摘要:針對(dui)大口徑流(liu)量計 工作(zuò)環境惡劣(liè)、難以實時(shí)獲取流量(liang)數據的問(wen)題,本項目(mù)✊研發了基(jī)于MSP430F149單片機(ji)的供水大(da)口徑流量(liang)計數🌏據采(cǎi)集系統。首(shou)先提出了(le)基于MSP430F149單片(pian)機的數據(ju)采集💛終端(duān)的硬件架(jià)構,然後完(wan)成了用于(yú)終端控制(zhì)與數據處(chù)理的數據(ju)采集系統(tong)功能設計(jì),實現了系(xì)統可視化(huà)。該系統可(ke)以對流量(liàng)采集終端(duān)設備進行(hang)遠程操控(kòng)并對流量(liàng)🐆數據進行(háng)可視化展(zhan)示。将研發(fa)的數據采(cǎi)集系🌈統應(ying)用于供水(shui)企業,實現(xiàn)了流量數(shù)據的💘有效(xiao)獲取,對降(jiàng)低水🌈耗、節(jiē)約水資源(yuan)有🐕着重要(yào)意義。
　　供水(shui)處理核心(xīn)技術所需(xū)的基礎數(shù)據主要包(bao)括流量、壓(yā)力、電量和(hé)水質參數(shu)等,其中流(liu)量主要有(yǒu)源水流量(liang)、出廠水流(liu)👨‍❤️‍👨量、用戶流(liu)🧡量等。在供(gong)水處理中(zhōng),這些流量(liàng)數據被廣(guang)🧡泛應用于(yú)其核⁉️心處(chù)理技術.中(zhōng)[4。特别是在(zài)降低水耗(hao)、節約水資(zī)源等方面(miàn),大流量計(jì)的流量數(shu)據正确采(cǎi)集尤爲重(zhong)要。以長沙(shā)爲例,DN30以上(shang)流量計(俗(su)稱大流量(liang)計)約有2.8萬(wàn)塊,僅☔占整(zhěng)個水表總(zong)數量‼️的2.28%,而(er)“大流量”計(ji)量占整個(ge)用水量的(de)81.82%,研制大口(kou)徑流量計(jì)數據采集(jí)系統成爲(wèi)供水企業(yè)亟待解決(jué)的課題。
　　現(xiàn)有的現場(chang)大口徑流(liú)量計監控(kong)與數據采(cai)集系統.在(zài)工作🏒時🆚,由(you)✂️于工作環(huán)境惡劣,導(dǎo)緻其獲取(qǔ)的流量數(shu)據穩定性(xing)低、精度不(bú)高,常常因(yin)數據傳輸(shu)過程中出(chu)現GPRS(GeneralPackerRadioService,通用無(wú)線分組業(yè)務)信道阻(zu)塞而🌏發生(sheng)流量數據(ju)漏報甚至(zhì)丢失的現(xiàn)象。這些因(yin)素導緻🐆各(gè)種供水💚處(chu)理計量分(fen)析系統難(nán)以獲得全(quán)面、正🔴确的(de)數值,甚📞至(zhi)無法正常(cháng)工作。
　　針對(duì)上述問題(ti)，基于MSP430F149單片(piàn)機的供水(shuǐ)大口徑流(liu)量計數💚據(ju)采🌍集系統(tong),提出了數(shu)據采集終(zhong)端的軟硬(yìng)件架構,實(shi)現了🔱流量(liang)數據的可(ke)視化。該系(xì)統實時獲(huo)取供水大(da)口徑流量(liang)計的流量(liang)數據,獲取(qu)的數據穩(wen)定、精度高(gao),爲提高供(gòng)水管理的(de)自動化水(shui)平創造了(le)條件。
1.系統(tong)總體結構(gòu)設計
　　一般(bān)大口徑流(liú)量計數據(jù)采集系統(tong)主要分爲(wèi)兩大部分(fen):流量數據(ju)采集和流(liu)量數據可(ke)視化。流量(liàng)數據的采(cǎi)集通過在(zai)🐕流量📞計上(shàng)🔆安裝遠程(chéng)數據采集(ji)終端系統(tǒng)來完成,終(zhong)端系統負(fu)責現場的(de)流量數據(ju)采集,将采(cai)集到的數(shù)據經過GPRS發(fa)送至遠程(chéng)系統,在遠(yuan)程系統中(zhong)進行數🤟據(jù)的解析與(yu)存儲;流量(liang)數👅據可視(shi)化主⛱️要是(shì)将獲取到(dào)的實時數(shu)據通過圖(tu)表等方式(shì)更加全面(mian)直觀地展(zhǎn)示,主要包(bāo)含流量計(ji)設備管理(li)、分區管㊙️理(li)、管網流量(liàng)管理等一(yi)系列功能(neng)。
　　設計的大(dà)口徑流量(liàng)計數據采(cai)集系統總(zǒng)體結.構具(ju)體如圖♊1所(suǒ)示。該系統(tǒng)主要由3個(gè)層次組合(he):數據獲取(qǔ)端,即📞現場(chǎng)的水表及(jí)大流⛹🏻‍♀️量計(ji);數據監測(cè)端,即遠程(cheng)監控及其(qí)數據🐆采樣(yang)終端WB-RTU;數據(jù)傳輸端,即(jí)公用的遠(yuǎn)🥵傳無線通(tōng)信網絡GPRS。由(yóu)以上模塊(kuài)構成的流(liú)量計數據(jù)✨采集系統(tong),具有對大(da)口徑流量(liang)計的數據(ju)采集與處(chù)理等功能(néng)。
 
2數據采集(ji)終端硬件(jiàn)架構
　　大口(kou)徑流量計(ji)數據采集(ji)終端設計(jì)主要包括(kuò)硬件與軟(ruǎn)件兩部分(fèn)，其硬件結(jié)構如圖2所(suo)示。由于流(liú)量計大多(duo)🧑🏽‍🤝‍🧑🏻采用超聲(sheng)波或電磁(cí)式管道流(liú)量計,需設(she)計基于RS-485的(de)數字通信(xin)接口。同時(shí)，爲了更好(hao)地滿足低(dī)功耗要求(qiu)，選擇MSP430F149單片(pian)機作爲其(qí)主要控制(zhi)單元。該單(dān)片機不僅(jǐn)功耗低👈,且(qie)功能強大(da),具有很好(hǎo)的處理運(yun)算能力。
 
　　由(you)于大口徑(jìng)流量計數(shu)據采集的(de)現場環境(jìng)無交流電(diàn)🌈,該系統采(cai)用直流電(diàn)源供電方(fang)式,電源實(shí)際使用總(zǒng)容量爲7.2V/26Ah,可(ke)以長時間(jian)應用在工(gōng)業現場,大(da)大提高了(le)終端的使(shǐ)用壽命。同(tong)時,考慮多(duo)種接口兼(jian)容設計,采(cai)用多種數(shù)據輸人/輸(shū)出接口🈲可(kě)以更好地(di)适應多種(zhǒng)類型的流(liu)🆚量儀表。無(wu)線信道傳(chuan)輸主要是(shì)基于GPRS網絡(luò),可以通過(guo)公用電信(xin)通信網絡(luò)進行數據(ju)傳輸。
3數據(ju)采集系統(tong)設計
3.1系統(tong)功能設計(ji)
　　根據大口(kou)徑流量計(jì)數據采集(jí)系統的軟(ruan)件功能分(fèn)析和現場(chǎng)需求,設計(ji)的系統功(gong)能詳細展(zhan)示如圖3,主(zhǔ)要實現數(shu)據采集功(gōng)能、數據管(guan)理功能、GPRS通(tong)信功能、數(shù)據補采功(gong)能以及報(bào)警功能等(děng)數據采集(jí)功能:脈沖(chòng)量采集功(gōng)能,主要用(yòng)于單脈沖(chong)、雙脈沖、三(san)💋脈沖基表(biǎo)👈累計流量(liang)采集,其中(zhong)雙脈沖、三(san)脈沖基表(biao)具有水流(liu)方向判斷(duàn)和正、負流(liú)量計量功(gong)能;模拟量(liàng)采集🙇‍♀️功能(neng),主要，用于(yú)采集瞬💃時(shi)流量;DC0-10V以及(jí)标準RS-485通信(xìn)接口,可以(yǐ)與基表進(jin)行RS-485通信,可(ke)作爲MBUS主站(zhan)與MBUS從站基(jī)表進行通(tōng)信。
 
　　數據管(guǎn)理功能:系(xi)統可以按(àn)設定的采(cai)集時間間(jian)隔保✂️存曆(lì)史數據,采(cǎi)用Flash存儲方(fāng)式，掉電後(hou)能保證數(shù)據不丢失(shi),并🐅且可以(yǐ)實時顯示(shi)流量數據(jù)。
　　GPRS通信功能(neng):終端設備(bei)可按設定(dìng)的時間間(jiān)隔通過GPRS定(ding)時.上報🔅數(shù)據,同時可(ke)接收監控(kong)中心下行(háng)命令,從而(er)實現對終(zhong)端設📞備校(xiào)時以及曆(lì)史數據補(bu)采等功能(neng)。
　　數據補采(cǎi)功能:通過(guò)系統軟件(jiàn)對數據采(cai)集終端發(fā)送曆史數(shù)據補采命(mìng)令,使終端(duān)補傳因GPRS信(xin)道不好而(ér)未上傳的(de)曆史數據(jù)。
　　報警功能(neng):出現電池(chi)電量不足(zu)、水表倒流(liú)、水表停走(zou)、數據🏃‍♂️采集(ji)異🤟常、終端(duan)與基表通(tong)信故障等(deng)情況時,終(zhong)端數據采(cǎi)集系統會(hui)産生相應(ying)的報警信(xin)息,提示操(cao)作人員根(gen)據報警信(xin)息及時處(chù)理相應故(gù)障。
3.2系統可(ke)視化實現(xian)
　　數據采集(jí)系統的主(zhu)要功能是(shì)獲取流量(liang)數據并展(zhǎn).示,同時保(bǎo)證數據傳(chuan)輸的實時(shi)性和正确(què)率。遠程采(cǎi)集數據是(shì)通過GPRS的無(wú)⛷️線傳🈲輸來(lai)進行數據(ju)的穩定傳(chuán)輸,然後對(dui)其數🤩據進(jìn)行可視化(hua)顯示。因此(ci),針對流量(liàng)數據的可(ke)視化實現(xiàn),系統界面(miàn)進行描述(shù)，主要有系(xì)統管理、遠(yuan)傳水表、分(fèn)區計量、區(qū)内計量、出(chu)廠計量等(děng)🔴模塊。爲了(le)更好地分(fen)析每個流(liú)量計的流(liu)量數❤️據,在(zài)📱系統中将(jiang)獲取的流(liú)量數據進(jin)行可視.化(hua)展示。如圖(tú)4所示,可以(yi)直觀地看(kan)出水量變(biàn)化,并且可(ke)以針對其(qí)🐪中出現的(de)異常情況(kuang)進行快速(sù)處理，同時(shi),将流量數(shù)據采用圖(tú)形表示,可(kě)以更好地(dì)分析水量(liang)的變化趨(qū)✌️勢。
 
4結語
　　研(yan)發了基于(yu)MSP430F149單片機的(de)供水大口(kou)徑流量計(jì)數據采集(ji)系統。首先(xian)提出了基(ji)于MSP430F149單片機(ji)的數據采(cai)集終端硬(yìng)件架構,然(ran)後完成🥵了(le)數據采集(ji)系統功能(neng)設計,實現(xiàn)了系💞統可(kě)視😍化。該系(xi)⭐統能夠遠(yuan)程操控流(liu)量采集終(zhong)端設備,準(zhun)确、實時獲(huò)取并可視(shì)化供水流(liu)量數據,大(da)大節約了(le)👈人力物力(li),對降低水(shui)耗、節😍約水(shuǐ)資源具有(you)重要意義(yi)。

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