摘要：本文主要提出无线远传抄表系统存在的问题, 对无线远传抄表系统的构成及无线远传燃气表关键技术进行分析, 介绍了应用效果。
关键词：无线远传抄表系统；无线远传燃气表；关键技术；工作频率；
1无线远传抄表系统存在的问题
（1）一次抄读成功率
一次抄读成功率（以下简称抄到率）是燃气企企业非常关心的一个指标。JG/T 162—2017《住宅远远传抄表系统》表1规定:对于无线传输，现场条件下下的抄到率应大于90%。但受燃气表安装位置的影影响，以及无线信号容易受外界干扰等原因，实际抄到到率并不高。
（2）通信距离
目前，我国无线远传抄表系统采用的工作频率率主要有433、470 MHz两种。根据国家无线电管理理委员会的相关规定，采用工作频率433 MHz时燃气气表的最大发射功率应小于或等于10 m W，采用工作作频率470 MHz时燃气表的最大发射功率可允许达达到50 m W。因此，为延长通信距离，近年来无线远远传燃气表生产厂家多采用470 MHz作为无线远传燃气表的工作频率。
但有些厂家为了延长通信距离，简单地增大发射功率，甚至达到100 m W以上，不仅不符合相关规定，还缩短了电池的使用寿命。
（3）电池使用寿命
对于内置电池的无线远传燃气表，一般要求电池的使用寿命应与燃气表使用寿命同步 （居民用户燃气表的使用寿命一般为10年）。在降低无线远传燃气表功耗（以延长电池使用寿命）与提高抄到率之间达到一个平衡，是设计无线远传抄表系统需要重点考虑的问题。
2无线远传抄表系统构成
无线远传抄表系统利用无线技术，将燃气表内的各种信息通过采集器 （或增设集中器）传送至数据管理中心。然后通过数据管理中心与收费系统之间的数据交互，实现计费、报警、控制等功能，完成对燃气表的定时抄表，了解燃气表的运行状态，解决入户抄表的困难。无线远传抄表系统主要由无线远传燃气表、手持型采集器 （或增设集中器）、数据管理中心等组成。
2.1无线远传燃气表
无线远传燃气表由表具、MCU （Micro Controller Unit，微控制单元）、通信模块 （RF电路）、计数采样装置、控制机构等单元组成。其中，MCU采用16位单片机，该单片机具有功耗低、运算速度快、可在线编程等优点。通信模块采用3种工作频率 （433、868、915 MHz，分别为中国、欧洲国家、美国采用的工作频率）的RF电路，采用GFSK （Gauss Frequency Shift Keying，高斯频移键控）调制模式，具有极好的频率稳定性和较高的接收灵敏度，符合国家无线电管理委员会的相关规定。无线远传燃气表单元结构见图1。
图1 无线远传燃气表单元结构
MCU作为无线远传燃气表的主控单元，负责所有流程控制及数据处理。供电电路为各单元供电，保证各单元正常工作。阀门驱动电路为表具阀门的开关装置供电，保证阀门正常启闭。复位电路提供软启动控制，使无线远传燃气表能从异常状态恢复至正常状态。计量电路负责用气量的计量。数据储存电路实现计量数据的储存功能。电池电压检测电路定时检测电池的电压，当电池电压低于设定值时，及时提醒用户更换电池。RF电路负责数据的传输，RF供电电路为RF电路供电，保证RF电路的正常工作。
无线远传燃气表具有以下技术特点：（1）低功耗。在休眠状态下的待机电流小于10μA。 （2）覆盖范围大。最大发射功率 （工作频率为433 MHz）为10m W，有效覆盖范围在300 m左右，能够满足普通居住建筑的传输距离，不会对人体造成损害。 （3）工作频率灵活。使用的工作频率分别为433、868、915MHz，均为免执照频率。（4）使用、安装方便。可实现户外抄表、阀门控制、异常信息上传等功能，无线远传燃气表的安装方式与普通机械表相同，施工方便。
2.2手持型采集器
手持型采集器具有计量数据传递、收集、查询等功能，是连接无线远传燃气表与数据管理中心的桥梁。手持型采集器通过无线方式采集计量数据，并通过GPRS的方式将计量数据传递给数据管理中心。手持型采集器单元结构见图2。
手持型采集器中MCU、供电电路、RF供电电路、RF电路、数据储存电路的功能与无线远传燃气表中各单元的功能一致。其他单元的功能为:点阵液晶显示屏:负责显示手持型采集器的工作信息及计量数据;16×16点阵字库:作为点阵液晶显示屏的字库;蜂鸣器电路:为手持型采集器蜂鸣器提供电力，保证蜂鸣器正常工作。
图2 手持型采集器单元结构
2.3数据管理中心
数据管理中心是无线远传抄表系统的上位系统，用于提供人机界面，实现人机交互功能，完成对现场设备 （无线远传燃气表、手持型采集器、集中器等）的管理。数据管理中心的主要功能包括手持型采集器与数据管理中心服务器之间进行抄表任务的下载和计量数据的上传，以及对手持型采集器、集中器、计量数据的综合管理。工作时，抄表人员首先登录手持型采集器的客户端，从服务器下载抄表任务;抄表结束后，再由手持型采集器上传计量数据，数据管理中心负责将计量数据存入服务器，以供管理人员进行数据分析处理。
3无线远传燃气表关键技术
3.1通信协议
通信协议是实现无线远传燃气表抄读和控制的关键，完善的通信协议不仅可以实现点对点通信，还可以实现组网和中继功能，简化无线远传燃气表的维护工作，并为后期升级提供便利。通信协议分为物理层协议、数据链路层协议、应用层协议。
（1）物理层协议。规范了手持型采集器内部MCU与通信模块 （RF电路）、手持型采集器与无线远传燃气表、手持型采集器与集中器之间的无线通信协议。
（2）数据链路层协议。适用于手持型采集器 （集中器）与无线远传燃气表之间的无线通信。规范了引导码、通信路径、通信模式、设备代码 （包括手持型采集器、集中器、无线远传燃气表）等数据定义。
（3）应用层协议。规范了初始化、写基表序列号、读基表序列号、设置抄表时间、设置当前时间、读当前时间、写初始气量、读出气量、开阀、关阀等具体指令的数据域定义，以及各指令之间的组合使用规则。
3.2计量数据的安全传输
计量数据传输采用加密解密算法，发送与接收双方采用特定的快速握手方式，确保计量数据在数据通道畅通的情况下准确无误。计量数据传输还采用了侦听重发机制，避开同频率的干扰，提高数据传输的准确性和可靠性。
3.3功耗控制
对于采用干电池供电的无线远传燃气表，由于干电池供电能力有限，除在电池的选型上做了很多测试对比工作外，在软件设计上也采取了一些措施进一步降低功耗。
设置固定抄表时间，使MCU、通信模块 （RF电路）等单元在抄表时间外均处于休眠状态，仅在设定的抄表时间内才定时苏醒。
4应用效果
2017年，某燃气公司的几个供气小区无线远传抄表系统的统计数据如下:手持型采集器单次抄收时间小于3 s;集中器抄收时间小于8 s;抄到率:高层住宅为99.1%，多层住宅为99.5%;数据准确率为100%。
5结语
无线远传抄表系统是集数据通信技术、电机应用技术、网络技术、单片机技术、传感器应用技术及软件编码纠错技术、流体计量技术于一体的新型抄表系统。将无线远传燃气表的计量数据通过无线数据传输方式传送到手持型采集器、集中器，然后传输至数据管理中心，实现了对大量无线远传燃气表的管理和计量数据采集工作，大幅提升了燃气公司的抄表效率和准确率。
参考文献
[1]高立鸿，沈晓东，程喜兵.燃气远传抄表系统设备技术要求与安装方法[J].煤气与热力，2013，33 （1）:B24-B27.
[2]李建霞，倪建华，胡莹昭.直读式远传燃气表集中抄表系统的研究[J].煤气与热力，2011，31 （10）:B17-B19.
论文作者:赵晓静
论文发表刊物:《基层建设》2019年第17期
论文发表时间:2019/9/12
标签：燃气表论文; 采集器论文; 数据论文; 电路论文; 集中器论文; 工作论文; 数据管理论文; 《基层建设》2019年第17期论文;