远程水表数据采集传输系统设计与研究
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Ｔ ＰＩ Ｃ ／Ｐ网络完成 。横 向自组网完成水表数据的 Ｒ Ｓ一４ ５总 ８ 线方式采集 。 同时 ． 系统通过 控制终 端 的控制 驱动 电路 。 可
式 中 ，． ｇ 为采 集到水表 中某个传感节点上 的数值 ， Ｐ为节点个
数 。ｇ 为得到 的模拟量传递值 。 在 传递过程 中 。 随着传输 距离 的增加 ， 数据会 发 生一定
数据 强度 一定 的情况 下 ， 也就 是式 （ ）是 定值 的情 况下 ， １ 如 果传输 的距离 过长 ， 会造 成式 （ ）中的分母 变 大 ， ２ 造成 数据
ｇ ）＝ （） （ （ ，Ｙ ｏ ｚ Ｊ， ＾ｚ ｄ ｄ （） ）＝ （ （ ） １ Ｊ ） ｘ ｚ
程度 的衰减和丢失 ． 数据 的衰减 程度 用衰 减系 数表示 。 数据 的衰减 系数可 以建立如下 的数据模型 ：
厂 ————一
将预付 费水表技术 与 自动 抄表 技术 进行结合 ． 设计开发具 有 自动抄 表和预付费 功能 的智 能水表 。 现预 付费 功能 和对 实 表运行 状况进 行 实 时监控 。实 现水 量管理 的科 学性 、 进 先
块与 总线 数据集 中控制转换装置建立 了横 向有 线 自组 网 ， 完
机融合 。 解决 了大量 的工程 布线 问题 ， 同时合理 了应用 现有 网络环境 的网络系统 ， 节省成本与开支并 提高 了网络 的可靠
性、 稳定性 。
３ １ 远 程 数 据 的采 集 ．
成水 表数 据采集与 Ｒ ４５总线 的数 据传 输。具体 的设 计流 Ｓ８
Ｒ ｓ串行数据传输协议 ． 通过相应的硬件 资源 ， 完成各种 仪表
数据的采集 ． 传递 和读取 ＿ 。 ３ “］
过计算传输过 程 中的衰减 程度 。 行 阶 梯性 的衰 减数 据 补 进 偿． 弥补远距离传输 中带 来 的缺 陷 ， 较好解 决 了 Ｒ ４ ５总线 Ｓ８ 通信距离上存在 的不足 ， 实际应用效果 良好 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
有一定限制 、 通信信道受损后故 障排除 困难 、 恢复慢 ， 信道后 续维护量大等不足ｌ 。尤其在进行远程数 据传递 的过 程 中， ５ ］ 传递的模拟信号很容易在长距离的传输 过程 中发生 衰减 。 造
成模拟信号 的传 输 数据 丢失 ， 造成 传输 结 果 的不 准确 。因
此， 研制 出一套能 够实 现远距离 传输 的仪 表数据 传递 系统 ．
实现远程数据的准确采集与传递 ， 成为一个难题 。
为 了解决这一问题 ， 提出一种 远程水表数据 采集传输 系 统的设计方案 ． 依托现有 的开 放式 网络 系统 Ｉｔ ｎｔ采用 总 ｎｅ ｅ． ｒ 线数据集中控制转换装置连接 Ｒ ４ ５总线 自组 网 ． Ｓ８ 通过水 表 数据采集与控制终端有效 的完成水表数 据的采集 与控制 ， 通
稳定 、 可靠 的水 表数 据采 集 、 程 控制 ， 体 的设 计 思路 如 远 具
下 ： ．
总线的数据转换为 Ｔ Ｐ／Ｐ的数据传输 。 Ｃ Ｉ 直接与 Ｉｔ ｎｔ ｎｅ ｅ 网络 ｒ
环境 下的交 换机连接 ， 使横 向有线 自组 网与 Ｉｔ ｎ ｔ ｎｅ ｅ 网络有 ｒ
通过远端 的仪表上的传感装置 ． 以总线 数据集 中控制转 换方式实 现水表数 据采 集功 能 ［ 。通过 水表 数据 采集 模 ６ 。］
性、 准确性和实 时性 ， 足了抄表 计费 、 满 管理决策 、 工程分 析 的需求 。
３ ２ 水 表 数 据 增 强 处 理 ．
ｋ ＾∑（ ｓ ＝／ ｇ ／
式中， ｋ为衰减系数 ， 表示数据传 递到终端 的衰减 程度 ， ｇ 为
对 在远 端传 递 的水表 数据 设为 ｇ ）与 脉冲激 励 函数 （
ｔ ｅ ｄ ｔ ａ ｉ ｅ ｏ ｔｏ ｏ ｓ ａ ｓｎ ｈ ｒｂ ｅ ｏ ｎ ｃ ｕ ａｅ ｔ ｎ ｍｉｓｏ ｅ ｕ ｔ． Ｉ ｏｖ ｎ ｈ ｂ ｖ －ｍｅ － ｈ ａ ａ ｅ ｓｌ ｇ ｔｌ ｓ ｒ ｌｓ ，ｃ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｆｉ ａ ｃ ｒ ｔ ｒ ｓ ｓｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｙ ａ ｓ ｎ ｓ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｎ
计算得 到的需要传递 的水表模拟数据 。ｓ为传递距离 。
通 过以上的传 输模 型 可 以看 出 ． 表 数 据传 递 的 准确 水
ｉＹ （ ）进行卷积运算可 以对 数据在 发送端进 行增 强处理 。假
设采集 的水 表数 据用 （ ）表示 ， 则有下面的表达式 ：
性． 和采集 的数据强 度成正 比， 和传输 距离成 反 比， 当采集 的
输和处理应用的管理系统 ， 通过通信 和计 算机 网络 等新技术 自动读取和处理 表数据 ＿ 。系统 的应 用克 服 了传统 人工 ｌ ］
抄表与控制模 式带来 的缺点 ． 有利于智 能化 、 约化校 园、 节 小 区的建设。随着智能化技 术的不断发展 ， 远程抄表技术 逐渐 成为相关研究 的热 点课 题 ， 当前 主流 的抄 表技 术 多少 基于
ＸＵＡＮ Ｙｅ
（ ｈｊ ｎ ｎｉ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｂ ｈｊ ｎ １ １０ Ｃ ｉａ Ｚ ｅｉ ｇＷａｌ ｎ ｅｓｙ Ｎｎ ｏＺ ｅａ ｇ ５ ０ ， ｈｎ ） ａ ｎ ｖ ｉ ｇ ｉ ３
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当前 以 Ｒ ４ ５总线通信 方式组成 的 自组网 。 近距离 的 Ｓ８ 在
自动抄表系统 中已得到很好的应用 ， 具有技术成熟 、 简单 ； 通
信可靠 、 稳定 ， 现实 时通信 。但是 这种方 法在 通信 距离 可实
基金项 目： 高校基本科研业务专项资金资助项 目（ Ｚ １０ ６ Ｃ Ｑ １０ ） 收稿 日期 ： １— ０ １ 修 回日期 ： １— １ １ ２ １ １— ９ ０ ２ １ １— ２ ０
关 键 词 ： 程 抄表 ： 据 衰 减 ： 端 补 偿 远 数 远 中图 分 类 号 ：Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉｎ ａ ｓ ａ ｃ ｏ ｍ ｏ ｅ Ｍ ｅｅ ｔ ｑｕ ｓｔｏ ａ ｍ ｉｓｏ Ｓ ｓｅ ｓｇ ｎｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｆＲｅ ｔ ｔ ｒＤａ ａ Ａｃ ｉｉｉｎ Ｔｒ ｎｓ ｓ ｉｎ ｙ ｔ ｍ
摘要 ： 研究远程抄表技术优化问题 ， 以提高远程数据 传输 的准 确性。在一些 特殊环境下 ， 表数据需 要进行较 远距离 的传 水 输， 由于距 离增加 ， 传输 的数据容易发生丢失或者损耗 ， 造成传输结果 不准确。为解决上述 问题 ， 提出一种远端 传输补偿 方 法的远程水表数据传递系统 ， 计算传输过程 中水表的模拟量数据的衰减程度 ， 进行 阶梯性的衰减数据补偿 ， 弥补远距 离传输 中由于数据衰减带来的缺陷 ， 保证数据准确传输 。实验结果表明 ， 算法克服传统 的布线传递方法 中工作量大 、 传输距离 受限 制等不利因素 ， 具有结构紧凑 、 功能合理 、 工作可靠 、 抗干扰能力强等优点 ， 为远程水表采集系统设计提供了依据 。
第２卷 第３ ９ 期
文 章 编 号 ：０ ６ ９ ４ （０ ２ ０ — ２ ６ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）３ ０ ０ — ３
计
算
机
仿
真
２１年３ ０ ２ 月
远 程 水表 数 据 采集 传 输 系统 设计 与研 究
宣 冶
（ 浙江万里学 院电子信息学 院， 浙江 宁波 ３５ ０ ） １ １０
１ 引言
随着电子技术 、 自动控制技术 、 感技术 、 传 计算 机技术及 现代通信技术的不断综合发展 ， 远程 自动抄表系统 近几年发
展十分迅猛 ， 且不 断 成 熟。 自动 远端 抄 表 系统 （Ａ ｔ ａｉ ｕｏ ｔ ｍ ｃ Ｍｅ ｒ ｅｄｎＳ ｓ ｍ —Ａ Ｓ）是 实现数 据 的 自动采 集 、 ｔ ａｉ ｙｔ ｅＲ ｇ ｅ ＭＲ 传
．－－ — —
２ 水表 数据 采集传 递原 理
传统 的水表 数据 采 集传 递 系统 的设 计 目的 ． 是构 建 软
件、 硬件相 结合 的水 表计 量 管 理 控制 系统 ， 决 工 程 中 的 解
Ｒ ４ ５总线布线困难 ， Ｓ８ 抄表 、 计费 中数据 的可 靠传输 ， 以实现
２ ６ －— ０ － － —
历 史用水量及水表的供水状态等 。 Ｕ通过 Ｒ ＭＣ Ｓ一４ ５ ８ 通信电
其中， 采集 的水 表模 拟 量数 据可 以建 立 如下 的 数学 模
型：
，
路与总线数据集 中控 制转换装 置连 接 ， 形成 总线通信方式组
ｇ
一
（ ｌ ２＋ … 一 ｇ ＋ｇ —— — ■—一
成 的有 线横 向 自组 网。 统 的纵 向网 络及 其它互 连 通信 由 系
程 图 如下 图 ｔ所示 。
系统通 过对 每个水表安装的水表数据采集 与控制终端 ．
如 图 ２所 示 。 。
图 ２ 水 表数 据 采 集 的 模 块 设 计
图 １ 水表数据采集控制系统示意图
采 集水 表输出与水流量成 比例的脉冲信号 ， 经过采 集器 对脉 冲累加后求 得实际用 水量 ， ＭＣ 在 Ｕ中存储 实际用水量 、
式 中 ，． ｇ 为采 集到水表 中某个传感节点上 的数值 ， Ｐ为节点个
数 。ｇ 为得到 的模拟量传递值 。 在 传递过程 中 。 随着传输 距离 的增加 ， 数据会 发 生一定
数据 强度 一定 的情况 下 ， 也就 是式 （ ）是 定值 的情 况下 ， １ 如 果传输 的距离 过长 ， 会造 成式 （ ）中的分母 变 大 ， ２ 造成 数据
ｇ ）＝ （） （ （ ，Ｙ ｏ ｚ Ｊ， ＾ｚ ｄ ｄ （） ）＝ （ （ ） １ Ｊ ） ｘ ｚ
程度 的衰减和丢失 ． 数据 的衰减 程度 用衰 减系 数表示 。 数据 的衰减 系数可 以建立如下 的数据模型 ：
厂 ————一
将预付 费水表技术 与 自动 抄表 技术 进行结合 ． 设计开发具 有 自动抄 表和预付费 功能 的智 能水表 。 现预 付费 功能 和对 实 表运行 状况进 行 实 时监控 。实 现水 量管理 的科 学性 、 进 先
块与 总线 数据集 中控制转换装置建立 了横 向有 线 自组 网 ， 完
机融合 。 解决 了大量 的工程 布线 问题 ， 同时合理 了应用 现有 网络环境 的网络系统 ， 节省成本与开支并 提高 了网络 的可靠
性、 稳定性 。
３ １ 远 程 数 据 的采 集 ．
成水 表数 据采集与 Ｒ ４５总线 的数 据传 输。具体 的设 计流 Ｓ８
Ｒ ｓ串行数据传输协议 ． 通过相应的硬件 资源 ， 完成各种 仪表
数据的采集 ． 传递 和读取 ＿ 。 ３ “］
过计算传输过 程 中的衰减 程度 。 行 阶 梯性 的衰 减数 据 补 进 偿． 弥补远距离传输 中带 来 的缺 陷 ， 较好解 决 了 Ｒ ４ ５总线 Ｓ８ 通信距离上存在 的不足 ， 实际应用效果 良好 。
ຫໍສະໝຸດ Baidu
有一定限制 、 通信信道受损后故 障排除 困难 、 恢复慢 ， 信道后 续维护量大等不足ｌ 。尤其在进行远程数 据传递 的过 程 中， ５ ］ 传递的模拟信号很容易在长距离的传输 过程 中发生 衰减 。 造
成模拟信号 的传 输 数据 丢失 ， 造成 传输 结 果 的不 准确 。因
此， 研制 出一套能 够实 现远距离 传输 的仪 表数据 传递 系统 ．
实现远程数据的准确采集与传递 ， 成为一个难题 。
为 了解决这一问题 ， 提出一种 远程水表数据 采集传输 系 统的设计方案 ． 依托现有 的开 放式 网络 系统 Ｉｔ ｎｔ采用 总 ｎｅ ｅ． ｒ 线数据集中控制转换装置连接 Ｒ ４ ５总线 自组 网 ． Ｓ８ 通过水 表 数据采集与控制终端有效 的完成水表数 据的采集 与控制 ， 通
稳定 、 可靠 的水 表数 据采 集 、 程 控制 ， 体 的设 计 思路 如 远 具
下 ： ．
总线的数据转换为 Ｔ Ｐ／Ｐ的数据传输 。 Ｃ Ｉ 直接与 Ｉｔ ｎｔ ｎｅ ｅ 网络 ｒ
环境 下的交 换机连接 ， 使横 向有线 自组 网与 Ｉｔ ｎ ｔ ｎｅ ｅ 网络有 ｒ
通过远端 的仪表上的传感装置 ． 以总线 数据集 中控制转 换方式实 现水表数 据采 集功 能 ［ 。通过 水表 数据 采集 模 ６ 。］
性、 准确性和实 时性 ， 足了抄表 计费 、 满 管理决策 、 工程分 析 的需求 。
３ ２ 水 表 数 据 增 强 处 理 ．
ｋ ＾∑（ ｓ ＝／ ｇ ／
式中， ｋ为衰减系数 ， 表示数据传 递到终端 的衰减 程度 ， ｇ 为
对 在远 端传 递 的水表 数据 设为 ｇ ）与 脉冲激 励 函数 （
ｔ ｅ ｄ ｔ ａ ｉ ｅ ｏ ｔｏ ｏ ｓ ａ ｓｎ ｈ ｒｂ ｅ ｏ ｎ ｃ ｕ ａｅ ｔ ｎ ｍｉｓｏ ｅ ｕ ｔ． Ｉ ｏｖ ｎ ｈ ｂ ｖ －ｍｅ － ｈ ａ ａ ｅ ｓｌ ｇ ｔｌ ｓ ｒ ｌｓ ，ｃ ｕ ｉｇ ｔ ｅ ｐ ｏ ｌｍ ｆｉ ａ ｃ ｒ ｔ ｒ ｓ ｓｉ ｎ ｒ ｓ ｌ ｙ ａ ｓ ｎ ｓ ｌｉ ｇ ｔ ｅ ａ ｏ ｅ ｎ
计算得 到的需要传递 的水表模拟数据 。ｓ为传递距离 。
通 过以上的传 输模 型 可 以看 出 ． 表 数 据传 递 的 准确 水
ｉＹ （ ）进行卷积运算可 以对 数据在 发送端进 行增 强处理 。假
设采集 的水 表数 据用 （ ）表示 ， 则有下面的表达式 ：
性． 和采集 的数据强 度成正 比， 和传输 距离成 反 比， 当采集 的
输和处理应用的管理系统 ， 通过通信 和计 算机 网络 等新技术 自动读取和处理 表数据 ＿ 。系统 的应 用克 服 了传统 人工 ｌ ］
抄表与控制模 式带来 的缺点 ． 有利于智 能化 、 约化校 园、 节 小 区的建设。随着智能化技 术的不断发展 ， 远程抄表技术 逐渐 成为相关研究 的热 点课 题 ， 当前 主流 的抄 表技 术 多少 基于
ＸＵＡＮ Ｙｅ
（ ｈｊ ｎ ｎｉ Ｕ ｉ ｒ ｔ， ｉ ｂ ｈｊ ｎ １ １０ Ｃ ｉａ Ｚ ｅｉ ｇＷａｌ ｎ ｅｓｙ Ｎｎ ｏＺ ｅａ ｇ ５ ０ ， ｈｎ ） ａ ｎ ｖ ｉ ｇ ｉ ３
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当前 以 Ｒ ４ ５总线通信 方式组成 的 自组网 。 近距离 的 Ｓ８ 在
自动抄表系统 中已得到很好的应用 ， 具有技术成熟 、 简单 ； 通
信可靠 、 稳定 ， 现实 时通信 。但是 这种方 法在 通信 距离 可实
基金项 目： 高校基本科研业务专项资金资助项 目（ Ｚ １０ ６ Ｃ Ｑ １０ ） 收稿 日期 ： １— ０ １ 修 回日期 ： １— １ １ ２ １ １— ９ ０ ２ １ １— ２ ０
关 键 词 ： 程 抄表 ： 据 衰 减 ： 端 补 偿 远 数 远 中图 分 类 号 ：Ｐ ９ ． Ｔ ３ １９ 文 献 标 识 码 ： Ｂ
Ｄｅ ｉｎ ａ ｓ ａ ｃ ｏ ｍ ｏ ｅ Ｍ ｅｅ ｔ ｑｕ ｓｔｏ ａ ｍ ｉｓｏ Ｓ ｓｅ ｓｇ ｎｄ Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｆＲｅ ｔ ｔ ｒＤａ ａ Ａｃ ｉｉｉｎ Ｔｒ ｎｓ ｓ ｉｎ ｙ ｔ ｍ
摘要 ： 研究远程抄表技术优化问题 ， 以提高远程数据 传输 的准 确性。在一些 特殊环境下 ， 表数据需 要进行较 远距离 的传 水 输， 由于距 离增加 ， 传输 的数据容易发生丢失或者损耗 ， 造成传输结果 不准确。为解决上述 问题 ， 提出一种远端 传输补偿 方 法的远程水表数据传递系统 ， 计算传输过程 中水表的模拟量数据的衰减程度 ， 进行 阶梯性的衰减数据补偿 ， 弥补远距 离传输 中由于数据衰减带来的缺陷 ， 保证数据准确传输 。实验结果表明 ， 算法克服传统 的布线传递方法 中工作量大 、 传输距离 受限 制等不利因素 ， 具有结构紧凑 、 功能合理 、 工作可靠 、 抗干扰能力强等优点 ， 为远程水表采集系统设计提供了依据 。
第２卷 第３ ９ 期
文 章 编 号 ：０ ６ ９ ４ （０ ２ ０ — ２ ６ ０ １０ — ３ ８ ２ １ ）３ ０ ０ — ３
计
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机
仿
真
２１年３ ０ ２ 月
远 程 水表 数 据 采集 传 输 系统 设计 与研 究
宣 冶
（ 浙江万里学 院电子信息学 院， 浙江 宁波 ３５ ０ ） １ １０
１ 引言
随着电子技术 、 自动控制技术 、 感技术 、 传 计算 机技术及 现代通信技术的不断综合发展 ， 远程 自动抄表系统 近几年发
展十分迅猛 ， 且不 断 成 熟。 自动 远端 抄 表 系统 （Ａ ｔ ａｉ ｕｏ ｔ ｍ ｃ Ｍｅ ｒ ｅｄｎＳ ｓ ｍ —Ａ Ｓ）是 实现数 据 的 自动采 集 、 ｔ ａｉ ｙｔ ｅＲ ｇ ｅ ＭＲ 传
．－－ — —
２ 水表 数据 采集传 递原 理
传统 的水表 数据 采 集传 递 系统 的设 计 目的 ． 是构 建 软
件、 硬件相 结合 的水 表计 量 管 理 控制 系统 ， 决 工 程 中 的 解
Ｒ ４ ５总线布线困难 ， Ｓ８ 抄表 、 计费 中数据 的可 靠传输 ， 以实现
２ ６ －— ０ － － —
历 史用水量及水表的供水状态等 。 Ｕ通过 Ｒ ＭＣ Ｓ一４ ５ ８ 通信电
其中， 采集 的水 表模 拟 量数 据可 以建 立 如下 的 数学 模
型：
，
路与总线数据集 中控 制转换装 置连 接 ， 形成 总线通信方式组
ｇ
一
（ ｌ ２＋ … 一 ｇ ＋ｇ —— — ■—一
成 的有 线横 向 自组 网。 统 的纵 向网 络及 其它互 连 通信 由 系
程 图 如下 图 ｔ所示 。
系统通 过对 每个水表安装的水表数据采集 与控制终端 ．
如 图 ２所 示 。 。
图 ２ 水 表数 据 采 集 的 模 块 设 计
图 １ 水表数据采集控制系统示意图
采 集水 表输出与水流量成 比例的脉冲信号 ， 经过采 集器 对脉 冲累加后求 得实际用 水量 ， ＭＣ 在 Ｕ中存储 实际用水量 、