物聯時代的水氣表無線自組網抄表方案?

  目前國家全面推動產業戰略轉型的規劃,能源的管理與利用也越來越變的重要,並納入了國家重點項目之中,同時隨著人工成本高的上升以及國家提出的經濟增長方式的轉變,針對水錶,燃氣表智能化的採集與管理提出了更高的要求,融入物聯時代實現智能有效的管理已成必然!

  在水氣表採集與管理已經有多年的歷史,與各大水氣錶廠有著良好的合作關係,在這領域有著豐富的經驗。本文將著重介紹的無線水氣表抄表方式,和近年來發展起來的先進的自組網模式抄表方式。

  目前水氣表無線集抄主要有以下三種方案方案:A:採集器模式抄表 B:手抄機模式抄表 C:無線自組網模式抄表 這三種方式各有優缺點,隨著芯片與網絡技術的發展與進步,無線自組網模式抄表.漸漸成為現在發展的主流。

  1) 採集器模式抄表:

  採集器模式抄表,策略是由模塊定時將數據上傳給採集器(如20分鐘一次).採集器被動接收並打包將數據通過GPRS上傳。這種方式模塊端一般只需要定時發射即可,無需接收,模塊的功耗比較容易控制,軟件也簡單,可以實現自動抄表。由於是單向,這種方式是不能通過採集器下傳命令給模塊,當然也有個別廠家採用收發模塊,在模塊定時發射結束後等待幾十到幾百毫秒以便接收採集器下發的命令,但這種方法區別於單向發射,必須要設置採集器管理哪些模塊的地址,這樣增加了施工的複雜性。同時採集器管理的模塊地址事先已經設置好,就不能像單發的模式採集器不用區分模塊的地址,只要是這個網內的模塊採集器都可以將數據上傳。

  採集器模式抄表,最大問題是通訊距離和可靠性,由於是星形網絡,只有一級路由,通訊距離就是採集器與模塊點對點的距離,所以接收環境較差的模塊可能通訊不上,解決的方法只能是增加採集器或增加中繼器,這又增加了系統成本和複雜程度。這種方式還有一個問題,是可靠性,在施工中安裝調試正常的系統,抄表效果比較好,隨著時間天氣和環境的變化,網路拓撲也發生了變化,可能就有個別的模塊脫網,實測半年過後,一般脫網的模塊達到5%以上。此外不能配合手抄機抄表,手抄機只能與採集器通訊,也是其缺點之一。

  2) 手抄機模式抄表:

  手抄機模式抄表的構架圖如圖二,人工用手抄機抄表,模塊採用異步的週期喚醒接。收手抄機可內置數據庫軟件如SQL for WINCE,操作時由工作人員手拿手抄機,走到信號覆蓋距離內,進行逐個抄表,或搜索數據庫進行自動批量抄表。對於沒有抄到的模塊,可改變位置或靠近所抄模塊。由於有人工干預,抄表成功率較高,系統設計簡單可靠。抄錶速度較快,如果模塊週期喚醒的時間為1秒一次,平均約1.5秒可抄一塊表。對比人工一個月可完成3-4千的抄表量,約為人工的十幾倍以上效率。

  3)無線自組網方式抄表:

  無線自組網方式抄表是由集中器負責抄表與路由的管理,模塊與前一種方式類似採用週期喚醒接收(如1秒一次)。完全自動組網,有著多級路由,覆蓋的區域大大增加,任何一個模塊都可以當路由,所有路由都自動選擇,當環境改變時路由能自動恢復,無需人工干預。抄錶速度平均約2-10秒一塊表,安裝簡單,抄表成功率非常高。同時無線自組網方式抄表,也支持手抄機模式抄表,所以它集成了二種模式的優點。

  無線自組網方式抄表的模塊省電原理與上一種模式相同也是採用異步的週期喚醒接收,所以功耗也類似。無線自組網方式抄表缺點是:成本稍高,軟件複雜,模塊電量消耗不平衡,靠近集中器的模塊由於起到路由作用,在抄表是時電量消耗會多一些,這需要靠增大待機冗餘解決,但這對一個月只抄幾次的水氣表,這個問題並不突出。

  安特成研製的WMRNET無線網絡由一個集中器和若干個模塊組成。用戶的讀取數據的操作全部通過集中器完成,在網絡協議中對用戶屏蔽了組網與維護網絡的工作,用戶可隨時查詢在網的模塊和其狀況以及用集中器通過模塊讀取表的數據,而不必關心和干預網絡的運行,網絡所有維護工作均在後臺軟件完成。

  類似ZIGBEE網絡,WMRNET無線網絡組網方式為自上而下自動組網方式,同時無線網絡採用健壯的網形拓撲結構,利用收發場強判決鏈路的質量,從而決定組網的條件。網絡每個模塊都可以有多條路徑,一個模塊支持多個父模塊。任意模塊都可作為父模塊,無線網絡能夠自動選擇合理的路由路徑。

  處於活動狀態WMRNET無線網絡,當新的模塊處於網絡覆蓋範圍內,在一定的時間WMRNET無線網絡會自動識別模塊ID並加入網絡。網絡靜默狀態時,網絡的路由與模塊狀態處於凍結狀態,但用戶仍可以用集中器通過模塊讀取表的數據。

  WMRNET無線網絡支持網絡靜默模式,通過集中器設置網絡靜默後,同一網絡的的集中器和全部模塊均不會主動發射數據,用戶也可以隨時取消靜默狀態。利用功能網絡靜默功能,用戶可以分時激活網絡,這種方式可以用一個頻率讀取多個網絡。

  無線頻道的劃分採用類似GSM網絡同樣的原理,在兩個不同的地理區域裡配置相同的頻率。如在不同的城市中使用相同頻率的AM或FM廣播電臺。

  一個系統中可以有許多同信道WMRNET網絡,整個頻譜分配被劃分為K個頻率複用的模式,即單位無線區群中WMRNET網絡的個數,如圖五,其中K=4、7 、12等。允許同頻率重複使用的最小距離取決於許多因素,如網絡附近的同信道網絡數,地理地形類別,每個網絡模塊的作用範圍。K增加,頻率複用距離D也增加。增加了的頻率複用距離將減小同信道干擾發生的可能。

  安特成是物聯網行業領軍企業,所研發微功率無線數傳模塊已廣泛應用於風能控制、無線數據採集、礦上作業等,尤其是低頻段的無線自組織網產品已成功運用智能電網,無線水氣表和智能路燈的控制與節能等行業。我們相信隨著物聯網行業運用的深度與廣度的快速發展,物聯網行業將展現出更廣闊的前景。

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