摘要:針對大口徑流量計工作環境惡劣、難以實時獲取流量數據的問題,本項目研發了基于MSP430F149單片機的供水大口徑流量計數據采集系統。首先提出了基于MSP430F149單片機的數據采集終端的硬件架構,然后完成了用于終端控制與數據處理的數據采集系統功能設計,實現了系統可視化。該系統可以對流量采集終端設備進行遠程操控并對流量數據進行可視化展示。將研發的數據采集系統應用于供水企業,實現了流量數據的有效獲取,對降低水耗、節約水資源有著重要意義。
供水處理核心技術所需的基礎數據主要包括流量、壓力、電量和水質參數等,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,這些流量數據被廣泛應用于其核心處理技術.中[4。特別是在降低水耗、節約水資源等方面,大流量計的流量數據正確采集尤為重要。以長沙為例,DN30以上流量計(俗稱大流量計)約有2.8萬塊,僅占整個水表總數量的2.28%,而“大流量”計量占整個用水量的81.82%,研制大口徑流量計數據采集系統成為供水企業亟待解決的課題。
現有的現場大口徑流量計監控與數據采集系統.在工作時,由于工作環境惡劣,導致其獲取的流量數據穩定性低、精度不高,常常因數據傳輸過程中出現GPRS(GeneralPackerRadioService,通用無線分組業務)信道阻塞而發生流量數據漏報甚至丟失的現象。這些因素導致各種供水處理計量分析系統難以獲得全面、正確的數值,甚至無法正常工作。
針對上述問題，基于MSP430F149單片機的供水大口徑流量計數據采集系統,提出了數據采集終端的軟硬件架構,實現了流量數據的可視化。該系統實時獲取供水大口徑流量計的流量數據,獲取的數據穩定、精度高,為提高供水管理的自動化水平創造了條件。
1.系統總體結構設計
一般大口徑流量計數據采集系統主要分為兩大部分:流量數據采集和流量數據可視化。流量數據的采集通過在流量計上安裝遠程數據采集終端系統來完成,終端系統負責現場的流量數據采集,將采集到的數據經過GPRS發送至遠程系統,在遠程系統中進行數據的解析與存儲;流量數據可視化主要是將獲取到的實時數據通過圖表等方式更加全面直觀地展示,主要包含流量計設備管理、分區管理、管網流量管理等一系列功能。
設計的大口徑流量計數據采集系統總體結.構具體如圖1所示。該系統主要由3個層次組合:數據獲取端,即現場的水表及大流量計;數據監測端,即遠程監控及其數據采樣終端WB-RTU;數據傳輸端,即公用的遠傳無線通信網絡GPRS。由以上模塊構成的流量計數據采集系統,具有對大口徑流量計的數據采集與處理等功能。
2數據采集終端硬件架構
大口徑流量計數據采集終端設計主要包括硬件與軟件兩部分，其硬件結構如圖2所示。由于流量計大多采用超聲波或電磁式管道流量計,需設計基于RS-485的數字通信接口。同時，為了更好地滿足低功耗要求，選擇MSP430F149單片機作為其主要控制單元。該單片機不僅功耗低,且功能強大,具有很好的處理運算能力。
由于大口徑流量計數據采集的現場環境無交流電,該系統采用直流電源供電方式,電源實際使用總容量為7.2V/26Ah,可以長時間應用在工業現場,大大提高了終端的使用壽命。同時,考慮多種接口兼容設計,采用多種數據輸人/輸出接口可以更好地適應多種類型的流量儀表。無線信道傳輸主要是基于GPRS網絡,可以通過公用電信通信網絡進行數據傳輸。
3數據采集系統設計
3.1系統功能設計
根據大口徑流量計數據采集系統的軟件功能分析和現場需求,設計的系統功能詳細展示如圖3,主要實現數據采集功能、數據管理功能、GPRS通信功能、數據補采功能以及報警功能等數據采集功能: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、負流量計量功能;模擬量采集功能,主要，用于采集瞬時流量;DC0-10V以及標準RS-485通信接口,可以與基表進行RS-485通信,可作為MBUS主站與MBUS從站基表進行通信。
數據管理功能:系統可以按設定的采集時間間隔保存歷史數據,采用Flash存儲方式，掉電后能保證數據不丟失,并且可以實時顯示流量數據。
GPRS通信功能:終端設備可按設定的時間間隔通過GPRS定時.上報數據,同時可接收監控中心下行命令,從而實現對終端設備校時以及歷史數據補采等功能。
數據補采功能:通過系統軟件對數據采集終端發送歷史數據補采命令,使終端補傳因GPRS信道不好而未上傳的歷史數據。
報警功能:出現電池電量不足、水表倒流、水表停走、數據采集異常、終端與基表通信故障等情況時,終端數據采集系統會產生相應的報警信息,提示操作人員根據報警信息及時處理相應故障。
3.2系統可視化實現
數據采集系統的主要功能是獲取流量數據并展.示,同時保證數據傳輸的實時性和正確率。遠程采集數據是通過GPRS的無線傳輸來進行數據的穩定傳輸,然后對其數據進行可視化顯示。因此,針對流量數據的可視化實現,系統界面進行描述，主要有系統管理、遠傳水表、分區計量、區內計量、出廠計量等模塊。為了更好地分析每個流量計的流量數據,在系統中將獲取的流量數據進行可視.化展示。如圖4所示,可以直觀地看出水量變化,并且可以針對其中出現的異常情況進行快速處理，同時,將流量數據采用圖形表示,可以更好地分析水量的變化趨勢。
4結語
研發了基于MSP430F149單片機的供水大口徑流量計數據采集系統。首先提出了基于MSP430F149單片機的數據采集終端硬件架構,然后完成了數據采集系統功能設計,實現了系統可視化。該系統能夠遠程操控流量采集終端設備,準確、實時獲取并可視化供水流量數據,大大節約了人力物力,對降低水耗、節約水資源具有重要意義。
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