上海兆富低电压微功率无线抄表方案

一、项目背景
       随着人们的生活水平不断提高，老百姓对生活环境提出了更高的要求；在政府政策的鼓舞下，家居智能化得到了高速的发展。作为智能化产业链中的一环——智能抄表系统也同时得到了蓬勃发展。传统的手工抄表方式费时、费力，准确性和及时性得不到保障，且会出现抄表员与用户一些不愉快的尴尬局面，这已经不适应社会的发展需求了。这样也对抄表提出了更高的要求，为此我们提出了新的抄表方案——无线抄表。 目前小区抄表基本有两种数据传输方式，有线数据传输和无线数据传输。如果用有线来传递数据，技术简单、成熟，易于实现；但施工布线工作量大，网线易受人为破坏，线路损坏后，故障点不易查找。如果使用无线系统，施工很简单，系统好维护，故障好查找，因此无线抄表将成为抄表方式的发展主流。该方案主要针对小区居民电表的抄取。

二、 系统的分析与构建
系统组成：该系统在用电村或小区内组建的是四级抄表网络，分别如下：
 

电表：是系统的第一级设备，是用户用电量原始数据来源；
抄表终端：是系统的第二级设备，最多可以采集16只电表的电量，每个抄表终端内置有无线通信模块；
手持抄表器：是系统的第三级设备，每一个手持抄表器内置有无线数传模块，可以根据指令与抄表终端通讯，取得抄表终端的电表信息；
管理中心计算机：是系统的最后一级，抄表人员将手抄机上的电表数据倒入计算机，进行统计分析；
无线抄表系统的构建：主要是无线网络的构建，整个系统分为三个部分：数据采集部分，无线组网部分和数据管理部分。
1、数据采集部分：
      数据分为命令数据和采集到的读数，在整个系统中数据的传输都是以数据包的形式往外传，命令包的传输方向与读数数据包的传输方向相反。
      数据采集是指读取电表的数据，通过一定的传输方式把数据传输到数据管理端。数据采集器通过RS485总线与本层楼的各个电表连接，每个采集器装有一个无线数传模块，其采集到的数据通过无线数传模块往外发送。其示意图如图1所示：
 

图1
2、无线组网部分
专有名词解释：
      上位机、下位机：是根据命令数据包的传输方向决定的，例如：A发命令给B，B接收到命令后就回传数据给A，则A为B的上位机，而B为A的下位机。
       无线组网又分为两个部分的无线网络：楼内部网络和基站网络。整个网络采用树型结构的组网形式。
      无线网络采用地址关联、树型结构的组网方式。每个无线装置都有唯一的本机地址和唯一的上位机地址。每个数据包都带有地址，其地址决定着数据的传输方向，是往上传还是往下传。当往下传时接收端接收到的数据包里的地址与上位机地址相同，当往上传时数据包里的地址就跟本机地址相同。当接收到数据包要转发时，则对数据包进行重新打包发送出去，便于下一接收者辨认。
2． 1  楼内部网络：
      楼内部网络是指一栋楼里面每层的采集器之间的无线组网，每个采集器都有其唯一的地址，作为与上下级通信的身份证明以及便于故障的定位和排除，是组成网络的缆绳。
每层楼的采集器通过无线传输装置直接把数据发给本栋楼基站，最后由基站发送出去。如果采集器与基站不能够直接通信的，就采用中继转发。网络遵行链路越短越好的原则。其数据传输如图1所示。
2． 2  基站网络：
       基站网络是指楼宇与楼宇之间的无线网络。每栋楼的顶部都装有一个基站，用于传输本栋楼采集到的数据和转发其它楼宇的数据。每个基站都有其唯一的地址，并且知道其上位机地址。上位机是唯一的，而下位机可以为多数。网络遵行链路越短越好的，能够直接到达的不采用中继。其组网示意图如图2所示：
 

图2
图2所示的基站网络的树型图如图3所示：
 

图3
2．3  手持机
      手持机是连接小区与管理部门的桥梁，手持机以无线的形式从小区总站下载数据并保存，然后利用有线把数据转存到管理部分PC机里，管理部分还可以利用手持机在总站处发出抄表、阀控等指令，通过总站把指令传给基站网络直至下达到每个计量表，使得计量表作出相应的操作。
手持机的另一个用途就是设定系统中的所有无线装置的地址。具体设定的方法在下文会介绍。

2．4  地址的设定
     每个无线装置都有两个地址，一个是本机地址，一个是上位机地址，这两个地址都可以任意的设定，设定好后可以永久的保存，也可以修改。
     地址设定方法：首先启动相应地址设定功能（本机地址设定和上位机地址设定），然后通过手持机或者其它的无线装置发送地址设定命令和要设定的相应地址。
3、数据管理部分
       抄表员只需要到每个小区的总站处把数据下载手持机上，然后利用手抄机通过有线把数据下载到PC机上，PC机通过数据库对采集到的数据进行有效管理。管理数据库利用我们公司自己设计的三表数据采集及管理系统。

三、 无线模块
      无线模块选用由我们公司自主开发的无线远程数传模块ZF-02，（模块具有自动避让功能，当监测到有模块在发送数据时，它自己就不发送，直到监测无其它模块发送数据才启动发送功能发送要发送的数据，避免了干扰现象。）无线模块是连接在采集器和基站上的，用于采集电表的读量并存储等待发送，模块大部分时间处于睡眠状态，但每阁一段时间自动醒来，检测外界是否有唤醒信号（主要用于采集器抄取数据），如果检测到唤醒信号，它将被唤醒并等待下一指令，执行相关操作。如果没有唤醒信号，则又进入睡眠状态。这样一来，无线模块的功耗就非常低，如果采用电池供电，可以达到1~3年。
技术参数：
发射功率：10mW
接收灵敏度：-112dbm
接收电流：≤17mA
发射电流：≤35mA
空旷距离：300m—500m
供电方式：3.3v-5v
频率：免费频段（433-480MHZ）
工作温度：-40-80度
工作湿度：20%-80%无冷凝

四、 通信协议
       在系统中，无线模块与计量表之间的通信协议和数据格式是按照《中华人民共和国城镇建设行业标准（CJ/188—2004）——户用计量仪表数据传输技术条件》来通信和定义的。

五、 抄表系统后台软件以及特点：
对收集上来的电表数据进行分析处理。
电费管理功能：电费结算、电量汇总、线损计算。
电表管理功能：开户、销户、换表。
查询功能：电量查询(按月、按年、按电表、按单位)等。
打印功能：各种表格打印(公布榜、台帐、各种查询、报警等)。
异常数据分析报警功能：零用户汇总、异常用电户(即：用电量波动大)分析报警。
      与电业局信息管理系统数据交换功能：收集上来的电表数据可以上传给电业局信息管理系统进行集中处理。