摘要:针对大口径流量计工作环境恶劣、难以实时获取流量数据的问题,本项目研发了基于MSP430F149单片机的供水大口径流量计数据采集系统。首先提出了基于MSP430F149单片机的数据采集终端的硬件架构,然后完成了用于终端控制与数据处理的数据采集系统功能设计,实现了系统可视化。该系统可以对流量采集终端设备进行远程操控并对流量数据进行可视化展示。将研发的数据采集系统应用于供水企业,实现了流量数据的有效获取,对降低水耗、节约水资源有着重要意义。
供水处理核心技术所需的基础数据主要包括流量、压力、电量和水质参数等,其中流量主要有源水流量、出厂水流量、用户流量等。在供水处理中,这些流量数据被广泛应用于其核心处理技术.中[4。特别是在降低水耗、节约水资源等方面,大流量计的流量数据正确采集尤为重要。以长沙为例,DN30以上流量计(俗称大流量计)约有2.8万块,仅占整个水表总数量的2.28%,而“大流量”计量占整个用水量的81.82%,研制大口径流量计数据采集系统成为供水企业亟待解决的课题。
现有的现场大口径流量计监控与数据采集系统.在工作时,由于工作环境恶劣,导致其获取的流量数据稳定性低、精度不高,常常因数据传输过程中出现GPRS(GeneralPackerRadioService,通用无线分组业务)信道阻塞而发生流量数据漏报甚至丢失的现象。这些因素导致各种供水处理计量分析系统难以获得全面、正确的数值,甚至无法正常工作。
针对上述问题，基于MSP430F149单片机的供水大口径流量计数据采集系统,提出了数据采集终端的软硬件架构,实现了流量数据的可视化。该系统实时获取供水大口径流量计的流量数据,获取的数据稳定、精度高,为提高供水管理的自动化水平创造了条件。
1.系统总体结构设计
一般大口径流量计数据采集系统主要分为两大部分:流量数据采集和流量数据可视化。流量数据的采集通过在流量计上安装远程数据采集终端系统来完成,终端系统负责现场的流量数据采集,将采集到的数据经过GPRS发送至远程系统,在远程系统中进行数据的解析与存储;流量数据可视化主要是将获取到的实时数据通过图表等方式更加全面直观地展示,主要包含流量计设备管理、分区管理、管网流量管理等一系列功能。
设计的大口径流量计数据采集系统总体结.构具体如图1所示。该系统主要由3个层次组合:数据获取端,即现场的水表及大流量计;数据监测端,即远程监控及其数据采样终端WB-RTU;数据传输端,即公用的远传无线通信网络GPRS。由以上模块构成的流量计数据采集系统,具有对大口径流量计的数据采集与处理等功能。
2数据采集终端硬件架构
大口径流量计数据采集终端设计主要包括硬件与软件两部分，其硬件结构如图2所示。由于流量计大多采用超声波或电磁式管道流量计,需设计基于RS-485的数字通信接口。同时，为了更好地满足低功耗要求，选择MSP430F149单片机作为其主要控制单元。该单片机不仅功耗低,且功能强大,具有很好的处理运算能力。
由于大口径流量计数据采集的现场环境无交流电,该系统采用直流电源供电方式,电源实际使用总容量为7.2V/26Ah,可以长时间应用在工业现场,大大提高了终端的使用寿命。同时,考虑多种接口兼容设计,采用多种数据输人/输出接口可以更好地适应多种类型的流量仪表。无线信道传输主要是基于GPRS网络,可以通过公用电信通信网络进行数据传输。
3数据采集系统设计
3.1系统功能设计
根据大口径流量计数据采集系统的软件功能分析和现场需求,设计的系统功能详细展示如图3,主要实现数据采集功能、数据管理功能、GPRS通信功能、数据补采功能以及报警功能等数据采集功能:脉冲量采集功能,主要用于单脉冲、双脉冲、三脉冲基表累计流量采集,其中双脉冲、三脉冲基表具有水流方向判断和正、负流量计量功能;模拟量采集功能,主要，用于采集瞬时流量;DC0-10V以及标准RS-485通信接口,可以与基表进行RS-485通信,可作为MBUS主站与MBUS从站基表进行通信。
数据管理功能:系统可以按设定的采集时间间隔保存历史数据,采用Flash存储方式，掉电后能保证数据不丢失,并且可以实时显示流量数据。
GPRS通信功能:终端设备可按设定的时间间隔通过GPRS定时.上报数据,同时可接收监控中心下行命令,从而实现对终端设备校时以及历史数据补采等功能。
数据补采功能:通过系统软件对数据采集终端发送历史数据补采命令,使终端补传因GPRS信道不好而未上传的历史数据。
报警功能:出现电池电量不足、水表倒流、水表停走、数据采集异常、终端与基表通信故障等情况时,终端数据采集系统会产生相应的报警信息,提示操作人员根据报警信息及时处理相应故障。
3.2系统可视化实现
数据采集系统的主要功能是获取流量数据并展.示,同时保证数据传输的实时性和正确率。远程采集数据是通过GPRS的无线传输来进行数据的稳定传输,然后对其数据进行可视化显示。因此,针对流量数据的可视化实现,系统界面进行描述，主要有系统管理、远传水表、分区计量、区内计量、出厂计量等模块。为了更好地分析每个流量计的流量数据,在系统中将获取的流量数据进行可视.化展示。如图4所示,可以直观地看出水量变化,并且可以针对其中出现的异常情况进行快速处理，同时,将流量数据采用图形表示,可以更好地分析水量的变化趋势。
4结语
研发了基于MSP430F149单片机的供水大口径流量计数据采集系统。首先提出了基于MSP430F149单片机的数据采集终端硬件架构,然后完成了数据采集系统功能设计,实现了系统可视化。该系统能够远程操控流量采集终端设备,准确、实时获取并可视化供水流量数据,大大节约了人力物力,对降低水耗、节约水资源具有重要意义。
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