CN204332055U - 一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统，它包括户用燃气表、集中系统和账务中心，安装在室内的户用燃气表与集中系统之间基于直接序列扩频技术进行无线远程通信，集中系统与账务中心之间通过GPRS/CDMA网络进行无线通信。本实用新型无线远传集抄系统实现了户用燃气表与集中系统之间以及集中系统与账务中心之间的双向稳定数据传输，有效实现了对户用燃气表的全自动抄表和远程控制。

Description

一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统

技术领域

本实用新型涉及一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统，属于燃气集中抄表领域。

背景技术

目前，燃气公司对户用燃气表的数据采集方式主要有人工入户抄表、采用手持机进行短距离的无线抄表和有线抄表。

人工入户抄表是由抄表员直接入户，根据燃气表的表底数进行手工抄表，其缺点是入户率不高，工作强度大，抄表效率低。

采用手持机实现的无线抄表一般是采用短距离微功率ISM信道对户用燃气表进行抄表。这种抄表方式可使燃气表通过无线信道按一定关系构建一个网络，基于FSK、ASK等窄带通信技术实现点对点抄表和批量抄表。但其缺点是受窄带通信技术的约束，燃气表抗干扰性能很差，接收灵敏度低(只能达到约-120dBm)，手持机与燃气表之间的通信传输距离较近，构建的网络所实现的无线通信效果不理想，抄表自动化程度不高，劳动强度较大。

有线抄表是采用一定的拓扑结构通过线缆将户用燃气表连接在一起，构成一个网络，然后由主机进行定期抄表，其缺点是前期施工难度比较大，工期比较长，工程造价也比较高。

由此可见，设计出一种自动化程度高、抄表效率高、劳动强度低、运行稳定可靠的燃气表集中抄表系统，是目前急需解决的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统，该系统实现了户用燃气表与集中系统之间以及集中系统与账务中心之间的双向稳定数据传输，有效实现了对户用燃气表的全自动抄表和远程控制。

为了实现上述目的，本实用新型采用了以下技术方案：

一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统，其特征在于：它包括户用燃气表、集中系统和账务中心，安装在室内的户用燃气表与集中系统之间基于直接序列扩频技术进行无线远程通信，集中系统与账务中心之间通过GPRS/CDMA网络进行无线通信，其中：

户用燃气表包括表壳、燃气传送管道，表壳内安装有控制系统，控制系统包括表具主控电路、气阀控制电路、气量采样电路和无线通信电路，气阀控制电路设于燃气传送管道的燃气输入口处，气量采样电路包括计数器组件、光电阵列和微控制器，计数器组件安装在燃气传送管道上，光电阵列与计数器组件对应设置，光电阵列的信号端与微控制器的相应IO端连接，无线通信电路包括无线收发器和表具天线，表具天线的接线端与无线收发器的天线接线端连接，表具主控电路包括第一微处理器，气阀控制电路的信号端、微控制器的采样信号传输端、无线收发器的信号传输端分别与第一微处理器的相应IO端连接；

集中系统包括集中主控器、上传控制器，集中主控器包括集中主控电路和远传通信电路，集中主控电路包括第二微处理器，远传通信电路包括远传收发器和集中上传用天线，集中上传用天线的接线端与远传收发器的天线接线端连接，远传收发器的传输端与第二微处理器的相应信号端连接，第二微处理器与上传控制器之间无线或有线连接。

所述无线收发器包括SX1278型无线收发芯片。

所述气阀控制电路包括开关阀。

所述光电阵列由四组红外收发单元构成，每组红外收发单元设有五对红外发光管和红外接收管，所述计数器组件中代表个位、十位、百位、千位的字轮上均开设有与字轮同圆心的180°半圆形开口，代表个、十、百、千位的字轮位置分别设置一组红外收发单元，每组红外收发单元的每对红外发光管和红外接收管分别对应字轮上开设的半圆形开口所在的圆周而放置于字轮的两侧，红外接收管用于开口转到该对中的红外发光管发光端时接收从红外发光管发射出且从开口穿射过的光线。

所述集中主控器和所述上传控制器由供电电路供电，供电电路包括太阳能电池板，太阳能电池板的电能输出端经由太阳能充放电控制器与DC-DC变换器的电压输入端连接，DC-DC变换器的电压变换输出端与所述集中主控器、所述上传控制器的供电端连接，储能铅蓄电池的电压传送端口与太阳能充放电控制器的相应端口连接。

所述上传控制器为笔记本电脑、平板电脑、手持机或工控机。

所述远传收发器包括SX1278型无线收发芯片。

所述账务中心包括数据库服务器、带有GPRS/CDMA无线通信功能的主站电脑数据库服务器的数据传输端口与主站电脑的相应信号端口连接。

本实用新型的优点是：

基于户用燃气表、集中系统、账务中心构建起来的本实用新型无线远传集抄系统实现了户用燃气表与集中系统之间以及集中系统与账务中心之间的双向稳定数据传输，有效实现了对户用燃气表的全自动抄表和远程控制。本实用新型安装调试便捷，基本不需要人工干预，极大方便了用户使用，抄表效率高，实时性强，有利于提高燃气公司的运营决策水平，有效节省了燃气公司的人力资源，减轻了燃气公司的建设和运营成本，提高了办公效率和管理水平，且可实现对户用燃气表的双向管控，为基于账务中心结算的预付费和后付费系统提供了坚实的基础，同时也提高了用户的知情权。

附图说明

图1是本实用新型无线远传集抄系统的组成示意图。

图2是户用燃气表的控制系统的组成示意图。

图3是表具主控电路和气阀控制电路的电路原理图。

图4是无线通信电路的电路原理图。

图5是气量采样电路的电路原理图(未示出计数器组件)。

图6是集中系统的组成示意图。

图7是供电电路组成示意图。

图8是集中主控电路的电路原理图。

图9是远传通信电路的电路原理图。

具体实施方式

如图1，本实用新型基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统包括具有自动采样、阀门控制、无线通信等功能的户用燃气表100、具有数据收集、处理、存储、交换功能的集中系统200和账务中心300，安装在室内的户用燃气表100与集中系统200之间基于直接序列扩频技术进行无线远程通信，集中系统200与账务中心300之间通过GPRS/CDMA网络进行无线通信。

如图2至图5，户用燃气表100包括表壳、燃气传送管道(图中未示出)，燃气传送管道的两端分别为燃气输入口、燃气输出口，表壳内安装有控制系统，如图2，控制系统包括表具主控电路110、气阀控制电路140、气量采样电路150和无线通信电路120，气阀控制电路140设于燃气传送管道的燃气输入口处，气量采样电路150包括计数器组件151、光电阵列152和微控制器153(即图5中的D2)，计数器组件151安装在燃气传送管道上，光电阵列152与计数器组件151对应设置，光电阵列152的信号端与微控制器153的相应IO端连接，无线通信电路120包括无线收发器121和表具天线122(即图4中的AT)，表具天线122置于表壳内或表壳外，表具天线122的接线端与无线收发器121的天线接线端连接，表具主控电路110包括第一微处理器111(即图3中的D1)，气阀控制电路140的信号端、微控制器153的采样信号传输端、无线收发器121的信号传输端分别与第一微处理器111的相应IO端连接。

在实际设计中，气阀控制电路140可包括开关阀141。无线收发器121包括SX1278型无线收发芯片(即图4中的N3)。

如图5，光电阵列152由四组红外收发单元构成，每组红外收发单元设有五对红外发光管和红外接收管，如图5中所示的红外发光管D11与红外接收管Q11为一对，D11与Q11、D21与Q21、D31与Q31、D41与Q41、D51与Q51共五对为一组红外收发单元，计数器组件151中代表个位(G)、十位(S)、百位(B)、千位(Q)的字轮上均开设有与字轮同圆心的180°半圆形开口，代表个、十、百、千位的字轮位置分别设置一组红外收发单元，每组红外收发单元的每对红外发光管和红外接收管分别对应字轮上开设的半圆形开口所在的圆周而放置于字轮的两侧，红外接收管用于当开口旋转到该对中的红外发光管发光端时，接收从红外发光管发射出的、且从开口穿射过的光线。

气量采样电路150用来采集户用燃气表100的燃气流量以及对采集到的燃气流量数据进行相应处理。无线通信电路120用来基于DSSS进行无线信号的接收和发送。表具主控电路110用来处于无线通信协议、控制其它器件的工作以及对燃气流量数据进行相应处理等。

在实际设计中，户用燃气表100还可包括编程接口160、复位电路130和供电电路170，编程接口160、复位电路130、供电电路170的信号端分别与第一微处理器111的相应IO端连接。编程接口160用来进行软件仿真以及程序下载，复位电路130和供电电路170为外围保障电路。

计数器组件151包括字轮，计数器组件为本领域的已有组件，其具体构成不在这里详述。

如图6至图9，集中系统200包括集中主控器210、用于与账务中心300进行无线通信、带有GPRS/CDMA无线通信功能的上传控制器220，集中主控器210包括集中主控电路211和用于与户用燃气表100进行无线远程通信的远传通信电路213，集中主控电路211包括第二微处理器212(即图8中的D10)，远传通信电路213包括远传收发器215和集中上传用天线214(即图9中的AT0)，集中上传用天线214的接线端与远传收发器215的天线接线端连接，远传收发器215的传输端与第二微处理器212的相应信号端连接，第二微处理器212与上传控制器220之间无线或有线连接。若为有线通讯，则上传控制器220的通讯端经由通讯接口(参见图8中的接口UCA0、UCA1)与第二微处理器212的通讯端连接，若为无线通讯，则可采用蓝牙等方式实现无线通讯(参见图8中的蓝牙芯片M10)。

在实际设计中，远传收发器215包括SX1278型无线收发芯片(即图9中的N30)，以使得集中主控器210与户用燃气表100之间能够基于直接序列扩频技术(DSSS)进行无线远程通信。

如图7，在实际设计中，集中主控器210和上传控制器220由供电电路230供电，供电电路230包括太阳能电池板231(如选用20W太阳能电池板)，太阳能电池板231的电能输出端经由太阳能充放电控制器232与DC-DC变换器234的电压输入端连接，DC-DC变换器234的电压变换输出端与集中主控器210、上传控制器220的供电端连接，储能铅蓄电池233的电压传送端口与太阳能充放电控制器232的相应端口连接。在本实用新型中，储能铅蓄电池233和DC-DC变换器234为第二微处理器212(即D10)、远传收发器215、上传控制器220等供电。

上传控制器220可选用笔记本电脑、平板电脑、手持机或工控机，其上需要安装ANDROID平台系统且应具有无线通信能力，以使上传控制器220与账务中心300之间可经由GPRS/CDMA方式实现无线远程通信。

在实际设计中，账务中心300包括数据库服务器、带有GPRS/CDMA无线通信功能的主站电脑，主站电脑上安装无线抄表系统管理软件，数据库服务器的数据传输端口与主站电脑的相应信号端口连接。

使用时，如图1，基于直接序列扩频技术(DSSS)的户用燃气表100在安装上电后，根据搜索算法搜索出无线信号最强的集中系统200，然后向该集中系统200进行注册，获取自己的上报时间。

当上报时间到达时，户用燃气表100主动将当前的气量等数据基于直接序列扩频技术无线发送给集中系统200，具体为：户用燃气表100通过字轮处设置的光电阵列152，利用光电透射式光电编码器原理进行计数直读采样，光电阵列152将采样得到的燃气流量信号传送给微控制器153(即D2)，由微控制器153对采集到的燃气流量数据进行相应处理，然后将处理后得到的气量数据传送给第一微处理器111(即D1)，由第一微处理器111命令SX1278型无线收发芯片N3经由表具天线AT与集中系统200之间基于直接序列扩频技术(DSSS)进行远程通信，将气量等数据传输给集中系统200。

集中系统200为常开状态，即一旦远传收发器215接收到户用燃气表100发送的数据(包括注册数据、气量数据)，第二微处理器212便进行读取并响应，响应包括为申请注册的户用燃气表100提供上报时间片、向上报气量数据的户用燃气表100提供抄到确认等。

对于户用燃气表100传输的气量数据，集中主控器210的远传收发器215被动接收到户用燃气表100主动上传的气量数据(采用微功率ISM频段，基于DSSS)后，将气量数据传送给第二微处理器212，由第二微处理器212进行相应分析处理后存储在数据库(如SQLite)中。

然后上传控制器220定期读取数据库中的最新数据(包括注册数据、气量数据)，并将数据压缩成数据包后通过公网(GPRS/CDMA)以FTP协议上传至账务中心300，完成无线集中抄表作业。同时，上传控制器220还从账务中心300接收下达的指令，实现对户用燃气表100的开关阀的控制以及上报时段的设置等。

在实际实施时，在一个小区内安装一个集中系统200就能将整个小区每户的用气量信息收集起来，再通过移动通信网络上传到账务中心300，极大方便了燃气公司进行费用结算。

为了避免户用燃气表在上报数据时产生冲突，可设置各户用燃气表100之间的上报时间间隔，如5分钟，不同户用燃气表100分时向集中系统200发送数据，并且在发送数据之前侦听无线信道。

在实际使用中，当户用燃气表100剩余燃气量不足、断电或发生磁干扰时，第一微处理器111可控制气阀控制电路140关闭开关阀141，以禁止燃气用户用气。另外，户用燃气表100也可根据燃气公司通过集中系统200发送来的指令来进行关阀操作，且只有在接收到燃气公司的开阀允许指令后才可以进行开阀操作，实现对表具的远程控制。

本实用新型的优点是：

1、基于户用燃气表、集中系统、账务中心构建起来的本实用新型无线远传集抄系统实现了户用燃气表与集中系统之间以及集中系统与账务中心之间的双向稳定数据传输，有效实现了对户用燃气表的全自动抄表和远程控制。

2、采用直接序列扩频技术(DSSS)进行互相通信的户用燃气表与集中系统可实现超远距离的可靠通信，抗干扰能力强，接收灵敏度高，并且采用移动通信网络交互数据的集中系统与账务中心也可实现可靠地远距离数据传输。

3、用户燃气表的接收灵敏度能够达到-139dBm，比目前的窄带通信技术所实现的接收灵敏度要改善将近20dBm，可达到更好的抄表效果。

4、本实用新型安装调试便捷，基本不需要人工干预，极大方便了用户使用，抄表效率高，实时性强，有利于提高燃气公司的运营决策水平，有效节省了燃气公司的人力资源，减轻了燃气公司的建设和运营成本，提高了办公效率和管理水平，且可实现对户用燃气表的双向管控，为基于账务中心结算的预付费和后付费系统提供了坚实的基础，同时也提高了用户的知情权。

5、本实用新型构建的网络简单，通信稳定，无需布线，便于维护，对功耗要求较低，无网络使用费用，特别适用于城市高楼、市郊、农村等用户较为分散的安装环境。

6、本实用新型可实现账务中心的预付费模式，可方便接入燃气公司的原有系统，实现数据无缝对接。

以上所述是本实用新型的较佳实施例及其所运用的技术原理，对于本领域的技术人员来说，在不背离本实用新型的精神和范围的情况下，任何基于本实用新型技术方案基础上的等效变换、简单替换等显而易见的改变，均属于本实用新型保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于直接序列扩频技术的无线远传集抄系统，其特征在于：它包括户用燃气表、集中系统和账务中心，安装在室内的户用燃气表与集中系统之间基于直接序列扩频技术进行无线远程通信，集中系统与账务中心之间通过GPRS/CDMA网络进行无线通信，其中：

户用燃气表包括表壳、燃气传送管道，表壳内安装有控制系统，控制系统包括表具主控电路、气阀控制电路、气量采样电路和无线通信电路，气阀控制电路设于燃气传送管道的燃气输入口处，气量采样电路包括计数器组件、光电阵列和微控制器，计数器组件安装在燃气传送管道上，光电阵列与计数器组件对应设置，光电阵列的信号端与微控制器的相应IO端连接，无线通信电路包括无线收发器和表具天线，表具天线的接线端与无线收发器的天线接线端连接，表具主控电路包括第一微处理器，气阀控制电路的信号端、微控制器的采样信号传输端、无线收发器的信号传输端分别与第一微处理器的相应IO端连接；

集中系统包括集中主控器、上传控制器，集中主控器包括集中主控电路和远传通信电路，集中主控电路包括第二微处理器，远传通信电路包括远传收发器和集中上传用天线，集中上传用天线的接线端与远传收发器的天线接线端连接，远传收发器的传输端与第二微处理器的相应信号端连接，第二微处理器与上传控制器之间无线或有线连接。

2.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述无线收发器包括SX1278型无线收发芯片。

3.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述气阀控制电路包括开关阀。

4.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述光电阵列由四组红外收发单元构成，每组红外收发单元设有五对红外发光管和红外接收管，所述计数器组件中代表个位、十位、百位、千位的字轮上均开设有与字轮同圆心的180°半圆形开口，代表个、十、百、千位的字轮位置分别设置一组红外收发单元，每组红外收发单元的每对红外发光管和红外接收管分别对应字轮上开设的半圆形开口所在的圆周而放置于字轮的两侧，红外接收管用于开口转到该对中的红外发光管发光端时接收从红外发光管发射出且从开口穿射过的光线。

5.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述集中主控器和所述上传控制器由供电电路供电，供电电路包括太阳能电池板，太阳能电池板的电能输出端经由太阳能充放电控制器与DC-DC变换器的电压输入端连接，DC-DC变换器的电压变换输出端与所述集中主控器、所述上传控制器的供电端连接，储能铅蓄电池的电压传送端口与太阳能充放电控制器的相应端口连接。

6.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述上传控制器为笔记本电脑、平板电脑、手持机或工控机。

7.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述远传收发器包括SX1278型无线收发芯片。

8.如权利要求1所述的无线远传集抄系统，其特征在于：

所述账务中心包括数据库服务器、带有GPRS/CDMA无线通信功能的主站电脑数据库服务器的数据传输端口与主站电脑的相应信号端口连接。