关于智能水表的初步了解

一．概述

智能水表是近年来以自动控制技术和信息网络技术为支撑，以信息化管理需求为依托而发展起来的高新技术产品，基于智能水表的信息化和网络化的应用，它已不是传统意义上的"水表"概念，取而代之的是以"系统"、"集成"的理念来认识和发展智能水表。为了对智能水表的发展有一个较为全面的认识，首先对远程集抄应用现状作一个概述，

二．智能水表的组成

远程集抄主要由基表（智能水表）、数据存贮与通讯系统、后台软件操作系统三部分组成。

1．基表是指对水量进行精确计量并将计量信息通过感器采集进而转化成电信号的表具，基表主要包括计量机构和传感器两部分。目前，现行主要基表是以水表计量机构中的叶轮对通过的水量进行计量，叶轮的旋转频率所记录的流量信息通过水表的指示元件（指针、字轮等）逐次显示。叶轮、指针、字轮等包含流量信息的元件统称为计量元件，传感器对计量元件的运动状况进行采集，进而将计量信息转化为电信号的形式。

根据计量元件在基表中传递水流能量的前后顺序，直接受水流作用而运动的始动元件称为初级计量元件，如叶轮；将初级计量元件的运动进行逐级减数并可将计量信息加以指示的元件称为次级计量元件，如指针（或与其相连接的齿轮）和字轮等。目前，常用的可供计量的表具是以多流束式水表为主的旋翼式水表和水平螺翼式大口径水表等。

2.目前，常用的传感器主要分为磁敏传感器、电感式传感器和直读式光电传感器。

磁敏式传感器主要包括干簧管、霍尔元件、维根等，干簧管、霍尔元件由于分别受到使用寿命和工作频率的影响，它们主要是对次级计量元件进行采集，分别以开关和脉冲的形式输出信号。维根可不受寿命和工作频率的影响，可在各级计量元件中得到应用，以脉冲的形式输出信号。

磁敏元件在应用中对水表的灵敏度以及受外界磁干扰的影响较大，同时也会对水表的使用寿命造成不利影响，因此磁敏元件在使用上具有一定的局限性。但由于磁敏元件价格便宜，安装简单，适于大批量生产，因而目前仍然得到广泛使用。

电感式传感器主要是通过对振荡信号的周期性衰减的采集获取计量信息，主要应用于初级计量元件，由于采用非磁激励，因而叶轮的运动阻尼小，抗外磁干扰能力强，适用于各种水质，具有较广泛的应用。目前，由于电感线圈在制作工艺上的限制，线圈中的铁芯在一定程度上受到外磁的干扰，因此抗外磁能力有待进一步提高。目前，随着线圈制作工艺和相关技术水平的提高，全无磁式电感传感器已得到发展和初步应用。

3.近年来，一种全新的远传抄表技术——光电直读式抄表技术，已悄然兴起并得到大量的应用，正日益成为城市供水公司或者物业管理公司的首选。

水表内部安装有光电模块，光电模块部分采用的是光电编码器原理，将每个开有透光槽的字轮作为一个码盘，字轮两侧分别放置五个发射管和五个接收管,抄表时发射管会被点亮，发射管发出的光照在字轮端面上，由于字轮的位置不同，就会对产生不同的码道，从而产生通光和挡光的作用。这样字轮的另一端的接收管就会得到一组明暗信号，根据接收管的这一组信号可生成一组五位编码，再经过译码转换成字轮的读数，从而得到水表的读数。

三．重点介绍智能水表

1.光电直读远传智能表

水表内部安装有光电模块，光电模块部分采用的是光电编码器原理，将每个开有透光槽的字轮作为一个码盘，字轮两侧分别放置五个发射管和五个接收管,抄表时发射管会被点亮，发射管发出的光照在字轮端面上，由于字轮的位置不同，就会对产生不同的码道，从而产生通光和挡光的作用。这样字轮的另一端的接收管就会得到一组明暗信号，根据接收管的这一组信号可生成一组五位编码，再经过译码转换成字轮的读数，从而得到水表的读数。

◆由于直接读取字轮数据，机械读数和电子读数保持完全一致;

◆水表平时工作无需电源，无功耗，抄表时瞬间供电即可;

◆M-Bus总线水表采用插拔式防水插头形式总线，施工、调试及换表极其方便，不仅可靠而且大大降低施工难度及减少施工的工作量。

◆采用先进的数据编码及校验技术，通讯可靠性高

◆采用旋翼式计量结构，计量精度高、抄表方便、外型美观;

◆兼容多种通信规约包括DL/T645、CJ/T188、Modbus或客户指定的通讯协议;

◆满足EMC、ESD、EMI等电子产品电磁兼容方面的设计要求，达到行业领先水平;

◆产品符合国家标准GB/T 778.1～3-2007及城建部标准CJ/T 224-2012;

◆与上位机系统相结合，建立远程自动抄表管理系统，真正实现抄表及监控自动化。

◆光电直读技术不仅可以应用在小口径水表上，而且也可以应用在大口径水表上，通过另外配置各种通讯装置及内置电池，可广泛应用于管网计量、特业户计量、水资源计量等场合，完全可以替代现有的人工抄表模式。

2.可分离式无线远传智能水表

可分离式无线水表（Lora）组成。该系统自动化程度高，可以随时监视表计的运行及用量情况，适用于多层、高层的板楼、塔楼、别墅、公寓等各种楼型结构的民用水表的远程抄表与控制。

◆点对点的通信距离可达 2KM；

◆完全自组织网，自动优化路由，自动发现与删除节点；

◆扩频接收模式下无线模块最高接收灵敏度高达-148dBm；

◆采用了扩频调制，抗干扰能力强，保证数据有效稳定传输；

◆在不更换现有机械水表前提下，通过加装无线通讯lora模组，实现数据远传；

◆中继模块间采用健壮的网形(MESH)结构的路由功能，更大大增加了系统的性能稳定与可靠性；

◆分离式结构设计，供水管理部门可以根据需要，先安装普通水表，待有远传需要时，再安装远传电子部分模组。为物联远传及智慧水务技术奠定基础，分步实施，更灵活便捷。

◆主动上报数据模式：24小时主动上报一次抄表数据；

◆实现时分频率复用,可以实现用一个频率抄整个区域的若干个网络；

◆采用无磁发讯设计，避免磁吸附现象发生，延长机械部分使用寿命；

◆系统基于LORA通信技术，采用简单星状网络结构，通信延时小，传输距离远而可靠；

◆同步通讯时间单元;调频技术避免同频干扰提高传输的可靠性，传输率和传输距离自适应算法，有效提高系统容量；

◆无需复杂的施工布线，工程量小，集中器与水表组成一个星状网络，集中器通过GRPS/4G与后台服务器组成网络，网络结构稳定、可靠。

3. IC卡智能水表

IC卡智能水表是以先进的微电脑控制技术为核心，以智能卡为信息传递媒介的高科技机电一体化智能仪表，具有机械计数和电子计数双重功能，在保持了传统机械式水表特点的同时，还具有直观的电子显示性能。具有设计先进、技术含量高、功能完备、计量准确、性能可靠、体积小、外观精美、安装便捷、使用方便等优点，适用于城市居民用水的计量和收费，先缴费，后用水，避免了查表收费所带来的不便。

◆非接触IC卡技术，无线传输数据，全密封，非接触，具有防攻击功能;

◆阀门采用防抱死悬浮结构，开关阀门扭矩小，提高了阀门可靠性和寿命;

◆多重密封结构设计，可有效防水、防潮;

◆抽屉式电池盒结构设计，用户可方便自行更换电池;

◆具有定时自动开关阀门去除球阀球表面污垢功能;

◆具有阶梯水价功能，三个阶梯水量可设，三个阶梯单价可设;

◆具有磁干扰、电池欠压关阀保护功能;

◆阀门内漏量≤2L/h。

4. 其它智能表

现阶段智能水表的基表在计量的表具和传感技术上呈现出多样性的特点，

四．集中器介绍（数据存贮与通讯系统重要组成部分）

集中器是远程自动抄表管理系统中的关键还具有一下特点：

与服务器的传输采用GPRS无线传输方式，无需布线即可远程传输数据;

GPRS模块内置，既节约了成本，也降低了安装面积和安装复杂度;

MBUS集中器与热表之间通过2芯的MBUS总线通讯，且不需要区分极性，接线简单，可大大降低线路故障，集中器到水表的远传输距离可达到500米;

带载能力强集中器上具有两路MBUS总线，每路MBUS总线多可挂接100块表，两路MBUS多可挂接200块表，无线组网集中器的挂表数量仅受路由数量的限制;

自动抄表，可按照客户预设的定时要求自动抄收热表数据;

具有存储水表数据的功能，掉电不丢失数据;

多种定时方式，能够很好地满足用户的定时要求;

具有实时时钟和校时功能，可接受系统对集中器的校时。

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五．有线远传水表和无线远传水表的区别

有线远传水表和无线远传水表，单纯从字面理解，就是一种是用线路传输抄表数据，一种则是无需线路传输也可以进行抄表工作，他们只是运用不同的方式达到了远传抄表的效果，殊途同归。那么，究竟，有线远传和无线远传分别是什么原理呢？从科学的角度分析，他们的区别又在哪里呢？

1.首先我们来了解下水表的工作原理：因为水表的壳体是固定的，其内部的体积是固定的，而水是流动的，它推动一个叶轮旋转，每当叶轮旋转一圈，就有一恒定体积的水流过。因此，只要把叶轮旋转的圈数累计下来，乘以这一恒定体积，就可以得到流过的总的水量。智能远传水表是普通发讯水表加上电子采集模块而组成，电子模块完成信号采集、数据处理、存储并将数据通过通信线路上传给中继器、或手持式抄表器。表体采用一体设计，它可以实时的将用户用水量记录并保存，每块水表都有唯一的代码，当智能水表接收到抄表指令后可即时将水表数据上传给管理系统。

2.有线远传水表是基于有线电缆的远传水表，往往在方便铺设电缆的地方可用。一般有线远传按照通讯方式分为：RS-485、M-BUS、PLC三种。这种远传水表价格方面会相对低廉，但是在施工布线时易受阻，因是旧小区改造，居民住宅已装修完毕，布线要重新打孔，居民比较反感，施工起来有一定难度。虽然是这样但是任然是目前最主流的一种产品。而无线远传水表则是在传统计量仪表的基础上，配用专用微功率收发一体模块，实现仪表计量数据及其他数据的无线传输及命令接收，执行相应命令操作。无线远传水表只与采集器通讯，在系统安装后根据采集器的安装调试情况确定表的归属管理采集器，且一旦确定后无法更改以保证无线通讯管理的统一和协调。无线远传水表可具有远传控制功能，也可根据要求实现相应功能（如预付费、阶梯计费等），同时具有安全监测保护功能。无线远传水表的通讯方式目前也有几种：GPRS、RF、LORA、CDMA、NB-IOT等五种方式。但是无线水表由于是无线传输数据，有可能会出现数据无法上传等各种不稳定因素，因此无线远传水表传输数据的稳定性不如有线远传水表。

所以说，没有那种远传水表更好，只有更适合的产品。有线远传水表是利用电缆将水表的计量数据传输到电子数据采集器，一般适合于方便铺设电缆的场合使用。无线远传水表是利用无线收发模块将水表计量数据传输到电子数据采集器，一般适用于不方便敷设电缆的场合下使用。所以得看具体的安装环境是否符合对应产品的要求。

六．智能水表发展趋势

就目前的发展趋势来看，无线远传水表是未来的主要的发展方向，我们就以无线远传水表为例，与传统有线传输方式相比较来说无线远传方式最大限度地提升了安装方式的便捷性，使水表对安装环境的适应性和可操作性大大提高，如在实际施工当中 ，有线传输方式在新楼布线的各种成本是相当高的，其中包括电线成本，人力布线成本，时间成本以及安装施工后出现电线短路、断路、信号错误等故障时排查起来是相当麻烦的；老旧楼的水表改造时，有线传输方式的布线施工在很多老式楼宇是无法实现的。再如同样的施工条件下，无线远传方式施工简单，工期相对较短，而有线传输方式施工工期慢，布线复杂，无形中会增加许多附加成本；

从信号质量来说，如果有线传输的信号线与其他线路同时铺设时，其信号受强电磁干扰十分严重，而无线远传系统的抗强磁干扰性能却能很好地规避这一风险。不过有线远传水表也有其存在的价值，因其采用有线远传方式，信号传输更加稳定可靠，同时与"电、气、热"等已有线路仪表可以组装"四表合一"。