浅谈智能水表的分类与应用

浅谈智能水表的分类与应用

许建华

广西科联招标中心

摘要：国家对水资源的管理越来越重视，为加强对用水的管理，各种智能水表应运而生并在全国范围推广。本文介绍了各种智能水表的特点和优缺点、现今智能水表的发展状况，并以实例介绍了现代智能水表在实际中的应用。

关键词：智能、智慧、水表、预付费、有线、无线、远传

水是生命之源，是人类生存和发展不可替代的重要资源，是经济和社会可持续发展的基础。然而随着21世纪的到来，水资源缺乏已然成为世界大部分地区所面临的最严峻的自然资源问题。为了加强对水资源的合理利用、有效管理，大量科研人员和企业在高新技术的基础上提出了许多解决方案，各类智能水表应运而生。智能水表的推广应用实现了“先买水，后用水”和集中抄表管理，有助于管理者对每个用户的用水情况进行跟踪、管理和监控，也有助于改变人们的用水方式、形成良好的用水习惯。下面简单介绍一下各类智能水表的功能特点。

一、智能水表按设计分类

1.卡式水表

卡式水表分接触式IC卡水表和射频卡水表，是一种利用现代微电子技术、传感技术、IC卡技术对用水量进行计量并进行用水数据传递及结算交易的水表。卡式水表管理系统具有缴费、统计、补卡、阶梯水价等功能。射频卡水表有一类特别设计是分体式水表，这种表可选用防水型（地下井）与普通型（管道井）等，可以安装在井下，在井上刷卡，IP68级别浸泡防水，特别适合管道井或地下井安装环境的条件，有效解决了充值不便的问题。使用卡式水表，由于无需抄表，水司无法统计用水量和管网漏损等数据，而且维护费用高，外漏卡口易遭受外界攻击。

2.摄像水表

摄像水表是以传统机械水表作为基表，将摄像模块安装在码字水表上，采用摄像识别技术对传统水表的机械示数进行拍照及数字云识别，并通过有线或无线的通讯方式与远程服务器进行数据通讯、对水量进行上传，实现水表自动化数据采集功能。摄像水表的非磁传感器取样的设计，可以有效防范磁攻击，但其数据传输和摄像头成本相对较高。

3.光电直读水表

光电直读水表以传统的机械水表为基表，其采样是采取编码直读的方式。表具内置光电直读模块，该模块由光电传感器组件组成、单片机系统与总线译码电路。光电传感器组件采用透射式或反射式测量方式，对每个数字进行二进制数字编码，由单片机对接收的信号量化处理，完成编码任务。单片机系统能实现对上端信号的侦听，以及信号处理与回传。总线译码电路完成从总线上取电，以及双向通讯的过程。

光电直读水表有抗震动、抗干扰、抗退磁、随需间断供电、维护简单等特点，近年来得到快速发展。其常见故障主要有光敏管或发光管损坏、气泡干扰、强光干扰等。

4.超声波水表

超声波水表是一种不需要基表的电子式水表，它是在测量通道（管段）的上游和下游分别安装一只超声波换能器用于超声波信号的互为发射和接收，采取时差法对流量进行测量。

与机械式水表相比较，超声波水表具有精度高，可靠性好，量程比宽，寿命长，无任何活动部件，可任意角度安装等特点。但是它对流场的敏感高、跟踪流量变化能力弱、低功耗下外壳防护设计难度高、小口径表成本高性价比差。

5.其它智能水表

5.1电磁水表是一种不需要基表的全电子式水表，无机械运动部件。它的工作原理基于法拉第电磁感应定律。

5.2蓝牙智能水表是应用蓝牙技术研发的智能水表。它通过手机APP与水表相连，控制水路终端出水口，以达到付费用水目的。

5.3脉冲式远传水表是以传统机械水表作为基表，基于脉冲计数原理的智能水表，整个计量过程必须一直供电。

二、智能水表按功能分类

目前国内制造的智能水表，按功能分可分为收费型和智慧型两大类

（一）收费型水表

1、普通收费水表主要有卡式水表、超声波水表等。收费系统由智能水表、用户卡、读卡器、售水软件等组成。

2、远传水表包括摄像直读水表，超声波直读水表、光电直读水表等。远传水表自动抄表系统主要包含四个环节：

信号环节：这个环节主要生成水流量数据信号。

数据采集、存储环节：该环节由数据采集器来完成。有线水表与采集器通过通讯速率高、设计简单、成本较低、布线方便、抗干扰能力强的M-Bus总线或RS485总线进行通讯。无线水表与采集器通过无线收发装置进行通讯。

数据集中环节：抄表集中的通信设备有集中器或专用抄表机等。现在集中器多采用无线网络技术或有线通讯方式等与采集器进行通讯，读取采集器中的抄表数据。

中心管理环节：该环节实际就是服务器用专业软件实现用户管理、读取管理、参数管理、报表生成、表具远程控制等功能。

远传集抄系统实现了集中抄表管理，大大减轻了抄表人员的劳动强度；有较高的可靠性和抗干扰性；具有预付费、后付费功能；网络技术的应用实现了在线监控，是现代户用水管理的首选方案。但是远传集抄系统需要基表有相对集中安装的环境，需要支付必要的网络使用费。

（二）新型智慧型水表

随着智慧城市的发展，物联网、云计算等新技术的广泛应用，制造商与主流运营商全面战略合作，在光电式、脉冲式、超声波或摄像式等基表的基础上采用运营商的提供的物联网专用卡、NB-IOT模块、LoRa无线模块，相继推出GPRS\CDMA物联网水表、NB-IOT智慧水表、LoRa无线水表等。智慧型水表利用通讯网络的广域覆盖，有效解决了水务企业传统上需要多种技术组合也难以实现水表计量数据准确、实时、海量、快速上传的问题；协助解决了水表密集或分散安装位置条件复杂等网络覆盖问题，使用智慧水表施工极其简单，无需任何布线与安装其他采集通讯终端；信号稳定不断网；使用寿命长；支持手机APP、微信等多种缴费方式；扩展阀控功能，可实现远程监测、预付费、远程控制等多种需求。智慧水表的基础设施建设代表着智慧水务数字化到智慧化再到生态化的发展趋势，智慧水表将带来水务系统的全面革新。每一款智慧水表各有特点及优势，用户可根据实际情况做不同选择。

三、实际应用举例

该项目是XXX农产品大市场远程抄控水电表系统工程，共有1700只水表，分别安装在ABE三大区域内的62栋大楼，绝大部分的水表集中安装在楼宇两侧。项目建设要求实现集中抄表管理、远程自动抄表、远程控制表具、实时监测、实现用量统计和分析、监测异常用量情况、收费管理、短信提醒等。

我们根据项目要求与实际条件对系统进行了系统设计和布线设计，在集中抄表管理中心安装一台系统服务器和管理主机（其他注册电脑可通过互联网登录管理系统进行相关操作），该管理中心设在A区办公楼。由于当时无线远传水表还不够成熟，因此系统采用节水型机芯的光电直读带阀控有线水表、M-Bus采集器和集中器组成。一个大区域安装一台集中器、多台采集器，集中器与采集器之间通过无线数据传播（中心频点为433MHz）方式进行通讯，并通过GPRS与系统服务器进行数据通讯，采集器根据不同楼宇水表数量、楼宇分布和布线难易情况进行布排，每个采集器连接的水表不超过64只。如A区28栋楼共安装了14个M-Bus采集器和一个集中器，以M-Bus总线将采集器和水表连接起来。市场视野开阔，将集中器安装在办公楼的至高点，而采集器均安装在二层楼高的位置，这样的设计有利于集中器与采集器之间的通讯，也既便于布线和检修。该系统每组水表均安装了浪涌保护器，总线只在有抄表工作需求时才通电，降低了雷击和各类干扰对系统损伤的风险。

该抄表系统结构简单，具有自管理能力，能自动搜寻计量表具与系统设备，同时自动建立管理档案。系统抄表工作灵活，可根据不同的工作需求而进行不同的抄表工作，如数据打包传输、单表数据流传输、单表点抄等等，实现了项目建设的所有要求。项目验收三年以来各设备和水表运行基本正常。

四、结束语

各种智能水表已经逐渐走进千家万户，随着网络技术的不断发展，现代智慧型水表也已开始步入市场，这也将逐渐从根本上增进人类的环保节水意识，最终达到人与自然的永久和谐。

参考资料

智能IC卡水表的技术指标分析.半导体器件应用网

杨正洪智慧城市—大数据、物联网和云计算之应用

姚灵电子水表传感与信号处理技术

中国计划出版社住宅远传抄表系统应用技术规程

作者简介：许建华，男，汉族，祖籍福建福清，大学本科，助理工程师，现工作单位：广西科联招标中心，研究方向：智能水电表及智慧城市水电建设