远程无线抄表解决方案.docx

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远程无线抄表解决方案

远程无线抄表解决方案

--北京华荣汇通信设备有限公司

一、引言

传统的抄表方式是人工登门抄表，人工核算，人工收费，带来的是手续繁琐，统计工作

量大，抄表不准确等问题。

随着人们生活质量的提高，以及建设部关于建立全国住宅小区智

能化技术示范工程文件的下发，抄表方式正逐渐向IC卡预付费和远程抄表方式转变。

IC卡

预付费方式虽然实施方便，但有用户预付费，卡槽易污染，卡易磨损的缺点。

远程抄表方式

能够克服传统方式和IC卡式的不合理性，让抄表更准确，更合理，更适合智能小区的发展需

求，将是三表的发展方向。

由于我国住房的发展和物业管理的水平很不协调，目前国内大量的现有住房还没有做过

远程抄表处理，如果采用国外类似的布设专用有线网络实现远程抄表的方案，那么光重新布

线就会带来投资规模大、住户报怨、维护困难等问题，并且施工时间也比较长。

目前的技术水平，还不可能做到使用低成本、低功耗的RF设备，直接将抄表数据自动远

传到水、气、电的管理部门或小区物业中心。

依照中国的国情，理想的方案当然是采用廉价

的双向电力线载波抄表并可控制的方式，但低压电力网的衰减特性极其复杂，并且是在不断

变化着的，虽然国内外的广大科研人员都在坚持不懈地苦苦探索，但廉价的扩频电力载波解

决方案达到实用的程度还需要一个不短的时间。

针对以上情况，北京华荣汇通信设备有限公司提出了一种基于无线传输与有线网络结合

的远程抄表数据传输解决方案。

二、方案简介

北京华荣汇通信设备有限公司的远程抄表数据传输方案主要由用户端的带无线数传功能

的计量表、敷设在户外或楼道内的带无线数传功能的有线终端（集中器）以及楼道内的有/无

线通信网络、楼宇之间的无线（或有线）通信网络及三表管理部门或小区物业的管理控制中

心几大部分组成，如下图1所示：

图一

华荣汇公司抄表方案的突出优势：

1．解决由于布线带来的各种难题；

2．灵活，可扩展；

3．低功耗，低成本；

4．保密性（高频载波）；

5．环保（无线发射功率低）；

6．密封，防破坏。

其中，计量数据从计量表到集中器的无线通信既可以采用无线单工方式，也可以用双

工方式。

单工方式主要的特点是成本低廉、设计简单、功耗小、没有控制功能。

双工方式主要的特点是成本相对较高，设计较复杂，功耗较大，具备控制功能。

文本框:

三表数据文本框:

三表数据文本框:

三表数据文本框:

集中器文本框:

住户A文本框:

住户C文本框:

住户B文本框:

专用网络文本框:

Modem文本框:

管理中心文本框:

小区物业文本框:

Modem文本框:

Modem文本框:

TX500/RX500文本框:

电信网文本框:

TX500/RX500

方式一、广播（单工）式抄表方案

此方式是单工定时间歇发送的工作方式，计量表数据保存在单片机中，单片机通过无线

发射模块（如TX100）按预定时间间隔定时发送数据，集中器上有无线接收模块（如RX100），

收到数据后经后续网络上传至管理控制中心。

如图2

图2：

广播式无线抄表方案

图3：

广播式无线抄表方案时序图

广播式抄表的特点：

..低成本

例如我公司的TX100无线发射模块零售价格为￥20.00，RX100无线接收模块价格为

￥60.00。

对于80年代老居民楼三表改造，一般每层楼有3户，假设每户有3块表，则用于

无线传输部分的成本为：

（20.00×3×3+60.00）/（3×3）≈￥26.67元/表（零售价格）

..可靠性高

假如我们将发送时间间隔设为TBS=600秒（当然可以设得更长，这里只是为后面的计算

公式提供一个数据），即每10分钟发送一次计量表的数据，则数据接收器每10分钟得到一次

数据。

即使由于干扰而有误码致使有线终端丢弃这一次误码数据，有线终端还可以在下一个

10分钟后收到新的计量数据。

我们建议每小时发送2－3次数据，以使管理部门可以得到具

体到每天的能源消耗，以便作出基于天或基于时段的能源消耗量分布，对能源的组织和管理

可以提供帮助。

文本框:

En文本框:

Rx100文本框:

文本框:

计量表内的单片机文本框:

发送时间间隔TBS文本框:

发送数据文本框:

发送数据文本框:

TDW文本框:

Tx100文本框:

Battery

文本框:

集中器文本框:

..低功耗的保证

下面我们通过一个具体的计算过程说明广播方式的低功耗保证。

我们假设无线通讯速率

设为2000bps，所发数据为N个字节（注：

此N个字节的数据包括表的标识和表的读数）。

则：

TDW=（10×N）/2000＝N/200s;

已知Tx100的工作电流：

IED1=20mA（发送数据“1”）

IED0=4.4mA（发送数据“0”）

IEDi=3μA（待机方式）

得射频部分功耗：

IRF=（（IED0+IED1）×TDW）/（2×TBS）+IEdi

=（（4.4+20）×N/200）/（2×TBS）+IEdi

=（61×N）/TBS+3μA

取TBS=600秒（当然也可以由进位脉冲唤醒发送）,N=8

IRF=（61×8）/600+3=3.813μA①

再有：

假设我们采用的单片机为PIC18F4320，则

IMCU=8μA（PIC18F4320的平均工作电流）②

IBAT=3-4μA（电池漏电流）③

式①②③的总和就是系统的总耗电电流。

Icc=IRF+IMCU+IBAT<4+8+4=16μA

其中无线通信部份消耗的电流占总电流的百分比小于25%。

普通电池的电量一般在800mAh左右。

所以系统的使用寿命将在：

T＝（800×103）/（16×24×365）=5.7年

..冲突的避让

由于我们采用同频多发单收方式，自然就存在表之间的同频干扰问题，如下图4所示：

水表

煤气表

图4：

广播方式冲突时序图

图中阴影部分时段内无线接收部分数据将因发送端的冲突而产生误码，如果在发送端不

加处理，并且每块表的发送间隔相同，显然，一旦发生冲突，则无线接收端将再无法接收正

确的数据。

实际应用中可以采用随机变动发送间隔TBS的方法来解决这一问题，即表的每次发

送间隔都不一样，是随机变化的。

虽然也会有冲突发生，但通过相应的算法或采用LC震荡

产生不稳定的时序，可大大降低冲突发生次数的概率，从而能够满足抄表的需要，如下图5

所示：

图5：

广播方式冲突解决方案

..实时性较差

为了保证低功耗，往往将数据传输间隔设置的比较长，这样导致数据的实时性不好，但

按照国家政策三表数据可以以月为时间单位采集，那么上例中10分钟的延迟是完全可以接收

的。

文本框:

ΔT文本框:

发送时间间隔TBS文本框:

TDW

方式二、查询（双工）式抄表方案

此方案是无线半双工主从查询工作方式，三表数据保存在单片机中，无线接收器收到管

理控制中心的数据查询请求后，无线广播地址，三表上的接收模块处于间隙工作姿态，在收

到正确地址信息后起到发射模块将数据传给无线接收器，再由有线终端经后续网络上传至管

理控制中心，如下图6所示：

图6：

查询式无线抄表方案

Data

表.REN

表.TEN

有线终端

图7：

查询式无线抄表方案时序图

查询式抄表的特点：

..成本相对比较高

仍以每层3户，每户3表的旧楼改造为例，用于无线传输部分的成本：

（80.00×3×3+80.00）/（3×3）≈￥88.89/表（零售价格）

单从成本方面来看，查询方式要比广播方式高了不少。

..稳定性相对比较差

由于双工无线通讯过程相对单工方式要复杂一些，传一次数据要有至少两次无线传输。

文本框:

计量表上的单片机文本框:

文本框:

集中器文本框:

Battery

文本框:

Rx100文本框:

Tx100文本框:

TEN文本框:

Rx100文本框:

REN文本框:

Tx100文本框:

文本框:

Data文本框:

地址有效文本框:

地址无效文本框:

发送数据文本框:

Ad1文本框:

监听周期TR文本框:

……文本框:

Ad0文本框:

Ad1文本框:

Ad1文本框:

广播周期TB文本框:

……文本框:

TRW文本框:

TBD文本框:

TTW

它受到干扰的机会就更大一些，稳定性相对广播方式要差一些。

..低功耗的保证

由于查询时间随机，而接收模块的工作电流要远小于发射模块，在与广播式同样功耗下，

查询式的接收唤醒间隙要短得多，提高了系统的实时性。

单一般三表系统中，无线传输部分

功耗占的比例比较小，所以查询方式与广播方式相比，两者的电池寿命差不多。

..可以实现远程控制

正是由于查询方式是一种双工的通信方式，它具有了广播方式所无法提供的控制功能。

例如远程遥控表的开关，以节约能源、并方便对能源使用的管理。

这一点在国外正引起业内

人士的广泛关注并大力推广这方面的应用。

四、后续传输网络简介

1.数据传到各楼层的有线终端后，可通过485总线，集中到楼道一层的集中器上，这方面

有很多成熟的技术可以借鉴。

2．集中器到小区物业中心：

有条件布线的地方可以采用有线方式。

没有条件的地方，可

以采用无线技术（比如使用华荣汇通信设备有限公司的Tx500，Rx500；可靠通信距离

可达到1km），避免室外敷线带来的挖沟或架线的难题，符合城市的现代化要求，最大

限度地降低工程造价。

3．物业公司到三表公司，采用自动拔号上网查询方式。

此方案已在我公司的远程控制项

目中实施。

五、小结

北京华荣汇集团公司下属北京华荣汇通信设备公司是专业研发生产通信产品的高科技公

司，我公司自主研发的无线收发模块，采用锁相环和超外差技术，与其它公司的产品相比具

有误码率低，抗干扰能力强，性能稳定的特点。

我公司不仅提供成熟的模块产品，同时，我

公司更为广大客户提供整套无线通信解决方案，并提供强大的技术支持服务。

我公司希望和

广大客户一道，把远程抄表工作做好，满足社会需要。