数字远传燃气表的低功耗设计与实现

　　最近有很多关于公共事业计量抄表的研究: 其中有些研究数字水表的低功耗问题, 设计并实现了采集远传系统, 通过计算得出此设计可以使用8~ 9年的结论[ 1] , 但是文章没有考虑到电池的放电特性对系统功耗的影响; 有些研究中设计了水表的采集和远传系统[ 2] , 但是没有考虑到系统的功耗因素;有些研究关于电表计量的方案[ 3]; 很少有文章针对燃气表抄表计量设计并实现低功耗节点。可以看出将无线传感器网络技术应用于公共事业计量抄表方面具有广泛的应用前景。因无线传感网络节点有自组织、无中心节点、分布广等特点, 低功耗设计具有十分重要的意义[ 4- 8] 。

　　在本文的第1节中, 介绍了燃气计量抄表系统结构及设计的节点实例; 第2节中具体介绍了设计低功耗数字燃气表的关键技术; 第3节中通过计算得到试验结果, 最后给出结论: 设计的燃气表可以使用3~ 5年。

　　1 燃气计量抄表系统结构

　　图1所示为燃气计量抄表系统结构。在用户家中安装数字远传燃气表, 燃气表节点通过传感器网络将燃气数据传输到抄收的网关设备, 再通过宽带传输将数据传送到数据中心进行汇总处理, 由一套实时监控、自动抄表系统分析软件处理各个用户燃气的使用情况。同时, 可以针对某一用户家的燃气表节点下达特定命令(如欠费关阀、低电提醒等)。

　　图2所示为数字远传燃气表的实物图, 设计的远传数字燃气表已经在试点小区进行测试3个月,表具运行稳定, 数据准确, 正确执行各种应用命令。图3 所示为燃气抄表系统设计的节点的实物图。其主要功能是采集燃气量, 通过无线网络传输数据, 根据应用命令执行蜂鸣报警、开/关阀门、电压采集等; 并且能够自动检测系统电源状态以及掉电、上电事件, 并且把数据、阀门状态、欠费状态等信息保存在非易失性E2PROM 存储器里。

　　2 低功耗设计

　　2. 1 设计要点

　　燃气表节点的低功耗设计需要考虑以下因素:

　　2. 1. 1 硬件部分

　　( 1)尽量选择低功耗, 片内资源丰富的控制芯片。射频模块选用工作状态与静态消耗电流都较小、收发电流稳定的芯片。

　　( 2)具体外围电路的设计(如稳压芯片、复位芯片、存储芯片、基本电子元器件等)选择消耗电流小的低功耗电子元件。

　　( 3)选择本身消耗功率较小, 具有较好放电特性, 容量大并稳定的电池作为供电电源。

　　( 4)在满足系统要求的情况下尽量使用较低的电压和频率。使用动态功率管理( D ynam icPow er M anagem ent, DPM ) 和动态电压调节( Dynam ic V o ltage Scal ing, DV S ) 两种技术来实现[ 9 ] 。