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水表作为水计量的主要工具，在住宅、工商业和农业用水计量方面的作用日见突显。除了产品性能与安全指标应符合使用要求外，如何将水表的计量读数及时、准确地记录下来并进行有效传送、处理和结算，对供水企业来说也至关重要。
传统水表向智能水表发展是必然趋势，水表行业以及供水、房地产、物业等领域的有识之士经过十几年持续不断的研究和改进，已为我国供水行业开发了一批有一定使用价值、能满足基本要求的智能水表和自动抄表系统产品，并在多年实践中积累了许多有益经验和深刻教训，为开发性能更完善、功能更强大、可靠性更高、使用寿命更长、价格更趋合理的新型智能水表及自动抄表产品打下了坚实的基础，同时也指明了发展方向。
智能水表技术现状与发展趋势
所谓“智能水表”在ISO 4064—2005水表标准中被称为“带电子装置的水表”，它有别于以新型流量传感技术为特征的“电子水表”。带电子装置的水表以速度式或容积式机械水表为基表，增加电子部件和网络设备，具有流量信号的传感采集、运算处理、传输与统计等功能，以满足水表自动抄读与水费收缴的需要。
智能水表技术现状
我国智能水表经过十几年的发展、提高和改进，已初步形成了比较完整的产品技术体系，在流量信号的传感采集、数据传输的可靠性和有效性以及产品的性价比与寿命等方面均取得了长足进步。目前采用的主要技术有：
信号传感采集技术 主要有分线制脉冲传感方式、总线制脉冲传感方式、总线制直读传感方式等；
数据传输与网络技术 当前主要以有线数据传输与组网方式和无线数据传输与组网方式为主，以电力线作为信号传输 载体也在探索之中；
智能卡数据交换技术 按工作方式分为接触式TM卡、IC卡和非接触式RF卡；按使用特性分为存储卡、逻辑加密卡和CPU卡等。逻辑加密卡和CPU卡因为安全性能好、密码设置方便，目前使用较多。TM卡因使用方便、可靠，市场上也有 一定的需求量；
网络数据管理技术 数据传输通信协议目前执行建设部制定的《户用计量仪表数据传输技术条件》(CJ/T 188-2004) 的相关标准。“传输技术条件”规定了户用仪表(包括水表等)集中抄表系统中物理层和数据链路层协议，对主站与从站之间的物理接口及其特性、信息交换帧的组成以及流量和差错控制等作出了具体规定。对于数据传输安全的管理，采用电子密本(ECB)方式进行加密运算后发送数据，加密算法采用密钥的64位分组的标准加密算法。
电源供电技术 可分为表内供电方式和外部供电方式，前者以高性能锂电池供电为主。带电控阀水表为可靠关阀，一般采用两节锂电池分“强”、“弱”回路供电；也有利用超级电容器平时充电，关阀时放电的方式。后者由外部集中器 或采集器通过总线向水表供电。集中器或采集器一般采用大容量电池或把交流电源变换成直流后获取电能；
智能水表发展趋势
经过多年来的实践，行业内外对智能水表及自动抄表系统的发展趋势在认识上正逐步统一。虽然尚有某些分歧和 不同意见存在，但在整体技术的发展趋势上看法还是比较一致，即：分线制向总线制发展，脉冲采集方式向字轮数据直 接读出方式发展，有线数据传输逐步向无线数据传输发展，接触式逻辑加密卡表向非接触式智能卡方式过渡，并强调表 具与数据传输的微功耗、基表性能及可靠性的提升等。
(1)传感技术
对于数字编码方式，准确的编码方式和算法、可靠的绝对式编码器、以及规范的生产装配工艺则是保证信号传感、采集有效与可靠的前提。目前国内已有多种编码技术被授于专利，常用的有：二进制码、格雷码、单道简码等。编码信号传感技术有直射式或反射式光电传感方式、电涡流传感方式、接触式电位传感方式等。供电方式主要是基表内无电池，信号采集时由总线瞬时供电。
(2)传输与组网
有线组网方式：采用M-BUS、RS485总线技术和数据通信协议，数据的加、解密及抗干扰技术的用运，是有线组网 技术的关键。
无线组网方式：在现有短距离、低功耗、非标准的自组网技术基础上向有标准通信协议、网络功能强大、抗干扰和兼容性好，表具微功耗和组网成本低的方向发展。值得关注的短距离、低速率、微功耗的无线传感器网络技术有：Zigbee、超低功耗蓝牙(ULP)、Z-Wave等。它们具有自动抄表系统所希望的基本特性，如：超低功耗数据抄读与传输、超低成本、具有无线通信标准化和网络拓扑管理、高安全性和可靠性、短距通信和高容量组网、免执照频段、采用直序列扩频技术(DSSS)提高信噪比等。
(3)智能卡技术
非接触射频卡技术将是预付费卡式水表数据交换技术发展的重要方面，防水、防攻击、安全、使用方便是该技术的最大特点；CPU卡因其极高的安全性、兼容性以及可扩展性而受到大家的关注。
(4)微功耗设计及电源技术
有源智能水表和无线组网水表(如：无线收发模块、卡式水表、阀控水表、热量表等)工作时均需电源供电，为确保水表工作可靠常将电池设计成不可更换的形式。采用微功耗电路设计及省电算法是延长电池使用寿命的有效出路。高容量电池(如新型锂电池、燃料电池等)的开发和产业化，必将为智能水表提供使用寿命更长、体积更小的电源；利用光能、水能、无线电能等的发电、储电和供电技术也是今后解决智能水表及自动抄表系统供电的重要研究方向。
(5)基表性能
水表的主要功能是正确、可靠地计量，因此提高智能水表基表的各项技术指标是确保自动抄表系统有效工作的重要保证。应在流量测量范围，小流量计量特性，计量准确度，使用可靠性及寿命等方面进行全面提升。中、小口径电子水表(如：电磁水表、射流水表、超声水表、涡街水表等)由于测量管内无运动部件、压力损失小、测量范围宽、准确度高等特性，作为自动抄表系统的基表有着良好的发展前景。
水表自动抄表系统实践
目前国内水表自动抄表系统产品不少，采用的技术也各有特色。下面对有技术代表性的“无源直读式水表及自动抄表系统”的技术及使用情况作简单介绍。
产品基本情况
此无源直读水表及自动抄表系统已被列入国家级火炬计划推广项目，由于采用了新型绝对编码传感技术和位置识别算法，整个系统具有良好的使用特性、抄表准确性和工作可靠性，解决了计数器字轮进位时输出信号出现的乱码现象。
整个系统在硬件上主要由四部分组成：无源直读水表、数据集中器(集抄器)、终端设备(或电话通信设施)、自组网络的底层设施等；软件上主要有：表具嵌入式软件、集中器(集抄器)运行软件、抄表系统管理软件等。区域内由二级RS-485,总线组成的数据传输网络，区域外通过公用电话线(PSTN)或无线公用网(GPRS等)与供水企业传送数据。
无源直读水表其基表部分采用高可靠性的干式或湿式(液封)水表，配有不同的光电直射式绝对位置编码器和先进的位置识别算法；表内设有微功耗单片计算机及通信接口，通信协议符合建设部相关标准；表内不设电源，系统采集数据时由外部总线向表内瞬时供电并读出用水数据。
无源直读水表及自动抄表系统在广东、安徽、江苏等地推广应用后，受到了供水企业和房产等公司的欢迎和好评。如：江苏某市多个新建楼盘(约3000多住户)在供水企业推荐下采用该系统产品，经过一段时间的使用，真正感受到了自动抄表系统的准确、可靠、快捷和方便(供水企业通过电话线自动拨号即能将各住户用水量自动抄入电脑，进行数据处理)，同时也大幅度降低了日常运行费用。
使用体会
要保证自动抄表系统正常工作，表具质量是第一要素。优质的基表和绝对位置编码器、科学的位置识别算法和合理的工艺措施是保证产品质量的基本条件。
表具的设计制造和数据传输等方面必须严格执行国家现行技术标准，保证合格产品进入市场，使各企业生产的表具 和系统具有良好的兼容性和互换性。目前应执行的主要标准 有： 《冷水水表》(GB／T 778．1—3—1996)、 《电子远传水 表》(CJ／T 224-2006)、 《户用计量仪表数据传输技术条 件》(CJ／T 188-2004)、 《住宅远传抄表系统数据专线传 输》(JG／T 162-2004)。对于卡式水表应执行《IC卡冷水水 表》(CJ／T133-2001)标准。
住宅小区设计时生产制造企业应与房产公司和建筑设计单位及时沟通和技术交底，保证房屋设计时能按自动抄表系 统要求进行通信专线的布线、集中器(集抄器)的位置预留 和供电电源的配置等；施工单位必须严格按设计要求进行施工，确保施工质量。另外应加强表具和自动抄表系统运行的 日常维护和管理工作。数据抄读出现异常时，应派维护人员 到现场查找原因，及时排除故障。
结束语
总之智能水表及自动抄表系统是近十几年发展起来的新兴技术，虽然经过多方努力在各个技术领域和技术层面上 做了很多工作，并在各地住宅小区进行了大量有益的实践活动，总结了许多宝贵经验和教训。但从总体上说该项技术还 处在发展和完善阶段，有待于进一步的创新与提高。随着基表技术、传感技术、无线通信技术、网络传输技术、电源技术的发展与成熟，以及水资源管理力度的加大和智能小区工程推进速度的加快，作为用水计量器具和数据远传工具的智 能水表及自动抄表系统，必定有很广阔的应用前景和良好的发展空间。
作者简介
姚灵，宁波水表股份有限公司技术总监，教授级高级工程师，宁波大学兼职教授，享受国务院政府特殊津贴待遇。
公司简介
宁波水表股份有限公司是我国水表行业规模最大、品种规格最全、 产销量最高、出口量最大、综合技术实力最强的著名水表制造和研 发企业；几十年来一直处于我国水表行业的龙头地位，并荣获中国 名牌产品、国家免检产品等多项称号。 |
