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物联网水表主板技术说明书

1.系统应用方案

1.1.系统组成

本系统主要由数据服务器、WEB服务器、工作站、管理信息化综合平台和GPRS物联网表等组成。整个系统的示意框图见下图::

数据服务器是一个包含用户信息数据、价格组成数据、用户缴费交易数据以及根据管理部门的需要所设计的各种查询统计数据在内的数据库系统。它除了与WEB服务器、物联网表进行数据交换外,还具有数据完整性检查、数据的备份与恢复、数据库用户权限及安全性的管理。

WEB服务器是一台在Internet上具有独立IP地址的计算机,可以向Internet上的客户机提供各种Internet服务。在本系统中,WEB服务器给客户端提供用户管理、抄表计划管理、抄表记录查询、收费管理、报表管理等界面功能。

管理信息化综合平台:通过该平台可直接与物联网通讯,通过GPRS方式完成对表具的计量数据抄读、状态检测、阀门控制等功能。

物联网表是系统的计量和控制部分,它完成对用户所用情况的计量工作。同时,接收管理信息化综合平台,响应或返回指定数据、执行特定动作(如关阀或开阀)。

1.2.系统特点成

远程控制:可有效实现对表具的远程控制,进行数据读取、参数调整、开关阀控制等操作;

集抄范围广:GPRS覆盖范围广,扩容无限制,接入地点无限制。能满足山区、乡镇和跨地区的接入需求;

GPRS传输具有很高的数据安全性和准确性,不作专门布线,无须安装集中抄表设备;前期投资少、见效快,后期升级、维护成本低;而且表具安装方式与普通表基本相同、维护简单;

各种远程抄表方案的优劣对比
项 目 GPRS物联网表 有线远传表
安装难易程度 安装简单,与普通表基本相同 需布专用的通讯网络,安装难度大,一旦破坏很难恢复。
调试难易程度 简单,经稍加培训即可操作 很难,需专门技术人员进行调试。
直接成本
运行成本 一般
耗电情况 可使用市电
数据传输实时性 一天或一周上报一次数据 可随时查看数据
网络迁移风险 风险较大 低(更换集中器模块)
受外部干扰 较高
维护难易程度 简单 难,需专门的技术人员
维护成本 一般 非常高

2.物联网主板特点

2.1.2.1.功耗评估

物联网表因自身功耗比较高,不能满足实时在线需求,仅能通过定时在线上传方式进行数据传输,一般推荐最快联网频率不超过一天一次。

物联网气表功耗评估
技术指标 典型值 年平均功耗 备注
休眠电流 7uA 61.32mAh 无液晶
10uA 87.6mAh 液晶常显
开关阀电流 40mA 1.15mAh 每周开关阀门一次,每次2秒。
运行电流 5mA 35mAh 每秒唤醒需要占用800us。
脉冲采样 5mA 2.5mAh 每天5m³,100个脉冲,单次采样时间50ms
抄读 730mAh 联网注册约需要90秒,平均电流80mA,每天上传一次数据。

一年最多消耗234.5mAh,使用六年共消耗1407mAh,一节ER18505M容量为3500mAh,考虑到电池的自放电,不同电流下容值差异,温度等影响,一节ER18505M可满足六年使用需求。因物联网表瞬间电流最大为2A,锂电池后期使用时放点能力不足以支持联网,故推荐选用锂超容电池组合装,及UPC1520+ER18505组合,有条件时可选用UPC1550效果会更佳,联网更稳定。

2.2.通讯模组介绍

M6310是中国移动推出的一款工业级GSM通信模组,支持贴片式SIM卡,具有小尺寸、低功耗、温度范围宽、抗干扰能力强的特点,同时内嵌丰富、稳定、可靠的网络协议,可向无线抄表、无线POS、车载等行业客户提供无线通信功能。

产品型号及详细参数指标 M6310
封装方式 LCC
通信制式 GSM/GPRS
通信频段 900/1800MHz
数据功能 GPRS multi-slot class 1~12 GPRS mobile station class B 编码格式:CS1~CS4
短信功能 支持MT,MO,CB,Text和PDU模式
通讯芯片 MT6252D
产品认证 CCC,China TA
尺寸大小 27.5*24.0*2.7mm
温度范围 -40~+85℃
电流特性 闲置电流 30uA
待机电流 1.3mA
工作电流 60mA~600mA
电压特性 3.3~4.6V
硬件接口 UART 支持,2路,一路为主串口,一路为调试串口
SPI 不支持
ADC 支持1路
GPIO 不支持
PWM/BUZZER 不支持
睡眠唤醒 支持
SIM interface 支持贴片式SIM卡
电源输出 支持
唤醒方式 语音唤醒 不支持
短信唤醒 支持
数据唤醒 支持
传输协议 PPP,TCP,UDP,FTP,HTTP
嵌入系统 Nucleus
远程升级 FOTA
开发工具 开发工具包

2.3.数据上传方式

2.3.1.定时上传方式

当物联网智能表内部时钟运行达到系统设置要求数据上传的时间点时,表具主动上传表具相关实时数据,并获取相关命令,可设置为每天、每周、每月上传,并可进行组合设置为每10天、每2月等。

2.3.2.人工上传方式

在任何时间点,用户可通过按物联网表具中的功能按钮,使表具上传实时数据,并获取相关命令。

2.4.数据上传错峰

由于网络环境和基站容量限制,表具支持上报错峰设置,可设置随机错峰、编号错峰等,增加网络适应能力,并结合实际运用经验,不同地域网络参数可能发生改变,并可支持设置相关的参数来适应当地网络环境功能。

2.5.远程升级

当物联网表需求发生改变时,可通过远程升级服务器对主板功能进行升级,满足不同的适应需求。

3.主要技术参数

3.1.硬件参数

3.1.1.双通道脉冲采样

计量表具的指示装置输出信号为机械信号,要实现无线抄表需首先应将机械信号转换为电子信号。远传表采用的是磁敏组件组成的脉冲发生器,在机械指示器0.01m3字轮上安装一永磁铁,两只干簧继电器呈180°夹角安装其附近,字轮每旋状一周,每只干簧管被吸合至少一次,由此产生一个计数脉冲,表示一个脉冲体积当量0.1m3。在电源不间断的情况下,机械、电子记录的累积流量是一致的。机电转换误差:小于0.1m3。

3.1.2.内部实时时钟

内部采用±10ppm精度的时钟晶振,一年的误差不超过10分钟。另外,抄表器、集中器抄表时,会自动同步表具当前时钟。保证每个表具的时钟准确无误,满足实际使用的要求。

3.1.3.掉电关阀保护

检测到主电源被拔出时,主动关闭阀门,立即停止使用。

3.2.软件参数

3.2.1.电压检测参数

一级电压检测点为2.9V,每秒检测一次,连续检测2次。

二级电压检测点为2.7V,每秒检测一次,连续检测5次。

截止电压检测点为1.5V,每秒检测一次,连续检测2次。

3.2.2.脉冲计数当量

脉冲当量0.1方,双脉冲计数。

脉冲当量1方,双脉冲计数。

脉冲当量0.01方,双脉冲计数。

3.2.3.主板供电方式

仅需锂电池有电就开阀。

3.2.4.上电时间

为了给超级电容充满电,默认上电时间为5秒。

3.2.5.阀门参数

五线制阀门,开关阀开关到位信号检测,最大开关阀时间20秒。

两线制阀门,堵转电流检测,堵转到位电流90mA,最大开关阀时间20秒。

4.主要功能

4.1.常规功能

4.1.1.二级电压检测

无线远传表对电池电压实时检测,当连续检测到电池电压低于一级电压时,提示用户更换电池,当连续检测到电池电压低于二级电压时,将关闭阀门,需更换电池后才能继续使用。

4.1.2.磁干扰检测

由于采用磁性传感器累积计量,当外界有磁干扰时,有可能会使用累积量产生误差。本方案设计有外界磁场检测功能,当检测到外置磁干扰时,会关闭控制阀,停止用户使用。只有当外界磁干扰撤出,用户按功能按钮后,才会恢复继续使用。故障提示代码“E-6”,磁干扰消失后自动解除。

4.1.3.阀门故障判断

阀门出现故障,表具会继续正常计数,且会多次(默认为 4 次)尝试继续关闭控制阀。当超过 4 次,阀门仍未关闭,即记录“阀门故障”。抄表器或集中器抄表时,会反应在表具状态中。故障提示代码“E-8”,排除故障后用手持机或抄表器发送开阀命令解除。

4.1.4.故障异常记录

针对表端一些故障、异常、特殊事件发生时,用户有了解特定事件产生日期的需求。表内记录最近 60 次特殊事件发生的时间。包括:

强磁干扰

过流量

控制阀故障

脉冲传感器故障

基表故障

电池上电

电池下电

4.1.5.历史月用量信息记录

表具可记录最近 10 年每个月的用量信息。(每个月保存数据的日期,可设置)

4.1.6.历史日用量信息记录

表具可记录最近 60天 的每天用量信息

4.1.7.液晶显示

LCD液晶显示方式分为三种,分别为非常显(触发显示方式)、常显(一直显示,欠压时触发显示)、一直常显(无论是否欠压均保持一直显示),使用时根据需求进行选取,常显状态时功耗会略高,一般推荐有按钮的外壳采用触发显示方式,无按钮的外壳采用常显,不推荐选用一直显示方式。

4.1.8.远程阀控

无线远传表可以接收并响应手持抄表器或集中器发出的关闭控制阀指令,阀门关闭后,用户不能自行打开阀门

无线远传表可以接收手持抄表器或集中器发出的打开控制阀指令,用户通过按功能按钮(无人工干预需求时阀门自动打开),可打开阀门恢复使用。

4.1.9.远程数据抄读

无线远传表可以接收并响应手持抄表器或集中器发出的抄读数据指令,包括:

读控制阀状态(开、关或异常);

读电池电压状态(正常、欠压、电压值);

读外磁场攻击状态(有或无);

读累积流量(总用量);

4.2.特殊功能

4.2.1.上电显示编号[软件功能]

主板上电过程结束之后,主动显示表具编号,一屏显示不完全时分两屏显示,先显示高位,后显示低位,方便进行编号核对,一般适用于无按钮的模具。

4.2.2.低电压不计量 [软件功能]

当电池电压欠压时不进行计量,针对霍尔传感器采用此判断方法。

4.2.3.阀门开管到位检测[硬件功能]

阀门检测开管到位通过开关到位进行检测,在设定时间内检测到到位开关信号立即停止阀门动作。

4.2.4.开关阀到位电流检测[硬件功能]

阀门开关到位通过检测电流方式,阀门为到位堵转阀门,当阀门到位之后电流会迅速增加,一般大于90mA,连续检测30ms判断为阀门到位。

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