,由于不存在监控,势必造成供水企业的直接经济损失,也失去了该水表控制用水量的意义,因此这也极大地限制了智能卡水表的普及。并且,出现由于智能卡损坏、或忘记充值等各种主客观非故意拖欠水费因素导致供水中断的现象,从而剥夺非过错居民的用水权的基本权利,使得智能卡水表在国内外颇受非议。

       2.有线自动抄表系统

       1)分线制集中抄表

       每户的水表单独出线连接至数据采集器,然后由数据采集器统一收集与处理数据。分线制自动抄表系统在普通水表的基础上加装传感器件,将机械式读数信号转换成电信号后传送出去,再由数据采集器定时顺序采集来自多路分线连接的水表信号并进行数据处理、存储、故障记录等。各数据采集器可通过RS232口(或红外接口)单独与手持抄表器通信;也可采用总线连接至单元管理机,再由单元管理机与手持抄表器通信进行批量数据的抄录。

       2)总线制集中抄表

       总线制自动抄表系统中使用的水表是一种智能水表,水表本身具有数据计量和处理功能,多个水表通过同一条数据总线将数据传送至中心计算机。每户的水表通过一条总线挂接。手持抄表器或计算机与智能水表进行数据通信,读取水表数据后进行计算。

       以上两种方式,克服了智能卡水表的弊端,但是这两种方式都属于有线,都需要铺设专门的通信电缆,存在布线的问题,使得安装(尤其改装)任务繁重,也存在许多隐患:短路、断路等错综复杂的线路更使得维护工作困难重重,安装以及维护成本全部上升。

       3.无线智能水表

       水表具有数据计量和处理功能,数据通过无线方式实现接收和发送。此类水表无需敷设线路,维护与安装方便,大多数使用国际标准业余无线频率和自制的专用通信协议。但由于单表加装无线收发装置,成本相应提高,并且经常需要更换电池,更因为占用收费的无线频点,还需交纳一定的租金和管理费;此外存在数据通信的安全问题,所以目前家用水表市场上应用很少。

       目前,随着智能“三表”方案的推广,智能水表已经越来越多地走进千家万户,而在上述诸多方案中,无线远传的方案正越来越受到业界的瞩目。

       二.ZigBee技术简介

       1.ZigBee技术概述

        ZigBee技术是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术,主要适合于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备中,同时支持地理定位功能。

       一般而言,随着通信距离的增大,设备的复杂度、功耗以及系统成本都在增加。相对于现有的各种无线通信技术,ZigBee技术将是最低功耗和成本的技术。同时由于ZigBee技术的低数据速率和通信范围较小的特点,也决定了ZigBee技术适合于承载数据流量较小的业务。

       ZigBee技术可采用的拓扑模型有星型、簇状树形和网格(Mesh),如图1所示。

       2.ZigBee技术优点

       该技术有以下特点:

 ①省电:由于工作周期很短、收发信息功耗较低、并且采用了休眠模式,ZigBee技术可以确保两节五号电池支持长达6个月到2年左右的使用时间,不同的应用对应的功耗自然是不同的;

 ②可靠:采用了碰撞避免机制,同时为需要固定带宽的通信业务预留了专用时隙,避免了发送数据时的竞争和冲突。MAC层采用了完全确认的数据传输机制,每个发送的数据包都必须等待接收方的确认信息;

 ③成本低:模块价格低廉,且ZigBee协议是免专利费的;

 ④时延短:针对时延敏感的应用做了优化,通信时延和从休眠状态激活的时延都非常短。设备搜索时延典型值为30ms,休眠激活时延典型值是15ms,活动设备信道接入时延为15ms;

 ⑤节点通信置易于配置;

 ⑥网络容量大:ZigBee可以采用星形、网状、串状结构组网,而且可以通过任一节点连接组成更大的网络结构,从理论上讲,其可连接的节点多达65000个。一个ZigBee网络可以最多容纳254个从设备和一个主设备,一个区域内可以同时存在最多100个ZigBee网络;

 ⑦安全:ZigBee提供了数据完整性检查和鉴权功能,加密算法采用AES-128,同时各个应用可以灵活确定其安全属性;

 ⑧全球通用性和完好的开放性,由于ZigBee标准协议,因此各ZigBee设备间的通信问题将是轻而易举的事情。

       3.与其他无线网络技术比较

       在现场层无线网络中,同样属于无线短程网的IEC802.15.4/ZigBee要比IEC802.15.1/蓝牙更具广泛的应用前景。这主要是基于以下三个原因:ZigBee的应用开发门槛远低于蓝牙,其最复杂的网络协调器节点的软件开发工作量仅为蓝牙节点开发的10%,其最简单的RFD节点的软件开发工作量仅为蓝牙的2%;ZigBee的功耗远低于蓝牙,这是因为就发射的频宽比来讲,ZigBee为0.01,蓝牙为0.99,即ZigBee的发射时间只占其周期的1%,而蓝牙却占99%;ZigBee的网络节点容量远多于蓝牙。

       三.总结

       为了满足小型、低成本设备无线联网的要求,2000年12月IEEE成立了IEEE802.15.4工作组,主要负责制定物理层和MAC层的协议,其余协议主要参照和采用现有的标标准。高层应用、测试和市场推广等方面的工作则由成立于2002年8月的ZigBee联盟负责。ZigBee联盟由英国Invensys公司、日本三菱电气公司、美国摩托罗拉公司以及荷兰飞利浦半导体公司组成,如今已经吸引了上百家芯片公司、无线设备公司和开发商的加入。目前,不少公司提出了构建ZigBee无线水表自动抄表系统,但尚未见到实际产品出现。随着工作的进一步深入,相信不久的将来,可以投入实用的无线抄表系统也将问世。


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