基于nRF905的無線水表自動抄表系統設計

摘要：論述了目前無線自動抄表技術的發展狀況，系統采用nRF905構建無線通信模塊，實現了無線方式的自動抄表，解決了人工抄表費時費力的現狀。文章闡述了無線水表自動抄表系統硬件和軟件設計方法，采用有效的低功耗設計方案，解決了電池使用壽命低的問題；通過構建合理的通信協議，保證了通信的可靠性。系統模塊設計具有通用性，適用于各種近距離無線數據傳輸領域，具有較高的實用價值。
關鍵詞：水表自動抄表；無線通信；nRF905；通信協議

全國大部分新建居民小區除了引用綠色生態的概念外，還在整體設計中引進了智能化居住小區的理念，以提高居民的生活質量，自動抄表系統也是智能化居住小區的一個重要技術環節，住宅遠傳系統是信息技術發展的一個大趨勢，無線水表抄表系統正是其中的一個重要部分。
目前集中器跟主站之間的通信技術已經成熟，關鍵技術就在于集中器與各個模塊之間的通信。其主要的通信方式有：RS-485總線方式、電力線載波方式、無線方式、紅外方式。根據我國的區域不同以及建筑特點的不同這幾種通信方式必將共存一個時期。電力線載波方式在傳輸可靠性方面的問題很長一段時期內還不能很好的解決，這種方式也不太適合我國電網；紅外方式也不能適應智能化小區的要求，仍然費時費力；無線方式則以安裝和維護難度低、很好的滿足智能化需求而倍受推捧，雖然還沒有被大范圍普遍應用，但是無線抄表是將來發展的一個必然趨勢。

1 概述
1．1 無線水表抄表系統簡介
無線水表抄表系統是水表單元定時或者定量的將用戶用水量以無線傳輸方式發送到某固定站點，然后在由抄表終端或者GPRS等方式集中抄走的一種自動化集中抄表系統。它比傳統的手工抄表相比有如下優勢：1)工作效率上得到極大的提高，并且保證數據準確可靠。2)能及時的發現水表故障，減少損失。3)系統運行成本低，大大減少了手工抄表所用的人力物力、出車等費用。4)抄表時間靈活，不受用戶制約，避免了手工抄表員入戶難的問題。5)具有自動報警功能，及時發現非法用水和盜水等現象。
1．2 工作原理
無線遠傳水表正常狀態下工作在低功耗模式，CPU休眠、無線傳輸模塊關閉，電流消耗幾乎為零，采用定量發送的工作模式，即當水表的電子計數每積累到一定量的時候(比如100升)，水表電子單元CPU被喚醒，然后開啟無線傳輸模塊，轉到工作模式并且處于發射狀態，此時水表的數據更新，水表電子單元將當前的水表脈沖計數發送給數據集中器，發送完畢后，繼續恢復到正常待機狀態的低功耗模式。水表采樣標準的脈沖信號，可以適合任何一種采用脈沖傳感器式的水表基表(偉根式傳感器或干簧式傳感器)。
1．3 技術難度
同樣是無線抄表系統，相對于電表而言，水表的抄表系統存在更多的技術難題，這主要體現在抄表終端的設計上。歸納起來，水表的抄表終端必須解決以下幾個方面的問題：
1)供電 由于水表的抄表終端采用電池供電，因此，對功耗要求非常苛刻，經常性的更換電池也是不現實的。一般而言，電池的使用時間至少要達到5年，這取決于電池的容量、設備的耗電情況、設備的運行要求等等因素。
2)仿水水表所處的特殊環境總是與水、潮濕分不開的，因此，抄表終端必須在防潮、防水方面仔細考慮，要能夠在這樣的環境下長時間正常工作。
3)成本 無論是家庭用戶，還是企業用戶，抄表終端的成本始終是繞不開的話題，特別是家庭用戶，對于成本更為敏感。這里的成本包括兩個部分：第一，一次性改造或者安裝的成本；第二，系統的運行成本。最好的方案應當是一次性投入的成本盡可能低，運行成本沒有或者非常低。
4)對水表的故障檢測 人工抄表除了抄讀水表讀數外，同時還擔負著檢查水表工作是否正常的任務。如果改為自動抄表系統，那么該系統應當也具備對水表故障的自動檢測功能。當然，這需要水表與抄表終端的配合才能實現。
5)計量的準確性、通信的可靠性 這是無線抄表系統的最基本的要求，但同時又是不很容易解決定問題。因為無線通信很容易受到一些金屬、房屋結構的屏蔽，還有一些無線信號頻率相近的電波干擾問題。這需要將硬件設計、軟件設計以及現場配置綜合起來考慮，將系統通信可靠性能達到最高。
6)通信協議及數據安全 目前沒有一個通用的無線通信協議出臺，這樣不同的無線設備就不能做到相互兼容，需要自己定義一個比較合理的通信協議；另外無線通信的頻段相對較為固定，很容易被檢測到，這就需要在數據安全方面加強防范措施。

2 國內外發展概況
國外已經有了無線抄表系統的應用，大部分已經發展的很成熟，但是國外產品在國內應用還很少，目前已經有一些國外產品在國內打市場，也有一些國內代理，比如法國CORONIS公司的WAVENIS技術，其技術含量較高，性能比較好。
當前我國住宅遠傳系統是信息技術發展的一個大趨勢，目前已經形成了一個專門的行業，就像電視電話一樣，在國內存在著巨大的市場，面對這塊“大蛋糕”，國內一些企業爭先恐后的加入，但是系統的可靠性和兼容性還不夠完善，大部分遠傳產品還不能做到跟基表同樣長的使用壽命，產品使用年限到達后如何解決也是一個問題。
在水行業的信息化過程中，戶表數據的自動抄送具有十分重要的意義，也是行業單位想要迫切解決的問題，水表數據的準確性、及時性直接影響到行業單位的信息化水平、管理決策、經濟效益。傳統的手工抄表費時、費力，準確性、及時性等都得不到可靠的保證，特別對于地域廣闊、戶表分散的地區，人工抄表更是費用高昂、效率低下，行業的實際需求催生著自動抄表系統的出現。