专利名称：无线自动抄表系统及其抄表方法
技术领域：
本发明涉及一种用于室外管网计量仪表的智能自动数据采集系统，特别是涉及一种具有GPS定位寻找功能的无线自动抄表系统及其抄表方法。
背景技术：
城镇自来水管网已遍布城镇的每一个角落，而且均置于地下，因此管网上需要设置的各种计量仪表也大都置于地下的仪表井中。长期以来抄读这些仪表井中计量仪表的数据都需要依靠人工来完成，即每次抄表时抄表员需要打开井盖用肉眼或简单的工具来读取计量仪表上的数据，由于井下的环境较为恶劣，夏季灌水、冬季结冰，表具又多浸泡在水中，所以人工读数极为困难，而且表井的数量众多，因此寻找每一个表井的位置也不是一件容易的事。另一方面，由于当前计算机技术已相当普及，各部门普遍使用计算机系统来管理各类数据。上述这些人工抄读的数据也需要手工造册并由录入员录入到计算机中，由于读数、抄写、录入等环节的人工操作极易造成难以避免的失误，因而有可能影响数据的准确性。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的目的在于提供一种能使数据的采集、传输、汇总直至上传到计算机中的整个过程全部由机器来完成，并可将指令发送给井中的无线收发单元以控制井中的阀门等设备动作，因而数据准确可靠且效率高的无线自动抄表系统及其抄表方法。
为了达到上述目的，本发明提供的无线自动抄表系统包括安装在井下的远传水表和控制设备；安装在井壁上端的无线收发单元，与远传水表及控制设备相连接；抄表器，分为车载抄表器和手持抄表器，通过无线方式与多个无线收发单元相连接；上位PC机，用GPRS通过互联网或通过标准串口与多个抄表器相连接。
所述的无线收发单元包括微控制器，为整个电路的核心，其一方面能够对通过远传水表接口接收的水量信号进行整形、滤波、存储，同时检测、记录水表和无线收发单元本身的运行状况，并在需要时将这些数据通过射频通信模块发送出去，另一方面将从射频通信模块接收到的指令进行解码，并将得到的动作指令传送给控制部件以控制其动作；远传水表接口，一端与远传水表相连，另一端与微控制器相接，其能够对远传水表送来的电信号进行整形、滤波，然后传送给微控制器进行处理；控制部件接口，一端与控制部件相连，另一端与微控制器相接，其能够接收微控制器发出的控制指令以驱动控制部件动作；射频通信模块，与微控制器相连，用于与抄表器进行无线通信。
所述的车载抄表器包括微控制器，为整个电路的核心，其能够对各模块传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；GPS模块，与微控制器相连，用于接收GPS系统信号，并传送给微控制器，从而为确定实时位置提供相应数据；GSM模块，与微控制器相连，其通过GPRS网络为系统提供实时连接互联网的通道；LCD显示器及键盘，与微控制器相连，用于提供人机互交界面；射频通信模块，与微控制器相连，用于与无线收发单元进行无线通信；Flash存储器，与微控制器相连，用于存储程序和数据；RAM存储器，与微控制器相连，用于存储数据；串行通信接口，与微控制器相连，用作与上位PC机通信的接口。
所述的手持抄表器包括微控制器，为整个电路的核心，其能够对各模块传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；射频通信模块，与微控制器相连，用于与无线收发单元进行无线通信；LCD显示器及键盘，与微控制器相连，用于提供人机互交界面；Flash存储器，与微控制器相连，用于存储程序和数据；RAM存储器，与微控制器相连，用于存储数据；串行通信接口，与微控制器相连，用作与上位PC机通信的接口。
本发明提供的车载无线自动抄表方法包括下列步骤1、首先，将存储在上位PC机之中的有关信息即预定待抄远传水表的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息、历史付费信息及预定的抄表路线等信息下传给车载抄表器的任务初始化阶段；2、然后，车载抄表器根据GPS卫星定位系统提供的位置信息引导抄表车辆驶向待抄表井，并确定待抄表井的位置的引导定位阶段；3、然后，将无线收发单元中的信息抄读到抄表器中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表控制其动作的抄表阶段；4、最后，将抄表器抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机，或通过GPRS网络和互联网将数据包实时上传给上位PC机的数据上传阶段。
本发明提供的手持无线自动抄表方法包括下列步骤1、首先，将存储在上位PC机之中的有关信息即预定待抄远传水表的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息及历史付费等信息下传给手持抄表器的任务初始化阶段；2、然后，将分散在各处的无线收发单元中的信息抄读到手持抄表器之中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表的抄表阶段；3、最后，将手持抄表器抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机的数据上传阶段。
本发明提供的无线自动抄表系统融合了微机控制技术、射频通信技术、GPS卫星定位技术以及GPRS远程通信技术等多项先进技术，从而完成了将数量多、分布广而且运行环境极差的井下水表之中的数据抄读汇总至管理中心的计算机之中工作。本发明提供的无线自动抄表系统能提供两种具体的抄表方法在进行车载抄表时，车载抄表器能根据GPS卫星定位系统提供信息，从而能够迅速准确地确定待抄表井的位置并且自动完成抄表工作；在进行手持抄表时，抄表人员可根据手持抄表器上提供的用户地址和表井位置等信息来确定待抄表井的位置，并且不用打开开井盖查表，而是站在表井附近就能简单迅速地完成抄表工作。在上述两种抄表方法之中，水量信息的监测、存储、采集、汇总直至上传到上位PC机之中的全部过程都由计算机自动完成，因此所得到的数据准确可靠，而且工作效率极高，是一种理想的抄表方式。
下面结合附图和具体实施方式
对本发明提供的无线自动抄表系统及其抄表方法进行详细说明。
图1为本发明提供的无线自动抄表系统组成示意图。
图2为本发明提供的无线自动抄表系统中无线收发单元结构框图。
图3为本发明提供的无线自动抄表系统中车载抄表器结构框图。
图4为本发明提供的无线自动抄表系统中手持抄表器结构框图。
图5为本发明提供的无线自动抄表系统中无线收发单元电路原理图。
图6～图8为本发明提供的无线自动抄表系统中车载抄表器电路原理图。
图9～图11为本发明提供的无线自动抄表系统中手持抄表器电路原理图。
图12为本发明提供的车载无线自动抄表方法流程图。
图13为本发明提供的手持无线自动抄表方法流程图。
具体实施例方式
如图1所示，本发明提供的无线自动抄表系统由远传水表A0、无线收发单元A1、抄表器A2，A2’和上位PC机A3组成。其中，所述的远传水表A0安装在井下。无线收发单元A1安装在井壁的上端，其与远传水表A0及阀门等控制设备相连接，用于采集并记录远传水表A0的水量信息及状态信息，也可根据抄表器A2，A2’发送来的指令控制诸如电磁阀等部件的动作。无线收发单元A1可安装在井中，也可以根据需要安装在其它适宜的地方。通常一个无线收发单元A1与一只远传水表A0和一个控制部件相连，也可以根据需要与多只远传水表A0和多个控制部件相连。抄表器A2，A2’是通过无线方式与多个无线收发单元A1相连，其主要作用是与无线收发单元A1进行一次数据交换，即其能够读取无线收发单元A1采集并记录的远传水表A0的数据，并能将相应的指令传送给无线收发单元A1。另外，所述的抄表器分为两种即车载抄表器A2和手持抄表器A2’，车载抄表器A2用于车载抄表，而手持抄表器A2’则用于手持抄表。车载抄表器A2具有GPS自动定位功能，其可以接收GPS系统发送的定位信息，然后通过计算确定出自身的位置，并同事先存储的待抄水表的位置进行比较。当车载抄表器A2进入待抄水表无线收发单元A1的有效抄表范围时，其能够自动启动抄表程序。上位PC机A3用于运行后台管理系统软件，其能够通过标准串口与多个抄表器A2，A2’相连，也可以通过互联网和GPRS网络与多个车载抄表器A2实时相连。
如图2、图5所示，所述的无线收发单元A1包括微控制器1、远传水表接口2、控制部件接口3和射频通信模块4。作为该电路核心的微控制器1一方面能够对通过远传水表接口2接收的水量信号进行整形、滤波、存储，同时检测、记录水表的运行状况，并在需要时将这些数据通过射频通信模块4发送出去，另一方面将从射频通信模块4接收到的指令进行解码，并将得到的动作指令通过控制部件接口3传送给控制部件以控制其动作；远传水表接口2的一端与远传水表A0相连，另一端与微控制器1相接，其能够对远传水表A0送来的电信号进行整形、滤波，然后传送给微控制器1进行处理；控制部件接口3的一端与控制部件相连，另一端与微控制器1相接，其能够接收微控制器1发出的控制指令以驱动控制部件；射频通信模块4与微控制器1相连，用于与抄表器A2，A2’进行无线通信。
如图3、图6～图8所示，所述的车载抄表器A2包括微控制器11、GPS模块12、GSM模块13、LCD显示器14、键盘15、射频通信模块16、Flash存储器17、RAM存储器18和串行通信接口19。作为该电路核心的微控制器11，其能够对各模块传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；GPS模块12与微控制器11相连，其用于接收GPS系统信号，并传送给微控制器11，从而为确定实时位置提供相应数据；GSM模块13与微控制器11相连，其通过GPRS网络为系统提供实时连接互联网的通道；LCD显示器及键盘14、15与微控制器11相连，用于提供人机互交界面；射频通信模块16与微控制器11相连，用于与无线收发单元A1进行无线通信；Flash存储器17与微控制器11相连，用于存储程序和数据；RAM存储器18与微控制器11相连，用于存储数据；串行通信接口19与微控制器11相连，用作与上位PC机A3通信的接口。
如图4、图9～图11所示，所述的手持抄表器A2’包括微控制器21、射频通信模块22、LCD显示器23、键盘24、Flash存储器25、RAM存储器26和串行通信接口27。作为该电路核心的微控制器21，其能够对各部分传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；LCD显示器23及键盘24，与微控制器21相连，用于提供人机互交界面；射频通信模块22与微控制器21相连，用于与无线收发单元A1进行无线通信；Flash存储器25与微控制器21相连，用于存储程序和数据；RAM存储器26与微控制器21相连，用于存储数据；串行通信接口27与微控制器21相连，用作与上位PC机A3通信的接口。
总的来说，实现无线自动抄表过程的关键在于两点一是迅速准确地确定待抄远传水表A0和无线收发单元A1的位置，二是保持稳定的无线传输通道。首先，在进行车载抄表时，待抄远传水表A0的定位是由车载抄表器A2完成的。为了迅速准确地进行定位，在车载抄表器A2中引入了GPS技术，利用GPS系统具有的定位功能就能解决待抄远传水表A0和无线收发单元A1的准确定位问题。由于车载抄表器A2的功能复杂、数据量大，并有实时计算要求，因此微控制器11采用32位微处理器外接大容量数据和程序存储器，并可选用320×240彩色LCD显示屏并配置触摸屏，以提供图形化人机界面和语音提示功能。在进行手持抄表时，虽然手持抄表器A2’不具备GPS功能，但手持抄表器A2’能提供用户地址及其表井位置的详细描述，因此抄表人员也能容易地确定表井位置。由于手持抄表器A2’只提供文字和简单图形的显示，因此一般采用160×160、128×64等较小点阵的LCD显示器，这样不仅可以减小体积和重量，还可以降低成本。
另一方面，无线传输通道的稳定性主要取决于无线收发单元A1。无线收发单元A1是实现无线抄表的基础，由于其常安装在表井中，而且井下的条件极为恶劣，而且其既要随时监测远传水表A0的工作状态，又要随时准备进行抄表操作，并且还要实现低功耗。保证无线收发单元A1稳定可靠的工作就能得到准确的水量信息和稳定的无线传输通道，因此无线收发单元A1的工作稳定是整个系统稳定的关键。为了确保系统稳定可靠，应尽量减少芯片和元器件的数量，力求用单芯片来完成全部的控制工作，以便选择高等级质量的芯片。因此，本发明中的无线收发单元A1选用了高性能16位单片机作为微控制器1，从而实现了单芯片化。微控制器1除了记录水量信息外还可对传感器断线、短路、进水、工作异常以及通信异常、电源电压等信息进行记录和上传，这对于保证系统长期稳定运行和及时维护是十分必要的。另外，射频通信模块4采用了ISM频段无线收发模块，并且软件上采用RCR校验和多重纠错措施，因而能确保通信稳定可靠。
本发明提供的无线自动抄表方法包括车载无线自动抄表方法和手持无线自动抄表方法。
如图12所示，所述的车载无线自动抄表方法包括首先，将存储在上位PC机A3之中的有关信息即预定待抄远传水表A0的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息、历史付费信息及预定的抄表路线等信息下传给车载抄表器A2的S01任务初始化阶段；然后，由车载抄表器A2根据GPS卫星定位系统提供的位置信息引导抄表车辆驶向待抄表井，并确定待抄表井的位置的S02引导定位阶段；然后，将分散在各处的无线收发单元A1中的信息抄读到车载抄表器A2中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表A0以控制其动作的S03抄表阶段；最后，将车载抄表器A2将抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机A3，或通过GPRS网络和互联网将数据包实时上传给上位PC机A3的S04上传数据阶段。
如图13所示，所述的手持无线自动抄表方法包括首先，将存储在上位PC机A3之中的有关信息即预定待抄远传水表A0的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息及历史付费等信息下传给手持抄表器A2’的S11任务初始化阶段；然后，将分散在各处的无线收发单元A1中的信息抄读到手持抄表器A2’之中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表A0的S12抄表阶段；最后，将手持抄表器A2’抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机A3的S13数据上传阶段。
对于车载无线自动抄表方法而言，首先应在上位PC机A3中建立起远传水表A0的用户数据库，并在其中存储有关用户和各远传水表A0的详细信息，包括表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量付费信息等。其中水表位置信息是由GPS系统提供的，这样就能在电子地图上准确显示出每个表井的位置，并可安排一条最佳抄表路线而一并存储在数据库中。在进行车载抄表前先将上述数据下载到车载抄表器A2中，由于本发明采用了GPS卫星定位技术，所以车载抄表器A2能实时确定出自身的位置并在LCD显示器13上显示出来，抄表车辆可在电子地图的引导下根据预定的抄表路线行驶。当抄表车辆接近待抄表井时，系统会根据需要提示抄表车辆减速；当抄表车辆进入有效抄表区域时，车载抄表器A2会自动启动抄表程序而进行抄表，抄表结束后车载抄表器A2就将该表井标上已抄标志。抄表后所获得的数据可通过GPRS网络实时发送给指定上位PC机A3，也可以待全部远传水表A0抄读完毕后通过标准串口一次性下载到指定上位PC机A3之中。
对于手持无线自动抄表方法而言，在上位PC机A3中建立的远传水表A0的用户数据库中的信息包括表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量付费信息等。其中水表位置信息包括用户地址以及关于表井位置的详细描述。在进行手持抄表前先将上述数据下载到手持抄表器A2’中，抄表时，抄表人员可根据由手持抄表器A2’提供的用户地址以及关于表井位置的详细描述来确定待抄表井的位置，当抄表人员进入有效抄表区域时，由抄表人员启动抄表程序而进行抄表。抄表所得到的数据被储存在手持抄表器A2’之中，待全部远传水表A0抄读完毕后可以通过标准串口一次性下载到指定上位PC机A3之中。
由于上述两种方式的数据抄读全部是由机器来完成，因而数据准确且格式工整。即本发明能够将遍布城区众多数量的计量水表中的信息变成指定规格的数据包，并保存到上位PC机A3管理系统的相应数据库中，然后通过计算机网络提供给城市自来水管理、生产、计量收费等部门及其它相关部门共享。由于抄表器A2，A2’中存储有大量的数据，因此可在抄表后根据收费信息直接进行收费，也可选配打印机而打印出缴费单据。本发明提供的无线自动抄表系统及其抄表方法还可应用于供热、燃气等其它计量收费系统。
权利要求
1.一种无线自动抄表系统，其特征在于所述的无线自动抄表系统包括安装在井下的远传水表(A0)和控制设备；安装在井壁上端的无线收发单元(A1)，与远传水表(A0)及控制设备相连接；抄表器(A2，A2’)，分为车载抄表器(A2)和手持抄表器(A2’)，通过无线方式与多个无线收发单元(A1)相连接；上位PC机(A3)，用GPRS通过互联网或通过标准串口与多个抄表器(A2，A2’)相连接。
2.根据权利要求1所述的无线自动抄表系统，其特征在于所述的无线收发单元(A1)包括微控制器(1)，为整个电路的核心，其一方面能够对通过远传水表接口(2)接收的水量信号进行整形、滤波、存储，同时检测、记录水表和无线收发单元(A1)本身的运行状况，并在需要时将这些数据通过射频通信模块(4)发送出去，另一方面将从射频通信模块(4)接收到的指令进行解码，并将得到的动作指令传送给控制部件以控制其动作；远传水表接口(2)，一端与远传水表(A0)相连，另一端与微控制器(1)相接，其能够对远传水表(A0)送来的电信号进行整形、滤波，然后传送给微控制器(1)进行处理；控制部件接口(3)，一端与控制部件相连，另一端与微控制器(1)相接，其能够接收微控制器(1)发出的控制指令以驱动控制部件动作；射频通信模块(4)，与微控制器(1)相连，用于与抄表器(A2，A2’)进行无线通信。
3.根据权利要求1所述的无线自动抄表系统，其特征在于所述的车载抄表器(A2)包括微控制器(11)，为整个电路的核心，其能够对各模块传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；GPS模块(12)，与微控制器(11)相连，用于接收GPS系统信号，并传送给微控制器(11)，从而为确定实时位置提供相应数据；GSM模块(13)，与微控制器(11)相连，其通过GPRS网络为系统提供实时连接互联网的通道；LCD显示器(14)及键盘(15)，与微控制器(11)相连，用于提供人机互交界面；射频通信模块(16)，与微控制器(11)相连，用于与无线收发单元(A1)进行无线通信；Flash存储器(17)，与微控制器(11)相连，用于存储程序和数据；RAM存储器(18)，与微控制器(11)相连，用于存储数据；串行通信接口(19)，与微控制器(11)相连，用作与上位PC机(A3)通信的接口。
4.根据权利要求1所述的无线自动抄表系统，其特征在于所述的手持抄表器(A2’)包括微控制器(21)，为整个电路的核心，其能够对各模块传送来的数据进行计算、分析和处理，并根据需要发出相应的指令；射频通信模块(22)，与微控制器(21)相连，用于与无线收发单元(A1)进行无线通信；LCD显示器(23)及键盘(24)，与微控制器(21)相连，用于提供人机互交界面；Flash存储器(25)，与微控制器(21)相连，用于存储程序和数据；RAM存储器(26)，与微控制器(21)相连，用于存储数据；串行通信接口(27)，与微控制器(21)相连，用作与上位PC机(A3)通信的接口。
5.一种车载无线自动抄表方法，其特征在于所述的车载无线自动抄表方法包括下列步骤1)首先，将存储在上位PC机(A3)之中的有关信息即预定待抄远传水表(A0)的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息、历史付费信息及预定的抄表路线等信息下传给车载抄表器(A2)的S01任务初始化阶段；2)然后，车载抄表器(A2)根据GPS卫星定位系统提供的位置信息引导抄表车辆驶向待抄表井，并确定待抄表井的位置的S02引导定位阶段；3)然后，将无线收发单元(A1)中的信息抄读到车载抄表器(A2)中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表(A0)以控制其动作的S03抄表阶段；4)最后，将车载抄表器(A2)抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机(A3)，或通过GPRS网络和互联网将数据包实时上传给上位PC机(A3)的S04数据上传阶段。
6.一种手持无线自动抄表方法，其特征在于所述的手持无线自动抄表方法包括下列步骤1)首先，将存储在上位PC机(A3)之中的有关信息即预定待抄远传水表的表号、表类型、水量信息、水表位置信息、用户信息、取费信息及历史水量信息及历史付费等信息下传给手持抄表器(A2’)的S11任务初始化阶段；2)然后，将分散在各处的无线收发单元(A1)中的信息抄读到手持抄表器(A2’)之中，并按规定的格式打包，同时将相应的指令发送给相应远传水表(A0)的S12抄表阶段；3)最后，将手持抄表器(A2’)抄表得到的数据包通过标准串口上传给上位PC机(A3)的S13数据上传阶段。
全文摘要
一种无线自动抄表系统及其抄表方法。系统包括安装在井下的远传水表；安装在井壁上端且与远传水表及控制设备相连的无线收发单元；通过无线方式与多个无线收发单元相连的抄表器；和用GPRS通过互联网或通过标准串口与多个抄表器相连的上位PC机。本发明提供的无线自动抄表系统及其抄表方法融合了微机控制技术、射频通信技术、GPS卫星定位技术以及GPRS远程通信技术等多项先进技术，从而完成了将数量多、分布广而且运行环境极差的井下水表之中的数据抄读汇总至管理中心的计算机之中工作，全部过程都由计算机自动完成，因此所得到的数据准确可靠，而且工作效率极高，是一种理想的抄表方式。
文档编号G08C19/00GK1750058SQ20041007194
公开日2006年3月22日 申请日期2004年9月16日 优先权日2004年9月16日
发明者李昀 申请人:李昀