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电磁流量计

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电磁流量计自动抄送系统的设计与实现

来源:作者:发表时间:2017-06-14 09:26:13

【摘 要】本文设计了远程电磁流量计自动抄送系统中的采集器、集中器等,采集器采用功能更强大且功耗较小的 MSP430F149 单片机、集中器采用微控制器 STM32F103,均具有低功耗管理的特点。系统能实现远程在线自动抄送、实时在线监测用水等功能,自动加程度较高,操作简单,功耗较低。
 
1 绪 论
         自动抄送系统根据供水行业的特性, 然后结合当今电子设计技术、数字传输技术等,对城市居民用水信息进行智能化采集、综合性处理;系统主要由远传电磁流量计、采集器、集中器、数据服务器、主站系统构成  。
 
2 电磁流量计自动抄送系统的整体设计
电磁流量计自动抄送系统的总体方案:
( 1 )数字远传电磁流量计或者传统机械式基表改制成带电子转换装置和传输设备的远传电磁流量计, 考虑到现在老旧居民区仍大量持有机械电磁流量计,专门进行了电磁流量计改制的探讨。
( 2 )采集器:直接与各种远传电磁流量计相连接,主要是采集电磁流量计中产生的脉冲信号或者光电信号, 采集器可以通过与计算机联网,通过计算机相关管理软件抄取电磁流量计读数,每个采集器可接 8~64 个表。 采集器又分为两种:总线通信型;不显示计量值,必须与集中器、手抄器、管理计算机等系统联网抄送。 液晶显示型:在总线型采集器上加装了液晶显示器,循环显示各表的计量值, 便于用户查看, 由于实现了计量表的数据出户显示,采集器本身即可自成系统,成本较低;也可配一台手抄器完成自动抄送。
 
( 3 )集中器:用集中器采集的脉冲电磁流量计的数据,可以保存在集中器中。 集中器再定时把这些电表的数据传给主站软件(或者主站定时去抄集中器保存的数据)。
 
( 4 )传输网络: ① 从有线方面来看,以 RS-485 总线作为基础,组建成多个有线自组网,将其作为内网,而将 PSTN 用于公用网等有线网络数据传输。 在区域范围内,将有线网作为核心,除此之外的公用网络,可以进行信息传输,实现分离化处理和运行。 由于该项技术相对成熟,且区域范围内需要的线路数量较为庞大,在很大程度上增加了安装、维护成本。 ② 而对于无线来说,可以短距离、低功耗无线通信技术作为主体,形成立体化数据传输体系。 在该区域内进行安装和布局时,可以参考 WSN 某些技术进行组网,而对于区域以外,可以沿用有线组网方式,将公用网作为信息传输渠道。 在区域内,不需要进行布线处理,安装维护更加便利。 但值得我们注意的是,数据传输时极易遭受电磁干扰,且网络标准不统一,难以实现对信号传输进行高效控制,故要想广泛推广和应用,还要加大对技术研究力度,促进各个方面能够更加完善。
 
① 网络数据管理技术
         通信协议是数据传输的重要基础, 当前, 主要执行的是( CJ/T188-2004 )标准。 该标准明确要求,用户仪表要集中纳入到集中抄送系统当中,存在于物理与数据链路层协议当中,确保主站与从站能够相互连接。
② 电源供电技术
         对于表内供电方式来看,可以选择高能锂电池,采用两节锂电池,划分为强和弱两个回路进行供电,同时,也可以利用超级电容设备,进行电能补给。
 
         而针对外部供电来说,可以将总线作为媒介,借助外部集中器对电磁流量计进行电能供应。 集中器等设备可以通过大容量电池,将交流电源转变为直流电,获得电能。 但受到当前技术水平的影响,在实践中还存在很多不足,具体表现在如下几点:
 
a. 带电装置电磁流量计自身性能,是影响系统计量特性及可靠性的主要原因,如果在该方面能够有所突破,能够在很大程度上突破传统机械电磁流量计存在的弊端,且能够提高传感效果,是一项重要突破。
b. 短距离无线通信,也是一项技术难点,它能够解决以往网络布线存在的弊端,且能够增强信号传输稳定性,延长电池使用寿命,提高信息采集有效性。
c. 带电子装置电磁流量计运行中,供电非常棘手,一旦供电不稳定、不持续,势必会影响到电磁流量计自动抄送系统性能的发挥。
( 5 )远传工作站:分区采集、存储、处理该区域用水信息。
( 6 )数据处理中心:自来水公司直接从集中器采集用水信息,进行集中处理,智能分析,数据挖掘,故障异常判断,用水量预测预报等。 基于数据库进行操作。
( 7 )上位机软件:完成角色分配、权限分配、各种管理、计费、统计分析等功能。
 
3 系统硬件设计
3.1 采集器的电路设计(略)
3.2 集中器的设计
集中器的负责电磁流量计和工作站的连接, 主要任务是完成总线隔离和数据传输,具体包括:
( 1 )数据采集功能:从改制后的电子电磁流量计采集电磁流量计读数,时间日期, 电磁流量计状态等实时数据, 每次收集的数据随时间标记。 采集方法有实时采集,定期自动采集,自动补抄等三种方式。 实时采集意味着集中器可以实时采集指定的电磁流量计数据或采集器保存的仪表数据,并实时发送到远程操作站或服务器。
( 2 )数据储存能力:集中器要对采集的数据进行存储。
( 3 )集中器能实现其他辅助功能:如进行网络参数、通信参数、电磁流量计地址、路由地址等的个性化设置。 集中器设计主要有电源模块、按键、 LCD 屏、工作状态、通信状态指示灯等。集中器由微控制器 STM32F103 电路, 电源, GPRS 通信,RS232 串口, NANDFlash 外部存储器, 复位电路, Lo Ra 收发,JTAG 调试接口,辅助外设等硬件模块构成。
 
3.2.1 电源电路
         提供 STM32 、 LCD 、 NANDFlash 的 3.3V 电压, GRPS 的 4V电压,以及 MAX32 等其他器件的 5V 电压。
 
3.2.2 RS232 电路 (见图 1 )
         在单 5V 供电时能产生 +10V 和 -10V 的电压。
TTL 串口转 R S232 电路
 
3.2.3 GPRS 远程传输电路设计
         GPRS 具有桥梁作用, 主要连接集中器与远程服务器,在设计过程中,可以利用 SIM900A ,将其作为 GPRS 模块,供电电压恒定在 3~4.5V 之间,当其处于睡眠状态时,消耗电流为1mA ,内置 TCP/IP 协议,用户只需要 MCU 通过串口发出指令后,能够设置具体的模块,完成对数据的传输。
 
4 结 论
         本课题给出了电磁流量计远程自动抄送系统的整体框架,给详细设计了其中的下位机硬件及软件,具有明确的工程背景。 从整体框架设计、硬件设计、软件设计、调试过程与结果,可以看出:
( 1 )本项目的设计方案可行的。
( 2 )本系统设计达到目标是:
① 采用新型电子电磁流量计或者对原机械基本进行改制使其具备远程采集功能;
② 对采集器进行了详细设计,具备预设功能;
③ 支持抄送方式:远程抄送,串口抄送,红外线抄送等;
④ 上位机软件采用 BS 架构,界面直观、操作简单;
⑤ 系统具有稳定性、可靠、功耗低等特点。
( 3 )本项目开发紧密结合生产实际,具有一定的应用、推广价值。