摘要:針對(duì)大口徑流量計(jì)工作環(huán)境惡劣、難以實(shí)時(shí)獲取流量數(shù)據(jù)的問題,本項(xiàng)目研發(fā)了基于MSP430F149單片機(jī)的供水大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。首先提出了基于MSP430F149單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集終端的硬件架構(gòu),然后完成了用于終端控制與數(shù)據(jù)處理的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可視化。該系統(tǒng)可以對(duì)流量采集終端設(shè)備進(jìn)行遠(yuǎn)程操控并對(duì)流量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化展示。將研發(fā)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)應(yīng)用于供水企業(yè),實(shí)現(xiàn)了流量數(shù)據(jù)的有效獲取,對(duì)降低水耗、節(jié)約水資源有著重要意義。
供水處理核心技術(shù)所需的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)主要包括流量、壓力、電量和水質(zhì)參數(shù)等,其中流量主要有源水流量、出廠水流量、用戶流量等。在供水處理中,這些流量數(shù)據(jù)被廣泛應(yīng)用于其核心處理技術(shù).中[4。特別是在降低水耗、節(jié)約水資源等方面,大流量計(jì)的流量數(shù)據(jù)正確采集尤為重要。以長(zhǎng)沙為例,DN30以上流量計(jì)(俗稱大流量計(jì))約有2.8萬塊,僅占整個(gè)水表總數(shù)量的2.28%,而“大流量”計(jì)量占整個(gè)用水量的81.82%,研制大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)成為供水企業(yè)亟待解決的課題。
現(xiàn)有的現(xiàn)場(chǎng)大口徑流量計(jì)監(jiān)控與數(shù)據(jù)采集系統(tǒng).在工作時(shí),由于工作環(huán)境惡劣,導(dǎo)致其獲取的流量數(shù)據(jù)穩(wěn)定性低、精度不高,常常因數(shù)據(jù)傳輸過程中出現(xiàn)GPRS(GeneralPackerRadioService,通用無線分組業(yè)務(wù))信道阻塞而發(fā)生流量數(shù)據(jù)漏報(bào)甚至丟失的現(xiàn)象。這些因素導(dǎo)致各種供水處理計(jì)量分析系統(tǒng)難以獲得全面、正確的數(shù)值,甚至無法正常工作。
針對(duì)上述問題，基于MSP430F149單片機(jī)的供水大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),提出了數(shù)據(jù)采集終端的軟硬件架構(gòu),實(shí)現(xiàn)了流量數(shù)據(jù)的可視化。該系統(tǒng)實(shí)時(shí)獲取供水大口徑流量計(jì)的流量數(shù)據(jù),獲取的數(shù)據(jù)穩(wěn)定、精度高,為提高供水管理的自動(dòng)化水平創(chuàng)造了條件。
1.系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
一般大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)主要分為兩大部分:流量數(shù)據(jù)采集和流量數(shù)據(jù)可視化。流量數(shù)據(jù)的采集通過在流量計(jì)上安裝遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集終端系統(tǒng)來完成,終端系統(tǒng)負(fù)責(zé)現(xiàn)場(chǎng)的流量數(shù)據(jù)采集,將采集到的數(shù)據(jù)經(jīng)過GPRS發(fā)送至遠(yuǎn)程系統(tǒng),在遠(yuǎn)程系統(tǒng)中進(jìn)行數(shù)據(jù)的解析與存儲(chǔ);流量數(shù)據(jù)可視化主要是將獲取到的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過圖表等方式更加全面直觀地展示,主要包含流量計(jì)設(shè)備管理、分區(qū)管理、管網(wǎng)流量管理等一系列功能。
設(shè)計(jì)的大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)總體結(jié).構(gòu)具體如圖1所示。該系統(tǒng)主要由3個(gè)層次組合:數(shù)據(jù)獲取端,即現(xiàn)場(chǎng)的水表及大流量計(jì);數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)端,即遠(yuǎn)程監(jiān)控及其數(shù)據(jù)采樣終端WB-RTU;數(shù)據(jù)傳輸端,即公用的遠(yuǎn)傳無線通信網(wǎng)絡(luò)GPRS。由以上模塊構(gòu)成的流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng),具有對(duì)大口徑流量計(jì)的數(shù)據(jù)采集與處理等功能。
2數(shù)據(jù)采集終端硬件架構(gòu)
大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集終端設(shè)計(jì)主要包括硬件與軟件兩部分，其硬件結(jié)構(gòu)如圖2所示。由于流量計(jì)大多采用超聲波或電磁式管道流量計(jì),需設(shè)計(jì)基于RS-485的數(shù)字通信接口。同時(shí)，為了更好地滿足低功耗要求，選擇MSP430F149單片機(jī)作為其主要控制單元。該單片機(jī)不僅功耗低,且功能強(qiáng)大,具有很好的處理運(yùn)算能力。
由于大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集的現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境無交流電,該系統(tǒng)采用直流電源供電方式,電源實(shí)際使用總?cè)萘繛?.2V/26Ah,可以長(zhǎng)時(shí)間應(yīng)用在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng),大大提高了終端的使用壽命。同時(shí),考慮多種接口兼容設(shè)計(jì),采用多種數(shù)據(jù)輸人/輸出接口可以更好地適應(yīng)多種類型的流量?jī)x表。無線信道傳輸主要是基于GPRS網(wǎng)絡(luò),可以通過公用電信通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。
3數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計(jì)
3.1系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)
根據(jù)大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的軟件功能分析和現(xiàn)場(chǎng)需求,設(shè)計(jì)的系統(tǒng)功能詳細(xì)展示如圖3,主要實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集功能、數(shù)據(jù)管理功能、GPRS通信功能、數(shù)據(jù)補(bǔ)采功能以及報(bào)警功能等數(shù)據(jù)采集功能:脈沖量采集功能,主要用于單脈沖、雙脈沖、三脈沖基表累計(jì)流量采集,其中雙脈沖、三脈沖基表具有水流方向判斷和正、負(fù)流量計(jì)量功能;模擬量采集功能,主要，用于采集瞬時(shí)流量;DC0-10V以及標(biāo)準(zhǔn)RS-485通信接口,可以與基表進(jìn)行RS-485通信,可作為MBUS主站與MBUS從站基表進(jìn)行通信。
數(shù)據(jù)管理功能:系統(tǒng)可以按設(shè)定的采集時(shí)間間隔保存歷史數(shù)據(jù),采用Flash存儲(chǔ)方式，掉電后能保證數(shù)據(jù)不丟失,并且可以實(shí)時(shí)顯示流量數(shù)據(jù)。
GPRS通信功能:終端設(shè)備可按設(shè)定的時(shí)間間隔通過GPRS定時(shí).上報(bào)數(shù)據(jù),同時(shí)可接收監(jiān)控中心下行命令,從而實(shí)現(xiàn)對(duì)終端設(shè)備校時(shí)以及歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)采等功能。
數(shù)據(jù)補(bǔ)采功能:通過系統(tǒng)軟件對(duì)數(shù)據(jù)采集終端發(fā)送歷史數(shù)據(jù)補(bǔ)采命令,使終端補(bǔ)傳因GPRS信道不好而未上傳的歷史數(shù)據(jù)。
報(bào)警功能:出現(xiàn)電池電量不足、水表倒流、水表停走、數(shù)據(jù)采集異常、終端與基表通信故障等情況時(shí),終端數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的報(bào)警信息,提示操作人員根據(jù)報(bào)警信息及時(shí)處理相應(yīng)故障。
3.2系統(tǒng)可視化實(shí)現(xiàn)
數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的主要功能是獲取流量數(shù)據(jù)并展.示,同時(shí)保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)膶?shí)時(shí)性和正確率。遠(yuǎn)程采集數(shù)據(jù)是通過GPRS的無線傳輸來進(jìn)行數(shù)據(jù)的穩(wěn)定傳輸,然后對(duì)其數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化顯示。因此,針對(duì)流量數(shù)據(jù)的可視化實(shí)現(xiàn),系統(tǒng)界面進(jìn)行描述，主要有系統(tǒng)管理、遠(yuǎn)傳水表、分區(qū)計(jì)量、區(qū)內(nèi)計(jì)量、出廠計(jì)量等模塊。為了更好地分析每個(gè)流量計(jì)的流量數(shù)據(jù),在系統(tǒng)中將獲取的流量數(shù)據(jù)進(jìn)行可視.化展示。如圖4所示,可以直觀地看出水量變化,并且可以針對(duì)其中出現(xiàn)的異常情況進(jìn)行快速處理，同時(shí),將流量數(shù)據(jù)采用圖形表示,可以更好地分析水量的變化趨勢(shì)。
4結(jié)語
研發(fā)了基于MSP430F149單片機(jī)的供水大口徑流量計(jì)數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。首先提出了基于MSP430F149單片機(jī)的數(shù)據(jù)采集終端硬件架構(gòu),然后完成了數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)功能設(shè)計(jì),實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)可視化。該系統(tǒng)能夠遠(yuǎn)程操控流量采集終端設(shè)備,準(zhǔn)確、實(shí)時(shí)獲取并可視化供水流量數(shù)據(jù),大大節(jié)約了人力物力,對(duì)降低水耗、節(jié)約水資源具有重要意義。
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