远距离无线远传水表电表及远程抄表系统方案书

一、概述

远距离无线远传智能仪表是我公司为提高水表能耗参数的综合计费管理水平而设计的新兴技术。它以全自动的抄表方式取代了传统的人工抄表方式，和同类抄表系统相比，具有无需施工布线、网络结构自适应、免调试、免维护、运行稳定、方便扩展的特点。该系统采用先进的无线网络数据传输技术，对居民水表的使用状况进行实时采集，实现数据的集中存储和统一管理，减少了人工劳动，极大地提高了工作效率，为有关部门管理、统计、分析能源使用情况提供依据，使管理更科学、更高效。

1、应用范围

• 供水公司
• 供电公司
• 物业公司
• 企事业单位
• 学校宿舍等

2、系统功能

• 实时抄水表功能
• 实时抄电表功能
• 冻结抄表功能
• 设备档案管理
• 用户档案管理
• 数据统计分析
• 报表查询打印
• 操作权限管理
• 缴费结算管理
• 微信支付宝缴费
• 数据异常诊断
• 数据备份恢复等

二、系统介绍

远距离无线远程抄表系统是我公司结合自身先进技术和用户实际应用需求而推出的一套具有极高性价比的自动抄表系统。该系统秉承公司在同类产品十余年的丰富经验，借鉴并结合了国内外数家著名同类产品的先进技术思路，运用了先进的计算机网络技术、无线网络技术、自动控制技术等，是目前国内最先进的远程抄表系统之一。

该系统依据公司强大的技术平台，运用了数十项先进技术和专利技术，完美地实现了对计量表用量信息、运行状况的远程监控，管理员足不出户即可监测计量表运行状态、掌握能耗使用规律，为管理部门合理资源分配、节约能源、提高管理效率提供了依据。

1、系统网络结构

 

 

图一 无线远传水电表远程抄表系统网络结构

该系统具有极好的兼容性和扩展性，既可以实现对无线远传水表进行管理，也可以实现水、电、气等多种类型智能表的综合管理。

每个小区仅用一个集中器，一张手机卡就可以实现整个小区所有表具的管理，可以兼容有线远传和无线远传两种智能表；每台集中器可实现3000水表或电表的抄收，带载量大，通讯可靠，安装方便。

 

2、系统组成

无线远传抄表系统由无线远传水表、无线远传电表、集中器和综合抄表管理系统软件组成。

2.1远距离无线远传水表

远距离无线远传水表用于计量管道中的水流量，同时具有无线数传功能。通过无线电波传输数据，防水、防潮、防攻击、防偷水、防破坏、抗磁、抗干扰、保密性能好。

水表零件和连接件采用的是符合水质卫生条件要求的无毒和无污染的优质材料，能耐水和大气的腐蚀，具有可靠的防腐层，其内部电路全部采用环氧树脂密封（试验证明可以浸泡在水中正常工作）。

2.1.1无线远传水表功能特点

• 水表内置的微功率无线数传模块全数字化集成电路设计，采用LORA扩频技术，保证了数据无线传输的稳定、可靠；
• 微处理器采用美国MICROCHIP系列纳瓦技术CMOS闪存单片机，宽工作电压和低功耗，内部EEPROM可擦写100,000次以上；
• 数据保持与恢复功能：在断电的情况下，表内数据可保存十年，通电时，具有恢复数据的功能，保证表内数据安然无恙；
• 抗攻击功能：水表采用了高可靠的传感器，具有很强的抗磁攻击能力，一般的外磁场干扰不会影响计量表的正常工作，同时管理系统对用户的非法攻击能进行有效的记录、报警提示等，提高了产品的可靠性；
• 基表采用压铸铜一次成型技术，数控机床加工，耐压高、无砂眼，不会出现爆表的现象，长期运行不会锈蚀，使用寿命长，工艺设计精确，表体一致性好，精度为B级，计量准确，稳定可靠；
• 计量表出厂时唯一ID编号，建立完整的生产、调试、使用和维护记录。采用电池供电，实现水电隔离，无任何外露电极, 防潮性能较好，每周抄表2次情况下电池理论寿命可长达10年。
• 远传水表利用先进的无线传输技术实现远传水表与集中器、计算机的远程集抄，无需布线，施工简单、便捷，有效解决抄表难的问题，同时LORa芯片技术单表传输可达2km，是现有无线传输距离的数倍。
• 断电自动报警到远端管理部门，主板配置法拉电容。
• 远传水表外形美观、旋翼式半液封机芯。
• 免去人工抄表的烦恼，管理员可以直接在水表管理系统上看到实时用户用水数据，进行有效控制。
• 始动流量小，精度高。

2.1.2、无线远传水表技术参数

产品类别	智能冷水表、智能热水表、智能防滴漏水表
	15口径	20口径	25口径
水表性能	B级表
密封性	1.6Mpa水压，15分钟内不泄露
长度	165mm	195mm	225mm
过载流量	3m³/h	5m³/h	7m³/h
常用流量	1.5m³/h	2.5m³/h	3.5m³/h
分界流量	0.12m³/h	0.2m³/h	0.3m³/h
最小流量	0.03m³/h	0.05m³/h	0.07m³/h
起动流量	≤0.012m³/h	≤0.016m³/h	0.020m³/h
	2L/h（防滴漏水表）
最小读数	0.0001m³
最大读数	9999.9999m³
小流量误差	≤±5%
常用流量误差	≤±2%
工作温度	温度：0.1℃—40℃(水表) 温度：0.1℃—100℃(热水表)
工作水压	水压：0.0——1.0Mpa
口径(DN)	15mm	20mm	25mm
材    料	铜
重    量	1.2kg 2.1kg（防滴漏水表）	1.5kg 2.2kg（防滴漏水表）	2.4kg 2.6kg（防滴漏水表）
外观尺寸	165×78×92 160×82×112（防滴漏水表）	195×83×95 186×83×110（防滴漏水表）	225×105×110 216×82×110（防滴漏水表）
电源模式	高性能锂电池供电，电池更换方便

 

 

 

2.2、无线远传电表

• LoRa智能远传电表利用先进的无线传输技术实现远传电表与集中器、计算机的远程集抄，无需布线，施工简单、便捷，有效解决抄表难的问题。LoRa智能远传电表系统由 3 个层次构成，第一层是具有无线传输功能和数据中继功能的智能远传电表，第二层是集中器，第三层为物业管理计算机。LoRa 无线远传电表是该系统的基本测量仪表。
• LoRa无线远传抄表使用“物联网组网计数技术”实现，采用国家许可的 470MHz 专用抄表频率，在可靠通讯与低功耗之间达到一个最佳平衡点。智能远传电表模块采用目前超低功耗的 MCU 和 RF芯片,并根据 802.15.4 的规范对低功耗 MCU 的特性进行了修改，使其在低能耗的基础上发射效率有很大的提高。空旷的传输距离超过 1.2km，理论距离最大5km。

2.2.1、无线远传电表功能特点：

1、双向计量的功能，能够精确测量正、反两个方向的有功电能量，且以一个方向累计，具有防窃电功能。

2、远传电表利用先进的无线传输技术实现远传电表与集中器、计算机的远程集抄，无需布线，施工简单、便捷，有效解决抄表难的问题，LORa芯片技术单表传输可达2km，是现有无线传输距离的数倍。

3、免去人工抄表的烦恼，管理员可以直接在电表管理系统上看到实时用户用电数据，进行有效控制。

4、灵活的电价设置功能，允许不同的用户采用不同的电价，以适应现在特殊的用户群。

5、LCD液晶屏轮流显示累积用电量、剩余金额、电量单价。

6、具有完善的多种故障自检功能，一旦发生特殊的故障，电表显示相应的告示，提醒用户排除故障。

7、采用新型大电流磁保持继电器，功耗低可靠性高。

8、使用电隔离技术输出电能校表脉冲信号，发光二极管指示用电，稳定、可靠、长期工作不需要调校。

9、本产品体积小、重量轻、精度高、功耗低、负荷宽、安装使用方便。

 

2.2.2、技术参数说明：

该电能表技术性能完全符合GB/T17215-2008国家标准和GB/T18460－2001标准中1或2级单相电能表的相关技术要求。

• 电能表规格：

型号	准确度	额定电压Ub	额定电流Ib
JLYC	1级	220V	1.5(6)A,2.5(20)A,5(20)A,5(30)A 10(40)A,15(60)A,20(80)A,25(00)A
	2级

注：额定电流栏中，括号前的数值为标定电流值Ib，括号内的数值为额定最大电流值Imax。

 

2、技术参数：

• 误差极限

电流值		功率因数(COSφ)	百分数误差极限(%)
直接接入式	经互感器接入式		1级	2级
0.05Ib	0.02Ib	1	±1.5	±2.5
0.1Ib	0.05Ib	0.5L	±1.5	±2.5
		0.8C	±1.5	–
0.1Ib~Imax	0.05Ib~Imax	1	±1.0	±2.0
0.2Ib~Imax	0.1Ib~Imax	0.5L	±1.0	±2.0
		0.8C	±1.0	–

 

• 起动

在额定电压、额定频率及功率因数为1的条件下，当电能表负载电流为下表规定值时，电能表应能起动并连续计量电能。

仪表类型	准确度1级	准确度2级
直接接入式	0.004Ib	0.005Ib
经互感器接入式	0.002Ib	0.003Ib

 

• 潜动

当电能表的电流线路上无电流，而加于电压线路上的电压为额定值的115%时，电能表的测试

 

LoRa无线远传与其他远传技术对比：

LoRa无线远传	自组网技术	433MHz远传
通讯距离远，信号可以有效穿透楼栋，一般为2-4栋。扩频技术，每一块表可以充当中继作用，提高了通讯距离，功耗小，延长了电池使用寿命。	以牺牲功耗为代价加大通讯距离，数据冗余量大，特别是充当路由的那些表容易造成电能表老化加速。	功耗大于LoRa无线远传技术。某些公司的节点唤醒技术不成熟，造成节点被唤醒却不能有效通讯，只能传2-3堵墙，通讯距离极为有限。

 

 

 

 

 

 

2.3集中器

2.3.1. 集中器的特点

集中器基于 LoRa 无线通信技术，采用多核 RF 同时工作设计，实现了远距离、高效、可靠地数据传输。系统采用星型网络结构，节点管理简单。组网通信采用节点时间分片设计，避免数据碰撞概率，提高整个系统的稳定性。

系统的主要功能特点如下：

1) 采用多核 RF 设计，可同时接收多个频点，多种速率的数据。

2) 与采集模块的有效通信距离大于 5 公里。

3) 上行星型网络结构，下行一级表端路由，数据通信路径简单，网络操作方便。

4) 表端模块 ID 注册管理，自动过滤表端数据。

5) 集中器最大可支持 5000 只表，存储 5000 条上行数据，能通过服务器查询具体时间段的存储数据。同时，能保存每一只表近 10 年的年冻结数据和近 12 个月的月冻结数据。

6) 保存需要下行的数据，同一时间可保存 1000 条数据，服务器能在任意时刻查询、删除、增加指定节点或者全部节点的下行数据。

7) 可对全部表计广播，也可选择部分进行广播。

8) 包含 GPRS 或 LTE 通信功能，可远程操作：广播信息管理，上下行数据管理，系统远程升级等功能。

9) 客户可以通过串口自主设置网络连接参数（IP、域名、端口）。

10) 本司提供相应的动态数据链接库支持服务器开发。

11) 可远程升级。网关连接服务器后，服务器可远程升级网关程序。

12) 含室外用 IP67 防水型金属外壳。

13) 电源指示灯，无线通讯指示灯，GSM/LTE在线指示灯。

14) 含 110V-220V AC/DC 工业电源, 尺寸：160mm×110mm×60mm。

2.3.2.集中器的具体功能

集中器主要包括表计 ID 管理，表端上行数据管理，服务器下行指令管理三种功能。

1) 表计 ID 管理：下载、删除、增加和读取。表 ID 的管理表中存储当前集中器需要管理节点的 ID 值和对应的时间片间隔等参数。时间片参数在每次数据上报集中器返回的 ACK时会被发送到表端。

2) 表端上行数据管理：存储和读取。每次通过匹配的冒泡数据会自动备份到 FRAM（铁电存储器）中，可通过服务器远程读取某段时间之内的所有数据。

3) 广播信息管理：广播内容的下载，广播 ID 的下载、删除、读取。广播信息包括广播数据内容部分和广播表 ID 部分，两部分内容需要分别下发到集中器中，只有处于广播 ID之内的节点才会被广播，一次广播成功之后节点会自动失效，不会重复下发广播数据。

4) 服务器下行数据管理：指定或所有表 ID 下行数据的读取、删除、增加。集中器能够最多保存 1000 条下行的数据，可以对指定的或者所有的节点存储的数据进行读取，增加，删除等操作。

2.3.3集中器连接端口定义

 

2.3.4集中器无线模块的技术参数

 

 

2.3.5 现场集中器安置安置要求

集中器安装位置选择

正常层数小于 15 层的居民楼可认为是矮楼，2、30 层的居民楼可认为是高楼。无线信号穿楼板的衰减较大，十几到几十 dB 不等，所以信号在小区内的传输，主要靠直射，反射和少量的穿透。

因此集中器要求尽量安装于空旷的场所，集中器应当尽量避免与表具之间相对位置处于垂直地面方向的通信方式。例如， A栋10层楼高，装有XX只表，如果为了与A栋表通信，而在A栋楼顶装集中器，通信效果远不如安装在对面楼5层位置。集中器的天线吸附在20cm*20cm左右的铁板上固定并尽可能地垂直于地面，天线四周要尽量开阔，1m范围内不能有其它类似天线的棒状金属或其它大块金属板。

以下是几种典型的安装案例。

 

 

高矮楼混杂小区

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

集中器

 

1.纯高楼小区

集中器

 

3.独栋高楼周围空旷

（如有特别高的楼，以下方式无法完全覆盖，可在楼顶再加装一个网关。）

调整 lora 天线安装角度

4. 纯矮楼小区或别墅

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

集中器

 

5. 两栋高楼

调整天线辐射角度

2.4综合抄表控制管理系统

登录界面

用户报装界面

设备点抄&控制界面

数据查询界面

缴费界面

 2.4.1、管理系统功能描述

智能抄表控制管理系统是一款支持数据采集、数据分析、结算营收、收费统计的综合性软件，设备终端支持水表、电表、气表、热表，采集方式支持GPRS固定IP、GPRS非固定IP、以太网等

智能抄表控制管理系统分为数据采集服务和数据管理软件，数据采集服务负责与集中器通讯，保证数据准确及时的抄收，数据管理软件负责数据分析，计算收费，缴费统计等。管理软件采用B/S架构，用户无需安装客户端软件，可直接通过浏览器访问，对客户端要求较低，具有较强的跨平台性。

2.4.2、管理系统特点

• 可设置自动抄表，每日自动上传数据。
• 可单抄、能够准确的查询出表数据和表状态并对抄表数据进行系统的分析。
• 结算功能为月结算，可清晰查询出结果。
• 缴费用户和欠费用户可分开查询，账目一目了然。
• 灵活、方便的操作员权限管理功能及日志查询功能，可根据需要灵活的分配属于操作员的权限，从而确保系统安全。
• 支持多种操作系统，windows XP、windows 2003、windows 2008、windows 2012等都可兼容。
• 可以在任何地方进行操作而不要安装专门的软件，只要有一台能上网的电脑就能使用，客户端零维护。

3、系统运行原理

系统采用大型数据库MySQL，可以满足大容量数据存储的要求。管理软件采用网络化设计，既适用于本地一站式管理，也适用于多个管理部门的多重管理，如分公司和总公司之间、物业管理和行业管理之间等。

集中器按照管理中心下载的抄表任务自动向各个采集器发送冻结抄表指令，抄取计量表各种数据信息，并具有数据补抄功能，可自动对未成功抄回的计量表进行补抄。集中器内部带有高精度时钟芯片和大容量非易失性存储器，可保存31天的日零点冻结数据和12个月的月末零点冻结数据。

系统初始化原理：

系统设计了自动搜寻采集器的功能，计量表和抄表设备即装即用、施工快捷，非常方便。计量表和抄表设备安装完毕后，无需人工干预，系统便能自动搜寻各设备的电子标签码（ID号）并自动存储，真正做到免调试、免维护的全自动抄表系统。

数据抄表方式：

系统抄表方式灵活，可根据不同的工作需求而进行不同的抄表工作，可分为如下几种操作模式：

数据全部抄收：选定一个抄表区域，将该区域所有智能表数据全部回传。

多表数据传输：选定一批智能表，将该批智能表的数据回传。

单表点抄：选定某一个智能表，将该表的数据回传。

而且，各种抄表模式均能指定日期（最近31天的日冻结数据和最近12个月的月冻结数据）抄表。

4、无线远传系统先进性

4.1、技术背景

目前，无线通讯技术突飞猛进，大到卫星遥控、无线移动网络等，小到家电、玩具车辆等的无线操控。随着现代科技的发展，一系列新技术的出现和应用，无线通讯技术发展势头强劲，已经越来越普遍的应用到生活中的方方面面。

在抄表领域，有实力的智能表生产厂家已经开始升级换代，无线抄表方式已成为远程抄表的发展趋势。目前，无线通讯模块已经高度集成为一块芯片，采用全数字化电路，数据通讯稳定可靠，早已告别了落后的模拟电路模块。在抄表设备内集成无线通讯芯片，实现无线组网，省去通讯线路的铺设和维护，使设备安装更加方便，施工更加简单，大大降低了系统的综合成本。

4.2、系统先进性

远程抄表系统所用技术均经过多年验证，系统成熟、稳定。系统设备采用高增益全向天线，具有信号传播能力强、覆盖面积大，不会出现信号死角和盲点，具有很强的现场适应性，抄表成功率达100%，和同类抄表系统相比，具有网络结构自适应、免调试、免维护的特点。

我公司系统先进性介绍：

• 系统全部关键技术均由公司自主研发，拥有自主知识产权，保证了系统的后期维护和升级，为用户提供长期技术支持和售后服务，免除用户后顾之忧；
• 系统具有自动搜寻采集器的功能，无需人工干预，自动完成调试，大大缩短了系统安装周期；
• 系统的关键部件——远距离无线数传模块，由公司自主研发和生产，采用全数字化集成电路，运用最先进的数项领先技术，保证系统稳定可靠；
• 无线通讯技术参数和指标符合信部无[2005]423号《微功率（短距离）无线电设备的技术要求》；
• 计量表的采集计数工作单元均装配在智能表内，数据采集、处理、存储等基础工作全由智能表本身完成，数据采集设备仅进行通讯联系，消除了外界因素对计量的影响；
• 电子单元完全由公司自主研发和生产，电子电路高度集成，产品故障率极低；
• 数据保存功能：计量表和抄表设备采用高可靠非易失性存储器，数据可保存十年以上，不会因为掉电而丢失或改变；
• 系统管理软件完全自主研发，终身免费升级。

4.3、先进技术

4.3.1、无线网络通讯频率自动校准技术

无线网络中，各设备通讯频率的一致性是决定网络正常运行的关键。由于电子元件本身的精度差异和环境温湿度变化的影响，无线通讯频率会逐渐偏移，导致网络稳定性下降，需要专业人员定期进行频率校准，这种方式费工、费时，增加成本开销。

本系统创新的采用无线网络通讯频率自动校准技术有效地解决了这一问题。该技术是利用网络中各设备的交互通讯，实现频率的自动校准：集中器以广播形式周期发送标准频率的无线信号，其他设备对接收到的标准频率信号进行评估，并和自身频率进行对比，自动调整频率差，使系统设备的通信频率始终保持一致。并且，各设备电子单元采用环境感知电路设计，能够根据周围环境温湿度的变化自动调整运行参数，使电子单元保持最佳性能，并结合电子单元的低噪放大电路设计，实现超高的信号接收灵敏度，不需要提高设备的发射功率，就可以成倍增加网络信号覆盖范围。

4.3.2、无线网络动态自维护技术

无线信号强度会受到周围建筑物、电器、温湿度等因素的影响不断变化，传统的无线网络需要加大信号发射功率或增加中继器以维持网络正常运行；当网络中的设备故障时，其信号覆盖范围内都会成为信号盲区，这既浪费资源，又不能保证网络的快速恢复。

为适应未知的、时变的网络环境，实现网络的自动维护、最大限度降低故障设备的影响区域，系统创新的采用了无线网络动态自维护技术：各设备设定唯一的通信识别码，集中器周期发送网络探听包，侦听无线信道活动状态，当网络空闲时，集中器以广播形式发起网络导航包（用于收集网络中的设备信息），集中器信号范围内的采集器将网络导航包解码后，提取出信号源的通信识别码、传输路径、中继级数等信息更新到自身的通讯链表中，并将自身的通信识别码和信号强度等状态信息附加到网络导航包中，当网络空闲时仍以广播形式传递给周围的采集器，如此循环下去，网络中的设备将会不断收到携带周围网络结构的导航包，并不断刷新自身的通讯链表，当链表存满后就不再发送网络导航包，此时，各设备将会形成相互间的通讯链路网，从而自动组建成多路径的、交织的通讯网络。

系统周期性的自动维护网络，能够随网络中设备的增减、信号强弱的变化，及时搜索到最佳通讯路径，实现设备的免调试、免维护、即装即用、快速组网的目的。

4.3.3、一种基于磁唤醒方式的无线抄表系统

针对电池供电的无线远传智能表，为降低整表功耗，延长电池使用寿命，我公司采用电磁唤醒技术。当系统抄表时，抄表设备向目标智能表发送特定频率的电磁波，激活智能表，使其处于数据通讯状态；当抄表结束后，智能表恢复到超低功耗的睡眠模式，从而达到降耗的目的。

4.4.4、无线抄表系统与有线抄表系统的对比

目前，抄表技术多种多样：无线、总线、载波等。其中无线抄表技术先进、成熟，易于实现，数据传输速率高，可靠性高，为目前抄表系统的主要发展方向。采用相应的信道编码技术，可使抄收率和数据可用率达到两个100%。

• 成本低廉。有线通讯方式的建立必须架设电缆，或挖掘电缆沟，因此需要大量的人力和物力；而无线数据传输方式无需架设电缆或挖掘电缆沟，节省了人力物力，投资是相当节省的。
• 建设周期短。当要把成千上万户居民计量表相互连接通讯时，采用有线的方式必须架设长距离的电缆或者挖掘漫长的电缆沟（尤其是对于边远地方的计量表），这个工程周期可能就需要数个月的时间。而用无线通讯方式，只需要架设适当高度的天线，工程周期只需要几天或者几周就可以，相比之下，无线的方式可以迅速建起通信链路，工程周期大大缩短。
• 适应性好。有线通讯的局限性太大，在遇到一些特殊的应用环境，比如遇到山地、湖泊、林区等特殊的地理环境或是移动物体等布线比较困难的应用环境时，将对有线网络的布线工程有着极强的制约力。而用无线通讯方式将不受这些限制，所以说无线通讯方式比有线方式有更好的更广泛的适应性，几乎不受地理环境限制。
• 扩展性好。在用户组建好一个通讯网络之后，常常因为系统的需要增加新的计量点，如果采用有线方式，需要重新的布线，施工比较麻烦，而且还有可能破坏原来的通讯线路。而采用无线通讯方式，相比之下有更好的扩展性。
• 设备维护上更容易实现。有线通讯链路的维护需要沿线路检查，出故障时，一般很难及时找出故障点。而采用无线通讯方式无需检查线路，出现故障时则能快速找出原因，恢复系统正常运行。

传统的有线通讯方式（包括RS485总线、M-BUS总线等）的自动抄表系统还存在以下不足：

• 布线工程量巨大，并可能会对现在的路面和墙体造成破坏；
• 线路编号备案管理繁琐，张冠李戴，容易出错；
• 施工改造周期长、穿墙打孔、布线施工扰民；
• 线路故障点不容易查找，线路更换麻烦；
• 系统铺设线路繁多，稍微有点规模的小区，就需要数万多条线路和线路接头，错综复杂，隐患众多；通讯线路明线铺设，容易遭受人为破坏而导致系统瘫痪；
• 铺设线路繁多，错综复杂，影响美观；
• 通讯线路接头众多，接头松动、氧化、虚接、反接等影响整条线路工作；
• 新的计量点增加非常麻烦，需要专门再铺设线路，开槽走线，费工费时；
• 容易和其它系统（如安防监控系统等）的线路铺设冲突，甚至会破坏原已有线路；
• 通讯线路容易遭受雷击破坏，甚至损坏整条通讯线路上的所有计量表和抄表设备；
• 需有详细的施工布线图纸并有专人定期维护线路，后期维护量不容忽视！