李婧婧

安科瑞電氣股份有限公司 

摘要：針對目前人工抄表系統(tǒng)存在的效率低,、成本高,、使用不方便等問題,，本文設計了一種將藍牙技術和ZigBee技術相結合的手持式遠程無線抄表終端系統(tǒng),。本文主要介紹了系統(tǒng)設計的總體架構、工作原理以及實現(xiàn)系統(tǒng)功能的關鍵技術,。手持式遠程無線抄表系統(tǒng)對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端,，實現(xiàn)水,、電、煤氣管理的自動化具有重要意義,。

關鍵詞: ZigBee；無線抄表系統(tǒng),；手持式

0引言

隨著科技的發(fā)展,，在水,、電以及煤氣等公共管理事業(yè)部門中,，人工抄表系統(tǒng)得到了廣泛的應用,。但是，傳統(tǒng)的人工抄表方式常常面臨這樣的困境：由于居民家里無人或者井蓋被汽車擋住等原因,，抄表工人往往要跑幾趟才能獲得用戶儀表的準確數(shù)據,。這樣的抄表方式不但抄表工人效率低下，而且對水電煤企業(yè)來說人工成本也很高。因此，改進抄表方法,，研發(fā)一套高效率,、高可靠性、低成本的遠程無線抄表系統(tǒng)對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端，實現(xiàn)水,、電,、煤氣管理的自動化具有重要意義,。近年來,，隨著自動控制技術和計算機通信技術的進步,，以紅外、藍牙,、GPRS和ZigBee等技術為代表的無線抄表方式相繼出現(xiàn),。*基于 GPRS 技術抄表方案，其設計成本較高,，不易推廣,；掌上機抄表方案，其只能實現(xiàn)半自動化,，且不能實現(xiàn)遠程通信,；藍牙技術方案，其功耗大,、距離近,，比較復雜，組網規(guī)模太小,。鑒于以上各種抄表方式的存在的問題和無線抄表系統(tǒng)的發(fā)展趨勢,，本文設計提出了一種ZigBee 技術和藍牙技術相結合的遠程無線抄表終端系統(tǒng)，其特點是低功耗,、低成本和近距離,，并且通信可靠。

1 系統(tǒng)總體結構

本文設計的遠程無線抄表終端系統(tǒng)由五大部分構成：手持終端模塊,、上位機模塊,、中繼器模塊、數(shù)據采集器模塊,，如圖1所示,。通過Stc15f2k單片機作為表數(shù)據的讀取中心，通過程序將表上的數(shù)據讀取出來,，并且通過串口將單片機與ZigBee模塊1相連接使得ZigBee 模塊1和單片機能夠進行通訊,，數(shù)據透傳,，同時將 ZigBee模塊1和ZigBee模塊2進行自動組網，設置ZigBee模塊1成為發(fā)送端,，ZigBee模塊2成為接收端,，使得兩端的數(shù)據可以互通，再將ZigBee模塊2與藍牙模塊通過串口連接,，使得數(shù)據可以透傳,，通過手機端的藍牙調試助手和藍牙模塊相連，讓手機上可以顯示出相應的讀數(shù),。實現(xiàn)手持式遠程無線抄表系統(tǒng)得以實現(xiàn),。

圖 1 系統(tǒng)總體架構圖

2硬件設計

硬件的連接分為電位器到單片機系統(tǒng)，單片機到ZigBee模塊1,，ZigBee模塊2到藍牙模塊這三個部分,。

2.1 單片機

本系統(tǒng)的采集芯片選用STC15F2K60S2芯片，該芯片價格便宜,，溫度適應性好,，且單片機本身帶有ad的功能，不用再配ad芯片,，因此只需要把它的ad功能腳引出,，編寫相關程序即可實現(xiàn)相應功能。單片機的ad采樣是無線遠程抄表系統(tǒng)的數(shù)據采集過程,。ad采集的數(shù)據將從串口發(fā)送給 ZigBee模塊1,，從而進入數(shù)據傳遞系統(tǒng)。

2.2 ZigBee模塊及藍牙

ZigBee技術是廣泛被應用于自動控制領域的一種基于短距離,、低速率,、低復雜度，低功耗以及低成本的雙向的無線通信技術,。此技術工作在2.4GHz ISM頻段,，可以達到100m左右的直線傳輸距離，通過外接功率放大器和低噪聲放大器,，分別提高相應的發(fā)射功率和接收靈敏度傳輸距離可高達幾百甚至上千米,。藍牙技術是一種用來實現(xiàn)數(shù)據和話音之間的無線傳輸開放性的規(guī)范，藍牙這種無線通信技術支持點到點,、點到多點的短距離通信,，而且成本低廉。藍牙技術其數(shù)據通信優(yōu)勢相比其它協(xié)議較為明顯,，但由于其傳輸距離比較近的不足,，因此單純的藍牙技術在遠程控制方面應用不多。ZigBee網絡理論上可以容納65000多個節(jié)點,，而藍牙不超過8個,，由于一般的無線傳感網絡需要節(jié)點較多,，所以這一點ZigBee也相對具有較大優(yōu)勢。雖然藍牙技術在數(shù)據傳輸速率上比ZigBee技術大得多,，但ZigBee 250kbps的數(shù)據傳輸速率對于無線抄表系統(tǒng)來說已經足夠,，反觀藍牙功耗大，造價高成為制約其應用于無線抄表的主要障礙,。

3 系統(tǒng)軟件設計

主程序由單片機ad讀取程序、ZigBee模塊1的數(shù)據發(fā)送程序,、ZigBee模塊2的數(shù)據接收程序,、手機端的數(shù)據接收程序組成。由于藍牙模塊為透傳功能模塊,，所以不需要編程,，手機端程序在各大應用市場可以下載，所以對這兩個不做深入研究,。主要研究單片機ad讀取程序,、 ZigBee模塊1的數(shù)據發(fā)送程序、ZigBee模塊2的數(shù)據接收程序這三個程序,。由于表單元處理并不在此次設計的計劃范圍之內,，所以設計可整體描述為：電位器模擬智能表單元， 單片機定時去讀取電位器上的ad值并將數(shù)據轉化成 0-9999之間的整數(shù),，通過串口傳輸給 ZigBee模塊1,，ZigBee模塊1與ZigBee模塊2之間通過P2P連接，將數(shù)據通過ZigBee網絡傳給ZigBee模塊2,，ZigBee模塊2與藍牙模塊通過串口相連,，同時藍牙模塊與手機藍牙相連，數(shù)據到達手機上,，通過藍牙調試精靈顯示,。

4 安科瑞AcrelCloud-3200預付費水電云平臺

4.1 系統(tǒng)方案

系統(tǒng)為B/S架構，主要包括前端管理網站和后臺集抄服務,，配合公司的預付費電表DDSY1352和DTSY1352系列以及多用戶計量箱ADF300L系列,，實現(xiàn)電能計量和電費管理等功能。另外可以選配遠傳閥控水表組成水電一體預付費系統(tǒng),，達到先交費后用水的目的,，剩余水量用完自動關閥。

4.2 系統(tǒng)功能

AcrelCloud-3200預付費水電云平臺由云平臺-網關-預付費電能表組成,，通過通信網絡完成系統(tǒng)到表的充值,、查詢、監(jiān)控,、控制及短信報警等功能,。
   本系統(tǒng)適用于一些大集團和大物業(yè),，往往需要將多個物業(yè)環(huán)境、分散于各地的物業(yè)集中式收費和管理,，面臨著數(shù)據公網傳輸,，財務操作分散，在線支付,，總部財務扎口等復雜的需求,。

遠程集中抄表：抄表信息通過網關實時上傳到云平臺，快速便捷,，免去人工抄表 ,。

水表預付費:可是查看某區(qū)域水表的實時狀態(tài)信息，并可以進行單表或批量設置水價控閥等操作,。

遠程售電:財務集中管理,，電量實時下發(fā)，并比對充值次數(shù),，方便快捷,。

能耗分析:用戶和管理員都可查詢預付費表或管控表每天的用能狀況；可提供能耗分析+財務軌跡一體式綜合管理報表,，包含用戶表的能耗,、財務數(shù)據、能耗和財務的期初期末值等數(shù)據,。

在線支付:商戶可以通過小程序或者微信公眾號實現(xiàn)在線自助充值水電費,，也可以實時關注商鋪用水用電情況。

短信提醒:金額不足或金額欠費提醒,、電表充值到賬提醒,，都可及時短信通知商戶。

遠程控制:可對任意一塊電表執(zhí)行遠程拉閘或保電等一系列遠程控制操作,，方便管理,。

4.3 產品選型

5結束語

本文介紹了基于ZigBee技術的手持式遠程無線抄表系統(tǒng)設計與實現(xiàn)方案。該系統(tǒng)有廣闊的應用前景,，對于克服傳統(tǒng)的人工抄表模式的弊端,，實現(xiàn)水、電,、煤氣管理的自動化具有重要的現(xiàn)實意義,。

【參考文獻】

【1】湯益芳.手持式遠程無線抄表系統(tǒng)的設計

【2】王富斌.短距離無線通信技術在抄表系統(tǒng)中的應用［D］.濟南:山東大學， 2009:89-113．

【3】安科瑞企業(yè)微電網設計與應用手冊.2020.06

作者簡介：李婧婧,，女,，現(xiàn)任職于安科瑞電氣股份有限公司，主要從事宿舍安全用電研究發(fā)展,。