CN1514323A - 城市自来水管网无线远程测控智能终端 - Google Patents
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Abstract
城市自来水管网无线远程测控智能终端，包括嵌入式测控模块和GPRS无线通讯模块。嵌入式测控模块包括微功耗非对称编码光电扫描传感器单元、管网压力检测单元、阀门控制及阀门位置检测单元、红外通讯单元、存储器单元、微处理器A、微处理器B、供电及电源监控单元。微功耗非对称编码光电扫描传感器单元和管网压力检测单元连接至微处理器A，阀门控制及阀门位置检测单元、红外通讯单元、存储器单元和GPRS无线通讯模块连接至微处理器B，供电及电源监控单元分别连接至其它各单元。该终端高度智能化，运行稳定，测控参数完备，具有高抗干扰能力和数据容错性，运行、维护费用低廉，特别适合于城市自来水主干管网的远程测控，为城市给排水管网城域化、信息化、网络化的远程管理提供全新的解决方案。
Description
技术领域
本发明涉及城市自来水生产和供水管理中主干管网的无线远程测量、控制技术，具体是一种城市自来水管网无线远程测控智能终端。
技术背景
在现有技术中，国内自来水供水管理部门对主干管网流量、流速、压力三个测控参数的测量、传输、控制主要依靠：引进国外“远程测控系统”；国产“远程测控系统”或自制无线电台等。但引进国外“远程测控系统”价格昂贵，如以色列BERMAD公司的900系列，其终端设备价格为国内产品的3-5倍，系统费用更高达国内同类产品的10倍以上；而国内系统的技术完备性和可靠性尚未成熟，主要问题是测控终端设备的智能化程度不够，测控参数不全，数据在传输过程中的误码率较高，系统的容错性不好；自办无线电台方式虽然能可靠运行，但系统费用高，维护工作量巨大也是不可忽视的缺点。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术之不足，提供一种新型的城市自来水管网无线远程测控智能终端，能方便系统集成，成本费用合理，并具有可扩充性；该测控终端高度智能化，能可靠长期稳定运行，测控参数完备，采用编码数据经移动通讯网络传输使其具有高抗干扰能力和数据容错性；并使系统的运行费用、维护费用尽量低廉，特别适合于城市自来水主干管网的远程测控，为城市给排水管网城域化、信息化、网络化的远程管理提供全新的解决方案。
发明内容
实现上述目的，本发明采用下述方案：
无线远程测控智能终端，包括嵌入式测控模块和GPRS无线通讯模块。嵌入式测控模块包括微功耗非对称编码光电扫描传感器单元、管网压力检测单元、阀门控制及阀门位置检测单元、红外通讯单元、存储器单元、微处理器A、微处理器B、供电及电源监控单元，其连接关系为微功耗非对称编码光电扫描传感器单元和管网压力检测单元连接至微处理器A；阀门控制及阀门位置检测单元、红外通讯单元、存储器单元和GPRS无线通讯模块连接至微处理器B；供电及电源监控单元分别连接至其它各单元。
嵌入式测控模块模块的核心由双RISC(精简指令系统)单片机构成，一个完成累计流量、瞬时流量、正反流量、管网压力的采集；一个完成远程无线通讯和阀门控制逻辑的产生，确保系统长期可靠的运行。
所述的微功耗非对称编码光电扫描传感器单元主要由3只光电传感器U9、U10、U11以及微处理器A构成。检测指示机构内加装的光电编码环，从而达到对累计流量和瞬时流量正反计量的目的。
管网压力检测单元包括高精度扩散硅压力传感器、精密恒流源和仪表放大器。
GPRS无线通讯模块是现有的兼容了GSM技术和GPRS技术的移动通讯模块，它支持双频(EGSM900和GSM1800)与快速GPRS技术，具有高速的数据存储和数据下载能力，因此被视为目前最佳的应用终端无线接入方案。GPRS模块由嵌入式测控模块通过标准的RS-232通讯接口使用AT命令集进行控制，嵌入式测控模块内嵌PPP、TCP/IP、ICMP、HTTP协议栈与WEBServer页面。GPRS模块通过内部的通讯协议实现与GPRS网络间的通讯，从而建立起测控终端基于GPRS网络的数据通讯，实现管理中心计算机系统与终端间的测控管理。
现场红外通讯模块利用红外通讯技术可以实现无线远程测控终端的安装、设置和现场维护。
采用上述方案的无线远程测控智能终端，能实现累计流量、瞬时流量、压力的实时检测，阀门的闭环控制，并能管理供电，实现电池能量检测；该智能终端还支持内存、阀状态、电池能量、通讯等系统的自检、自恢复和告警功能。并通过嵌入式测控模块的控制由GPRS模块完成与无线通讯网络间的呼叫建立和数据通信功能，从而实现远程测控的目的。无线远程测控智能终端由市电和锂电池供电，为了保证在市电停电的情况下，无线远程测控智能终端能在电池供电的情况下长时间可靠工作和数据热备份，整机采用了微功耗技术设计，在电池供电的情况下，通讯单元电路不能激活工作，此时静态电流小于15uA，最大动态电流小于60mA，功耗极低，能保证电池长时间工作，确保停电时也能可靠计量。
附图说明
图1为本智能终端的原理方框图
图2为本智能终端的电路原理图
图3为本智能终端与水表结合使用的结构示意图
图4为远程测控终端网络系统构成图
具体实施方式
下面结合附图和实例对本发明作进一步说明：
如图1所示，无线远程测控智能终端电路部分由GPRS模块9和嵌入式测控模块组成，嵌入式测控模块包括微功耗非对称编码光电扫描传感器单元1、管网压力检测单元2、阀门控制及阀门位置检测单元3、红外通讯单元4、存储器单元5、微处理器Risc Mcu A6、微处理器Risc Mcu B7、供电及电源监控单元8，其连接关系为微功耗非对称编码光电扫描传感器单元1和管网压力检测单元2连接至微处理器A6；阀门控制及阀门位置检测单元3、红外通讯单元4、存储器单元5和GPRS无线通讯模块9连接至微处理器Risc Mcu B7；供电及电源监控单元8分别连接至其它各单元。GPRS无线通讯模块由发射单元9-1、功率放大单元9-2、数字语音单元9-3、数字信号处理MCU协议9-4和接口单元9-5按现有通常的连接形式组成，由嵌入式测控模块通过标准的RS-232通讯接口使用AT命令集进行控制。
管网压力检测单元包括高精度扩散硅压力传感器、精密恒流源和仪表放大器。
终端的工作原理是：微功耗非对称编码光电扫描传感器1将流量信息转换为有序的电脉冲信号传给测量微处理器Risc Mcu A6，由微处理器将其转换为相应的正反流量，并进行流量累计和瞬时计算；累计流量计满9999999m3时，自动归零并上报管理中心，终端采用直插式扩散硅压力传感器实现管网压力实时检测；所有检测数据自动热备份，保证10年不丢失；测量微处理器检测的数据通过I2C总线传送给通讯控制微处理器，经内部通讯协议处理后再经标准RS-232接口传送到GPRS无线通讯模块9，由GPRS无线通讯模块9通过无线移动通讯网络传送到管理中心计算机系统，并接收由管理中心发出的控制命令，由通讯控制微处理器处理后送相应机构执行，终端由电源管理模块8检测供电情况，如市电停止供电时，自动切换为锂电池供电工作，完成检测和数据备份工作，为保证电池长时间有效工作，在市电停电期间，终端不支持GPRS间的数据通信，直到市电恢复供给；阀门控制采用闭环控制，以保证控制准确到位，终端在检测到阀门动作不到位时，能尝试再动作，以防止偶然动作失误带来的控制失效。此外，终端还具有功能自检、主动向管理中心报告的功能，以便管理人员及时维护；终端内部的测控参数可根据现场情况结构、元件的变化通过红外接口再编程，具有很好的可维护和可升级性。
本发明的电路原理参见图2，其中，微功耗非对称编码光电扫描传感器单元1主要由3只光电传感器U9、U10、U11构成；光电传感器U9、U10、U11的1脚分别接至电阻R6、R8、R10以及电容C11、C12、C13，电阻R6、R8、R10的另一端接微处理器Risc Mcu A6的17脚，电容C11、C12、C13的另一端接地；光电传感器U9、U10、U11的3脚分别接至电阻R7、R9、R12与电容C8、C9、C10，电阻R7、R9、R12的另一端接微处理器Risc Mcu A6的17脚，电容C8、C9、C10的另一端接地；光电传感器U9、U10、U11的3脚分别接至微处理器Risc McuA6的7、8、9脚，光电传感器U9、U10、U11的2脚与4脚接地。
参见图3，主干管网自来水由进水口流进水表12，经水表计量机构的计量和指示机构的记录后，再流经电控阀10，由出水口流出。指示机构在记录的同时，将流量信息传递给无线远程测控智能终端11的微功耗非对称编码光电扫描传感器。水表的计量机构是叶轮式水量转换机构。计量机构与指示机构之间靠磁性传动或直接传动。轴承采用高耐磨特殊材料，所以水表具有耐磨性好的优点。水表阀门采用二次阀，用微功耗电控阀控制一个小流量的通道，靠管网自身的压力执行阀的动作。所以，无线远程测控智能终端能够在电池供电的情况下控制阀门的状态。水表的阀门具有功耗小、执行动作坚定、速度快、抗高压等优点。
图参见4，远程测控终端系统网络包括管理中心局域网或互联网，测控计算机，移动GPRS通讯网络，无线远程测控智能终端，服务代理服务器，收费代理服务器等。无线远程测控智能终端经移动GPRS无线网络和管理中心测控计算机网络构成自动计费、收费和供水管理系统。系统中，局域网或广域网构成管理部门内部计算机网络，测控计算机经GPRS网络抄读和控制智能终端设备，测控计算机是管理计算机网络和GPRS网络、远程分布的智能测控终端的接口；服务代理计算机系统经Internet与用户联接，实现用户用水服务查询和电子商务付费服务；收费代理计算机系统经专线电话网与银行联结，实现银行代收(扣)费。
Claims (4)
1、城市自来水管网无线远程测控智能终端，其特征在于它由GPRS无线通讯模块[9]和嵌入式测控模块组成，嵌入式测控模块包括微功耗非对称编码光电扫描传感器单元[1]、管网压力检测单元[2]、阀门控制及阀门位置检测单元[3]、红外通讯单元[4]、存储器单元[5]、微处理器A[6]、微处理器B[7]、供电及电源监控单元[8]，其连接关系为微功耗非对称编码光电扫描传感器单元[1]和管网压力检测单元[2]连接至微处理器A[6]；阀门控制及阀门位置检测单元[3]、红外通讯单元[4]、存储器单元[5]和GPRS无线通讯模块[9]连接至微处理器B[7]；供电及电源监控单元[8]分别连接至其它各单元。
2、如权利要求1所述的智能终端，其特征在于：微功耗非对称编码光电扫描传感器单元[1]主要由3只光电传感器U9、U10、U11构成；光电传感器U9、U10、U11的1脚分别接至电阻R6、R8、R10以及电容C11、C12、C13，电阻R6、R8、R10的另一端接微处理器A[6]的17脚，电容C11、C12、C13的另一端接地；光电传感器U9、U10、U11的3脚分别接至电阻R7、R9、R12与电容C8、C9、C10，电阻R7、R9、R12的另一端接微处理器A[6]的17脚，电容C8、C9、C10的另一端接地；光电传感器U9、U10、U11的3脚分别接至微处理器A[6]的7、8、9脚，光电传感器U9、U10、U11的2脚与4脚接地。
3、如权利要求1或2所述的智能终端，其特征在于：GPRS无线通讯模块由嵌入式测控模块通过标准的RS-232通讯接口使用AT命令集进行控制，嵌入式测控模块内嵌PPP、TCP/IP、ICMP、HTTP协议栈与WEBServer页面。
4、如权利要求1或2所述的智能终端，其特征在于：管网压力检测单元包括高精度扩散硅压力传感器、精密恒流源和仪表放大器。
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| CN104235467A (zh) * | 2013-06-18 | 2014-12-24 | 北京创洋森科科技发展有限公司 | 微电无线远程阀门控制器 |
| CN105243509A (zh) * | 2015-10-30 | 2016-01-13 | 成都兴联宜科技有限公司 | 智慧城市智能水务系统 |
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