劉平進(jìn)

（甘肅省計(jì)量研究院，甘肅 蘭州 730070）

1 智能水表概述

智能水表是在傳統(tǒng)水表的基礎(chǔ)上加入了科技的因素，運(yùn)用智能化和自動(dòng)化技術(shù)對(duì)居民的用水量進(jìn)行數(shù)據(jù)計(jì)量、統(tǒng)計(jì)、傳遞和交易結(jié)算的新型水表。在我國(guó)，智能水表的定義可簡(jiǎn)單概述為：通過(guò)特定的傳感和信號(hào)對(duì)水量進(jìn)行處理，在其中植入精準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)算法、各類輸入-輸出端口或中央執(zhí)行器，具有測(cè)量水量速度、數(shù)據(jù)通信以及聯(lián)網(wǎng)等功能的新型電子水表。智能水表的結(jié)構(gòu)主要包括了以下四個(gè)部分：一是配合控制器讀取信息的線圈；二是計(jì)量水量且將信息傳送到控制器中的基表；三是保證水表正常開關(guān)閥的執(zhí)行器；四是記錄居民的用水量，控制閥門正常開關(guān)的控制器，并且把用戶用水量等信息呈現(xiàn)在控制器上的液晶顯示器上。

2 智能水表的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 智能水表分類

新型的智能水表充分利用了網(wǎng)絡(luò)的便捷性和科學(xué)性，早已超過(guò)了傳統(tǒng)意義上的水表，而是一種系統(tǒng)、集成的科技理念?，F(xiàn)在的住宅越來(lái)越重視私密性，入戶抄水表已經(jīng)不再現(xiàn)實(shí)，智能水表恰恰能解決這一問(wèn)題。因此，智能水表越來(lái)越受到住戶的喜愛(ài)，也為自來(lái)水公司提供了很大的便捷性，智能水表的應(yīng)用范圍越來(lái)越廣泛。依照水費(fèi)收取的方式、系統(tǒng)功能或者硬件平臺(tái)來(lái)看，智能水表可以分為兩類，分別是卡式智能水表系統(tǒng)和遠(yuǎn)程集中抄表系統(tǒng)?？ㄊ街悄芩碛挚梢詾榉譃镮C卡水表、代表交換式預(yù)付水表、TM卡水表和RT卡水表等。本文對(duì)卡式智能水表的研究以IC卡水表為主要對(duì)象。

2.2 遠(yuǎn)程集抄的組成及其技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程集抄的構(gòu)成主要有三部分：一是基表；二是數(shù)據(jù)存貯與通訊系統(tǒng)；三是后臺(tái)軟件操作系統(tǒng)。其中基表是指通過(guò)傳感器精確測(cè)量水量并將測(cè)量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的儀表。

基表可以分為兩部分，分別為測(cè)量機(jī)構(gòu)和傳感器。目前，主要的測(cè)量依據(jù)是測(cè)量水表中葉輪通過(guò)的水流。由葉輪的旋轉(zhuǎn)頻率記錄的流量信息由指示器元件顯示，包括流動(dòng)信息的部件，如葉輪、指針和字輪，被稱為測(cè)量元件。該傳感器用于采集測(cè)量部件的運(yùn)動(dòng)，然后將測(cè)量信息轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的形式。計(jì)量元件可以根據(jù)經(jīng)過(guò)水流能量的順序分為初級(jí)計(jì)量元件和次級(jí)計(jì)量元件，首先因水流作用而開始運(yùn)動(dòng)的元件叫做初級(jí)計(jì)量元件，對(duì)初級(jí)計(jì)量元件傳遞的信息加以處理的元件叫做次級(jí)計(jì)量元件。

現(xiàn)在智能水表常用的傳感器主要分為三種，一是主要包括干簧管、霍爾元件的磁敏傳感器；二是電感式傳感器；三是直讀式傳感器。磁敏元件由于會(huì)降低智能水表的使用壽命以及易受磁干擾而具有一定的局限性。但是磁敏元件價(jià)格低廉，受到很多人的喜愛(ài)，因此現(xiàn)在的使用范圍仍然較廣。電感式傳感器相比較于磁敏元件抗干擾能力較強(qiáng)，葉輪的阻尼較小而有較廣泛的應(yīng)用。直讀式傳感器分為兩種，分別是光電式和機(jī)械式。根據(jù)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的相對(duì)位置，光電型可分為反射式和計(jì)數(shù)器式。光電直讀是對(duì)次級(jí)測(cè)量元件采集相關(guān)信息，以確定字輪的讀數(shù)。光電直讀技術(shù)因其傳感器元件多、硬件電路復(fù)雜、技術(shù)要求高而難以批量生產(chǎn)。機(jī)械直讀受到簧片材料和加工工藝的影響，存在可靠性差、機(jī)械阻尼大（水表流量大）、批量生產(chǎn)過(guò)程中存在諸多問(wèn)題等問(wèn)題。

數(shù)據(jù)通信一般采用RS485總線和MBUS總線的通信方式。隨著現(xiàn)代通信技術(shù)的發(fā)展，智能水表的通信技術(shù)也在不斷發(fā)展。在后臺(tái)軟件操作系統(tǒng)中，目前的軟件在服務(wù)模式、收費(fèi)模式、數(shù)據(jù)接口等方面不同于管理部門，因此后臺(tái)軟件系統(tǒng)具有個(gè)性化和不兼容性的特點(diǎn)。在遠(yuǎn)程采集的應(yīng)用中，由于系統(tǒng)管理員單方獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，如耗水量等，導(dǎo)致雙方獲取信息的不對(duì)稱性。雖然在基表和后臺(tái)處理中存在著各種各樣的矛盾，但遠(yuǎn)程集抄已經(jīng)建立了管理者和用戶之間的實(shí)時(shí)通信通道，以及實(shí)現(xiàn)了社會(huì)化、集約化、真實(shí)化等現(xiàn)代管理要求的支持作用。因此，水資源管理行為的人性化是不可替代的。

2.3 卡式智能水表系統(tǒng)組成及其技術(shù)應(yīng)用現(xiàn)狀

卡式智能水表系統(tǒng)可以從結(jié)構(gòu)的角度分為三部分：一是卡式智能水表，二是讀寫卡，三是后臺(tái)處理系統(tǒng)。

卡式智能水表從水費(fèi)收付的方式看屬于“先付費(fèi)后用水”，可以有效解決收費(fèi)困難等問(wèn)題。帶有發(fā)信裝置的水表為卡式智能水表的計(jì)量基表，以讀寫卡為媒介，再加控制系統(tǒng)所組成的一種新型智能水表。讀寫卡包括IC卡、TM卡等。后臺(tái)處理系統(tǒng)就是對(duì)IC卡、TM卡等讀寫卡進(jìn)行信息讀、寫的操作?？ㄊ街悄芩硐到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)了用戶與管理者之間的溝通，用戶可以隨時(shí)知道自己的用水情況，避免因欠繳水費(fèi)而停水的情況發(fā)生。但是這種溝通存在一定時(shí)間上的差異，也就降低了管理者對(duì)用戶的人性化服務(wù)的程度。

3 智能水表的發(fā)展方向

3.1 計(jì)量性能提升

水表是一種計(jì)量工具，首要發(fā)展方向便是計(jì)量性能。傳統(tǒng)機(jī)械水表由固定的部件進(jìn)行計(jì)量計(jì)數(shù)，由于部件磨損，傳統(tǒng)水表在使用一定時(shí)間后會(huì)影響計(jì)量的準(zhǔn)確性，測(cè)量的結(jié)果和傳統(tǒng)水表的使用壽命都不能讓人滿意。目前帶電子裝置的機(jī)械水表有著同普通機(jī)械水表一樣的計(jì)量缺陷，即壓力損失大，儀表非線性特性校正困難，產(chǎn)品在寬量程低流量區(qū)的測(cè)量精度不高，必須發(fā)展更先進(jìn)的流量傳感技術(shù)。因此必須對(duì)智能水表做相應(yīng)地改進(jìn)，主要包括：提升測(cè)量水量的準(zhǔn)確度，擴(kuò)大測(cè)量范圍、減少大流量測(cè)量條件下的壓力損失值；在智能水表內(nèi)置入測(cè)量校正系統(tǒng)等，盡量減少誤差；應(yīng)盡量延長(zhǎng)水表的使用時(shí)間，提高智能水表的質(zhì)量，降低故障率，在保證質(zhì)量的前提下還要盡量選用低耗能和高容量電池；選用無(wú)阻流件、無(wú)運(yùn)動(dòng)部件的傳感器，以減小壓力損失。從而使水表計(jì)量更加精準(zhǔn)，計(jì)量范圍更寬，滿足小流量測(cè)量特性。

3.2 使用功能拓展

在智能水表測(cè)量功能的基礎(chǔ)上，開發(fā)了一些新的功能，滿足水務(wù)管理用戶的預(yù)付水費(fèi)、售水管理、數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸和抄表管理、網(wǎng)絡(luò)閥門控制和定量控制等功能。隨著智能水表相關(guān)技術(shù)的成熟和應(yīng)用，由智能水表控制電源電壓、拖欠、漏電等的自校驗(yàn)、自校正、自補(bǔ)償、自校驗(yàn)以及無(wú)線通信的功能也將逐步進(jìn)入應(yīng)用階段。

3.3 參與管網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建

目前，水測(cè)量領(lǐng)域的產(chǎn)品已經(jīng)從單一終端產(chǎn)品發(fā)展到網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)集成產(chǎn)品和整體解決方案，并將硬件產(chǎn)品集成到智能產(chǎn)品的軟硬件中。由于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，供水網(wǎng)絡(luò)的傳感技術(shù)、網(wǎng)絡(luò)通信技術(shù)等技術(shù)得到了重視。智能水表作為物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)感知層的智能終端，在供水管網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)中起著重要的作用?，F(xiàn)在的社會(huì)是信息化的社會(huì)，將智能水表與網(wǎng)絡(luò)連接起來(lái)會(huì)大大提高智能水表的性能。

4 結(jié)語(yǔ)

智能水表是現(xiàn)代化的科技產(chǎn)物，其發(fā)展方向必然精準(zhǔn)化、科學(xué)化，計(jì)量更加準(zhǔn)確，使用壽命較長(zhǎng)，功能拓展，參與管網(wǎng)測(cè)控系統(tǒng)構(gòu)建，智能水表可以很好地解決傳統(tǒng)水表使用壽命短、計(jì)量不夠精確等問(wèn)題，其應(yīng)用范圍必然會(huì)越來(lái)越廣泛。