CN202628477U - 一种水资源远程监控及水泵电机保护系统 - Google Patents

一种水资源远程监控及水泵电机保护系统 Download PDF

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张玉杰
惠洒乐
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Abstract

本实用新型公开了一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，包括微处理器，所述微处理器还连接有键盘电路，水文信息传感器电路，电机参数采集及控制单元，LCD显示模块和系统电源，所述微处理器通过无线通信模块连接上位机，所述电机参数采集及控制单元将水泵电机输出的三相电压信号和三相电流信号分别通过电压互感器和电流互感器，传递给微处理器的电能计量芯片，电能计量芯片的输出电压和电流等参数与设定的阈值进行比较，进而判断水泵是否工作正常，若出现异常向微处理器发送报警信号，并立即进行保护，能够满足大范围水资源监测以及水泵电机保护的需求，保障水资源远程调度的可靠性。

Description

一种水资源远程监控及水泵电机保护系统
技术领域
本实用新型涉及水资源监控，水泵电机保护和无线通信领域，具体涉及一种水资源监控及水泵电机保护系统。 
背景技术
水是地球生物赖以存在的物质基础，水资源是维系地球生态环境可持续发展的首要条件，合理利用水资源是保护水资源的重要手段之一。我国地域辽阔，江海湖泊众多，水资源的监测以及合理利用是国民生产的重要环节。水泵作为水资源输送设备，其安全可靠性已越来越成为衡量大型泵站机组质量的重要指标。 
水泵电机常年工作与潮湿的环境中，地理位置偏僻，容易出现缺相和低压，造成水泵电机的损坏，电机的损坏不仅会影响正常的生产生活，造成巨大的经济损失，甚至有可能酿成事故。目前的水资源监控系统只关注水资源的信息参数，对于电机是否工作在正常的情况下并不清楚，水泵电机长时间工作于低压或过载的环境下很容易损坏。因此，监测水资源的同时监测水泵电机的运行状况，随时掌握设备的运行状态和老化规律，并预测机组可能存在的隐患，避免突发性故障，控制渐进性故障，对运行机组进行有针对性的状态监控，从而极大地提高水泵机组的可靠性，延长无故障工作时间，减少检修和维护费用，充分发挥泵站效能。 
发明内容
为了克服上述现有技术的缺点，本实用新型的目的在于提供了一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，能够满足大范围水资源监测以及水泵电机保护的需求，保障水资源远程调度的可靠性。 
为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是： 
一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，包括微处理器，所述微处理器还连接有键盘电路，水文信息传感器电路，电机参数采集及控制单元，LCD显示模块和系统电源，所述微处理器通过无线通信模块连接上位机。
优选的，所述电机参数采集及控制单元将水泵电机输出的三相电压信号和三相电流信号分别通过电压互感器和电流互感器，传递给微处理器的 电能计量芯片。 
优选的，所述水文信息传感器电路采集水资源现场的水位、水温、水流量的水文数据。 
优选的，所述无线通信模块选用GSM/GPRS通信模块，GSM Modem所用的SIM卡是不同的，以此来区分各个不同的被测站点。 
优选的，所述微处理器选用STM32。 
通过上述技术方案，本实用新型的有益效果是： 
某一区域有多个水源地，对水源地的区域号进行记录，一个水源地有多个水泵，给每个水泵进行编号，现场采集该水源地的水位、水温、水流量等水温参数以及电机运行过程中的电压、电流等参数，将采集的电机运行参数与设置相关保护的阈值相比较，如果达到动作条件就切断水泵电机电源，对水泵电机进行保护。
附图说明
图1是本实用新型的工作原理图。 
图2是本实用新型的电路原理示意图。 
具体实现方式
下面对本实用新型的结构原理，工作原理作进一步说明。 
参照图1，一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，包括微处理器，所述微处理器还连接有键盘电路，水文信息传感器电路，电机参数采集及控制单元，LCD显示模块和系统电源，所述微处理器通过无线通信模块连接上位机； 
水泵电机的保护功能有：过压保护、欠压保护、电压不平衡保护、电机过载保护、电机欠载保护、电流不平衡保护、缺相保护等。 
微处理器选用STM32，STM32 系列 32 位闪存微处理器使用来自于 ARM 公司具有突破性的Cortex-M3 内核，该内核是专门设计于满足集高性能、低功耗、、实时应用于一体的嵌入式领域的要求。 
键盘电路采用点触式按键，完成本地参数的设置功能，设置的参数包括时间日期、过压阈值、电压不平衡阈值、电流不平衡阈值等；以及系统的菜单选择功能，包括上翻、下翻、确认、退出等功能。 
LCD显示模块选用芯片12864，主要用于设置值显示或参数显示。 
电机参数采集及控制单元是现将水泵电机输出的三相电压信号和电流信号通过电压互感器和电流互感器，将大电压和大电流信号经过隔离转换之后，然后输入电能计量芯片ATT7026A, ATT7026A 内部集成了一个 SPI 串行通讯接口，通过该接口可方便的实现与外部微处理器的通讯。SPI 接口包含 2 条控制线和 2 条数据线，分别为 CS，SCLK，DIN 和 DOUT。将电能计量芯片的输出电压和电流等参数与设定的阈值进行比较，进而判断水泵是否工作正常，若出现异常立即进行保护，并向计算机发送报警信号。 
水文信息传感器电路只要是采集水资源现场的水位、水温、水流量等水文数据。温度传感器采用DS18B20数字式温度传感器，输出数字信号；液位测量选用MPM489W型液位变送器，流量传感器采用FL16。计算机通过分析某一个站点水资源的水文参数，实现对该站点水资源的监测，为水资源的调度提供依据。 
无线通信模块选用GSM/GPRS通信模块，GSM Modem所用的SIM卡是不同的，以此来区分各个不同的被测站点。监测站点可通过GSM Modem向计算机或手机发送水资源信息和水泵电机运行信息，也可接收来自计算机或手机的指令信息。 
参照图2， STM32系列芯片有两个外接时钟，8MHz和32.768KHz，当系统正常工作的时候，系统的工作频率由8MHz晶振提供，当系统进入休眠模式或者低速模式的时候由32.768KHz晶振提供。选择不同的BOOT0和BOOT1，系统将会有不同的启动模式，RESET引脚为系统提供复位。 
水泵电机运行时的三相电压和三相电流经过电压互感器和电流互感器，将大电压大电流信号变成小电压和小电流信号，互感器还起到隔离和抗干扰的作用；将电压信号和电流信号经过送入ATT7026A的AD转换器进行采样，通过SPI总线的方式送入微处理器。 
水温监控选用DS18B20数字温度传感器，直接将数字信号送入微处理器，水位传感器MPM489W输出的是4-20mA的电流信号，经过一个电阻变成电压信号，然后进行AD转换，转换后的结构送入微处理器，水流量传感器选用FL16，水流量的测量结果可以通过串口直接传送。本设计用到了5个按键，这五个按键分别接微处理器的五个IO端口。显示采用12864液晶显示器，PB8-PB15接的是数据线，PB0是液晶屏的背光控制，RS数据/指令控制为接微处理器的PB1,RW读写控制位接微处理器的PB2,EN使能段接微处理器的PB3。键盘的功能如下表所示： 
S1 S2 S3 S4 S5
菜单键 上翻键 下翻键 确认键 退出键
图示中含义如下：
OSC-IN：8M晶振输入
OSC-OUT：8M晶振输出
OSC32-IN：32.768k晶振输入
OSC32-OUT：32.768k晶振输出
BOOT0/1：启动管脚
RESET：复位管脚
PA1-5&&PB0-3&&PB8-15：输入输出端口（IO口）
UART：串行通信接口
GPIO：普通输入输出口
GSM/GPRS：通信模块
FL16:水流量传感器
MPM489W：水位传感器
DS18B20：数字温度传感器。
本实用新型的完成能够满足大范围水资源监测以及水泵电机保护的需求，提高水资源利用的可靠性。 
以上显示和描述了本实用新型的基本原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。 

Claims (5)

1.一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，其特征在于，包括微处理器，所述微处理器还连接有键盘电路，水文信息传感器电路，电机参数采集及控制单元，LCD显示模块和系统电源，所述微处理器通过无线通信模块连接上位机。
2.根据权利要求1所述的一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，其特征在于，所述电机参数采集及控制单元将水泵电机输出的三相电压信号和三相电流信号分别通过电压互感器和电流互感器，传递给微处理器的电能计量芯片。
3.根据权利要求1所述的一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，其特征在于，所述水文信息传感器电路采集水资源现场的水位、水温、水流量的水文数据。
4.根据权利要求1所述的一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，其特征在于，所述无线通信模块选用GSM/GPRS通信模块，GSM Modem所用的SIM卡是不同的，以此来区分各个不同的被测站点。
5.根据权利要求1所述的一种水资源远程监控与水泵电机保护系统，其特征在于，所述微处理器选用STM32。
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