摘要：  无线智能水表管理软件采用Visual　Basic　6.0和MicrosoftSQL　server　2000数据库管理软件来实现。此管理软件主要用于对各农户温室水表的无线管理，实现了温室水表的抄表、充值、开阀、关阀等控制功能。该软件共包括温室管理、用户管理、无线抄表、无线充值、灌溉组自动灌溉控制、远程数据发送6个模块。其中温室管理模块主要用于添加中继器，并为中继器分配温室，一个中继器大约可以管理10～15个相邻的温室。

关键字：  智能水表，  物联网，  中继器，  无线水表

无线智能水表管理软件采用Visual　Basic　6.0和MicrosoftSQL　server　2000数据库管理软件来实现。此管理软件主要用于对各农户温室水表的无线管理，实现了温室水表的抄表、充值、开阀、关阀等控制功能。该软件共包括温室管理、用户管理、无线抄表、无线充值、灌溉组自动灌溉控制、远程数据发送6个模块。其中温室管理模块主要用于添加中继器，并为中继器分配温室，一个中继器大约可以管理10～15个相邻的温室。

物联网是继“互联网”浪潮之后的又一次科技革命。北京市市长郭金龙在2010年政府工作报告中指出，要“推进‘感知北京’示范建设，积极发展物联网产业”。2009年北京市农业用水量占水资源使用总量的34%，因此加快提高农业用水管理水平，实现农业用水的集约化、科学化管理，对于缓解全市日益紧张的水资源形势刻不容缓。近几年来北京市农业用水管理取得了较大的进步，但同时仍存在着一些问题。一方面，由于部分农户节水意识不强，农业灌溉用水仍存在水费平摊的现象;另一方面，一些温室安装了无线智能水表，可以进行水费计量，但由于每个水表出水口压力是一定的，用水高峰时如果各个温室都开阀放水进行灌溉，则存在部分水表出水口压力不足，不能很好灌溉的问题，尤其对喷灌影响更大。为了解决上

述问题，可采用中央调控的用水管理方式在用水高峰时来进行统一的用水调度。互联网的日益完善和网络费用的降低为农用智能水表的网络互联提供了契机。智能水表的网络互联可以实现水表的无线充值、水量的远程采集以及水表阀门的远程控制，减少了农户温室用水管理中存在的问题，从而提高农业用水管理水平。

1　总体设计

温室无线智能水表物联网应用系统由无线智能水表、中继器、村镇用水管理软件、用水管理中心数据发布软件组成。在此系统中，村镇用水管理站通过无线电台与中继器进行连接，中继器通过无线模块与无线智能水表进行连接，从而实现了水表的无线充值、水量的远程采集以及水表阀门的远程控制，也中国农村水利水电·2011年第10期41可以实现温室大棚用水的中央统一调度，提高温室大棚的水利用效率。系统通过无线通信模块将水表中的水量数据传输到村镇用水管理站，同时各个村镇用水管理站可以通过以太网或GPRS网络将水表数据发送到用水管理中心平台上，平台将接收到的用水数据进行解析后并将其存入到数据库中，同时可通过Web页面进行展示，用户可以进行网络充值和水量查询。

系统总体结构如图1所示。

2　中继站设计

中继器负责接收村镇用水管理站计算机发出的指令，然后将指令转发到无线智能水表中，并根据指令将智能水表中的水量数据上传到村镇用水管理站。系统中的中继器主要采用MSP430F149单片机进行开发，使用2个串口实现与无线电台和无线模块的连接。中继器使用串口1连接无线电台，实现与村镇用水管理站的无线电台通信。使用串口2与无线模块连接，实现与无线智能水表的短距离无线通信，通信距离约为1000m。中继器硬件结构图如图2所示。中继器中的P2口连接拨码开关，通过拨码来配置中继器的地址，这个地址是监控软件通信的重要参数。

中继器的通信协议制定如下：数据以16进制的数形式进行传输，一包完整的数据包括：引导符号+中继器地址+数据区+结束标记。数据采用十六进制形式表示。具体如下：PC发送数据协议组成：引导字符+中继地址+数据区+结束字符。

说明：

(1)引导字符：占1个字节，固定字符为0xAA;

(2)中继地址：占1个字节，中继器拨码开关可以设置(大小1～255);

(3)数据区：见下文协议;

(4)结束字符：占2个字节，固定字节为0x0D，0x0A，表示回车和换行。

数据区通信协议为：地址+命令类型+数据+数据+2字节CRC校验。

(1)地址：水表地址占4个字节，高位在前，低位在后;

(2)命令类型：占1个字节，用不同的数字代表不同的命令类型;

(3)数据：水表寄存器的值;

(4)校验：CRC校验，对前面所有数据进行CRC校验，占2个字节，高位在前，低位在后。

命令类型编码：有6种类型的命令，如表1所示。

3　无线水表设计

无线水表电子模块部分以主控制器MSP430F149型号的单片机为核心，包括脉冲采集电路、阀门驱动电路、存储电路、显示电路以及无线通信电路。脉冲采集电路完成水量数据的

采集。智能水表是在机械水表的基础上改装而成的，在机械水表指示盘上安装两个干簧管，在水表的指针上安装一个磁钢，正常用水时，指针不停地转动，磁钢每转过感应点时，干簧管就闭合一次发出脉冲信号。为了有效防止各种可能的干扰抖动而产生的多计数现象，本设计中采用双干簧管双脉冲通过由电容和电阻组成的防抖电路输入单片机计数，当两个脉冲输入段依次有脉冲输入的时候才产生一个有效脉冲计数，两个脉冲有互锁功能，P1.5 和P1.6作为脉冲输入端。每输入一个脉冲，在剩余水量中减去相应水量。表内设有磁保护装置，具有较强的抗外磁干扰 能力。

水表的无线通信采用无线模块实现，无线模块通过串口与MSP430F149连接。无线模块电路采用超低功耗半双工微功率射频芯片SX1212，芯片可在2.1～3.6V电压范围内工作，在接收状态仅仅消耗3.2mA，发射状态为28mA的电流。设计中采用1s唤醒一次，大概有4.5ms工作在3.2mA 的区间，其余时间均为1.5uA。无线模块可以接收通过中继器转发的用水管理计算机的指令并解析，可以实现阀门的远程控制、水表的充值、水量数据的上传等功能。

4　无线智能水表管理软件

无线智能水表管理软件采用Visual　Basic　6.0和MicrosoftSQL　server　2000数据库管理软件来实现。此管理软件主要用于对各农户温室水表的无线管理，实现了温室水表的抄表、充值、开阀、关阀等控制功能。该软件共包括温室管理、用户管理、无线抄表、无线充值、灌溉组自动灌溉控制、远程数据发送6个模块。其中温室管理模块主要用于添加中继器，并为中继器分配温室，一个中继器大约可以管理10～15个相邻的温室。

无线抄表模块用于读取各个温室中水表的剩余水量和累计使用水量以及水表的阀门状态。无线充值模块用于为水表进行远程充值。当水表水量为零时，水表阀门自动关闭。灌溉组自动灌溉控制模块通过设置灌溉组的名称、灌溉时间段，以及灌溉组所包括的温室，实现自动灌溉的功能。如图4是无线智能水表管理软件界面，界面中点击“启动灌溉”按钮，系统可以根据灌溉组的设定时间自动进行灌溉;点击“停止灌溉”，系统则停止自动灌溉。远程数据发送模块可以通过TCP/IP协议使用Socket技术把水表中的水量数据发送到用水管理中心服务器上，同时远程数据发送模块通过定时判断有无传输到中心服务器的数据，若有则通过网络传输到服务器，传输成功的数据，置标志位保证不再重复发送。

无线组网式用水管理系统支持中央统一调度模式，村镇用水管理站统一安排各农户的用水时间和用水量，这样各个农户都有机会进行充分灌溉，从而可大量减少用水矛盾。

5　智能水表物联网应用

村镇用水管理站通过GPRS网络或者以太网可以把各个温室的水量数据发送到用水管理中心，用水管理中心可以对用水数据进行统计分析，并可对各个村镇的用水情况进行查询和统计。　　　　用户可以通过Web网络进行水量数据的浏览。用水管理中心安装有用水管理后台服务软件，可以接收各个村用水管理软件的连接和通信，并能解析用水管理数据，并存储到数据库中，通过Web发布水量数据。系统在北京平谷区某村进行了应用，效果良好。

6　结　语

农业信息化与自动化是我国农业未来的发展趋势，智能水表在居民用水管理已比较普遍，农业用水量较大，大口径智能水表还很少见。目前物联网应用国家非常重视。本设计迎合了当前的要求，为我国的农业信息化提供了一种很好的手段。研究开发了一套村镇用水管理系统，包括无线智能水表、中继器、村用水管理软件、WEB用水数据发布软件。随着系统的不断完善，其应用将越来越广泛。