物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展趨勢(shì)

王鵬 武傳勝

摘 要：本文通過對(duì)主流遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的特點(diǎn)及原理的描述提出了目前存在的問題，對(duì)未來監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展趨勢(shì)作了初步的預(yù)測(cè)。

【中圖分類號(hào)】 TP393.4 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2236-1879（2017）05-0277-02

自動(dòng)監(jiān)測(cè)（AutomaticMeterReading-AMR）是指利用微電子和計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)、傳感等技術(shù)自動(dòng)讀取和處理表計(jì)數(shù)據(jù)，將城市居民的用水、電、氣信息加以綜合處理的系統(tǒng)。自動(dòng)監(jiān)測(cè)技術(shù)使各水、電、氣公司及物業(yè)管理部門從根本上解決了入戶監(jiān)測(cè)收費(fèi)給用戶和監(jiān)測(cè)人員帶來的麻煩，避免了許多不必要的糾紛。準(zhǔn)確而便捷的收費(fèi)系統(tǒng)，不但能提高管理部門的工作效率，也適應(yīng)現(xiàn)代用戶對(duì)用水、用電、用氣繳費(fèi)的需求。

一、環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)概述

現(xiàn)在最常見的環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是采用分線制集中監(jiān)測(cè)方式，即由采集器定時(shí)順序采集來自多路分線連接的水、電、氣表信號(hào)并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)，各采集器之間采用總線制連接，最后連接至計(jì)算機(jī)。其典型特點(diǎn)是各戶表通過分戶線連接至采集器位置。系統(tǒng)一般分為四層次結(jié)構(gòu)；現(xiàn)場(chǎng)采集器、服務(wù)器（區(qū)域管理器）、通信控制器、管理器中心，部分產(chǎn)品還會(huì)附帶一個(gè)掌抄器。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如下圖所示：

1.現(xiàn)場(chǎng)采集儀器：完成對(duì)現(xiàn)場(chǎng)表具輸出數(shù)據(jù)的采集，一般一個(gè)采集器可以對(duì)多個(gè)基表進(jìn)行采集。但是目前支持一個(gè)采集器對(duì)幾種不同種類的基表同時(shí)進(jìn)行采集的產(chǎn)品不是很多。

2.服務(wù)器（區(qū)域管理器）：以多機(jī)通信方式采集數(shù)據(jù)采集器中的表數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行處理、存儲(chǔ)，并通過通信總線與總控制室的系統(tǒng)管理中心的計(jì)算機(jī)相連。一個(gè)服務(wù)器可以連接幾十個(gè)數(shù)據(jù)采集器（視系統(tǒng)通信方式定）。

3.通信控制器：連接服務(wù)器與管理中心的計(jì)算機(jī)對(duì)信號(hào)進(jìn)行協(xié)議轉(zhuǎn)換。

4.管理中心：管理中心由多媒體計(jì)算機(jī)和系統(tǒng)管理軟件組成。安裝在物業(yè)管理中心處。

可以借助internet技術(shù)，將管理中心的計(jì)算機(jī)與電力、水、煤氣或其他代收費(fèi)部門的網(wǎng)絡(luò)相連接實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上抄收，上網(wǎng)用戶可以在線查詢自己的費(fèi)用情況，方便實(shí)用，并可擴(kuò)展到電子商務(wù)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上付費(fèi)。不過目前要實(shí)現(xiàn)到這一地步還需要一個(gè)比較長(zhǎng)期的發(fā)展過程。

二、現(xiàn)狀

遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的發(fā)展已有十多年了，但實(shí)際應(yīng)用狀況卻差強(qiáng)人意，許多已安裝自動(dòng)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的樓盤由于計(jì)量不準(zhǔn)確最后不得不又返回到人工監(jiān)測(cè)的老路上來，雖然產(chǎn)生這種現(xiàn)象的因素是多方面的，但仔細(xì)分析，根據(jù)現(xiàn)在表具的生產(chǎn)原理出現(xiàn)這種情況是必然的。

1.前端表具先天不足

目前市面上所使用的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)種類雖然繁多，但基本結(jié)構(gòu)及原理都大同小異。就目前廣泛使用的脈沖發(fā)信表（水表、氣表）基本上采用干簧管或霍耳元件傳感器，工作原理簡(jiǎn)單，即在原機(jī)械表的轉(zhuǎn)動(dòng)齒輪或指針上放置磁鐵，將傳感器固定在其附近某一位置，齒輪或指針轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)磁鐵轉(zhuǎn)動(dòng)，當(dāng)磁鐵靠近又離開傳感器時(shí)，輸出一個(gè)周期的脈沖信號(hào)。采集設(shè)備通過累計(jì)脈沖表發(fā)出的脈沖信號(hào)進(jìn)行累計(jì)和換算，轉(zhuǎn)換出用戶的用水、用電、用氣量。通過這種方式實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)傳的系統(tǒng)，其可靠性取決于脈沖發(fā)信表發(fā)信、脈沖信號(hào)傳輸以及系統(tǒng)計(jì)量的可靠性?，F(xiàn)實(shí)證明，這些環(huán)節(jié)的可靠性是無法保證的，使用中常會(huì)存在著以下弊端：

1）從理論上講，遠(yuǎn)傳表輸出的脈沖數(shù)與齒輪或指針的轉(zhuǎn)動(dòng)次數(shù)成一一對(duì)應(yīng)關(guān)系，然而現(xiàn)場(chǎng)條件卻難以達(dá)到理想狀態(tài)，由于表盤的抖動(dòng)和傳輸過程的電磁干擾等因素，易引起脈沖丟失或多計(jì)脈沖。因此在使用一段時(shí)間后，脈沖計(jì)數(shù)方式的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與表具現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)值不一致，系統(tǒng)需要不斷的修正，易引起管理部門與用戶的糾紛。

2）表具傳感器的的安裝也是一個(gè)重要的因素，目前一些水表生產(chǎn)廠家從傳感器廠家購(gòu)入傳感器后自行安裝，由于水表中指針為金屬指針由于安裝不慎，水表安裝運(yùn)行后甚至?xí)霈F(xiàn)指針給磁鐵吸到磁鐵上的問題導(dǎo)致了現(xiàn)場(chǎng)的讀數(shù)和脈沖監(jiān)測(cè)的計(jì)數(shù)出現(xiàn)很大的出入。

3）由于傳感器是覆蓋在表盤上安裝的，安裝了傳感器后甚至直接影響了現(xiàn)場(chǎng)讀表。所以廠家在安裝傳感器的時(shí)候安裝的角度也是該考慮的。

2.脈沖信號(hào)傳輸

1）脈沖表發(fā)出的脈沖信號(hào)，需通過信號(hào)線傳輸至采集器，如果傳輸距離過長(zhǎng)，或者因連線質(zhì)量不好、屏蔽作用不強(qiáng)信號(hào)失真，則不可避免造成系統(tǒng)計(jì)數(shù)錯(cuò)誤。

3.系統(tǒng)計(jì)量

1）由于脈沖計(jì)數(shù)的累加性特點(diǎn)，系統(tǒng)采集器上的記憶脈沖的電子存儲(chǔ)元件數(shù)據(jù)易受干擾，影響數(shù)據(jù)精確。

2）遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)是通過不間斷地累計(jì)對(duì)應(yīng)脈沖表遠(yuǎn)程發(fā)來的脈沖來進(jìn)行計(jì)量的，這就首先要求系統(tǒng)初始值設(shè)置必須正確，即人工抄讀每只遠(yuǎn)傳表的表盤實(shí)際讀數(shù)后，將表的實(shí)際值準(zhǔn)確無誤地輸入到數(shù)據(jù)采集器，目前所使用的監(jiān)測(cè)設(shè)備一般有兩種設(shè)置方式：一種是通過掌機(jī)將現(xiàn)場(chǎng)讀數(shù)先輸入掌機(jī)中，然后通過掌機(jī)將數(shù)據(jù)通過紅外接口輸入采集器。這種設(shè)置由于不是實(shí)時(shí)計(jì)數(shù)，對(duì)于運(yùn)行中的系統(tǒng)當(dāng)用戶用量比較大時(shí)不可避免的存在誤差。另外一種是直接在管理計(jì)算機(jī)端通過軟件實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行基數(shù)設(shè)置時(shí)需要使用對(duì)講機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)設(shè)置。這樣設(shè)置不存在誤差。

三、前景展望

監(jiān)測(cè)系統(tǒng)要達(dá)到可靠、準(zhǔn)確運(yùn)行的要求，必須解決其計(jì)量的準(zhǔn)確性和可靠性的問題，而要真正解決準(zhǔn)確性及可靠性問題，就必須改變以脈沖信號(hào)累計(jì)為計(jì)量方式的監(jiān)測(cè)方式。近年來市場(chǎng)上推出了無源總線制的智能型直讀表監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，這種直讀式監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將代表了今后監(jiān)測(cè)系統(tǒng)發(fā)展的一個(gè)方向。智能型直讀表具是在傳統(tǒng)的表具內(nèi)加裝直接讀表的電子模塊，其可行性和適用性都是原有脈沖表及分線型監(jiān)測(cè)系統(tǒng)不可比擬的，主要有以下功能特點(diǎn)：

1）無源總線制直讀表直接感應(yīng)表具的窗口值，即直接“讀取”窗口值，不需要脈沖轉(zhuǎn)換、累計(jì)、換算，沒有累計(jì)誤差。解決了目前以累計(jì)脈沖方式工作的系統(tǒng)易受干擾而導(dǎo)致讀數(shù)和系統(tǒng)累計(jì)計(jì)量值不一致的問題。

2）系統(tǒng)在監(jiān)測(cè)時(shí)不需設(shè)置表底數(shù)、表常數(shù)等參數(shù)，無需存儲(chǔ)數(shù)據(jù)，真正實(shí)現(xiàn)了“讀表”計(jì)量。

3）直讀表具內(nèi)的電子模塊與表具內(nèi)的計(jì)讀器等裝置沒有機(jī)械接觸，不影響計(jì)量精度。直接傳送數(shù)字信號(hào)而非脈沖信號(hào)，抗干擾性好。不僅不受機(jī)械振動(dòng)影響，同時(shí)也不受電磁干擾的影響，所以在復(fù)雜的使用環(huán)境下能穩(wěn)定、準(zhǔn)確、可靠地實(shí)現(xiàn)計(jì)量。

4）表具內(nèi)沒有電源，直讀裝置在監(jiān)測(cè)瞬間加電工作。表具的電子部分平時(shí)不工作，讀表瞬間由采集器或手持終端通過網(wǎng)絡(luò)布線供電。由于內(nèi)部不設(shè)電源避免了傳統(tǒng)方式由于供電不穩(wěn)定或故障引起的計(jì)量誤差及大量的維護(hù)工作。使得整機(jī)故障率和功耗大大降低，使用壽命更長(zhǎng)。

綜上特點(diǎn)，直讀遠(yuǎn)傳表將成為未來的主流表具，但是不管采用何種方式，表具必須具備直接輸出數(shù)據(jù)的功能，系統(tǒng)采用總線制結(jié)構(gòu)將成為主流。

四、結(jié)束語

在國(guó)家相關(guān)政策的推動(dòng)下，民用計(jì)量表智能化已是大勢(shì)所趨。隨著行業(yè)技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)的不斷成熟規(guī)范、管理水平的不斷提高。國(guó)家對(duì)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)管力度、市場(chǎng)引導(dǎo)等不斷加強(qiáng)。將監(jiān)測(cè)系統(tǒng)及相關(guān)配套產(chǎn)品納入重點(diǎn)計(jì)量器具范圍，建立市場(chǎng)準(zhǔn)入制度也將是必然。相信在不久的將來遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)系統(tǒng)將會(huì)得到不斷的完善和成熟，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的春天也將會(huì)來臨。

遼寧科技大學(xué)大學(xué)生創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)訓(xùn)練計(jì)劃項(xiàng)目