无源直读式远传水表的设计与实现

周磊　吴云鹏

摘 要：本文通过分析高校用水现状，运用远传抄表技术，在智能水表的基础上增加无源、直读、实时检测、水信息分析、用水预警、故障检测、水阀开闭控制惩罚等特色功能，对水量的使用进行了有效地控制，促进节水技术的创新与推广，建立了健全的节水管理系统，并在校园内普及先进节水设备与技术，培养广大师生节水意识，有效减少水资源的浪费。

关键词：高校；用水问题；无源；直读；远传

水是高校的主要的消耗资源，几乎占据了其资源费用的40%，尤其是近年来随着学校规模不断扩大，办学条件不断改善，学校对水的需求量越来越大，对水的质量、服务标准也越来越高，再加上物价原因，学校水费支出呈增长趋势，造成学生培养成本加大，学校资金紧张。同时，大部分高校节水措施目前基本注重的是技术革新和节水宣传，而很少实施科学系统的用水控制管理手段，导致用水浪费成为一个普遍存在，故用水管理的改革势在必行。

1 高校用水存在的问题

1）管理人员责任不明确，节水监管工作薄弱。各阶层管理人员责任不明确，态度松懈怠慢，以至于精细化的管理不能够落实到实际的工作之中；对工作人员的监管力度不够，出现的问题得不到及时解决，日积月累造成极大地水资源浪费。

2）没有形成一套完整的用水管理体系高校对于用水管理，既没有自上而下严明的分工，也没能具体到每个用水单位，以至于高层管理人员不能及时拿到第一手资料，对客观用水情况形成整体的把握。

3）计量表安装不完善。就目前的高校用水情况，并没有采用计量型表进行用水量控制，以至于学生无止境的浪费水资源。

4）学生节水意识浅薄。

2 无源直读式远传水表

无源直读式远传水表是远程集中抄表系统的终端，是一种集计量、显示管理及控制为一体的高科技用水量自动计量仪表，实现了用水信息的采集、传送及远程集中抄表的控制，包括数据的双向传输、远程集中抄表及水量控制等功能。

2.1 基于GPRS的远传抄表技术

该系统是由直读水表、通信媒介、采集器、集中器、主机系统组成。集中器通过通信媒介与各直读水表连接，随时抄读直读水表的“窗口值”，然后通过GPRS将抄取的数据传送到主站。但集中器本身不具备存储功能，仅起数据转发作用。

2.2 直读

直读的实现由很多种方法，这里，可采用光电式直读水表。光电式是一种间接读取字轮位置的方法，传感器与字轮之间没有直接接触，也不存在磁力接触，而是利用字轮上的光学编码标记，实现字轮位置非接触式检测。其原理如下：

在水表计数的每个字轮的一侧安装5个发光管，另一侧在与发光装置相对应的位置装有5个接收管，每个字轮上按照一定的规则挖出若干个透光口。传感器工作时，当发光管发出的光信号被字轮隔断时，接收管输出的信号为高电平；当发光管发出的光信号穿过透空的位置照射在接收管上时，接收管输出的信号为低电平。一个字轮所有感应装置的输出构成了这个字轮的角度信息编码，通过判断传感器的状态来确定字轮的位置，从而可得到宇轮上的数字。把识别的数据通过仪表总线向上发送，就得到机械水表的“窗口值”。

2.3 无源

所谓的无源是指直读式水表在正常运行的情况下不需要任何电源支持，只有在需要抄表的时刻，给水表供电，表头得到电源后读取每个字轮的位置，从而得出水表当前的示数。这种工作制式有很多突出的优点：第一，既不需要电池也不需要市电的长期供应，极大地降低了安装成本和运行成本；第二，极大地提高了可靠性，据统计抄表系统的不可靠性有40-60%的因素来自现场设备的损坏，尽可能地避免了外界干扰。

2.4无源直读式远传水表的特点

1）字轮转动与信号采集装置没有任何接触，对水表的计量不产生任何影响。

2）直读式远传抄表系统平时不耗电，只是抄表瞬间才用电，节能。

3）由于采用编码技术，对水表计数器字轮前、后位的进位采用单片机进行数学换算，以保证计数器字轮在任何位置的情况下抄表都不会出现盲点，临界进位准确，水表读数与远传抄表读数无误差。

4）系统可以实现监测，有故障可以及时发现。

5）集中抄表系统可以采用目前已经成熟的远程通讯系统实现全校联网，使整个抄表和反馈信息环节实现完全自动化。

6）管理部门能够能得到更准确的用水量，提供更完善的服务，也可简化供水部门的管理层次，甚至取消原来需多人进行管理的站点，全部实现网络化管理。

3 系统总体框架

3.1 直读式远传抄表系统的运行方式

由管理站主机管理系统发出抄表指令，通过移动公司GPRS无线网络与各通信管理器进行通讯，接到指令后再将指令传给数据管理器，数据管理器接到指令后打开电源开关，给下行网络总线上的“直读表”供电。水表计数器直读采集装置受电后按程序将水表计数器上个、十、百、千、万位上的读数抄读后传给数据管理器，再通过通信管理器和移动公司GPRS无线网络将数据发送至管理站抄收中心，进入主机管理系统，管理软件具有对设备和直读表实时监控、故障显示、抄收、统计分析、信息存储、报警等功能。

3.2 特色功能

1）形成系统、高效的高校用水管理方案。本系统提供了一套完整系统的管理体制，从硬件设施，到系统管理，基本实现自动化管理，解决了目前高校用水管理存在的诸多问题，使高校的用水管理更加简单快捷、井井有条。

2）水阀开闭惩罚功能。当某水房用水量超过警报设定值时，系统自动关闭水阀，停水两小时，以示警戒，有效减少水资源的浪费。

3）用水预警功能。当用水量超过警报设定值时，系统自动进行警报，提醒广大同学节约用水，培养其节水意识。

4）用水信息统计分析功能。将反馈的用水信息，统一整理、汇总、分析，找出用水量规律，作为警报线设定依据等。

5）故障检测功能。根据用水反馈信息，判断故障发生处及类别。

4 结语

本文以用水、节水为理论指导，从客观实际开始探究内在问题，就处于国内先进水平的智能水表的基础上，添加远传技术、预警功能及水阀开闭控制惩罚功能，研究出了节能型水表——无源直读式远传水表，并将高校用水体制一体化、数字化，实现了高校用水管理的自动化，以解决目前高校用水管理中存在的诸多问题，有效地减少了高校水资源的浪费，并培养了广大师生的节水意识。

参考文献

1.韩树屏等.智能水表的应用现状及前景展望.机械制造与研究，2007.12

2.詹志杰.水表技术手册[M].北京.中国计量出版社，2004

3.辛增念，冀春涛.智能水表无线抄表系统的设计.工程技术，2008

4.彭远强.无线抄表系统的设计与实现.现在电产技术，2006

5.邓立新等.基于MSP430的智能水表设计.承德石油高等专科学校学报，2004.12

作者简介

周磊（ 1991.02-），男，汉族，河南郑州人，郑州大学水文与水资源工程2010级本科生。

吴云鹏（1990.07）-，男，汉族，河南郑州人，郑州大学水文与水资源工程2010级本科生。