摘　要：提出無線遠傳抄表系統存在的問題，對無線遠傳抄表系統的構成及無線遠傳燃氣表關鍵技術進行分析，介紹了應用效果。

關鍵詞：無線遠傳抄表系統  無線遠傳燃氣表  關鍵技術  工作頻率

Key Technologies of Wireless Remote Meter Reading System

Abstract：The problems existed in wireless remote meter reading system are put fiwward．The composition of wireless remote meter reading system and the key technologies of wireless remote gas meter are analyzed，and the application effects are introduced．

Key words：wireless remote meter reading system；wireless remote gas meter；key technologies；operating frequency

1　無線遠傳抄表系統存在的問題

①一次抄讀成功率

一次抄讀成功率(以下簡稱抄到率)是燃氣企業非常關心的一個指標。JG／T l62—2009《住宅遠傳抄表系統》表1規定：對于無線傳輸，現場條件下的抄到率應大于90％。但受燃氣表安裝位置的影響，以及無線信號容易受外界干擾等原因，實際抄到率并不高。

②通信距離

目前，我國無線遠傳抄表系統采用的工作頻率主要有433、470MHz兩種。根據國家無線電管理委員會的相關規定，采用工作頻率433MHz時燃氣表的最大發射功率應小于或等于l0mW，采用工作頻率470MHz時燃氣表的最大發射功率可允許達到50mW。因此，為延長通信距離，近年來無線遠傳燃氣表生產廠家多采用470MHz作為無線遠傳燃氣表的工作頻率。

但有些廠家為了延長通信距離，簡單地增大發射功率，甚至達到l00mW以上，不僅不符合相關規定，還縮短了電池的使用壽命。

③電池使用壽命

對于內置電池的無線遠傳燃氣表，一般要求電池的使用壽命應與燃氣表使用壽命同步(居民用戶燃氣表的使用壽命一般為10年)。在降低無線遠傳燃氣表功耗(以延長電池使用壽命)與提高抄到率之間達到一個平衡，是設計無線遠傳抄表系統需要重點考慮的問題。

2　無線遠傳抄表系統構成

無線遠傳抄表系統利用無線技術，將燃氣表內的各種信息通過采集器(或增設集中器)傳送至數據管理中心。然后通過數據管理中心與收費系統之間的數據交互，實現計費、報警、控制等功能，完成對燃氣表的定時抄表，了解燃氣表的運行狀態，解決入戶抄表的困難^[1-3]。無線遠傳抄表系統主要由無線遠傳燃氣表、手持型采集器(或增設集中器)、數據管理中心等組成。

2.1　無線遠傳燃氣表

無線遠傳燃氣表由表具、MCU(Micro Controller Unit，微控制單元)、通信模塊(RF電路)、計數采樣裝置、控制機構等單元組成。其中，MCU采用l6位單片機，該單片機具有功耗低、運算速度快、可在線編程等優點。通信模塊采用3種工作頻率(433、868、915MHz，分別為中國、歐洲國家、美國采用的工作頻率)的RF電路，采用GFSK(Gauss Frequency Shift Keying，高斯頻移鍵控)調制模式，具有極好的頻率穩定性和較高的接收靈敏度，符合國家無線電管理委員會的相關規定。無線遠傳燃氣表單元結構見圖l。

MCU作為無線遠傳燃氣表的主控單元，負責所有流程控制及數據處理。供電電路為各單元供電，保證各單元正常工作。閥門驅動電路為表具閥門的開關裝置供電，保證閥門正常啟閉。復位電路提供軟啟動控制，使無線遠傳燃氣表能從異常狀態恢復至正常狀態。計量電路負責用氣量的計量。數據儲存電路實現計量數據的儲存功能。電池電壓檢測電路定時檢測電池的電壓，當電池電壓低于設定值時，及時提醒用戶更換電池。RF電路負責數據的傳輸，RF供電電路為RF電路供電，保證RF電路的正常工作。

無線遠傳燃氣表具有以下技術特點：①低功耗。在休眠狀態下的待機電流小于10mA。②覆蓋范圍大。最大發射功率(工作頻率為433MHz)為l0mW，有效覆蓋范圍在300m左右，能夠滿足普通居住建筑的傳輸距離，不會對人體造成損害。③工作頻率靈活。使用的工作頻率分別為433、868、915MHz，均為免執照頻率。④使用、安裝方便。可實現戶外抄表、閥門控制、異常信息上傳等功能，無線遠傳燃氣表的安裝方式與普通機械表相同，施工方便。

2.2　手持型采集器

手持型采集器具有計量數據傳遞、收集、查詢等功能，是連接無線遠傳燃氣表與數據管理中心的橋梁。手持型采集器通過無線方式采集計量數據，并通過GPRS的方式將計量數據傳遞給數據管理中心。手持型采集器單元結構見圖2。

手持型采集器中MCU、供電電路、RF供電電路、RF電路、數據儲存電路的功能與無線遠傳燃氣表中各單元的功能一致。其他單元的功能為：點陣液晶顯示屏：負責顯示手持型采集器的工作信息及計量數據；16×16點陣字庫：作為點陣液晶顯示屏的字庫；蜂嗚器電路：為手持型采集器蜂鳴器提供電力，保證蜂嗚器正常工作。

2.3　數據管理中心

數據管理中心是無線遠傳抄表系統的上位系統，用于提供人機界面，實現人機交互功能，完成對現場設備(無線遠傳燃氣表、手持型采集器、集中器等)的管理。數據管理中心的主要功能包括手持型采集器與數據管理中心服務器之間進行抄表任務的下載和計量數據的上傳，以及對手持型采集器、集中器、計量數據的綜合管理。工作時，抄表人員首先登錄手持型采集器的客戶端，從服務器下載抄表任務；抄表結束后，再由手持型采集器上傳計量數據，數據管理中心負責將計量數據存入服務器，以供管理人員進行數據分析處理。

3　無線遠傳燃氣表關鍵技術

3.1　通信協議

通信協議是實現無線遠傳燃氣表抄讀和控制的關鍵，完善的通信協議不僅可以實現點對點通信，還可以實現組網和中繼功能，簡化無線遠傳燃氣表的維護工作，并為后期升級提供便利。通信協議分為物理層協議、數據鏈路層協議、應用層協議。

①物理層協議。規范了手持型采集器內部MCU與通信模塊(RF電路)、手持型采集器與無線遠傳燃氣表、手持型采集器與集中器之間的無線通信協議。

②數據鏈路層協議。適用于手持型采集器(集中器)與無線遠傳燃氣表之間的無線通信。規范了引導碼、通信路徑、通信模式、設備代碼(包括手持型采集器、集中器、無線遠傳燃氣表)等數據定義。

③應用層協議。規范了初始化、寫基表序列號、讀基表序列號、設置抄表時間、設置當前時間、讀當前時間、寫棚臺氣量、讀出氣量、開閥、關閥等具體指令的數據域定義，以及各指令之間的組合使用規則。

3.2　計量數據的安全傳輸

計量數據傳輸采用加密解密算法，發送與接收雙方采用特定的快速握手方式，確保計量數據在數據通道暢通的情況下準確無誤。計量數據傳輸還采用了偵聽重發機制，避開同頻率的干擾，提高數據傳輸的準確性和可靠性。

3.3　功耗控制

對于采用干電池供電的無線遠傳燃氣表，由于干電池供電能力有限，除在電池的選型上做了很多測試對比工作外，在軟件設計上也采取了一些措施進一步降低功耗。

設置固定抄表時間，使MCU、通信模塊(RF電路)等單元在抄表時間外均處于休眠狀態，僅在設定的抄表時間內才定時蘇醒。

4　應用效果

2007年，某燃氣公司的幾個供氣小區無線遠傳抄表系統的統計數據如下：手持型采集器單次抄收時間小于3S；集中器抄收時間小于8S；抄到率：高層住宅為99.1％，多層住宅為99.5％；數據準確率為100％。

5　結語

無線遠傳抄表系統是集數據通信技術、電機應用技術、網絡技術、單片機技術、傳感器應用技術及軟件編碼糾錯技術、流體計量技術于一體的新型抄表系統。將無線遠傳燃氣表的計量數據通過無線數據傳輸方式傳送到手持型采集器、集中器，然后傳輸至數據管理中心，實現了對大量無線遠傳燃氣表的管理和計量數據采集工作，大幅提升了燃氣公司的抄表效率和準確率。

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本文作者：裴鳳芹  張青松

作者單位：鄭州安然測控設備有限公司