智能无线水表的检测技术研究

谭永伟

烟台市自来水有限公司 山东 烟台 264000

智慧水务是智慧城市的主要组成部分，构建智慧水务管理系统，实现供水、排水以及污水处理的智慧化管理，创建智慧水环境，助力生态文明建设，促进智慧城市的升级发展。未来，智慧水务会与智慧城市发展体系有效融合，其应用重要性也会逐渐凸显。随着移动互联网和物联网技术以及5G等的应用发展，促使水务的智慧化水平不断提高。在智慧水务的建设中，智慧水表配置为重点内容，通过提供水表的性能水平，助力水务智慧化和现代化发展。

1 智能无线水表检测技术的应用价值

从传统到水务管理实际情况分析，存在着水质监测不及时和检测数据失真以及信息滞后等各类问题。为了能够满足工作的具体需求，积极推广应用物联网技术手段，综合利用大数据技术和地理信息技术以及物联技术等，搭建智慧化管理平台，为全面管理提供支持与帮助，提高信息化的水平。在水环境的智能监测和管理，以及水务公开信息等过程的科学化和智慧化管理方面，积极推广应用新技术，能够促进水环境质量得到改善，并且提高流域水环境质量智能预警和应急处理能力，并且满足全过程管理的需求，为水环境综合整治提供技术支撑与保障。目前使用的物联水务系统可以实现24小时连续监测以及远程控制，精准掌握水质情况，并且能够预警预报重大水质污染事故。如果发现水质问题，则能够快速的掌握具体情况，启动紧急应急预案，并且控制突发事故所带来的不良影响，保障城市供水安全。这些功能的实现需要，智能水表应用的支持。通过实时掌握数据信息，进而做好相应的分析，为水务管理提供真实的数据。这需要保证水表的准确性，能够提供精准的数据，做好水表监测工作具有重要的意义。通过利用智能水表监测系统，采用科学化、精细化管理手段，实现对水表的全面监测，保证计量数据的准确性，进而满足管理工作的需求。

2 智能无线水表管理系统应用的形式

2.1 系统概述

传统的水表使用中需要抄表人进行实地抄表，很容易出现漏超或者错超等情况，消耗很多的人力物力以及财力，获得的数据信息无法及时反馈，且用户缴费不够便捷。在此背景下智能水表的广泛应用，也成为未来发展的趋势。基于LoRa水表抄表系统，主要由终端和中继以及网关、服务器组成。对于节点、中继以及网关的组网，使用的是LoRa组网方式，形成智能化系统。在实际应用中后台服务端要求节点设备，做好性能参数的设置，并且通过GPRA网络实现指令与参数的传输，传输到基站或者网关，之后由基站根据数据的信息，匹配节点设备。系统的节点模块，采取以下两种方式送到服务器：1）瞬时数据保存在基站的存储模块，经服务器统一采集数据信息；2）由服务器按照设备的ID地址指定节点模块进行数据上传。

2.2 系统平台设计

2.2.1 硬件方案设计

设计的智能水表系统，MCU统一使用的是意法半导体的STM32F10x系列芯片，芯片使用标准Cortex-M3内核，拥有强大的外部接口和数据处理能力。使用的芯片性能水平很高，并且具有低电压和低价格优势，适用于中小设备。

节点设备的硬件构成中，前端摄像头采集模块负责进行表盘数据的识别，实现水表数据信息的实时化采集。MCU利用SPI接口配置LoRa的运行方式和相关参数。实际运行中此节点设备能够响应服务器下发的指令，同时将数据信息传输到中继设备和基站设备，实现对水量的记录。与此同时，还可以监控水表的运行状态。按照设计的方案，每月开展1次抄表以及多次心跳连接，可实现应用功能要求，同时可减少能源消耗，电源模块使用两节3600mAh电池供电，主控芯片和LoRa射频模块的低功耗模式理论上可以支持节点设备运行3-5年。

使用的中继设备，主要是安装在屋顶与野外空旷地区。设置的中继设备，能够互联多台节点设备。系统的前端射频模块和中继设备实现互联的节点设备工作在同一通信频段，促使数据信息能够转发到中继设备，达到延长通信距离的目的。系统的后端射频模块和基站工作在不同频段上，可满足实际应用的需求。通过如此设计，保证中继和多个终端通信为时分信道，中继间是不同频率的信道。系统前后端射频模块的设计，能够避免数据转发环节的通信碰撞问题。

基站设备的实际应用中，负责网络通信指令的下达，同时实现数据信息传输，并且能够实现状态检测，实现各类管理功能。系统的GPRS模块，如同基站设备的网关，对硬件数据信息采用TCP/IP方式进行传输，传输给系统后台服务器。通常来说，基站会设置在城市中心。完成网络搭建后，设置的中继设备能够自动化搜集区域信号很好的基站设备。根据系统的应用需求，为基站设备扩展了RS232接口，方便后期运行维护。

2.2.2 系统软件设计方案

应用层通信协议设计。系统的通信协议设计是否科学合理，关系到水表系统的智能化水平。此系统对应于层开展自定义协议设计，设计的无线抄表方式包括定时抄表和单播等。在节点设备和中继设备，以及中继设备和基站设备之间构建一对多的映射关系。实际应用中便于远程服务器对硬件设备的网络化管理，提高了运行的水平。

应用层软件设计。设计的应用层软件，配置的节电设备定时被唤醒，向系统服务器上传水表装置的数据信息。也可以利用LoRa网络，通过轮询的方法监听串口，获得数据信息后经过校验后，解析数据帧中的功能码，并且执行相应的功能指令，同时向服务器反馈节点设备的数据。当成功向服务器传输数据之后，定时重新再次进入休眠模式，减少系统的能源消耗。

2.3 系统测试结果

功耗。从水表的功耗情况分析，采用两节3600mAh的电池，可以满足3-5年的使用要求。从系统的功耗情况分析，电路处于正常的工作状态时电流是60mA，能够满足设计预算。

抄表测试。为检测智能水表采集系统的有效性，利用部署在阿里云服务器，实现对数据信息的采集，并且录入到数据库。在保证数据上传不丢帧的前提下，系统延时可以控制在1分钟可接受范围内，并且系统运行情况良好。测试结果显示，系统能够保证不错的通信效果。抄表率控制在98-100%内。在实际应用中可以根据设备运行数据信息，进行快速精准分析，助力水表远程管理。一方面，提高了智能水表管理的水平。另一方面，降低了管理成本。基于智能化管理平台，实现对管理范围内水表运行情况的有效监测和控制。

2.4 水表管理系统的应用建议

智能水表的应用能够实现抄表全自动化，使用这类智能水表，即使遇到停电的情况，也不会影响到计量工作的开展，能够直接载入字轮的肯定编码不会产生累计偏差。相比传统式水表，智能化水表的计量更加准确，传统水表主要采取人工超收和管理的方式，难以实现精准定时计量和处理。使用智能水表管理系统可以在每个月的定点时间进行数据信息的采集，掌握用水情况，做到精准计量，并且可以有效处理计量问题，减少误差的发生。实现智能水表应用管理系统的各项功能，需要配置完善的PC端和移动端以及各类软硬件设施，满足计量工作的需求以及智能化处理的要求。从当前使用的智能水表情况分析，还存在着很大的改进空间，需要加大技术的研究，不断的提高智能化检测水平，为精准计量提供技术支持。通过技术的不断创新，全面提高水表的智能化检测水平，创造更多的效益。经过水表及相关功能的不断升级优化，提高数据信息计算的精准度，助力水表管理的目标实现，达到高效化应用管理的要求。

智能水表的应用若能够实现精确计量以及智能化监测，为水管理提供支持。从实际应用的角度来说，实现远程监控能够有效地解决管理成本高以及抄表效率低等各类问题，全面提高水务管理水平。为了能够实现水务管理的智慧化，在具体应用中需要做好相应的基础设施建设，构建完善的远程监控系统，实现对每一个水表运行情况的实时化采集，进而强化水表管理。根据智能水表配置情况进行全面分析，结合远程管理工作的需求，加大对基础设施建设的投入力度，积极推进智慧水务的建设，构建完善的监测系统，全面提高管理水平。目前可以采用的智能无线水表检测技术手段有很多，在实际应用中需要根据实际需求做好对比分析，优选适宜的技术和装置，构建相应的系统，开发多样化功能，满足水务智慧化管理工作的需求。与此同时，还需要做好系统建设环节的质量控制，保证智能无线水表检测技术的应用价值得以实现。通过全面严格有效的控制，最大程度上保证智能无线水表应用的功能。对智能无线水表应用情况进行全面的检查，及时掌握装置应用的不足，进行优化和完善，保证远程监控的目标实现。积极推广应用现代化技术手段，辅助远程监控，全面提高水表智能化管理水平，创造更多的效益，达到降本增效的目的。

3 智能无线水表检测关键技术

3.1 用水量检测技术

智能无线水表检测工作的开展，需要对用水量情况进行检测。传统的机械水表主要是利用内心中的叶轮，通过转动使得水表进行累计计数，进而获得水流量。在实际应用中逐渐体现出很多缺陷，无法满足实际应用的需求。智能无线水表在传统水表的基础上引入了信息化技术手段，增加使用了智能传感器，通过传感器的数据信息采集和测量分析，进而将采集的数据信息转化为计量脉冲信号，实现对水流量的检测。在实际应用中，能够有效地增加测量结果的精确性，并且能够快速高质量地传递数据信息，这些功能的实现离不开各类传感器的支持，常用的磁感式传感器主要是利用叶轮上设置的磁铁、微型干簧管等，在水流的冲击下，叶轮会转动，并且利用传感器通过单片机处理，实现机械累计计量的转化，转化成为电脉冲信号。根据频率脉冲计数结果，精准测量用水量。从实际应用的情况来说，使用磁感式传感器虽然结构简单，并且耗电量很低，不过也会受到磁场的影响产生干扰问题，影响到数据结果的准确性。实际应用中也会使用电感式传感器，进行数据信息的检测。此类传感器主要借助振动信号的衰减规律，分析水量计量的结果[1]。从实际应用的角度来说，采用磁激励，因此叶轮的机械阻尼很小，并且具有很好的抗干扰能力，能够适应不同的应用环境。当前线圈制作以及相关技术水平不断提高，使得电感式传感器被广泛应用。除了上述传感器之外，还使用直读式传感器，包括光电式传感器和机械式传感器。其中，光电式传感器主要是根据光的反射定律将激光管的位置固定，利用接收轮轮齿上或者齿槽轮内反射的激光脉冲，经过调解之后变成电脉冲信号，再进行数据信息的计算，获得最终的检测结果。因为技术的成熟度很高，在实际应用中具有一定的优势，不过因为机械阻尼很大，自身的可靠性和稳定性还面临着很多的挑战。为了能够保障智能水表检测结果的准确性，需要结合具体情况设置相应的传感器，满足测量作业的需求，保障数据信息的质量[2]。

3.2 通信技术

智能无线水表检测技术的应用离不开通信技术的支持，影响到数据采集和传输的效率。传统的检测技术应用中采用的方法存在着不变结合、传输速度慢等问题，因为传统的通信模式需要现场布线。除此之外，还会受到环境的影响，使得检测的数据传输面临很多挑战。随着通信技术的不断发展，涌现出很多高水平的通信技术，尤其是在5G技术的应用支持下，使得很多通信方面的问题得到有效的解决。实际应用中，使用GPRS技术手段实现通信，主要是借助通信基站完成信号的传输，能够解决远距离通信到挑战。此技术手段主要是利用授权频段，有着很好的抗干扰能力，并且保障了信号的安全性。不过此手段也会存在着功耗大以及不具备实时双向通信能力的缺陷，需要加以完善。使用的NB-loT通信技术在实际应用中具有很强的信号覆盖能力，并且覆盖范围比较广泛[3]。从实际应用的情况来说，具有精准度高的优势被广泛应用。目前来说，通信技术手段不断优化和完善，为智能水表检测技术的应用提供了更多支持与保障，在实际应用中需要结合具体的应用场景和需求。合理选择通信方案，保证方案的可行性以及应用效果，全面提高通信质量水平[4]。积极推广应用现代化通讯技术手段，通过配置完善的软硬件设施，搭建高水平的通讯系统，提高系统运行的效益水平，为水表检测工作的开展提供有力的支持和保障。对系统的每个细节和要点，做好全面严格优化，促使系统应用水平和效率得到提供，创造更多的效益和价值，助力无线水表检测技术的应用，适应智慧水务的发展，发挥更多的价值和作用，创造更多的效益。

4 结语

综上所述，智能无线水表检测技术的应用，通过构建完善的检测系统，促使水表计量结果的准确度和稳定性得到增强，同时延长水表的使用性能。未来，随着智能无线水表检测技术的发展，技术水平不断提高，检测技术会更加科学可靠，同时检测结果的准确性也能够得到保障，具有推广应用价值。