0 引言
供水、供電、供氣等系統(tǒng)的用戶表數據自動抄送具有十分重要的意義，不僅便于數據的統(tǒng)計和管理，而且極大地提高了工作效率，同時也改善了居民的生活質量。自動抄表(Automatic Meter Reading，AMR)系統(tǒng)，是指利用微電子、計算機網絡以及傳感等技術自動讀取和處理儀表數據，將城市居民的用水、用電、用氣等信息加以綜合處理的自動化系統(tǒng)。目前的自動抄表系統(tǒng)，可分為有線方式和無線方式兩類。由于無線通信技術的不斷發(fā)展，出現了許多面向抄表系統(tǒng)的無線解決方案，如無線數傳電臺、無線傳感器網絡以及GPRS／CDMA／3G無線公網或者多種方式結合等。有線方式，如RS 485總線，技術簡單、成熟，易于實現，但施工布線工作量大，網線易受人為破壞。無線抄表系統(tǒng)在系
統(tǒng)安裝的方便、快捷方面具有更大優(yōu)勢。
1 無線傳感器網絡技術
無線傳感器網絡(Wireless Sensor Networks，WSN)是當前在國際上備受關注的、涉及多學科高度交叉、知識高度集成的前沿熱點研究領域。它綜合了傳感器技術、嵌入式計算技術、現代網絡及無線通信技術、分布式信息處理技術等，能夠通過各類集成化的微型傳感器協作地實時監(jiān)測、感知和采集各種環(huán)境或監(jiān)測對象的信息，這些信息通過無線方式發(fā)送，并以自組織多跳的網絡方式傳送到管理終端。
2 居民小區(qū)遠程自動抄表系統(tǒng)方案設計
2．1 系統(tǒng)組成
系統(tǒng)由位于監(jiān)測管理中心的主站(包括前置機、多個工作站和數據庫服務器)和數據采集器及ZigBee節(jié)點、ZigBee中心節(jié)點及GPRS／CDMA ／3G轉發(fā)點、用戶表等部分組成。
2．2 居民小區(qū)組網
居民小區(qū)抄表分為新建小區(qū)和舊城小區(qū)。新建小區(qū)根據建設部提出的小康型住宅小區(qū)規(guī)劃要求，新建和改建的住宅統(tǒng)一規(guī)劃，實行水、電、氣三表出戶統(tǒng)一管理表具，用戶表比較集中。舊城小區(qū)用戶表比較分散。采用ZigBee技術實現水、電、氣三表的無線抄表是一個非常理想的解決方案。在實際應用中，結合無線傳感器網絡的技術特點，綜合考慮自動抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)成本及樓宇小區(qū)的實際情況，提出有線與無線網絡相結合的綜合通信組網方式。
居民樓層內采用RS 485有線連接、居民樓層間ZigBee無線網絡、居民小區(qū)無線公網的綜合通信方式，為水電氣三表的無線自動抄表提供了切實可行的解決方案。每樓層內的用戶表數據通過RS 485總線傳輸到一個數據采集器，該采集器通過小區(qū)ZigBee無線傳感器網絡傳輸到小區(qū)的數據采集中心，小區(qū)數據采集中心通過GPRS／CDMA／3G無線公網將數據傳送到水、電、氣公用事業(yè)公司的抄表管理中心。
小區(qū)內網絡布設示意如圖1所示。特點如下：
(1)采用MESH網狀網絡結構，保證數據傳輸的可靠性；
(2)一個小區(qū)設置一個ZigBee中心節(jié)點；
(3)每個ZigBee節(jié)點最多采集10個用戶的三表數據，通過ZigBee網絡將數據傳輸到ZigBee中心節(jié)點；
(4)ZigBee中心節(jié)點數據通過GPRS／CDMA／3G上傳到抄表管理中心。
單元樓層內組網結構圖如圖2所示。特點如下：
(1)每樓層的水、電、氣三表通過RS 485總線連接到數據采集器及ZigBee節(jié)點；
(2)每樓層設置一個或幾個ZigBee遠端節(jié)點，負責數據收發(fā)或作路由器，每個ZigBee節(jié)點最多接入10個用戶的三表數據；
(3)ZigBee節(jié)點將數據上傳到ZigBee中心節(jié)點。
3 抄表系統(tǒng)管理中心組成及主要功能
抄表系統(tǒng)管理中心由管理中心計算機、服務器、打印機等組成。管理中心計算機是整個遠程抄表系統(tǒng)的核心，其上安裝有Windows XP操作系統(tǒng)和遠程抄表系統(tǒng)軟件，并同時連接數據通信設備和數據存儲設備。管理中心計算機提供了一個用作系統(tǒng)操控、管理的友好用戶界面，自動地檢索抄表數據及存儲數據以供處理及查詢。遠程抄表系統(tǒng)軟件由組態(tài)子系統(tǒng)、數據中心子系統(tǒng)、數據管理子系統(tǒng)、收費子系統(tǒng)組成，每個子系統(tǒng)分別由若干個獨立的模塊組成，便于以后系統(tǒng)的繼承和擴展。
遠程抄表系統(tǒng)軟件結構組成框圖如圖3所示。
后臺數據庫選用SQL Server 2005，前臺通信程序選用VC，用戶界面及后臺數據處理程序使用Delphi 6。SOL Server 2005是一種典型的具有C／S體系結構的關系型數據庫管理系統(tǒng)，使用Transact-SQL語句在客戶機和服務器之間傳遞請求和回應，具有易用性、可伸縮性、可建立數據倉庫、集成性、良好的性價比等優(yōu)點，完全可以滿足抄表管理系統(tǒng)的設計要求。Delphi具有可視化、面向對象的特性，具有強大的組件技術支持，特別適合在Windows環(huán)境下進行圖形界面和用戶程序的編制。
系統(tǒng)主要功能如下：
(1)該軟件兼容多種通信方式，如有線，無線(專網、GSM短信、GPRS／CDMA／3G)等；
(2)實時抄表功能，系統(tǒng)可抄取各戶表的實時數據；
(3)可遠程設置抄表終端的工作參數，如地址等；
(4)系統(tǒng)組態(tài)功能，任意增加、刪除某一用戶的信息；
(5)采用模塊化設計，支持不同客戶的要求，如特殊格式報表，權限控制等；
(6)可與用戶其他系統(tǒng)連接，提供開放的數據接口；
(7)查詢功能，以數據庫為核心，提供數據處理、查詢、統(tǒng)計、報表、備份等功能?？呻S時查詢任一戶、任一單元全部住戶及整個小區(qū)內所有用戶的耗能信息，用戶可以用短信查詢相關信息；
(8)故障報警與異常記錄；
(9)抄表異常分析功能；
(10)可管理和控制每戶的用量，管理用戶的結算方式，打印各種用戶費用清單。
4 結語
綜合考慮自動抄表系統(tǒng)的穩(wěn)定性、系統(tǒng)成本及居民小區(qū)的實際情況，提出了有線通信與無線通信相結合的綜合通信方式，實現了ZigBee短距離傳輸與GPRS／CDMA／3G遠距離傳輸的優(yōu)勢互補，從而實現了居民小區(qū)的遠程自動抄表。