CN104916104A - 智能水表的无线通信及控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了智能水表的无线通信及控制方法，用于多个智能水表与主站管理系统之间的交互通信及控制，包括以下步骤，S1：智能水表在设定条件下按上传时间段向主站管理系统上传信息；S2：智能水表接收主站管理系统发出的返回信息；S3：智能水表处理返回信息；S4：智能水表向主站管理系统返回应答信息；步骤S1中所述设定条件包括人工干预的条件和智能水表自动设定条件，所述上传时间段包括第一人工干预上传时间段和智能水表自动上传时间段；在人工干预设定条件下，智能水表实时上传；在智能水表自动设定条件下，智能水表向主站管理系统自动上传信息，并将智能水表自动上传时间段划分为n个时间片T_slot，每只智能水表对应一个固定的时间片。

Description

智能水表的无线通信及控制方法

技术领域

本发明涉及智能水表领域，特别是涉及一种智能水表的无线通信及控制方法。

背景技术

随着物联网、传感器技术的不断发展，没有外部供电的智能水表的远程抄表、远程智能管理、远程智能控制等功能越来越受到重视，无线通信技术将在这些智能水表的远程控制管理中起到非常重要的作用。远程无线管理系统由主站管理系统、集中器、中继器和多个智能水表组成，智能水表由于没有持续的外部电能供应，这些智能水表的远程管理、远程控制等只能依靠电池、太阳能电池板等提供供电，因此，在通信过程中，只有消耗极地的功耗，才能使电池等供电原件长期工作。

现有的无线通信技术，主要采用远程唤醒的方式，表端的无线模块连接在智能水表的传感器上，用于采集智能水表的各种信息并存储，大部分时间都处于睡眠状态，当传感器有信号进来时，模块被唤醒，并上传信息。模块虽大部分时间处于睡眠状态，但需要不间断的自动醒来，检测外界是否有唤醒信号，一旦检测到有唤醒信号，它将被唤醒，并执行相关操作。由于现有常用的唤醒法接收时间长，且智能水表需要不间断自动检测是否有唤醒信号，导致功耗大。

进一步的，有些智能水表不采用唤醒机制，而是定时自动向主站管理系统发送信息，这样虽然节省了功耗，但仍存在一些弊端：两个或两个以上仪表在发送信息时，容易出现信息碰撞，导致主站管理系统无法准确接收多个智能水表的信息。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，提供一种智能水表的无线通信及控制方法，解决现有技术无线通信时功耗大，多个智能水表同时通信时易发生信息碰撞等问题。

本发明的目的是通过以下技术方案来实现的：智能水表的无线通信及控制方法，用于n个智能水表与主站管理系统之间的交互通信及控制，智能水表在设定条件下按上传时间段向主站管理系统发送信息。

所述设定条件包括智能水表自动设定条件，所述上传时间段包括智能水表自动上传时间段。

在智能水表自动设定条件下，在智能水表自动上传时间段内，智能水表主动向主站管理系统发送自动上传信息，并将智能水表自动上传时间段划分为n个时间片T_slot，每只智能水表对应一个固定的时间片T_slot，每只智能水表在其所对应的固定的时间片T_slot，向主站管理系统发送自动上传信息，其中，n为自然数。

所述设定条件还包括人工干预设定条件，所述上传时间段还包括第一人工干预上传时间段，在人工干预设定条件下，在第一人工干预上传时间段内，智能水表实时向主站管理系统发送人工干预信息。

所述时间片T_slot包括单次自动上传通信时间段和预留传输时间段，智能水表在单次自动上传通信时间段主动向主站管理系统发送自动上传信息，单次自动上传通信时间段的长度为T_t，每个时间片T_slot的长度至少为时间T_t的m倍，即T_slot≥mT_t，m≥1。

所述单次自动上传通信时间段为时间片T_slot中的第m个时间T_t。

所述预留传输时间段为时间片T_slot中的第1～m–1个时间T_t 。

所述设定条件还包括人工干预设定条件，所述预留传输时间段包括人工干预退避时间段，在人工干预退避时间段和单次自动上传通信时间段内，智能水表不能向主站管理系统发送人工干预信息，此时所产生的人工干预信息延时等待发送。

所述人工干预退避时间段为时间片T_slot中的第m–1个时间T_t。

所述预留传输时间段还包括第二人工干预上传时间段，在人工干预设定条件下，在第二人工干预上传时间段内，智能水表向主站管理系统发送人工干预信息。

所述第二人工干预上传时间段为时间片T_slot中的第1～m–2个时间T_t。

所述智能水表自动设定条件包括智能水表在设定时间内的自动上传、返回信息处理后的应答回传和智能水表异常情况下的自动上传。

所述单次自动上传通信时间段包括智能水表主动上传信息时间T_s1、智能水表主动上传信息后的休眠时间T_x1、智能水表接收返回信息的接收时间T_r、智能水表处理返回信息的处理时间T_x2和智能水表发送应答信息的返回时间T_s2 。

本发明的有益效果是：

1）本发明将系统工作时间分为第一人工干预上传时间段、智能水表自动上传时间段，并在智能水表自动上传过程遇到人工干预时，实施人工干预退避上传。

2）在第一人工干预上传时间段，智能水表在人工干预条件下，直接上传信息并进行通信，保证了通信的实时性，并且不会出现智能水表主动冒泡上传信息的情况，减少甚至避免了碰撞问题，保证了通信的稳定和可靠；

3）在智能水表自动上传时间段，冒泡排序后的智能水表在分配的时间片内自动上传信息，一方面降低了功耗，另一方面解决了多个智能水表无排序上传的碰撞问题，并且在自动上传后还能够接收系统指令，保证了与系统之间通信的实时性；

4）在智能水表自动上传时间段，冒泡排序后的智能水表在出现人工干预的情况时，通过人工干预退避上传，一方面保证了人工干预要求通信的及时性，另一方面，也避免了人工不定时干预上传引起的通信碰撞问题。

附图说明

图1为本发明智能水表无线通信及控制方法的流程示意图；

图2为本发明智能水表上传信息的上传时间段时序图；

图3为本发明智能水表自动上传时间段的时序图；

图4为本发明智能水表单次自动上传通信时间T_t的时序图。

具体实施方式

下面结合附图进一步详细描述本发明的技术方案，但本发明的保护范围不局限于以下所述。

如图1所示，本发明提出的一种智能水表无线通信及控制方法，适用于n个智能水表与主站管理系统之间的交互通信及控制，其中，n为自然数。

所述无线通信及控制方法包括以下步骤：

S1：智能水表在设定条件下按上传时间段向主站管理系统上传信息；

S2：智能水表接收主站管理系统发出的返回信息；

S3：智能水表处理返回信息；

S4：智能水表向主站管理系统返回应答信息。

步骤S1所述的设定条件包括人工干预设定条件和智能水表自动设定条件。

其中，人工干预条件具体的可包括：人工按下智能水表上的查询按钮或对智能水表进行断电、上电等操作。

智能水表自动设定条件具体的可包括：智能水表在设定时间内的自动上传、返回信息处理后的应答回传和智能水表异常情况下的自动上传。所述智能水表异常情况可包括：低电压状况、高电压状况、掉电状况和磁干扰状况等等。

如图2所示，图2为本发明智能水表上传信息的上传时间段时序图，智能水表向主站管理系统上传信息的上传时间段包括第一人工干预上传时间段和智能水表自动上传时间段。

在人工干预设定条件下，在第一人工干预上传时间段内，智能水表实时向主站管理系统发送人工干预信息。

在智能水表自动设定条件下，在智能水表自动上传时间段内，智能水表主动向主站管理系统发送自动上传信息。

步骤S1中，当触发人工干预条件时，即发生人工按智能水表查询按钮或者对智能水表进行上电、断电等操作时，智能水表向主站管理系统上传信息的上传时间段处于第一人工干预上传时间段，智能水表不延时等待直接向主站管理系统发送人工干预信息。

步骤S1中，当触发智能水表自动设定条件时，智能水表向主站管理系统上传信息的上传时间段处于智能水表自动上传时间段。

如图3所示，智能水表向主站管理系统发送自动上传信息，采用冒泡排序上传方式，将智能水表自动上传时间段划分为n个时间片T_slot，n≥1，时间片的数量n与智能水表的数量n相同，每只智能水表对应一个固定的时间片T_slot，即n个智能水表中，每只智能水表在其所对应的固定的时间片T_slot，向主站管理系统发送自动上传信息。

所述时间片T_slot包括单次自动上传通信时间段和预留传输时间段，智能水表在单次自动上传通信时间段主动向主站管理系统发送自动上传信息，单次自动上传通信时间段的长度为T_t，每个时间片T_slot的长度至少为时间T_t的m倍，即T_slot≥mT_t，m≥1，每个时间片T_slot包括m个时间长度为T_t的时间段。

设置预留传输时间段，以保证在实际应用中，智能水表在智能水表自动上传时间段内的信息传送过程，触发人工干预条件时，为人工干预情况下需要上传的信息预留足够的信息传输空间，进而避免相互之间的干扰，并提高智能水表在人工干预条件下退避上传的信息交互的实时性。

设置预留传输时间段，一方面是为人工干预情况下需要上传信息时预留，另一方面为其他如为防止交叉覆盖的情况出现而预留，但并不局限于此两种情况。

所述预留传输时间段包括人工干预退避时间段，在人工干预退避时间段和单次自动上传通信时间段内，智能水表不能向主站管理系统发送人工干预信息，此时所产生的人工干预信息延时等待发送。

所述预留传输时间段还包括第二人工干预上传时间段，在人工干预设定条件下，在第二人工干预上传时间段内，智能水表向主站管理系统发送人工干预信息。

所述单次自动上传通信时间段为时间片T_slot中的第m个时间T_t。

所述预留传输时间段为时间片T_slot中的第1～m–1个时间T_t 。

所述人工干预退避时间段为时间片T_slot中的第m–1个时间T_t。

所述第二人工干预上传时间段为时间片T_slot中的第1～m–2个时间T_t。

当m=1时，智能水表自动上传时间段中的每个时间片T_slot仅包括一个单次自动上传通信时间段。

当m=2时，智能水表自动上传时间段中的每个时间片T_slot包括一个单次自动上传通信时间段和一个人工干预退避时间段，其中，第1个时间段T_t1为人工干预退避时间段，第2个时间段T_t2为单次自动上传通信时间段。

当m=3时，智能水表自动上传时间段中的每个时间片T_slot包括一个单次自动上传通信时间段、一个人工干预退避时间段和一个第二人工干预上传时间段，其中，第1个时间段T_t1为第二人工干预上传时间段，第2个时间段T_t2为人工干预退避时间段，第3个时间段T_t3为单次自动上传通信时间段。

当m>3时，智能水表自动上传时间段中的每个时间片T_slot包括一个单次自动上传通信时间段、一个人工干预退避时间段和一个第二人工干预上传时间段，其中，第1～m–2个时间段T_t1～T_tm–2为第二人工干预上传时间段，第m–1个时间段T_tm–1为人工干预退避时间段，第m个时间段T_t m为单次自动上传通信时间段。

如图4所示，单次自动上传通信时间段包括智能水表主动上传信息时间T_s1、智能水表主动上传信息后的休眠时间T_x1、智能水表接收返回信息的接收时间T_r、智能水表处理返回信息的处理时间T_x2和智能水表发送应答信息的返回时间T_s2。

实际应用中，时间片T_slot应大于上传信息时间T_s1、休眠时间T_x1、接收时间T_r、处理时间T_x2与返回时间T_s2之和，即T_slot≥mT_t=m（T_s1+T_x1+T_r+T_x2+T_s2），时间片T_slot的具体值需根据系统冗余度的设置而不同，一般的m值大于等于3，时间片T_slot一般为3倍以上时间T_t。

作为一个实施例，步骤S1中，在智能水表自动上传时间段，智能水表向主站管理系统自动上传信息时，可直接使用自己所在的时间片T_slot中的第m个单次自动上传时间T_t进行交互通信，该时间片T_slot中的第1至第m-1个单次自动上传时间T_t作为预留传输空间。

在智能水表自动上传时间段，若触发人工干预条件，需要上传人工干预信息时，首先根据主站管理系统的时间来判断该智能水表当前所处的时间片T_slot，以及在该时间片T_slot中的第几个时间段T_t内，如果处于第m个T_t或者第m-1个时间段T_t内，则智能水表所要上传的人工干预信息延时等待，直到下一个该智能水表所占用的时间片T_slot内的第1个时间段T_t1，人工干预上传信息才开始上传，否则直接开始通信，即当前时间处于第1个至第m-2个T_t时间段内，人工干预信息直接开始向主站管理系统上传。

步骤S1中所述上传信息包括：智能水表的设备ID、排序状态、时间片ID、智能水表单次自动上传通信时间ID和智能水表状态等等。

在多个智能水表未排序的状态下，排序状态为0，时间片ID为0，智能水表单次自动上传通信时间ID为0。

在多个智能水表排序状态下，排序状态非0，时间片ID由系统分配，智能水表单次自动上传通信时间ID为T_slot/T_t的商。

智能水表状态包括：水表余额、充值次数、周期累计用水量、阀门状态、电池电量、是否超流、是否处于高压、是否受到磁干扰、是否超时、阀异常信息、强制关阀等等。

步骤S2中，智能水表在第一人工干预上传时间段内，在初始状态下，智能水表处于未排序状态，智能水表在上传信息完成后的一段固定的休眠时间T_x1，其中，休眠时间T_x1包括智能水表到集中器，集中器到主站管理系统的通信时长，但不包括智能水表到中继器的通信时长，因为在未排序状态下，主站管理系统还不知道智能水表是否连接有中继器；若处于排序状态，每个智能水表根据自己的排序信息来判断是否有中继器信息，并进一步确定其休眠时长，若无中继器信息，则该休眠时长为T_x1，若有中继器信息，则该休眠时长为T_x1+T_REG，其中，T_REG为智能水表到中继器的通信时长，该智能水表休眠一段时间后进入接收状态。

步骤S2中，若智能水表在智能水表接收返回信息的接收时间T_r内，智能水表收到主站管理系统发出的返回信息，则在执行后续步骤S3和步骤S4中，该智能水表一直处于休眠状态。

步骤S3中，智能水表处理其接收到返回信息，该智能水表的无线通信模块处于休眠状态，其休眠时间由智能水表处理返回信息的处理时间T_x2确定，智能水表处理完返回信息后，结束休眠状态，执行步骤S4。

步骤S3中智能水表接收到的返回信息包括：开户信息、充值信息、查询信息、调价信息、同步时钟信息、开阀信息、关阀信息等等。

步骤S4中，智能水表向主站管理系统返回应答信息，该智能水表发送应答信息的返回时间T_s2由智能水表根据返回信息的长度自动确定，智能水表在发送完应答信息后自动进入休眠模式。

步骤S4中智能水表返回的应答信息包括设备ID、排序状态、时间片ID、智能水表单次自动上传通信时间ID、智能水表状态、指令执行状态等信息。

Claims (8)

1.智能水表的无线通信及控制方法，用于n个智能水表与主站管理系统之间的交互通信及控制，其特征在于：智能水表在设定条件下按上传时间段向主站管理系统发送信息；

所述设定条件包括智能水表自动设定条件，所述上传时间段包括智能水表自动上传时间段；

在智能水表自动设定条件下，在智能水表自动上传时间段内，智能水表主动向主站管理系统发送自动上传信息，并将智能水表自动上传时间段划分为n个时间片T_slot，每只智能水表对应一个固定的时间片T_slot，每只智能水表在其所对应的固定的时间片T_slot，向主站管理系统发送自动上传信息，其中，n为自然数。

2.根据权利要求1所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述设定条件还包括人工干预设定条件，所述上传时间段还包括第一人工干预上传时间段，在人工干预设定条件下，在第一人工干预上传时间段内，智能水表实时向主站管理系统发送人工干预信息。

3.根据权利要求1所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述时间片T_slot包括单次自动上传通信时间段和预留传输时间段，智能水表在单次自动上传通信时间段主动向主站管理系统发送自动上传信息，单次自动上传通信时间段的长度为T_t，每个时间片T_slot的长度至少为时间T_t的m倍，即T_slot≥mT_t，m≥1。

4.根据权利要求3所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述设定条件还包括人工干预设定条件，所述预留传输时间段包括人工干预退避时间段，在人工干预退避时间段和单次自动上传通信时间段内，智能水表不能向主站管理系统发送人工干预信息，此时所产生的人工干预信息延时等待发送。

5.根据权利要求4所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述预留传输时间段还包括第二人工干预上传时间段，在人工干预设定条件下，在第二人工干预上传时间段内，智能水表向主站管理系统发送人工干预信息。

6.根据权利要求1所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述智能水表自动设定条件包括智能水表在设定时间内的自动上传、返回信息处理后的应答回传和智能水表异常情况下的自动上传。

7.根据权利要求3所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：所述单次自动上传通信时间段包括智能水表主动上传信息时间T_s1、智能水表主动上传信息后的休眠时间T_x1、智能水表接收返回信息的接收时间T_r、智能水表处理返回信息的处理时间T_x2和智能水表发送应答信息的返回时间T_s2。

8.根据权利要求5所述的智能水表的无线通信及控制方法，其特征在于：

所述单次自动上传通信时间段为时间片T_slot中的第m个时间T_t；

所述预留传输时间段为时间片T_slot中的第1～m–1个时间T_t；

所述人工干预退避时间段为时间片T_slot中的第m–1个时间T_t；

所述第二人工干预上传时间段为时间片T_slot中的第1～m–2个时间T_t。