CN104458113B - 低功耗水锤记录系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开低功耗水锤记录系统，该系统包括采集模块、处理模块、时钟模块、存储模块、上传模块和管理平台。采集模块按设定的采样时间进行数据实时采样，在实时采样的过程中一旦发现水锤现象，处理模块将水锤现象的数据暂存至采集模块缓存队列中，并打开存储模块电源，拷贝缓存中的数据保存至存储模块，在关闭存储模块电源的同时启动上传模块，将数据打包发送至管理平台后，关闭上传模块电源，确保系统低功耗，锂电池供电，降低在安装过程中对市电的要求。

Description

低功耗水锤记录系统

技术领域

本发明涉及水管压力管理系统，尤其涉及水锤出现时的记录系统。

背景技术

水锤又称水击。水(或其他液体)在输送过程中，由于阀门突然开启或关闭、水泵突然停止、骤然启闭导叶等原因，使流速发生突然变化，同时压强产生大幅度波动的现象。压力出现瞬时峰值是爆管的主要原因，会导致修理费支出、供水流失和供水中断。以下列出几种典型水锤现象：

1、发生瞬时的管道压力骤增且大于高压报警值，并在短时间内又恢复到正常压力值的现象(记为：典型正水锤)，例如：正常开启的管道阀门突然关闭。

2、发生瞬时的管道压力骤降且小于低压报警值，并在短时间内又恢复到正常压力值的现象(记为：典型负水锤)，例如：正常关闭的管道阀门突然开启。

3、发生瞬时的管道压力骤增且大于高压报警值，并在短时间内又发生瞬时的管道压力骤降且小于低压报警值，然后长时间保持低压不恢复的现象(记为：高压报警后的长期低压报警)，例如：正常开启的管道阀门突然关闭造成管道爆裂，出现管道漏水。

4、发生瞬时的管道压力骤降且小于低压报警值，并长时间保持低压不恢复的现象(记为：长期低压报警)，例如：正常关闭的管道阀门突然开启造成管道瘪塌破裂，出现管道漏水。

5、发生瞬时的管道压力增加且大于高压报警值，并长时间保持高压不恢复的现象(记为：长期高压报警)，例如：供水管道阀门开启错误时出现。

传统市场上的水锤记录系统，一方面由于数据采样频率不够快，不能察觉这些转瞬即逝的压力变化；另外一方面由于采用市电的供电方式，需安装在很偏远的地方时，还需拉条专线进行供电，在增加了硬件安装成本的同时也容易由于漏电现象带来的安全问题。

为解决水锤记录仪的采样频率和供电问题，减少因水锤现象引起供水管网爆管问题带来的损失，发明一款集快速采集、保存、上传功能于一体的低功耗水锤记录仪系统势在必行。

发明内容

本发明解决的问题是水锤记录系统的供电问题、数据快速采集问题、数据保存问题、数据上传和数据分析问题。

为解决上述问题，减少因水锤现象引起供水管网爆管问题带来的损失，发明一款集快速采集、保存、上传、分析功能于一体的低功耗水锤记录仪系统势在必行。该系统包括采集模块、处理模块、时钟模块、存储模块、上传模块和管理平台，其中，采集模块采用低功耗压力变送器，每隔40ms采样一次；处理模块采用TI的微处理器(MCU)，型号为MSP430F5418；时钟模块，系统时钟的产生源，用于定时和时间获取；存储模块用于存储水锤现象的数据和正常工作的历史数据；上传模块，采用WIFI或GRPS模组，将终端数据无线上传管理平台；管理平台实现和水锤记录仪之间的数据交互，对终端上发的数据进行查询、设置、分析等功能。

进一步的，所述采集模块按设定的采样时间进行数据实时采样，在实时采样的过程中一旦发现水锤现象，处理模块将水锤现象的数据暂存至采集模块的缓存队列中，防止数据丢失，并打开存储模块电源，拷贝缓存中的数据保存至存储模块，在关闭存储模块电源的同时启动上传模块，将数据打包发送至管理平台后，关闭上传模块电源，确保系统低功耗。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、为降低在安装过程中对市电的要求，适应恶劣的工作环境，整个系统采用低功耗设计，锂电池供电，外壳采用ABS材质，防腐蚀，并达到IP68防护等级，只需定期(半年)对设备进行一次电池检查或更换即可；

2、低功耗硬件芯片选型，处理器采用TI的低功耗处理器MSP430F5418，存储器采用铁电存储器FM24CL64，实时时钟采用军用级低功耗芯片PCF8563，以及外部的液晶屏、电源芯片均采用低功耗设计；

3、采集模块采用低功耗的压力变送器，低电压供电，高精度采集，对管网压力进行实时数据采样(40ms采样间隔)，大大提高了数据采样频率，能随时将水锤现象记录下来，通过存储模块，将数据进行保存；

4、在锂电池容量以及结构大小受局限性的前提下，除了硬件选型低功耗的芯片外，合理的系统工作流程和多线程任务处理也成为降低系统整机功耗的设计重点。当采集模块开始工作时，除了时钟模块产生系统时间，处理模块对数据进行分析，上传模块和存储模块都处于关闭状态，如出现水锤现象，防止数据丢失，会暂存在采集模块的缓存中，再打开存储模块，将采集数据进行存储，再打开上传模块，将数据打包上传，上传至管理平台。

附图说明

图1是本发明低功耗水锤记录系统的原理框图；

图2是本发明低功耗水锤记录系统的工作流程图；

图3是本发明低功耗水锤记录系统中上传模块工作流程图。

具体实施方式

为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效，下面将结合实施例并配合附图予以详细说明。

请参阅图1，图2和图3，本发明低功耗水锤记录系统，该系统包括采集模块1、管理平台2、处理模块3、时钟模块4、存储模块5和上传模块6，其中，采集模块1采用低功耗压力变送器，当设定的采样时间到，采集模块1开始工作，最快可间隔40ms进行实时采样一次(可根据实际需求进行设定)；读取到的数据实时经处理器分析，如发现有水锤现象，处理模块3将水锤现象的数据暂存至采集模块缓存队列中，处理模块3打开存储模块5电源，将缓存中的数据进行存储，存储完后，处理模块3关闭存储模块5电源，当存储模块5空间将满时，处理模块3打开上传模块6电源电源，经过WIFI模组或GRPS模组，发送到管理平台2，对数据进行人工分析，发送完数据后，及时关闭上传模块6电源，控制整个系统的模块工作，能使工作电流降低，节约电源，同时也实现了低功耗。

当出现典型正水锤和典型负水锤时，采集模块1将采集到的水锤现象发生时的数据、时间，以及水锤现象消失时的数据，同时将水锤现象出现前2s的压力数据、水锤压力数据、水锤现象消失后2s的压力数据存储到采集模块1的缓存中，处理模块3打开存储模块5电源，将缓存上的数据存储到存储模块5上，存储完后，关闭存储模块5电源，当存储模块5空间满时，处理模块3打开上传模块电源，将存储模块5里的数据打包通过上传模块6的WIFI模组或GRPS模组，发送到管理平台2，对数据进行人工分析。

当出现高压报警后的长期低压报警(例如：正常开启的管道阀门突然关闭造成管道爆裂，出现管道漏水)和长期低压报警(例如：正常关闭的管道阀门突然开启造成管道瘪塌破裂，出现管道漏水)，处理模块3打开存储模块5的电源，将采集模块1将采集到的水锤现象发生时的数据、时间，以及水锤现象消失时的数据，及水锤现象出现前2s的压力数据、水锤压力数据、水锤现象消失后2s的压力数据从采集模块1的缓存中，存储到存储模块5，处理模块3打开上传模块电源，将存储模块5里的数据打包通过上传模块6经过WIFI模组或GRPS模组，发送到管理平台2，对数据进行人工分析；在数据发送期间，采集模块1会继续采集长期低压报警的压力数据，当填满存储模块5时，数据经上传模块6经过WIFI模组或GRPS模组，发送到管理平台2。接下来分两种情况分析：如果接下来依然存在长期低压报警状态，则系统会每隔10分钟后再次发送一条实时压力数据到管理平台2；如果接下来出现报警恢复现象，系统则将报警恢复点前4s和后2s的压力数据打包发送至管理平台2。

出现长期高压报警(例如：供水管道阀门开启错误时出现)时，采集模块1将采集到的报警时的时间和压力数据实时存储到缓存中，处理模块3打开存储模块5电源，将缓存中的数据存储到存储模块5，当存储模块5空间满时，处理模块3打开上传模块6的电源，同时将报警之前2s的压力数据和报警之后12s的压力数据打包发送至管理平台2。同时，每隔10分钟发送一次实时压力数据，直至报警恢复。

同时出现上述多种情况时，低功耗水锤记录系统会将现象自动分段匹配成各典型情况进行处理。

Claims (1)

1.低功耗水锤记录系统，该系统包括采集模块、处理模块、时钟模块、存储模块、上传模块和管理平台，其中：

所述处理模块，采用TI的微处理器(MCU)，型号为MSP430F5418；

所述时钟模块，系统时钟的产生源，用于定时和时间获取；

所述存储模块，用于存储水锤现象的数据和正常工作的历史数据；

所述上传模块，采用WIFI或GRPS模组，实现终端数据无线上传；

所述管理平台，实现和水锤记录仪之间的数据交互，对终端上发的数据进行查询、设置、分析功能；

其特征在于所述采集模块，采用低功耗压力变送器，低电压供电，高精度采集，每隔40ms采样一次；

当出现典型正水锤和典型负水锤时，所述采集模块将采集到的水锤现象发生时的数据、时间，以及水锤现象消失时的数据，同时将水锤现象出现前2s的压力数据、水锤压力数据、水锤现象消失后2s的压力数据存储到所述采集模块的缓存中，所述处理模块打开所述存储模块电源，将缓存上的数据存储到所述存储模块上，存储完后，关闭所述存储模块电源，当所述存储模块空间满时，所述处理模块打开所述上传模块电源，将所述存储模块里的数据打包通过所述上传模块的WIFI模组或GRPS模组，发送到所述管理平台，对数据进行人工分析；

当出现高压报警后的长期低压报警，相当于正常开启的管道阀门突然关闭造成管道爆裂，出现管道漏水；或长期低压报警，相当于正常关闭的管道阀门突然开启造成管道瘪塌破裂，出现管道漏水，所述处理模块打开所述存储模块的电源，所述采集模块将采集到的水锤现象发生时的数据、时间，以及水锤现象消失时的数据，及水锤现象出现前2s的压力数据、水锤压力数据、水锤现象消失后2s的压力数据从采集模块（ 1 ） 的缓存中，存储到所述存储模块，所述处理模块打开所述上传模块电源，将所述存储模块里的数据打包通过所述上传模块经过WIFI模组或GRPS模组，发送到管理平台，对数据进行人工分析；在数据发送期间，所述采集模块会继续采集长期低压报警的压力数据，当填满所述存储模块时，数据经所述上传模块经过WIFI模组或GRPS模组，发送到所述管理平台；接下来分两种情况分析：如果接下来依然存在长期低压报警状态，则系统会每隔10分钟后再次发送一条实时压力数据到所述管理平台；如果接下来出现报警恢复现象，系统则将报警恢复点前4s和后2s的压力数据打包发送至所述管理平台；

当出现长期高压报警，相当于供水管道阀门开启错误出现时，所述采集模块将采集到的报警时的时间和压力数据实时存储到缓存中，所述处理模块打开所述存储模块电源，将缓存中的数据存储到所述存储模块，当所述存储模块空间满时，所述处理模块打开所述上传模块的电源，同时将报警之前2s的压力数据和报警之后12s的压力数据打包发送至所述管理平台，同时，每隔10分钟发送一次实时压力数据，直至报警恢复。