光电水表抄表系统研究及电路设计
[Keywords]: meter reading system; bus system; remote meter; acquisition目录
引言 1
一 、远传抄表系统的概述及选择 2
二、总线制抄表系统的结构设计 3
（一）整体结构 3
（二）管理系统 3
（三）集中器的作用 4
（四）抄表网络及总线选择 4
（五）中继器的功能和选择 6
（六）基表与采集模块 6
三、液封式光电直读水表 6
（一）基表概述（旋翼式） 6
（二）采集设计 7
四、电路设计 8
（一）设计的流程及说明 8
（二）采集电路 9
（三）电源电路 11
总结 12
谢辞 13
参考文献 14
引言
过去，人工抄表费时费力，效率低下，有很多不尽人意的地方，例如收费的困难，收费纠纷很多，供水管理存在很多的问题。于是国内很多企业还有研究机构对智能网络远传水表系统的研发投入了很多精力。初期的时候由于故障较多，第一次普及失败了，随后许多企业吸取了教训，顺着科技的发展，努力研发，才有了今天的成果。如今它能够在一体上实现自动检测、自动控制、自动计数、自动报警等功能，使得供水部门便于管理，解决了不少用水纠纷，缴费矛盾等。
虽然新研发出的远程水表系统功能强大，但是成本却也不低。首先程序员要编写一套完善的程序，然后给用户安装远程表前需要排线，装一些集中器，控制器等。由于有些系统中的水表采用的是锂电池，有时会出现用了几年会没电的问题，所以投入使用后经常要去维修，成本也相应的提高了，因此研发高效的系统一直是热门 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
话题。
当今有两种系统比较普及，一种系统是智能网络远传水表系统，另一种是智能卡式水表系统，其中智能网络远传水表系统目前又分为两种抄表方式，一种是分线制集中抄表，另一种是总线制智能抄表，两者各有优缺点。智能卡式水表系统则比较简单，它所需要的只是普通的水表，只需加上数据采集模块、电源、控制用的电磁阀即可，缴费、用水等都由智能卡来解决，也是很多公司推广的。由于本文研究的是智能网络远传水表系统，因此后文不再提及。
远传水表（electronic remote-reading water meter）是整个系统的基层部件，由基表和电子装置构成。配合上采集器、集中器、主站、线缆来构成一个远传水表网络。不同结构的远传水表其工作方式也不同，用工作方式可以有几种分类：按机电转换方式，基表形式，安装环境等。
本文所研究的便是远传水表系统网路以及水表的工作方式的设计。一 、远传抄表系统的概述及选择
目前，本市远程抄表的区域远大于人工抄表的区域。智能网络远传水表系统里有两种抄表方式，分线制集中抄表和总线制智能抄表。分线制集中抄表(如图1-1)是通过采集器按时间的顺序来采集多路分户线上水表的信号，再进行数据处理和存储。各个采集器之间用总线连接起来，最后汇总至计算机。这种模式虽然从技术上来讲较为成熟，制造成本也比较节约，但是从实际角度来看，还是有很
图 1-1 分线制抄表方式
大缺点的。首先，水表的每次计量信号到达采集器前要通过很长距离的分户线，中间任意一个环节的漏洞都能让采集器得不到数据，并且在铺设的时候由于任务繁重，线路复杂会导致很多隐患，如断线，短线等，这让后面的维护工作变得困难。其次，采集器都是安装在现场的，专业人员要经常要去调试和维护，随着普及度的增加，专业人员的数量也要增加，这使得费用提高了。还有，这种抄表方式的风险很大，采集器如果掉电或有别的故障可能会导致这个采集器上的所有数据丢失，集中抄表的风险不能分散出来，这和集中管理，分散控制的测控系统的设计相违背。相比而言，总线制的抄表方式用的水表是把采集和计数工作单元都装在密封的水表内，所以，数据的采集、处理、存储等工作都是由水表本身来完成的。计算机不参与底层的数据采集，仅进行通讯联系，这样外界因素对计量的影响就消除了。还有，引出的总线的通、断不会影响到单表数据的采集和保存（最多影响数据的读出），不需要重置，还能继续读出水表的真实读数，该方式的安全性和稳定性很可靠。比起分线制集中抄表，总线制的总线只需和每个表挂接，减少了大量繁琐的布线以及后期调试和维护的繁重工作。结构的简单也方便更高层次的的设计，如和其他系统（电表，天然气表）共享连接的网络设计，给予了用户方便，完善的配套服务。
总线制方式也有缺点，因为总线制使用的水表内有单片机和后备电源，成本较高，普及的速度会慢一些，由于它的风险较小，因此总线制系统成为了一个大势，到现在，大部分抄表系统都换成了总线制了。总线制的布线只需按照通讯电缆的颜色一一对应即可，施工及维护方便。一个小区的水表网络只有总线制只读水表节点处需要电池供电，大部分设备平时无需电源，只需要在抄表的瞬间短暂提供电力即可，使得水表网络对外部电源的依赖减少了，有效的降低了系统维护费用，也消除了外部电源带来的安全隐患，系统的兼容性好，还可以根据用户的要求，对不满意的进行更换。
二、总线制抄表系统的结构设计
（一）整体结构
总线制结构简单（如图2-1），水表采用四线方式，两根电源线两根信号线，自带采集功能，一幢楼的所有用户的数据都会发送到这幢楼的中继器上（图2未画出），中继器连到总线制系统网络上，整个结构网络的传输线一般采用的是RS485总线（也有M-BUS总线），一个区域数据汇集到集中器，再由集中器联网把数据发送至供水管理部门。
图 2-1 总线制抄表方式
（二）管理系统
管理层是系统的控制中心，需配备水表的集抄系统管理软件：一个建在Sysbase SQL Server数据库系统上的管理系统。从功能上来分可分为三个模块。第一个是通信模块，其次是管理模块，最后是输出模块。
通信模块涉及与集中器的通信及部分数据的处理，该模块要抄收集中器汇总的数据，还要对集中器进行远程操作，初始化或设置等。这是管理系统的基础，所有数据都来自这一模块，对下层的控制也由它完成。
管理模块是改管理系统的核心部分。这里对采集的数据进行管理，能看到用户的用水情况，能具体到每个水表，根据这些信息能知道每户居民的的月用水量、历史用水量、水费等信息。
输出模块用来输出各种表单，原理并不复杂。在实际中需要的表单多种多样，要根据不同的需要来输出不同的表单，实现自动化。
（三）集中器的作用
集中器作为整个系统中的中间层，它是整个系统的通信桥梁，它一方面要接收上层系统的各种指令完成各种设置，有时还要传达给下层的基表部分；另一方面它要把下层传来的各种数据汇总再上传给管理系统，同时还得协议转换，智能化的实时管理基表。集中器是系统的中枢，它质量的好坏影响了整个抄表系统的水平，集中器的通信效果不仅在于硬件的问题，还在于通信规程及应用软件的纠错能力。因此，选择集中器时要有以下具体功能：
1.参数设置：能够远程进行设置参数、抄表时间、日期、间隔及初始化功能，并且能够和上层进行时间校准。
2.数据处理：能够在上传的数据中带有标签信息，如日期，地点，准确度等。
引言 1
一 、远传抄表系统的概述及选择 2
二、总线制抄表系统的结构设计 3
（一）整体结构 3
（二）管理系统 3
（三）集中器的作用 4
（四）抄表网络及总线选择 4
（五）中继器的功能和选择 6
（六）基表与采集模块 6
三、液封式光电直读水表 6
（一）基表概述（旋翼式） 6
（二）采集设计 7
四、电路设计 8
（一）设计的流程及说明 8
（二）采集电路 9
（三）电源电路 11
总结 12
谢辞 13
参考文献 14
引言
过去，人工抄表费时费力，效率低下，有很多不尽人意的地方，例如收费的困难，收费纠纷很多，供水管理存在很多的问题。于是国内很多企业还有研究机构对智能网络远传水表系统的研发投入了很多精力。初期的时候由于故障较多，第一次普及失败了，随后许多企业吸取了教训，顺着科技的发展，努力研发，才有了今天的成果。如今它能够在一体上实现自动检测、自动控制、自动计数、自动报警等功能，使得供水部门便于管理，解决了不少用水纠纷，缴费矛盾等。
虽然新研发出的远程水表系统功能强大，但是成本却也不低。首先程序员要编写一套完善的程序，然后给用户安装远程表前需要排线，装一些集中器，控制器等。由于有些系统中的水表采用的是锂电池，有时会出现用了几年会没电的问题，所以投入使用后经常要去维修，成本也相应的提高了，因此研发高效的系统一直是热门 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ^3^5^1^9^1^6^0^7^2^*
话题。
当今有两种系统比较普及，一种系统是智能网络远传水表系统，另一种是智能卡式水表系统，其中智能网络远传水表系统目前又分为两种抄表方式，一种是分线制集中抄表，另一种是总线制智能抄表，两者各有优缺点。智能卡式水表系统则比较简单，它所需要的只是普通的水表，只需加上数据采集模块、电源、控制用的电磁阀即可，缴费、用水等都由智能卡来解决，也是很多公司推广的。由于本文研究的是智能网络远传水表系统，因此后文不再提及。
远传水表（electronic remote-reading water meter）是整个系统的基层部件，由基表和电子装置构成。配合上采集器、集中器、主站、线缆来构成一个远传水表网络。不同结构的远传水表其工作方式也不同，用工作方式可以有几种分类：按机电转换方式，基表形式，安装环境等。
本文所研究的便是远传水表系统网路以及水表的工作方式的设计。一 、远传抄表系统的概述及选择
目前，本市远程抄表的区域远大于人工抄表的区域。智能网络远传水表系统里有两种抄表方式，分线制集中抄表和总线制智能抄表。分线制集中抄表(如图1-1)是通过采集器按时间的顺序来采集多路分户线上水表的信号，再进行数据处理和存储。各个采集器之间用总线连接起来，最后汇总至计算机。这种模式虽然从技术上来讲较为成熟，制造成本也比较节约，但是从实际角度来看，还是有很
图 1-1 分线制抄表方式
大缺点的。首先，水表的每次计量信号到达采集器前要通过很长距离的分户线，中间任意一个环节的漏洞都能让采集器得不到数据，并且在铺设的时候由于任务繁重，线路复杂会导致很多隐患，如断线，短线等，这让后面的维护工作变得困难。其次，采集器都是安装在现场的，专业人员要经常要去调试和维护，随着普及度的增加，专业人员的数量也要增加，这使得费用提高了。还有，这种抄表方式的风险很大，采集器如果掉电或有别的故障可能会导致这个采集器上的所有数据丢失，集中抄表的风险不能分散出来，这和集中管理，分散控制的测控系统的设计相违背。相比而言，总线制的抄表方式用的水表是把采集和计数工作单元都装在密封的水表内，所以，数据的采集、处理、存储等工作都是由水表本身来完成的。计算机不参与底层的数据采集，仅进行通讯联系，这样外界因素对计量的影响就消除了。还有，引出的总线的通、断不会影响到单表数据的采集和保存（最多影响数据的读出），不需要重置，还能继续读出水表的真实读数，该方式的安全性和稳定性很可靠。比起分线制集中抄表，总线制的总线只需和每个表挂接，减少了大量繁琐的布线以及后期调试和维护的繁重工作。结构的简单也方便更高层次的的设计，如和其他系统（电表，天然气表）共享连接的网络设计，给予了用户方便，完善的配套服务。
总线制方式也有缺点，因为总线制使用的水表内有单片机和后备电源，成本较高，普及的速度会慢一些，由于它的风险较小，因此总线制系统成为了一个大势，到现在，大部分抄表系统都换成了总线制了。总线制的布线只需按照通讯电缆的颜色一一对应即可，施工及维护方便。一个小区的水表网络只有总线制只读水表节点处需要电池供电，大部分设备平时无需电源，只需要在抄表的瞬间短暂提供电力即可，使得水表网络对外部电源的依赖减少了，有效的降低了系统维护费用，也消除了外部电源带来的安全隐患，系统的兼容性好，还可以根据用户的要求，对不满意的进行更换。
二、总线制抄表系统的结构设计
（一）整体结构
总线制结构简单（如图2-1），水表采用四线方式，两根电源线两根信号线，自带采集功能，一幢楼的所有用户的数据都会发送到这幢楼的中继器上（图2未画出），中继器连到总线制系统网络上，整个结构网络的传输线一般采用的是RS485总线（也有M-BUS总线），一个区域数据汇集到集中器，再由集中器联网把数据发送至供水管理部门。
图 2-1 总线制抄表方式
（二）管理系统
管理层是系统的控制中心，需配备水表的集抄系统管理软件：一个建在Sysbase SQL Server数据库系统上的管理系统。从功能上来分可分为三个模块。第一个是通信模块，其次是管理模块，最后是输出模块。
通信模块涉及与集中器的通信及部分数据的处理，该模块要抄收集中器汇总的数据，还要对集中器进行远程操作，初始化或设置等。这是管理系统的基础，所有数据都来自这一模块，对下层的控制也由它完成。
管理模块是改管理系统的核心部分。这里对采集的数据进行管理，能看到用户的用水情况，能具体到每个水表，根据这些信息能知道每户居民的的月用水量、历史用水量、水费等信息。
输出模块用来输出各种表单，原理并不复杂。在实际中需要的表单多种多样，要根据不同的需要来输出不同的表单，实现自动化。
（三）集中器的作用
集中器作为整个系统中的中间层，它是整个系统的通信桥梁，它一方面要接收上层系统的各种指令完成各种设置，有时还要传达给下层的基表部分；另一方面它要把下层传来的各种数据汇总再上传给管理系统，同时还得协议转换，智能化的实时管理基表。集中器是系统的中枢，它质量的好坏影响了整个抄表系统的水平，集中器的通信效果不仅在于硬件的问题，还在于通信规程及应用软件的纠错能力。因此，选择集中器时要有以下具体功能：
1.参数设置：能够远程进行设置参数、抄表时间、日期、间隔及初始化功能，并且能够和上层进行时间校准。
2.数据处理：能够在上传的数据中带有标签信息，如日期，地点，准确度等。
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