CN113156843A - 一种供水系统采集器及远程控制系统 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种供水系统采集器及远程控制系统，其中，所述的采集器内置微处理器接收传感器数据并分析上传；能源控制单元，对内置电池充放电管理。当检测到采集器通电时，对电池进行充电，当检测到采集器断电时进入低功耗模式；内置485通讯模块，和管网中的流量传感器及探漏传感器通讯；采集器采用LCD作为人机交互界面，显示供水管网的运行数据以及漏水点的位置。内置NB‑IOT物联网技术，接收远程控制系统的指令，上传数据等。此系统解决了供水管网运行监控的问题，即使系统断电也能保存历史数据，供水管网的运行情况既可以在采集器或远程监控系统查看。为供水管网的监管和维修提供数据支持。
Description
技术领域
本发明涉及一种供水系统采集器及远程控制系统，适用于各种场所的对供水管网的监测。
背景技术
随着经济的发展,人民生活水平的提高对水资源源的需求越来越大。城市化的建设过程中家用自来水供水管道越来越多，管网的复杂程度也越复杂，管网的情况多隐蔽处理监控困难，它不仅造成自来水公司对管网的运行维护的难度，而且还额外地增加了生活用水成本造成损失，同时，也导致一些次生灾害。因此，保护水源，节约用水，检漏降损，已成为全人类的共识。
对自来水供水管道的运行状态的实时监测，收集运行数据，分析运行数据和对漏水治理的共识，先后研究了一些方法。对供水管网的视频监控，用水量信息的监测等等，本发明是基于对管网各主要节点的流量和流程的监测，运用大数据分析的方式对管网进行实时监测和状态预判。相关检漏法，漏水声自动监测法和分区检漏法等。目前主流的探漏是音听检漏法，结合把传感器放在地下有管道的地面上,通过声音放大器用趋近法定位漏水位置。这类的仪器价格昂贵，一般不会配备这样的仪器。而且这类仪器都是针对漏水比较大的情况下，在轻微漏水或者滴漏的情况下，效果不佳。本发明采用振动传感器配合采集器系统对管网监测，对漏点的判断更加实时准确。
发明内容
针对以上问题本发明提供一种供水系统采集器及远程控制系统，应用大数据分析方式综合分析管网的数据参数，对管网进行实时监测，并作出故障预测，包括：
一采集器内置微处理器，发送和接收数据，数据分析展示；
一时钟芯片，用于提供日期、时间；
一能源控制单元，蓄电池充放电管理；
一485通讯模块，和传感器进行数据通讯
一采用LCD界面，数据展示和人机交互处理；
一NB-IOT物联网通讯技术，把数据上传到远程控制系统；
一远程控制系统，综合分析数据，数据展示，状态预警。
微处理器的VDD_X脚连接电源CVDD，其VSS_X脚接电源地，其OSC_IN脚和OSC_OUT脚之间接高速晶振电路，其OSC32_IN脚和OSC32_OUT脚之间接抵速晶振电路，RST脚连接有一阻容复位电路。为微处理器提供稳定的工作条件，采集器内置微处理器用于接收传感器的数据，分析数据，通过人机界面展示数据，数据分析结果汇总上传。远程控制系统，对供水管网的运行情况监控，漏点监测，和供水数据的分析。
微处理器的PB10脚、PB7脚、PB6脚分别接时钟芯片的CE脚、I/O脚、SCK脚，并经上拉电阻接电源CVDD；时钟芯片的X1脚和X2管脚之间接32.768KHz的晶体振荡器；V2管脚接电源CVDD同时接通过滤波电容C57接地。为系统提供精确的时钟，同步所有的实时数据。
微处理器的USART1_RXD脚、USART1_TXD脚和分别接MAX487通讯模块的RO脚、DI脚，其PA11脚接MAX487通讯模块的RE脚和DE脚并分别通过上拉电阻接电源CVDD。采集器内置485通讯模块，和管网种的流量传感器和探漏传感器进行通讯，接受流量传感器和探漏传感器发送的数据信息。
电池管理模块包括一个电池管理芯片外接充电座P2和电池接口P3，电池管理芯片的VCC管脚和外接充电座P2的1号管脚通过限流电阻(R48)相连接并通过滤波电感C44接地。电池管理芯片的TEMP1管脚、GND管脚和STDBY管脚直接接地，PROG管脚通过下拉电阻R44接地。电池管理芯片的BAT管脚和电池插座P3的1号管脚相连，连接电池的正极，P3的2号管脚相连电池的负极，1号管脚和2号管脚之间通过滤波电容连接。电池管理芯片CE管脚和CHRG管脚通过电阻R46相连接，CE管脚输出电压5V，给电路中其他模块供电。电源模块的Vin脚连接5V并通过滤波电容C41接地。电源模块的GND脚直接接地。电源模块的Vout管脚输出其他模块的标准电压V3.3并通过并联滤波电容C42和C43接地。采集器能源控制单元，对内置电池进行充放电管理和设备的低功耗管理，用以当检测到所述的采集器通电时，对所述的内置电池进行充电，以及当检测到所述的采集器断电时采集器由电池供电同时进入低功耗模式。
NB-IOT物联网通讯模块的VBAT脚接电源VBAT_VCC并经并联的滤波电容C35和C36接地，其GND脚直接接地，其RESET脚接三极管Q1的集电极,三极管Q1的发射极通过电阻R51接基极，三极管的基极通过电阻R50连接微处理器的PB9管脚,其管脚USIM_CLK连接SIM_CLK,其管脚USIM_DATA连接SIM_DATA,其管脚USIM_RST连接SIM_RST,其管脚USIM_VCC连接SIM_VCC，其管脚RI通过限流电阻R45连接PB8,其管脚TXD通过限流电阻R47连接LP_RX,其管脚RI通过限流电阻R49连接LP_TX。数据流量卡模块VCC管脚连接SIM_VCC并且同过滤波电容C37接地，其GND脚直接接地，其管脚RST连接由电阻R42和电容C38组成的阻容复位电路，其管脚CLK通过限流电阻R43连接SIM_CLK,其管脚DATA连接SIM_DATA并通过电容C39接地通过上拉电阻R41连接SIM_VCC。采集器内置NB-IOT物联网通讯技术和远程控制系统进行通讯，接收远程控制系统发送的控制指令，给远程控制系统上传数据等。
LCD驱动芯片的DB(0-15)管脚和微处理器的MPU_D(0-15)总线管脚相连，传输显示数据；驱动芯片RD管脚和微处理器的MPU_RD提供读控制信号；驱动芯片WR管脚和微处理器MPU_WR提供写控制信号；驱动芯片CS管脚和微处理器的MPU_CS提供片选控制信号；驱动芯片RS管脚和微处理器的MPU_RS提供显示复位信号；驱动芯片C86管脚和微处理器的MPU_C86提供显示模式控制信号；驱动芯片RST管脚和微处理器的MPU_RST提供芯片复位控制限号；驱动芯片INT管脚和微处理器的MPU_INT提供中断控制信号；驱动芯片WAIT管脚和微处理器的MPU_WAIT提供等待控制信号。
驱动芯片PDATA(0-15)管脚和LCD的数据链接提供像素数据；驱动芯片DE管脚和LCD的是能控制接口连接；驱动芯片PCLK管脚和LCD的时钟接口连接为LCD刷新提供时钟；驱动芯片VSYNC管脚和LCD帧数据刷新接口连接；驱动芯片HSYNC管脚和LCD的行数据刷新接口连接；驱动芯片XP,YN,YP,XN管脚和触摸屏接口连接，输入触控点的坐标。采集器采用LCD作为人机交互界面，通过把接收到的数据信息进行综合处理，在LCD上显示供水管网的运行数据以及供水管网内是否有漏水点漏水点的位置。
SD卡模块电路芯片的DATA1管脚通过上拉电阻R31和微处理器的PA2管脚相连；芯片的DATA0管脚通过上拉电阻R32和微处理器的PA6管脚相连；芯片的CLK管脚通过上拉电阻R33和微处理器的PA5管脚相连；芯片的CMD管脚通过上拉电阻R34和微处理器的PA7管脚相连；芯片的DATA3管脚通过上拉电阻R35和微处理器的PA4管脚相连；芯片U4的DATA2管脚通过上拉电阻R36和微处理器的PA3管脚相连。提供保存系统设置参数，保存历史数据的功能。
远程控制系统，系统软件架构包括通讯接口、界面组态、云服务平台、B/S访问各部分。它是基于先进的SOA架构和组件技术，主要由接口层、数据服务层、平台支撑层和应用层的各个模块组成，接口层的接口服务程序负责与各个子系统通信以完成数据采集、控制命令下发等功能。数据服务层主要有实时数据库(RTDB)、历史数据库、应用数据库和配置数据库，这些数据库均提供WCF服务接口以实现数据操作。平台支撑层提供各种管理功能并提供相应的工具软件。应用层模块主要由工作于平台支撑层之上的各类应用软件构成，该层的各个模块与感知延伸层的各个子系统相对应。软件对各项目管网内的水电表进行状态查询和管理并对用户提供信息和交互服务，实现子系统间的信息共享，并在前端页面实现水表及能耗信息的可视化，直观显示水流量及能耗变化趋势及历史数据，使系统维护和管理更加便捷，从而达到性能最优的目的。
本发明一种供水系统采集器及远程控制系统具有以下优点：
(1)采用485总线方式，抗干扰能力强，数据通讯稳定。
(2)采用电池供电，去掉了对电源的依赖，更适合电源不稳定的场所。
(3)通过NB-IOT物联网通讯技术数据通讯，成熟可靠，信号强，可使用于地下室等场所。
(4)功耗低，电池生命更长，可实现长时间免维护。
(5)对自来水管网进行是实时的监测历史分析，人机界面简单直观。
(6)远程控制系统，采用BS架构，易于布署维护，大数据分析可对故障进行预警。
附图说明
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明微处理器电路原理图；
图3是时钟芯片电路原理图；
图4是MAX487通讯模块电路；
图5是电池管理模块的原理图；
图6是NB-IOT通讯模块电路原理图；
图7是LCD驱动模块电路原理图；
图8是LCD模块接口电路原理图；
图9是SD卡模块电路原理图；
图10是远程控制系统框架图。
图11是远程控制系统系统图。
图12是远程控制系统水表显示图。
具体实施方式
如图1所示：针对以上问题本发明提供一种供水系统采集器及远程控制系统，应用大数据分析方式综合分析管网的数据参数，对管网进行实时监测，并作出故障预测，包括：
一采集器内置微处理器，发送和接收数据，数据分析展示；
一时钟芯片，用于提供日期、时间；
一能源控制单元，蓄电池充放电管理；
一485通讯模块，和传感器进行数据通讯
一采用LCD界面，数据展示和人机交互处理；
一NB-IOT物联网通讯技术，把数据上传到远程控制系统；
一远程控制系统，综合分析数据，数据展示，状态预警。
如图2所示：微处理器的VDD_X脚连接电源CVDD，其VSS_X脚接电源地，其OSC_IN脚和OSC_OUT脚之间接高速晶振电路，其OSC32_IN脚和OSC32_OUT脚之间接抵速晶振电路，RST脚连接有一阻容复位电路。为微处理器提供稳定的工作条件，采集器内置微处理器用于接收传感器的数据，分析数据，通过人机界面展示数据，数据分析结果汇总上传。远程控制系统，对供水管网的运行情况监控，漏点监测，和供水数据的分析。
如图3所示：微处理器的USART1_RXD脚、USART1_TXD脚和分别接MAX487通讯模块的RO脚、DI脚，其PA11脚接MAX487通讯模块的RE脚和DE脚并分别通过上拉电阻接电源CVDD。采集器内置485通讯模块，和管网种的流量传感器和探漏传感器进行通讯，接受流量传感器和探漏传感器发送的数据信息。
如图4所示：电池管理模块包括一个电池管理芯片外接充电座P2和电池接口P3，电池管理芯片的VCC管脚和外接充电座P2的1号管脚通过限流电阻(R48)相连接并通过滤波电感C44接地。电池管理芯片的TEMP1管脚、GND管脚和STDBY管脚直接接地，PROG管脚通过下拉电阻R44接地。电池管理芯片的BAT管脚和电池插座P3的1号管脚相连，连接电池的正极，P3的2号管脚相连电池的负极，1号管脚和2号管脚之间通过滤波电容连接。电池管理芯片CE管脚和CHRG管脚通过电阻R46相连接，CE管脚输出电压5V，给电路中其他模块供电。电源模块的Vin脚连接5V并通过滤波电容C41接地。电源模块的GND脚直接接地。电源模块的Vout管脚输出其他模块的标准电压V3.3并通过并联滤波电容C42和C43接地。采集器能源控制单元，对内置电池进行充放电管理和设备的低功耗管理，用以当检测到所述的采集器通电时，对所述的内置电池进行充电，以及当检测到所述的采集器断电时采集器由电池供电同时进入低功耗模式。
如图5所示：NB-IOT物联网通讯模块的VBAT脚接电源VBAT_VCC并经并联的滤波电容C35和C36接地，其GND脚直接接地，其RESET脚接三极管Q1的集电极,三极管Q1的发射极通过电阻R51接基极，三极管的基极通过电阻R50连接微处理器的PB9管脚,其管脚USIM_CLK连接SIM_CLK,其管脚USIM_DATA连接SIM_DATA,其管脚USIM_RST连接SIM_RST,其管脚USIM_VCC连接SIM_VCC，其管脚RI通过限流电阻R45连接PB8,其管脚TXD通过限流电阻R47连接LP_RX,其管脚RI通过限流电阻R49连接LP_TX。数据流量卡模块VCC管脚连接SIM_VCC并且同过滤波电容C37接地，其GND脚直接接地，其管脚RST连接由电阻R42和电容C38组成的阻容复位电路，其管脚CLK通过限流电阻R43连接SIM_CLK,其管脚DATA连接SIM_DATA并通过电容C39接地通过上拉电阻R41连接SIM_VCC。采集器内置NB-IOT物联网通讯技术和远程控制系统进行通讯，接收远程控制系统发送的控制指令，给远程控制系统上传数据等。
如图5所示：LCD驱动芯片的DB(0-15)管脚和微处理器的MPU_D(0-15)总线管脚相连，传输显示数据；驱动芯片RD管脚和微处理器的MPU_RD提供读控制信号；驱动芯片WR管脚和微处理器MPU_WR提供写控制信号；驱动芯片CS管脚和微处理器的MPU_CS提供片选控制信号；驱动芯片RS管脚和微处理器的MPU_RS提供显示复位信号；驱动芯片C86管脚和微处理器的MPU_C86提供显示模式控制信号；驱动芯片RST管脚和微处理器的MPU_RST提供芯片复位控制限号；驱动芯片INT管脚和微处理器的MPU_INT提供中断控制信号；驱动芯片WAIT管脚和微处理器的MPU_WAIT提供等待控制信号。
如图6所示：驱动芯片PDATA(0-15)管脚和LCD的数据链接提供像素数据；驱动芯片DE管脚和LCD的是能控制接口连接；驱动芯片PCLK管脚和LCD的时钟接口连接为LCD刷新提供时钟；驱动芯片VSYNC管脚和LCD帧数据刷新接口连接；驱动芯片HSYNC管脚和LCD的行数据刷新接口连接；驱动芯片XP,YN,YP,XN管脚和触摸屏接口连接，输入触控点的坐标。采集器采用LCD作为人机交互界面，通过把接收到的数据信息进行综合处理，在LCD上显示供水管网的运行数据以及供水管网内是否有漏水点漏水点的位置。
如图7所示：SD卡模块电路芯片的DATA1管脚通过上拉电阻R31和微处理器的PA2管脚相连；芯片的DATA0管脚通过上拉电阻R32和微处理器的PA6管脚相连；芯片的CLK管脚通过上拉电阻R33和微处理器的PA5管脚相连；芯片的CMD管脚通过上拉电阻R34和微处理器的PA7管脚相连；芯片的DATA3管脚通过上拉电阻R35和微处理器的PA4管脚相连；芯片U4的DATA2管脚通过上拉电阻R36和微处理器的PA3管脚相连。提供保存系统设置参数，保存历史数据的功能。
如图7，8，9所示：远程控制系统，系统软件架构包括通讯接口、界面组态、云服务平台、B/S访问各部分。它是基于先进的SOA架构和组件技术，主要由接口层、数据服务层、平台支撑层和应用层的各个模块组成，接口层的接口服务程序负责与各个子系统通信以完成数据采集、控制命令下发等功能。数据服务层主要有实时数据库(RTDB)、历史数据库、应用数据库和配置数据库，这些数据库均提供WCF服务接口以实现数据操作。平台支撑层提供各种管理功能并提供相应的工具软件。应用层模块主要由工作于平台支撑层之上的各类应用软件构成，该层的各个模块与感知延伸层的各个子系统相对应。软件对各项目管网内的水电表进行状态查询和管理并对用户提供信息和交互服务，实现子系统间的信息共享，并在前端页面实现水表及能耗信息的可视化，直观显示水流量及能耗变化趋势及历史数据，使系统维护和管理更加便捷，从而达到性能最优的目的。
Claims (9)
1.一种供水系统采集器及远程控制系统，包括：
一采集器内置微处理器，发送和接收数据，数据分析展示；
一时钟芯片，用于提供日期、时间；
一能源控制单元，蓄电池充放电管理；
一485通讯模块，和传感器进行数据通讯
一采用LCD界面，数据展示和人机交互处理；
一NB-IOT物联网通讯技术，把数据上传到远程控制系统；
一远程控制系统，综合分析数据，数据展示，状态预警。
2.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：所述微处理器(U2)的VDD_X脚接电源(CVDD)，其VSS_X脚接电源地，其OSC_IN脚和OSC_OUT脚之间接高速晶振电路，其OSC32_IN脚和OSC32_OUT脚之间接抵速晶振电路，RST脚连接有一阻容复位电路。
3.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：微处理器(U2)的PB10脚、PB7脚、PB6脚分别接时钟芯片(U8)的CE脚、I/O脚、SCK脚，并经上拉电阻接电源(CVDD)；时钟芯片(U8)的X1脚和X2管脚之间接32.768KHz的晶体振荡器；V2管脚接电源CVDD同时接通过滤波电容(C57)接地。
4.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：微处理器(U2)的USART1_RXD脚、USART1_TXD脚和分别接MAX487通讯模块(U3)的RO脚、DI脚，其PA11脚接MAX487通讯模块的RE脚和DE脚并分别通过上拉电阻接电源(CVDD)。
5.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：所述的电池管理模块包括一个电池管理芯片(U6)外接充电座(P2)和电池接口(P3)，电池管理芯片(U6)的VCC管脚和外接充电座(P2)的1号管脚通过限流电阻(R48)相连接并通过滤波电感(C44)接地。电池管理芯片(U6)的TEMP1管脚、GND管脚和STDBY管脚直接接地，PROG管脚通过下拉电阻(R44)接地。电池管理芯片(U6)的BAT管脚和电池插座(P3)的1号管脚相连，连接电池的正极，(P3)的2号管脚相连电池的负极，1号管脚和2号管脚之间通过滤波电容连接。电池管理芯片(U6)CE管脚和CHRG管脚通过电阻(R46)相连接，CE管脚输出电压5V，给电路中其他模块供电。电源模块(U7)的Vin脚连接(5V)并通过滤波电容(C41)接地。电源模块(U7)的GND脚直接接地。电源模块(U7)的Vout管脚输出其他模块的标准电压V3.3并通过并联滤波电容(C42和C43)接地。
6.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：NB-IOT物联网通讯模块(U9)的VBAT脚接电源(VBAT_VCC)并经并联的滤波电容(C35和C36)接地，其GND脚直接接地，其RESET脚接三极管(Q1)的集电极,三极管(Q1)的发射极通过电阻(R51)接基极，三极管的基极通过电阻(R50)连接微处理器的PB9管脚；通讯模块(U9)的管脚USIM_CLK连接(SIM_CLK),其管脚USIM_DATA连接(SIM_DATA),其管脚USIM_RST连接(SIM_RST),其管脚USIM_VCC连接(SIM_VCC)，其管脚RI通过限流电阻(R45)连接(PB8),其管脚TXD通过限流电阻(R47)连接(LP_RX),其管脚RI通过限流电阻(R49)连接(LP_TX)。数据流量卡模块(U5)VCC管脚连接(SIM_VCC)并且同过滤波电容(C37)接地，其GND脚直接接地，其管脚RST连接由电阻(R42)和电容(C38)组成的阻容复位电路，其管脚CLK通过限流电阻(R43)连接(SIM_CLK),其管脚DATA连接(SIM_DATA)并通过电容(C39)接地通过上拉电阻(R41)连接(SIM_VCC)。
7.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：LCD驱动芯片(U1)的DB(0-15)管脚和微处理器(U2)的MPU_D(0-15)总线管脚相连，传输显示数据；驱动芯片(U1)RD管脚和微处理器(U2)的MPU_RD提供读控制信号；驱动芯片(U1)WR管脚和微处理器(U2)的MPU_WR提供写控制信号；驱动芯片(U1)CS管脚和微处理器(U2)的MPU_CS提供片选控制信号；驱动芯片(U1)RS管脚和微处理器(U2)的MPU_RS提供显示复位信号；驱动芯片(U1)C86管脚和微处理器(U2)的MPU_C86提供显示模式控制信号；驱动芯片(U1)RST管脚和微处理器(U2)的MPU_RST提供芯片复位控制限号；驱动芯片(U1)INT管脚和微处理器(U2)的MPU_INT提供中断控制信号；驱动芯片(U1)WAIT管脚和微处理器(U2)的MPU_WAIT提供等待控制信号。
驱动芯片(U1)PDATA(0-15)管脚和LCD的数据链接提供像素数据；驱动芯片(U1)DE管脚和LCD的是能控制接口连接；驱动芯片(U1)PCLK管脚和LCD的时钟接口连接为LCD刷新提供时钟；驱动芯片(U1)VSYNC管脚和LCD帧数据刷新接口连接；驱动芯片(U1)HSYNC管脚和LCD的行数据刷新接口连接；驱动芯片(U1)XP,YN,YP,XN管脚和触摸屏接口连接，输入触控点的坐标。
8.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：SD卡模块电路芯片(U4)的DATA1管脚通过上拉电阻(R31)和微处理器(U2)的PA2管脚相连；芯片(U4)的DATA0管脚通过上拉电阻(R32)和微处理器(U2)的PA6管脚相连；芯片(U4)的CLK管脚通过上拉电阻(R33)和微处理器(U2)的PA5管脚相连；芯片(U4)的CMD管脚通过上拉电阻(R34)和微处理器(U2)的PA7管脚相连；芯片(U4)的DATA3管脚通过上拉电阻(R35)和微处理器(U2)的PA4管脚相连；芯片(U4)的DATA2管脚通过上拉电阻(R36)和微处理器(U2)的PA3管脚相连。
9.根据权利要求1所述的一种供水系统采集器及远程控制系统，其特征在于：远程控制系统，系统软件架构包括通讯接口、界面组态、云服务平台、B/S访问各部分。它是基于先进的SOA架构和组件技术，主要由接口层、数据服务层、平台支撑层和应用层的各个模块组成，接口层的接口服务程序负责与各个子系统通信以完成数据采集、控制命令下发等功能。数据服务层主要有实时数据库(RTDB)、历史数据库、应用数据库和配置数据库，这些数据库均提供WCF服务接口以实现数据操作。平台支撑层提供各种管理功能并提供相应的工具软件。应用层模块主要由工作于平台支撑层之上的各类应用软件构成，该层的各个模块与感知延伸层的各个子系统相对应。
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