摘要(yào):針對(duì)大口(kǒu)徑流量計(jì) 工作(zuò)環境(jìng)惡劣(liè)、難(nán)以(yǐ)實時(shí)獲取(qǔ)流量(liàng)數據的問(wèn)題,本(běn)項目研發(fā)了基于msp430f149單(dān)片機(jī)的供水大(dà)口徑流量(liàng)計數據采(cǎi)集系統。首先(xiān)提(tí)出了基于(yú)msp430f149單片(piàn)機的數(shù)據采集(jí)終端的硬件架(jià)構,然後完成了用于終端控制與數據處(chù)理的(de)數據采集(jí)系統(tǒng)功能設(shè)計(jì),實現了(le)系統(tǒng)可視化(huà)。該系統可(kě)以對(duì)流量采(cǎi)集終端(duān)設備進(jìn)行遠程(chéng)操控(kòng)并對流量數據進行(háng)可視(shì)化展示。将研發(fā)的數據采集系(xì)統應(yīng)用于供水(shuǐ)企業(yè),實現(xiàn)了流(liú)量(liàng)數據的有效(xiào)獲取,對降低水(shuǐ)耗、節約水資源(yuán)有着(zhe)重要意義(yì)。
　　供水處理核心(xīn)技術(shù)所需(xū)的基(jī)礎數據(jù)主要(yào)包(bāo)括流量(liàng)、壓力、電(diàn)量和水質(zhì)參數(shù)等,其中流量主要有源水(shuǐ)流量(liàng)、出廠水(shuǐ)流量(liàng)、用(yòng)戶流量等。在供(gòng)水處理(lǐ)中(zhōng),這些(xiē)流量數據被廣(guǎng)泛應用于(yú)其核(hé)心處(chù)理技術.中(zhōng)[4。特别(bié)是在降低水耗、節約(yuē)水資(zī)源等方面,大流量計的(de)流量數(shù)據正确采(cǎi)集(jí)尤(yóu)爲重(zhòng)要(yào)。以(yǐ)長沙(shā)爲例,dn30以上流量(liàng)計(俗(sú)稱大流量(liàng)計)約有2.8萬(wàn)塊,僅占整(zhěng)個(gè)水表總(zǒng)數量的2.28%,而“大流量”計量(liàng)占整個(gè)用水量(liàng)的81.82%,研制(zhì)大口徑流量計(jì)數據采集(jí)系統(tǒng)成爲供水企業亟待解決的課題。
　　現有(yǒu)的現場(chǎng)大口徑流(liú)量計(jì)監控(kòng)與數據(jù)采(cǎi)集系統.在(zài)工作(zuò)時,由于工作環(huán)境惡(è)劣,導緻其獲(huò)取的流量數(shù)據穩定(dìng)性低、精(jīng)度不高,常常因(yīn)數據傳輸(shū)過程(chéng)中出現gprs(generalpackerradioservice,通(tōng)用無(wú)線(xiàn)分組業務)信(xìn)道阻(zǔ)塞而發(fā)生(shēng)流量數據漏報(bào)甚至丢失的現(xiàn)象。這些因素導(dǎo)緻各種供水處(chù)理計量分析(xī)系(xì)統難以獲得全(quán)面、正确的(de)數值,甚至無法正常(cháng)工(gōng)作。
　　針(zhēn)對(duì)上述(shù)問題(tí)，基于msp430f149單片(piàn)機的供水大口(kǒu)徑流量(liàng)計數據(jù)采集(jí)系統,提出了數據(jù)采集終(zhōng)端的(de)軟(ruǎn)硬件(jiàn)架構,實現了流量(liàng)數據(jù)的(de)可視化(huà)。該系(xì)統實時獲(huò)取供水大口徑流量(liàng)計的流量(liàng)數據(jù),獲(huò)取的數(shù)據穩定(dìng)、精度高,爲提(tí)高(gāo)供水管(guǎn)理的自動(dòng)化水(shuǐ)平創造了(le)條件(jiàn)。
1.系統(tǒng)總體結構(gòu)設計(jì)
　　一(yī)般大口(kǒu)徑流量計數據采集系統主要分爲(wèi)兩大部分(fèn):流量數據(jù)采集(jí)和流(liú)量(liàng)數(shù)據可視化(huà)。流量(liàng)數據(jù)的采集通過在(zài)流量計(jì)上安裝(zhuāng)遠程數據(jù)采集(jí)終端系(xì)統來完(wán)成,終端(duān)系統負(fù)責(zé)現場的流量(liàng)數據采集(jí),将采(cǎi)集到的(de)數(shù)據經(jīng)過gprs發(fā)送(sòng)至遠程(chéng)系統(tǒng),在遠(yuǎn)程系(xì)統中進行數據(jù)的解析與(yǔ)存(cún)儲;流量數據可視(shì)化主要是(shì)将獲取到(dào)的(de)實(shí)時數(shù)據通過(guò)圖表等(děng)方式更加(jiā)全面(miàn)直觀(guān)地展(zhǎn)示,主要包含(hán)流量計(jì)設備管(guǎn)理、分區(qū)管理(lǐ)、管網流量(liàng)管理(lǐ)等(děng)一(yī)系列(liè)功能(néng)。
　　設計的大口徑(jìng)流量計數(shù)據采(cǎi)集系統總(zǒng)體結(jié).構具體如圖1所示。該系統主要由3個層次組合:數(shù)據獲取端,即(jí)現(xiàn)場的水(shuǐ)表及(jí)大流量計(jì);數據監測端,即遠程(chéng)監控及其(qí)數據采(cǎi)樣終端wb-rtu;數據傳輸端,即(jí)公(gōng)用(yòng)的遠傳無線通(tōng)信(xìn)網絡gprs。由(yóu)以上模(mó)塊(kuài)構成(chéng)的流量計數據(jù)采集系統,具有(yǒu)對大口(kǒu)徑流量(liàng)計的數(shù)據(jù)采集(jí)與處(chù)理等(děng)功能(néng)。
 
2數據采(cǎi)集終端硬件(jiàn)架構(gòu)
　　大口(kǒu)徑流量計數據采集終端設計(jì)主要包(bāo)括(kuò)硬件(jiàn)與軟件兩部分，其硬件結(jié)構如圖(tú)2所(suǒ)示。由(yóu)于流(liú)量計大(dà)多(duō)采(cǎi)用(yòng)超聲波或電磁(cí)式管道流(liú)量計,需設(shè)計基于rs-485的(de)數(shù)字通信(xìn)接口(kǒu)。同時，爲了更好(hǎo)地滿足(zú)低功耗要求(qiú)，選(xuǎn)擇msp430f149單片(piàn)機作爲其(qí)主要控制單(dān)元。該單(dān)片機不(bú)僅功耗(hào)低,且功能強大(dà),具有很好的處(chù)理運算能力。
 
　　由于大口徑流量(liàng)計數據(jù)采集的(de)現場環(huán)境(jìng)無交(jiāo)流電,該(gāi)系統采(cǎi)用直流電源供(gòng)電(diàn)方式,電源實(shí)際使用總容量爲7.2v/26ah,可以長時間應用在(zài)工業現(xiàn)場,大(dà)大提高了(le)終端(duān)的(de)使(shǐ)用壽命。同(tóng)時,考慮多(duō)種接口兼(jiān)容設(shè)計,采用(yòng)多種數(shù)據輸人/輸(shū)出接(jiē)口可(kě)以更好地(dì)适應多種類型(xíng)的流量儀表。無(wú)線信道傳輸主(zhǔ)要是基于gprs網絡(luò),可以通過公用電信通信網(wǎng)絡進行數(shù)據傳輸(shū)。
3數據(jù)采(cǎi)集系統(tǒng)設計
3.1系統(tǒng)功能設計
　　根據大口(kǒu)徑流(liú)量計數據(jù)采集系統(tǒng)的軟(ruǎn)件功(gōng)能(néng)分(fèn)析和(hé)現場(chǎng)需求(qiú),設計的(de)系(xì)統功能詳(xiáng)細展(zhǎn)示如圖3,主(zhǔ)要實現數(shù)據采集功能、數據管理功(gōng)能、gprs通信功能、數據補采功(gōng)能以及(jí)報警(jǐng)功(gōng)能等數據(jù)采集(jí)功能:脈沖量采(cǎi)集功能(néng),主要用(yòng)于單脈沖(chòng)、雙脈沖、三(sān)脈沖基表(biǎo)累計流量采集,其中(zhōng)雙(shuāng)脈沖、三(sān)脈沖基(jī)表具有(yǒu)水流方向判斷(duàn)和正、負流量計(jì)量功(gōng)能;模(mó)拟量(liàng)采集功能,主要(yào)，用于采集(jí)瞬時(shí)流量(liàng);dc0-10v以(yǐ)及标準(zhǔn)rs-485通信接口(kǒu),可(kě)以(yǐ)與基(jī)表進行rs-485通(tōng)信,可作(zuò)爲mbus主站(zhàn)與mbus從站(zhàn)基表進行通(tōng)信。
 
　　數據管(guǎn)理功能:系統可(kě)以按設(shè)定的采(cǎi)集時間間隔保存曆(lì)史數(shù)據,采(cǎi)用flash存儲方式，掉(diào)電後(hòu)能保證數(shù)據不丢(diū)失(shī),并且(qiě)可以(yǐ)實時顯示(shì)流量數據。
　　gprs通信(xìn)功(gōng)能:終端設備(bèi)可按設定(dìng)的時(shí)間間隔通過gprs定(dìng)時.上報數據,同時可(kě)接(jiē)收監控(kòng)中心下行(háng)命令(lìng),從而實現(xiàn)對終端設備校(xiào)時以(yǐ)及曆史(shǐ)數據補(bǔ)采等功能(néng)。
　　數據補采功能(néng):通過(guò)系統軟件對數(shù)據采集終端發(fā)送曆史數(shù)據補(bǔ)采命令,使(shǐ)終端(duān)補(bǔ)傳因gprs信道不(bú)好而(ér)未上(shàng)傳的曆史數據(jù)。
　　報警功能(néng):出現電池電量不足、水表(biǎo)倒流、水表停走(zǒu)、數據采集異常、終端與基表通(tōng)信故障等(děng)情況(kuàng)時,終(zhōng)端數(shù)據采(cǎi)集系(xì)統會(huì)産生(shēng)相應的報警信息,提(tí)示操(cāo)作人(rén)員根據(jù)報(bào)警信(xìn)息及時處(chù)理相應故障。
3.2系統可(kě)視化實現
　　數據采集系統的主(zhǔ)要功能是(shì)獲取(qǔ)流量數據并展.示,同(tóng)時保證數(shù)據傳(chuán)輸的實時(shí)性和正(zhèng)确(què)率。遠程采集(jí)數(shù)據是(shì)通過(guò)gprs的無線傳(chuán)輸來進行數據(jù)的穩定(dìng)傳輸,然後對(duì)其(qí)數據進(jìn)行可(kě)視(shì)化顯示。因此,針對流量(liàng)數據的(de)可視化(huà)實現(xiàn),系統界面(miàn)進行描述(shù)，主要有系統(tǒng)管理、遠(yuǎn)傳水表(biǎo)、分(fèn)區計(jì)量(liàng)、區(qū)内計量、出(chū)廠計量等(děng)模塊。爲了更(gèng)好地分析每個(gè)流量計(jì)的流量數(shù)據,在(zài)系統中将獲取(qǔ)的流(liú)量數據(jù)進(jìn)行可視.化(huà)展示(shì)。如圖(tú)4所示,可以(yǐ)直觀地看(kàn)出水量變(biàn)化,并且可(kě)以針對其中出(chū)現的異常情況進行(háng)快(kuài)速(sù)處理，同時(shí),将流量數(shù)據采用圖形表(biǎo)示,可(kě)以(yǐ)更好(hǎo)地分析(xī)水量(liàng)的變(biàn)化趨(qū)勢(shì)。
 
4結語
　　研(yán)發了(le)基于(yú)msp430f149單片(piàn)機(jī)的供水大口(kǒu)徑流量計數據(jù)采集(jí)系統。首先(xiān)提出了基于msp430f149單片機的數據采(cǎi)集終端硬(yìng)件架(jià)構,然後完成了數據采集(jí)系統功能設計,實現(xiàn)了系統(tǒng)可(kě)視化(huà)。該系(xì)統能(néng)夠遠(yuǎn)程操控流(liú)量(liàng)采集終端設備,準确、實(shí)時獲取并(bìng)可視(shì)化供水流(liú)量(liàng)數據,大大節(jiē)約了人(rén)力物力(lì),對降低水(shuǐ)耗、節約水資源具有(yǒu)重要意義。

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