基于物联网的智能水表系统设计和实现分析

基于物联网的智能水表系统设计和实现分析

马全宏

甘肃省定西市陇西县农村供水管理所甘肃省定西市748100

摘要：根据智能水表以及传统水表的发展，为居民水表的使用更加智能化及便捷化，设计并实现了基于物联网技术的一款新型智能水表。该水表基于物联网技术，以MSP430F448单片机为系统主芯片，通过中移动无线模块（GSM/GPRS)和ZigBee无线网络技术实现对水表进行自动采集信息、数据传输以及自动控制水表等作用。水表和互联网相互连接同时结合大数据、云平台等对用户的用水情况进行大数据分析，方便居民及时掌握用水情况同时极大简化了水务部门对水资源的管理。

关键词：物联网；智能水表；GSM/GPRS；大数据

水表作为供水营销过程中的基础计量工具，关系着整个供水企业的水量计量和费用生成，也是供水企业主体收入来源的保障，围绕水表展开的一系列水表管理工作在企业营销管理中的重要性日益凸显。在供水企业，一个完整的水表管理系统应该能够管理水表从入库、出库、安装、维护、拆回到最终报废的整个生命周期，贯穿供水企业整个日常运营工作[1]。然而，随着城市用水规模的不断扩大，新装水表与水表维护的工作量也逐步增多，如何确保库存水表资产的合理配置、跟踪及监督水表的使用情况，优化计量业务流程，实现水表管理工作的精细化和智能化管理，成了供水企业面临的一项严峻挑战，也是迫切需要解决的问题。利用物联网技术、无线射频识别技术（RFID）、GIS技术、无线通讯技术等，结合先进的管理理念，构建智能化的水表管理系统，按照标准化、精细化、科学化的表务管理工作要求，对各项涉及水表的业务进行统一程序设定，真正做到表务管理工作有制度、有流程、有监控，将有助于企业水表管理水平的提升。

1物联网概述

物联网的本质是“物物相连的互联网”，它在具备互联网各项功能并实现物体之间通信的基础上，将虚拟网络和物理实体有效的连接了起来，让用户能够不受时间和空间的限制对家中的物理实体进行控制。因此，物联网在综合运用激光扫描、全球定位系统、红外感应器、射频识别等信息传感设备的基础上，依照约定协议连接互联网和任何物体、通讯和交换信息，进而实现智能化管理、监控、跟踪、定位、识别等功能。物联网中的物应当满足一定的要求：其标志应当具有唯一性；能够实现CPU存储；由通信模块构成；满足物联网相关协议要求；完成控制功能。

2物联网水表系统设计框架

本次设计的新型物联网水表总体框架主要是由表具内置的无线传感器、GSM无线传输模块、远程监控系统（B/S架构）以及企业数据库四大部分构成。现场信息数据的采集由无线传感器完成，各组成模块相互协作，共同完成对居民水表使用数据的采集、传输及分析[2]。该表可实现远传操控，从水表直接连接云端，对用户水表进行抄表控制，省去了以往传统模式下的“抄水表”。

系统整体框架可分为感知层、数据层、应用层和表示层。系统感知层，水表内部的温度传感器和流量采集传感器通过传感器的路由节点来收集居民所用水的实时温度以及居民用水量等数据信息，各节点之间采用的是网络拓扑结构，以便可以选择一条最优的路径传输数据，在ZigBee技术的配合下将各传感器节点和汇节点之间实行无线通信;汇节点经过MCU控制将数据汇总之后传输到应用层的GSM通信模块数据终端。当感知层传感器各节点完成信息采集后，数据将会被传输至应用层和表示层，应用层和表示层将接受到的信息在远程监控系统（B/S架构）上的设备上远程实时显示。B/S架构建立在广域网上，面向不同的用户群，设计的范围很广，而水表的使用也正是地域广，分布散的特点。相对C/S架构而言，B/S架构中工作界面可以通过浏览器进行操作，简化了系统的开发、维护和使用[3]。在系统感知层和应用层之间存在网络层，主要功能是当感知层传感器节点收集好数据后，将会把数据先传输给中移动GSM无线传输模块，在通过GPRS网络后将数据存储在数据库中，再传输到远程监控中心，实现数据从感知层到应用层或者表示层的传输。

3系统软件总体框架

物联网智能水表采用模块化处理，本系统软件设计采用C语言，基于ARM嵌人式平台进行开发，具有数据处理、分析、查询功能，并且同时具有性能稳定、计数精确等优点。当水表软件系统上电复位之后，进行系统初始化和低压检测、判断是否符合用户的用水条件;当符合条件之后，再对用户的水表进行用水扣费处理以及中断关闭阀门处理。系统进人工作状态之后会打开中断，在开始工作之后系统会根据用户余额的情况，决定是否对水表进行开阀，当余额为0时，系统将会关阀。当没有中断时，系统将会进人低功耗模式。系统除了主程序之后，还包括LED显示、上电掉电检测、故障报警处理等程序相互工作。

物联网时代着重体现人物相连，物联网水表通过其自身优势，将表具、用户、水务等相互连接起来，构建协和统一的体系。随着近年国家发改委、住建部印发《关于加快建立完善城镇居民用水阶梯价格制度的指导意见》[4]，提出的“一户一表”的改造理念，物联网智能水表的应用将会更加广泛；同时，随着大数据、云计算平台的出现，使用物联网智能水表实现对用户居民用水情况的实时监控，能够更好地体现“智慧城市”、“智慧水务”的思想，让用户用水信息情况透明化，方便居民核查以及水务部门对水资源的管理和调度。

4结语

水表管理系统是智能化管理体系的重要组成部分，既实现了水表入库、在库、出库、安装、报废的全生命周期的管理，又实现了水表安装后一系列的水表维护工作的管理。水表管理系统也是整个表务管理体系的一个环节、一个分支，系统预留了扩展接口，与自来水报装系统结合、与营业收费系统结合，使表务工单管理平台自动获得接水申请工单，使表务工单管理平台处理的信息直接反馈到营业收费系统之中，将表务管理体系中的各个环节打通，形成所有表务信息的电子化流转。

参考文献

[1]左俊平.基于物联网技术的电池组远程监测系统设计[D].哈尔滨理工大学2017.

[2]叶李生.水务物联网移动监测系统[D].西南交通大学，2016.

[3]胡睿.基于物联网的工业园区节能减排实时监测系统研究与实现[D].昆明理工大学，2017.

[4]张小娟，唐锚，刘梅，王昊.北京市智慧水务建设构想[J].水利信息化，2016，01：64-68.