物联时代的水气表无线自组网抄表

　　目前国家全面推动产业战略转型的规划，能源的管理与利用也越来越变的重要，并纳入了国家重点项目之中，同时随着人工成本高的上升以及国家提出的经济增长方式的转变，针对水表，燃气表智能化的采集与管理提出了更高的要求，融入物联时代实现智能有效的管理已成必然！ 

　　深圳市安美通科技有限公司在水气表采集与管理已经有6年的历史，与各大水气表厂有着良好的合作关系，在这领域有着丰富的经验。本文将着重介绍的无线水气表抄表方式，和近年来发展起来的先进的自组网模式抄表方式。 

　　目前水气表无线集抄主要有以下三种方案方案：A:采集器模式抄表B:手抄机模式抄表.C:无线自组网模式抄表.这三种方式各有优缺点，随着芯片与网络技术的发展与进步，无线自组网模式抄表.渐渐成为现在发展的主流。 

　　1) 采集器模式抄表： 

　　采集器模式抄表，策略是由模块定时将数据上传给采集器(如20分钟一次).采集器被动接收并打包将数据通过GPRS上传。这种方式模块端一般只需要定时发射即可，无需接收，模块的功耗比较容易控制，软件也简单，可以实现自动抄表。由于是单向，这种方式是不能通过采集器下传命令给模块，当然也有个别厂家采用收发模块，在模块定时发射结束后等待几十到几百毫秒以便接收采集器下发的命令，但这种方法区别于单向发射，必须要设置采集器管理哪些模块的地址,这样增加了施工的复杂性。同时采集器管理的模块地址事先已经设置好，就不能像单发的模式采集器不用区分模块的地址，只要是这个网内的模块采集器都可以将数据上传。 

　　采集器模式抄表，最大问题是通讯距离和可靠性，由于是星形网络，只有一级路由，通讯距离就是采集器与模块点对点的距离，所以接收环境较差的模块可能通讯不上，解决的方法只能是增加采集器或增加中继器，这又增加了系统成本和复杂程度。这种方式还有一个问题，是可靠性，在施工中安装调试正常的系统，抄表效果比较好，随着时间天气和环境的变化，网路拓扑也发生了变化，可能就有个别的模块脱网，实测半年过后，一般脱网的模块达到5%以上。此外不能配合手抄机抄表，手抄机只能与采集器通讯，也是其缺点之一。 

　　2) 手抄机模式抄表。 

　　手抄机模式抄表的构架图如图二，人工用手抄机抄表,模块采用异步的周期唤醒接收. 手抄机可内置数据库软件如SQL for WINCE， 操作时由工作人员手拿手抄机，走到信号覆盖距离内，进行逐个抄表，或搜索数据库进行自动批量抄表。对于没有抄到的模块，可改变位置或靠近所抄模块。由于有人工干预,抄表成功率较高,系统设计简单可靠.抄表速度较快, 如果模块周期唤醒的时间为1秒一次，平均约1.5秒可抄一块表.对比人工一个月可完成3-4千的抄表量，约为人工的十几倍以上效率。 

　　手抄机模式抄表对应的模块采用异步周期唤醒接收，以1秒打开一次，接收采用美国SEMTECH超低功耗的射频芯片SX1212为例，具体原理如下：
　　典型的无线收发机编码如下图。 

　　前导码为“1010”交替码，其作用是使目的接收机时钟与发射机同步，正常模式下前导码长度一般为32bit即可，前导码还有唤醒接收机的功能，此时发射机必须发送较长的前导码将省电模式下的接收机唤醒进入正常的工作状态。如设置接收机1秒钟唤醒一次，那么接收机每间隔1秒钟唤醒一次搜索前导码(tw)，持续长度一般为16bit。而发射机首先发射1秒以上的前导码再发射后面得同步码等，这意味着接收机在唤醒的周期，只要信道中发现前导码，在正常情况下都能够可成功检测到并唤醒接收，示意图见图三。 

　　因为模块是通过周期性唤醒接收来实现省电的，所以在功耗与唤醒周期和每次唤醒搜索前导码的时间(tw)，以及休眠的静态功耗有关。如唤醒周期为1秒，搜索前导码的时间(tw)时间平均值为5ms. 收发速率为5Kbps.
　　在周期性唤醒模式下电池的使用寿命可以通过以下公式算出： 

　　例如：电池是 3.6V/3.6AH ER18505锂亚电池，采用SX1212的模块持续接收电流仅仅只有2.8mA，休眠电流1.5uA.射频传输速率5Kbps,唤醒周期为1SEC,那么电池使用寿命是： 

　　考虑到电池的自放电,不同电流下的容量差异，温度等功耗和每月几次的使用，1节3.6V/3.6AH ER18505锂亚电池正常情况下有超过10年的使用寿命。
模块周期唤醒接收的功耗主要取决于接收电流和每个周期定时打开的时间。定时打开的时间和通讯速率有关，在接收电流确定的情况下，通讯速率越快平均功耗越低，但通讯距离和通讯速率成反比，功耗和通讯距离要平衡好不易.此外这种方式虽然抄表效率较高，但毕竟需要人工抄表.不能实现全自动抄表，以及实时监控每一个表的状况。