专利名称：小区自动抄表系统的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及水表、电表和气表集中管理、自动监控系统，具体是一种适用于小区对水表、电表和气表集中管理的小区自动抄表系统。
背景技术：
众所周知，目前国内许多行政事业单位、厂矿企业、大专院校和物业小区内的水表、电能表、气表都由本单位或小区物业自己管理，统一对相关行业管理部门，即自来水公司、电力公司和燃气公司。目前，由于这三个行业的管理都自成体系，三个系统各自为阵，各自按自己行业的管理模式开展工作，虽然在抄表问题上有许多相似之处，但由于行业管理的原因，无法形成资源共享。由于水表、电表和气表各自的特性不同，每户的水表和气表一般都安装在室内，电表安装在室外，抄表人员必须到每家每户抄写用量(有时水、电、气会分别各自抄表，水表、气表抄表人员必须进入每家每户室内抄写用量)；非常麻烦，又费事。这样抄表效率低，劳动强度大，还可能因人为失误抄错数据，引起一些矛盾；所抄数据由抄表人员带回单位或小区相关部门汇总处理，再处理结果通知用户到指定地点交费。由于每户人家的作息时间不同，上下班时间不一样，加上可能出差在外等原因，使抄表人员常常走空路，多次上门都无法完成抄表工作，影响整体抄表收费工作的正常进度；又由于用户没有直接面对行业管理部门，单位或小区使用总量与各户用量总合出现差距时，需要用户分担，导致单价的上升，引起用户与用户、用户与单位或小区的矛盾，影响邻里关系和和谐氛围；另外，随着人们生活习惯的不同，个性化要求越来越高，保护个人隐私和防盗意识的增强，也会增加抄表人员进入用户家抄表的困难，无形中给抄表人员增加了较大的思想压力，直接影响了抄表收费的效率和服务质量。目前的抄表收费方式主要是以人工抄收为主，小范围逐步使用预付费方式和选点试用自动抄表系统。预付费方式(预付费电能表、预付费水表和预付费气表)的使用，从道理上讲可以减少抄表收费的压力，方便用户，但由于水、电、气的不同特点和不同管理方式，加上各自管理部门和用户对这三种预付费方式的认识不同，使得水表、电表、气表同时采用预付费方式的可能性大大降低，实际应用中很少出现，只要有一种表不采用预付费方式，抄表人员上门抄表就不可避免。另外，目前试点的自动抄表系统也都是按三个行业各自的特点进行的，除了系统本身的可靠性和实用性外，还存在一个致命缺陷，那就是同一个单位或小区同时运行三套不同类型的自动抄表系统是不可想象的，这样既浪费资源，增加建设成本，又容易引起系统间干扰，产生系统混乱，同时，同样存在各自管理部门与用户对自动抄表系统的认识问题，因此，要在一个单位或小区内采用三套自动抄表系统是不可能的，而只使用一种自动抄表系统从本质上讲又不能真正解决单位或小区抄表问题的，从某种意义上讲对单位或小区而言是一种资源浪费。故要很好的解决单位或小区自动抄表问题只有突破三种行业管理模式的壁垒，将单位或小区水表、电表和气表的三个抄表问题转化成一个抄表问题，这样就可以建立一套完整的自动抄表系统，统一对水表、电表和气表进行自动抄表收费和管理；这样才能真正解决现行人工抄表存在的诸多问题，提高劳动生产率，提高服务质量，克服人为差错，使单位或小区的抄表工作上一个新的台阶，为单位或小区抄表收费建立一套科学适用的管理新模式。
发明内容
为了使单位或小区抄表收费更加方便、快捷，提高管理水平，服务用户，利用现阶段的有关新技术成果，本实用新型的目的是提供一种将水表、电表和气表三者溶为一体的自动抄表系统，即小区自动抄表系统(以下简称DAMR)。使单位或小区的自动抄表工作统一在一个计算机控制系统中完成。它跨越了水、电、气管理分离的障碍，突破了水、电、气在单位或小区内各自独立管理的壁垒，在相关技术的支持下，实现了资源共享。在统一的计算机管理系统平台上，完成水表、电表和气表的自动抄表控制工作。既弥补了目前单位或小区抄表工作中存在的诸多缺陷和使用不便，又很好的解决了三个管理系统的融合问题，很好的满足了单位或小区管理的现实需要，真正实现单位或小区抄表收费管理的自动化，为单位或小区自动抄表系统开辟一条科学有效的新途径。
技术方案为了使单位或小区自动抄表控制系统更加科学有效、更加实用，本实用新型提出了将RF技术与PLC技术以及GPRS技术相结合的总体设想，将这些技术有机的融合在一起，构建一套准实时双向、通讯速度快、效率高、安全可靠、安装使用方便的小区自动抄表系统。特别是系统中电表的设计要求远远超出了普通电表的概念，它不仅具备普通电表的计量功能，还担负着水表、气表数据的上传下达和通讯中继任务(这里的气表和水表中都包含有RF单元)。
根据上述技术方案，本小区自动抄表系统(DAMR)包括计算机控制管理系统、集中器、电表、带RF单元的水表和带RF单元的气表；其中小区计算机控制管理系统与集中器之间通过PSTN或GPRS方式连接；集中器通过RF方式和/或PLC方式与若干个电表连接，电表通过RF方式与相对应的水表和气表连接；完成对电表、水表和气表的控制和管理；各电表之间通过RF方式和PLC方式彼此相连。
上述小区自动抄表系统(DAMR)还可包括计算机控制管理系统、集中器、电表、带RF单元水表、带RF单元气表和三相多功能电表；所述计算机控制管理系统通过GPRS直接与若干个三相多功能电表连接，或经集中器通过RS485接口与三相多功能电表连接，完成对三相多功能电表的控制和管理。
所述集中器具有RS485和IR、USB接口，RS485连接三相多功能电表，IR、USB中的至少一种接口与现场设备连接。这样以计算机控制管理系统、集中器、电表、水表和气表构成的准实时自动抄表系统就实现了对小区水表、电表和气表的监视、控制、功能转换和信息反馈等功能。
上述系统的工作原理在小区自动抄表系统(DAMR)中，单位或小区计算机控制管理系统作为工作人员的操作平台，利用相关的应用程序完成对整个DAMR系统的控制和管理。集中器既要通过PSTN或GPRS接收计算机控制管理系统的指令，还要通过RF方式和PLC方式将电表里的数据抄回并传给计算机控制管理系统；又要根据环境的变化，学习和选择与电表之间的最佳通讯路由和最佳通讯方式(RF方式或PLC方式)，同时还要随时作好准备，通过IR或USB与现场设备交换数据，通过RS485与三相多功能电表交换数据。电表所起的作用已远远超出了电能计量，它不仅要完成电能计量，配合集中器实现最佳通讯路由和最佳通讯方式(RF方式或PLC方式)，配合集中器实现电表之间的通讯中继；还要转抄水表和气表的数据，并将控制指令转发给水表和气表，同时它还要根据环境变化通过改变通讯信道来提高抗干扰能力，提高电表与水表和气表的通讯效率，保证所抄水表和气表数据的安全可靠。而这里的水表和气表，它们除了计量外，还带有电磁阀和RF单元，它们只与对应电表通过RF方式保持通讯，通过与电表同步改变通讯信道提高抗干扰能力，相互交换数据，并执行控制“命令”去控制水表和气表。通过单位或小区计算机控制管理系统、集中器、电表、水表和气表共同组成准实时控制网络系统，完成单位或小区自动抄表系统的所有功能，给目前单位或小区抄表管理带来一个质的飞跃。
本实用新型的技术效果是显著的，由上述原理构成的小区自动抄表系统(DAMR)，实现了单位或小区计算机控制管理系统与水表、电表和气表的双向、高速和可靠的通讯，通讯效率高，抗干扰能力强，建立起了单位或小区水表、电表和气表三表合一的网络平台，大大提高了抄表收费的工作效率；跨越了水表、电表和气表抄表收费的管理壁垒，真正实现了水表、电表和气表三表合一的自动抄表系统；实现了水表、电表、气表的自动登录和退出自动提示，安装使用方便；实现了对水表、电表和气表的远方自动控制(即水表、电表和气表都能通过编程，按需要自动在普通计量与预付费方式之间转换)；实现了三表运行状态的准实时在线监视；为单位或小区抄表收费管理水平的提高提供了一个科学实用的解决方案。
本实用新型的上述结构可以通过附图给出的实施例进一步说明。
本实用新型有如下附图附图1为小区自动抄表系统的结构框图；附图2为电表结构原理图；附图3为水表结构原理图；附图4为气表结构原理图；
附图5为集中器结构原理图；附图6为计算机控制管理系统结构框图；附图7为PLC单元电路原理图；附图8为RF单元电路原理图。
具体实施方式
参见附图1，图中小区自动抄表系统包括计算机控制管理系统、集中器、电表和水表、气表(图中省略了电源部分)，其中计算机控制管理系统包括计算机系统、GPRS和PSTN、网络线；计算机控制管理系统通过GPRS、PSTN其中之一连接集中器，通过集中器接收电表数据和发送控制指令。集中器包括单片机系统、GPRS和PSTN、IR和USB以及RS485接口、RF单元和PLC单元，集中器通过RF单元和PLC单元连接电表，接收电表数据和发送控制指令；通过IR和USB以及RS485与现场设备和三相多功能表连接，接受初始化数据和发送电表数据。电表包括计量单元、磁保持继电器、单片机系统、RF单元、PLC单元，通过RF单元与水表和气表连接，接收水表和气表的数据并发送控制指令；电表之间通过RF单元和PLC单元连接，实现通讯中继。所述三相多功能表可采用型号为DSSD188带RS485接口的三相多功能电表。
参见附图2，图中电表为单相电表(或三相电表)，所述电表均具有窃电报警输出功能。其中单相电表包括RF单元、PLC单元、计量单元、开关和单片机系统(图中省略了电源部分)；电表的计量单元单相电表采用ADE7751芯片(三相电表采用ADE7752芯片)；输入AC220v分别接到电表的采样端和PLC单元的通讯通道；电表的交流输出端通过磁保持继电器后作为交流AC220v输出。电表单元的计量脉冲和窃电报警脉冲接单片机系统I/O口，作为单片机系统的计量和报警信号；单片机系统通过I/O口线控制磁保持继电器开或关，以及显示电量数据；单片机系统通过总线与RF单元和PLC单元连接，控制RF单元和PLC单元的工作状态；电表通过RF方式和PLC方式与集中器连接，实现数据交换；电表通过RF方式和PLC方式相互连接，实现电表之间的通讯中继；电表通过RF方式与水表和气表连接，实现电表与水表和气表的数据交换(三相电表输入电源为三相AC380v，除计量单元与单相电表不同以外，其余部分基本一样)。
参见附图3，图中水表包括脉冲水表、单片机系统、RF单元和电磁阀。其中脉冲水表的计量脉冲输出端连接单片机系统的I/O口线，电磁阀连接在脉冲水表的出水管道上，其控制端与单片机系统的I/O口线连接，单片机系统通过串口连接RF单元。工作过程是水先流入脉冲水表，再通过电磁阀流出；单片机系统通过I/O口线与脉冲水表计量脉冲端相连，接收计量脉冲并显示用水量；通过I/O口线连接电磁阀，控制电磁阀开关；通过串口控制RF单元，实现与电表的数据交换。所述脉冲水表可以采用型号为LXLJ-50型脉冲水表。
参见附图4，图中气表包括脉冲气表、单片机系统、RF单元和电磁阀。其中脉冲气表的计量脉冲输出端连接单片机系统的I/O口线，电磁阀连接在脉冲气表的出气端上，其控制端与单片机系统的I/O口线连接，单片机系统通过串口连接RF单元。其中燃气水先流入脉冲气表，再通过电磁阀流出；单片机系统通过I/O口线与脉冲气表计量脉冲端相连，接收计量脉冲并显示用气量；通过I/O口线连接电磁阀，控制电磁阀开关；通过串口控制RF单元，实现与电表的数据交换。所述脉冲气表可以采用型号为CGZ-GM1.6型脉冲气表。
参见附图5，图中集中器包括单片机系统、硬时钟、RF单元、PLC单元、电源部分、GPRS(PSTN)和IR(USB、RS485)接口。其中AC380v作为电源部分的输入电源和PLC通讯通道；电源部分为集中器中所有单元和接口提供工作电源；单片机系统通过串口与GPRS(PSTN)、IR、USB、RS485、RF单元和PLC单元连接；集中器通过GPRS、PSTN(其中之一)与计算机控制管理系统连接，传送电表数据和接收计算机指令；集中器通过IR、USB(任一种)和RS485接口与现场设备和三相多功能电表连接，现场接收指令和发送数据；集中器通过RF单元和PLC单元接收电表数据和向电表发送指令。
参见附图6，图中计算机控制管理系统包括计算机系统、网络线和GPRS、PSTN。其中计算机系统通过串口与GPRS、PSTN连接；通过网络线与上级局域网相连。计算机控制管理系统利用GPRS或PSTN与集中器连接，接收电表数据和向电表发送指令；利用GPRS直接与三相多功能电表连接，进行数据交换；同时，利用网络线与上级局域网交换数据。
参见附图7，图中PLC单元包括TR、C4组成的藕合电路；L1、C3、V1、V2、V3、V4、R1、R2、C1、C2等组成的功率放大器；C6、D7、D6、L2、C5、R3组成的选频电路；FLT1、FLT2为带通虑波器、串口和PL3105(通讯专用芯片)。PLC单元通过串口与外部单片机系统串口连接，通过TR和C4与AC220v电网连接；功率放大器通过L1连接藕合电路，通过C1、C2连接PL3105的SIGOUT；选频电路通过R3、C5连接藕合电路，通过C6连接PL3105的SININ。PLC单元发送信息时，外部单片机系统通过串口向PL3105写入信息，经PL3105调制后，通过功率放大器放大信号，再经藕合电路将信号藕合到AC220v电网上；PLC单元接收数据时，AC220v电网上的信息经藕合电路传给选频电路，再由C6传到PL3105的SIGIN，经PL3105解调后，通过串口传送到单片机系统，完成PLC单元的信息收发功能。所述外部单片机系统为电表的单片机系统如PIC16F64。对于集中器来说，其PLC单元与安装在电表内的PLC单元在结构上是一样的，其相对于PLC单元的外部单片机系统就是如型号为LPC2214的单片机系统。
参见附图8，图中RF单元包括LC滤波器、由C31、C42、L41、L32组成的选频电路、由L101电感、C171、C181、XTAL及芯片CC1000组成的带时钟电路的RF通讯电路和单片机PL3103。选频电路C31、C42经LC滤波器连接天线，经C31、L32连接CC1000(专用通讯芯片)的RFIN端，经C42、C41、L41连接CC1000的RFOUT；CC1000的RSSI/IF、PALE、PDATE、PCLK、DCLK、DIO分别连接单片机的AD1、P12、P13、P15、P16、P35，天线阻抗为50欧。RF单元接收数据时，信号经天线感应并滤波后，经过选频电路选频，由C31、L32送CC1000的RFIN端，通过CC1000解调后传送给PL3103，再由串口传给外部单片机系统；RF单元发送数据时，外部单片机系统将数据通过PL3103串口，写入CC1000芯片，经CC1000调制后，从RFOUT端经过选频电路和滤波器后，再通过天线发射出去，完成信息的收发功能。这里的所述外部单片机系统为电表的单片机系统如PIC16F64或水表、气表的单片机系统如PIC16C57，或集中器的单片机系统LPC2214。对于集中器、电表、水表和气表来说，其RF单元在结构上是一样的。
权利要求1.一种小区自动抄表系统，包括计算机控制管理系统、其特征是还包括集中器、电表、带RF单元的水表和带RF单元的气表；其中小区计算机控制管理系统与集中器之间通过PSTN或GPRS方式连接；集中器通过RF方式和/或PLC方式与若干个电表连接，电表通过RF方式与相对应的带RF单元的水表和/或气表连接；各电表之间通过RF方式和PLC方式彼此相连。
2.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是系统还包括三相多功能电表，所述计算机控制管理系统通过GPRS直接与若干个三相多功能电表连接，或经集中器通过RS485接口与三相多功能电表连接，完成对三相多功能电表的控制和管理。
3.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是计算机控制管理系统包括计算机系统、GPRS或PSTN；计算机控制管理系统通过GPRS或PSTN连接集中器，通过集中器接收电表数据和发送控制指令。
4.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是集中器包括单片机系统、硬时钟、RF单元、PLC单元、电源部分、GPRS、PSTN和IR、USB、RS485接口；其中以AC380v作为电源部分的输入电源和PLC通讯通道；电源部分为集中器中所有单元和接口提供工作电源；单片机系统通过串口与GPRS、PSTN、IR、USB、RS485、RF单元和PLC单元连接；集中器通过GPRS或PSTN与计算机控制管理系统连接，传送电表数据和接收计算机指令；集中器通过IR、USB任一种接口与现场设备相连，现场接收指令和发送数据；集中器通过RF单元或/和PLC单元接收电表数据和向电表发送指令；集中器通过RS485与三相多功能电表连接，完成与三相多功能电表的数据交换。
5.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是所述PLC单元包括藕合电路、功率放大器、选频电路、中频虑波器、串口和通讯芯片(PL3105)；其中由变压器(TR)、电容(C4)组成的藕合电路；由电感(L1)、三极管(V1、V2、V3、V4)、电阻(R1、R2)、电容(C1、C2、C3)组成的功率放大器；由二极管(D7、D6)、电感(L2)、电容(C5、C6)、电阻(R3)组成的选频电路；PLC单元通过串口与外部单片机系统串口连接，通过藕合电路与AC220v电网连接；功率放大器通过电感(L1)连接藕合电路，通过电容(C1、C2)连接通讯芯片(PL3105)的SIGOUT端；选频电路通过(R3、C5)连接藕合电路，通过(C6)连接通讯芯片(PL3105)的SININ端；PLC单元发送信息时，外部单片机系统通过串口向通讯芯片写入信息，经通讯芯片调制后，通过功率放大器放大信号，再经藕合电路将信号藕合到AC220v电网上；PLC单元接收数据时，AC220v电网上的信息经藕合电路传给选频电路，再由电容(C6)传到通讯芯片的SIGIN端，经通讯芯片解调后，通过串口传送到单片机系统，完成PLC单元的信息收发。
6.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是所述RF单元包括LC滤波器、由电容(C31、C42)、电感(L41、L32)组成的选频电路、带时钟电路通讯电路和单片机系统；其中选频电路通过电容(C31、C42)经LC滤波器连接天线，经电容(C31)、电感(L32)连接RF通讯芯片(CC1000)的RFIN端，经电容(C42、C41)、电感(L41)连接通讯芯片的RFOUT端；RF单元接收数据时，信号经天线感应并滤波后，经过选频电路选频，由电容(C31)、电感(L32)送至RF通讯芯片(CC1000)的RFIN端，通过通讯芯片(CC1000)解调后传送给单片机(PL3103)，再由串口传给外部单片机系统；RF单元发送数据时，外部单片机系统将数据通过PL3103串口，写入RF通讯芯片，经RF通讯芯片调制后，从RFOUT端经过选频电路和滤波器后，通过天线发射出去，完成信息的收发功能。
7.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是所述电表采用具有窃电报警输出功能的单相电表或三相电表，其中单相电表包括RF单元、PLC单元、计量单元、开关和单片机系统；电表的采样端和PLC单元的通讯通道分别接输入AC220v电网；电表的交流输出端通过磁保持继电器作为交流AC220v输出；电表单元的计量脉冲和窃电报警脉冲接单片机系统的I/O口，作为单片机系统的计量和报警信号；单片机系统通过串口与RF单元和PLC单元连接，通过I/O口线控制磁保持继电器开或关，以及显示电量数据；电表通过RF单元和PLC单元相互连接，实现通讯中继；通过RF单元和PLC单元发送和接收集中器的信息，并通过RF单元发送和接收带RF单元的水表或带RF单元的气表的信息。
8.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是所述带RF单元的水表包括脉冲水表、单片机系统、RF单元和电磁阀，其中脉冲水表的计量脉冲输出端连接单片机系统的I/O口线，电磁阀连接在脉冲水表的出水管道上，其控制端与单片机系统的I/O口线连接，单片机系统通过串口连接RF单元；并通过RF单元与电表交换数据。
9.根据权利要求1所述的小区自动抄表系统，其特征是所述带RF单元的气表包括脉冲气表、单片机系统、RF单元和电磁阀，其中脉冲气表的计量脉冲输出端连接单片机系统的I/O口线，电磁阀连接在脉冲气表的出气端上，其控制端与单片机系统的I/O口线连接，单片机系统通过串口连接RF单元；并通过RF单元与电表交换数据。
专利摘要本实用新型涉及一种小区自动抄表系统，包括计算机控制管理系统、其特征是还包括集中器、电表、带RF单元的水表和带RF单元的气表；其中小区计算机控制管理系统与集中器之间通过PSTN或GPRS方式连接；集中器通过RF方式和/或PLC方式与若干个电表连接，电表通过RF方式与相对应的带RF单元的水表和/或气表连接；各电表之间通过RF方式和PLC方式彼此相连。本实用新型实现了计算机控制管理系统与水表、电表和气表的双向、高速和可靠的通讯，大大提高了抄表收费的工作效率；安装使用方便；实现了对水表、电表和气表的远方自动控制和在线监视；为单位或小区抄表收费管理水平的提高提供了一个科学实用的解决方案。
文档编号G08C19/00GK2924671SQ200620109890
公开日2007年7月18日 申请日期2006年1月28日 优先权日2006年1月28日
发明者李乐天 申请人:李乐天