自动抄表系统原理与部署：从有线RS485到无线LoRa的演进
自动抄表系统（AMR，Automatic Meter Reading）是智慧城市里一个不可或缺的基础设施，主要用在水表、电表、燃气表的远程数据采集。以前都是人工上门抄表，效率低、容易出错，现在各种技术都能实现远程自动抄表。今天就聊聊自动抄表系统的基本原理、几种主流通信方式以及实际部署中的一些要点。
最基础的自动抄表系统架构是这样的：底层是各种智能表（水表、电表、燃气表），这些表内部有单片机和计量芯片，能记录用量数据；中间是采集终端，一般装在电表箱或者楼道里，负责定时读取底层表的数据并存储；上层是管理中心的服务器，通过公网跟各个采集终端通信，把数据汇总处理后生成账单、用量分析这些报表。
早期的自动抄表系统用的是RS485有线通信。RS485是总线式的，一根双绞线最多可以接256个设备，传输距离能到1200米，抗干扰能力强，工业应用非常普遍。缺点是需要布线，每栋楼都要拉485总线，施工成本高，后期维护也麻烦，线路老化或者被老鼠咬断都得重新布。所以新的项目基本不怎么用RS485了，除非是工厂内部的小范围应用。
现在比较主流的是无线方案，其中LoRa（Long Range）技术特别适合抄表场景。LoRa的特点是远距离、低功耗，空旷环境下能传3到5公里，即使在高楼密集的城市里也能传几百米到上千米。LoRa网关可以同时管理几百到上千个节点，每个智能表里放一个LoRa模块，定时（比如每小时一次）把数据无线发给网关，网关再通过4G或者光纤把数据传回中心服务器。这种方案不需要布线，只要装几个网关就能覆盖整个小区或者一片区域，施工成本比有线低很多。
除了LoRa，NB-IoT（窄带物联网）也是一种选择。NB-IoT是基于蜂窝网络的，智能表直接跟运营商的基站通信，不需要自己建网关。优点是信号覆盖广，有运营商的基站就能用；缺点是需要给每张NB卡付通信费，而且功耗比LoRa高一些，电池供电的话续航不如LoRa。一般来说，如果抄表节点比较分散、基站覆盖好，用NB-IoT方便；如果节点集中、想自己掌控网络，LoRa更划算。
部署自动抄表系统时，有几个关键点要注意。第一，网关的位置选择，LoRa网关要尽量放在高处（比如楼顶或者电梯机房），天线要有良好的视距，避开钢筋混凝土结构的遮挡。第二，通信频率的规划，国内LoRa用的是470MHz频段，要注意同频干扰，不同网关的信道最好错开。第三，智能表的供电，电池型的表要估算功耗，LoRa模块如果每次通信100ms、每天发送10次，一节AA电池能撑3到5年。
数据安全也是一个不能忽视的问题。智能表上传的数据包含用户的用量信息，如果被篡改或者泄露就麻烦了。一般来说，通信过程中要加密（AES128或者更高），采集终端和中心服务器之间要有身份验证，数据库里存储的敏感信息也要加密。另外系统要有异常数据告警功能，比如某个用户的用电量突然暴增或者骤降，系统要能自动检测出来通知运维人员排查。
下一篇：没有了