泵站无线监控系统设计

泵站无线监控系统设计（精选5篇）

泵站无线监控系统设计 篇1

摘要：针对小型泵站实时运行工作状况, 从泵站监控运行的特点入手, 设计泵站监控无线数据传输系统。该系统用下位机对泵站监测数据进行实时采集, 通过无线数传模块上传给上位机进行数据处理和监控。详细介绍了单片机和无线数据传输模块的硬件接口设计, 点对多点的无线通信系统软件设计, 为多点泵站监控信号的采集、控制和无线数据通信提供了可靠的解决方案。

关键词：泵站,监控信号采集,无线数据传输

0引言

目前, 装机容量1 000 kW 以下的小型泵站在农田水利、防洪排涝中占有相当大的比例, 若采用传统的单机控制和集中控制方式, 运行管理成本较高。装机容量在100 kW以下的小型泵站, 水泵机组分散, 水泵的起停、水位、流量、温度、转速等运行参数大多靠人工手动操作来完成, 信号采集不准确、人工值守成本高。因此, 实现泵站运行过程的自动监控成为泵站改造的当务之急, 泵站监控信号和无线数据传输是泵站实现监控的关键问题。本系统是以PC机与无线数据传输模块作为中心控制, 设计了丰富的数据采集界面, 实现设备异常报警、数据记录、事件顺序记录、事故追忆等功能。用ARM2132单片机和无线收发模块nRF905构成多个下位机, 将现场采集的监控信号通过数据模块送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 通过下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制目的, 也可以进行现地操作监控水泵运行, 解决了小型泵站信号采集、远距离控制问题, 降低运行人工费用, 提升小型泵站自动化水平。

1硬件设计

1.1系统总体设计

泵站监控无线数据传输系统结构图如图1所示。主站PC机通过USB接口与PL2303HX连接将USB转为串口通信, 可以方便地利用串口与单片机和无线数传模块nRF905进行通信;下位机由ATmega8完成多点泵站监控信号的采集, 转换后送入单片机ARM2132经nRF905无线收发将数据发送到中心控制站, 由PC机完成数据处理、图表绘制、控制指令的处理。中心控制站可以设定运行程序对泵站进行自动运行和监控, 也可以对接收到的信号进行判断和故障分析, 对下位机发出开停机信号, 由执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。系统控制模式有两种:一是泵站可在监控系统设定的模式下自动运行;二是能在现地操作界面上直接设置机组的开停机, 两者可以通过现地操作界面进行转换设置。

1.2监控信号数据采集与控制电路设计

泵站监控信号数据采集与检测主要分为模拟量数据和数字量数据两类, 模拟量检测的数据主要有:水位、水泵轴温、电机温度、流量等;数字量检测的数据主要有:水泵高压启动柜真空断路器和电抗器柜真空接触器的状态、功率补偿器工作状态、水泵工作状态等。模拟量输入通过传感器将检测到的连续电压变化信号经转换处理, 送入到ATmega8单片机的ADC端口如图2所示, ATmega8中的ADC与一个8通道的模拟多路复用器连接, 能够对8路单端电压输人进行采样, 转换精度达到10位, ADC还包括采样保持电路, 以确保输入电压在ADC转换过程中保持恒定。数字量输入通过光电耦合器接入到PB端口。ATmega8单片机可以通过PD端口方便地设置不同的下位机地址, 来区分不同的监测终端。数据收发通过ATmega8的TXD与TXR端口与ARM2132单片机连接。单片机对采集的数据进行地址识别和数据打包后, 通过无线数传模块发送到中心控制站, 中心控制站对接收到的信号进行判断, 并发送开停机信号给ATmega8单片机, 由水泵执行机构控制水泵, 达到开、停机和事故停机自动实时控制。

1.3无线数传模块电路设计

根据泵站监控系统小型化、低功耗、数据无线传输安全可靠稳定的技术要求, 选用ARM2132单片机和nRF905模块构成无线收发模块, 电路连接如图3所示。nRF905是NordicV LSI公司推出的一款无线收发芯片, 工作在433MHz的频率上, MOSI、MISO是发射/接收数据的通道;TRXCE、TXE是收/发通道的控制端;PWRUP是工作模式控制端;CSN、SCK为申行接口控制端;CD是接收模式下载波监测信号输出端;AM是接收到正确的数据包地址后芯片指示信号的输出端。nRF905片内集成了电源管理、晶体振荡器、低噪声放大器、频率合成器、功率放大器、通信协议控制等模块, 曼彻斯特编码/解码由片内硬件完成, 无需用户对数据进行受彻斯特编码, 可直接与单片机的串口进行数据收发, 硬件设计和软件编程都变得非常方便, 适用于工业数据采集以及家庭自动化等领域。单片机选用Philip公司生产的ARM2132单片机, 它具有低功耗、低电压 (与nRF905共用同一电压) 的特性, 适合比较复杂的实时监测系统。

ARM2132单片机主要完成对射频芯片通信过程的控制, 另一方面在上位机中通过USB转串口模块与PC机相连, 设计了USB转串口电路如图4所示。选用PL2303HX芯片, 28脚贴片SOIC封装, 工作频率为12MHZ, 符合USB 1.1通信协议, 可以直接将USB信号转换成串口信号, 波特率从75～1228800, 有22种波特率可以选择, 并支持5、6、7、8、16共5种数据比特位, 实现了TTL电平与PC机USB串口标准电平的相互转换, 可以非常方便地实现PC机与无线收发模块之间的通信;下位机中ARM2132单片机通过TXD0与TXR0端口与ATmega8连接, 实现了泵站数据采集、传输和现地操作控制的功能。

2软件设计

2.1无线收发模块的软件设计

(1) 发射子程序 (如图5所示) 。

①初始化单片机内部参数, 配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为待机模式;②单片机通过定时器定时判断是否有数据发送, 没有数据发送时, 继续等待;③当有数据发送时, 单片机控制模式引脚使nRF905为待机模式;④单片机把要发送的数据通过SPI口写入nRF905的发送缓存区, 并且启动发送;⑤当发送完成后, nRF905结束数据传输, 则通过控制使其回到待机模式。

(2) 接收子程序 (如图6所示) 。

①配置nRF905内部寄存器, 并且控制模式引脚使nRF905为接送模式;②等待接收数据, 单片机判断nRF905数据有效引脚DR, 如果被置高, 说明有数据收到;③单片机通过SPI口以一定的CLK读出nRF905内部接收缓冲区数据;

④判断读出的数据校验是否正确, 如果错误, 则清空数据区, 如果正确保存数据。

2.2PC机通信软件设计

PC机软件采用Delphi7来实现人机界面和通信功能, 软件功能框图如图7所示。

(1) 主界面是整个软件的框架, 管理各个功能模块。

(2) 任务配置模块主要配置采集的各个参数, 包括各个终端模块地址, 采集数据的时间间隔等数据。

(3) 数据采集模块是根据任务, 定时发送采集命令, 读取各个终端的测量点数据, 同时把数据提交给数据库控制模块, 保存数据。

(4) 数据查询模块主要是根据用户要求从数据库中读取数据, 实现数据和图表显示, 同时负责统计数据的功能。

(5) 通信模块是负责把通信命令通过串口发给无线收发模块。

(6) 控制模块负责分析采集来的数据, 当采集的数据值超过用户设定的限值时, 控制模块自动发送停机指令, 也可用户手动控制。

3结语

小型泵站监控的无线数据传输系统, 具有造价低廉, 可靠性高, 能耗低, 适用于各种环境条件下运行等优点, 并且在系统硬件组成不变的情况下通过更改软件设置来适应多种监控运行方式的需要, 可广泛应用于水文检测、灌溉排水、小型水电站远程监控等领域, 在小型泵站实现无人值守或半无人值监控系统中, 具有广阔的应用前景。

参考文献

[1]冯靖, 陈坚.自动化监控系统在高潭口泵站的运用[J].中国农村水利水电, 2007, (3) .

[2]张西良, 丁飞, 张世庆, 等.温室环境无线数据采集系统的研究[J].中国农村水利水电, 2007, (2) .

[3]吕跃刚, 高晨辅, 范俊峰, 等.基于nRF905无线数传模块的设计及其实现[J].微计算机信息, 2006, 22 (11-2) .

[4]邵泊, 李亭亭.nRF905无线收发芯片原理及设计实现[J].现代商贸工业, 2008, 20 (4) .

泵站无线监控系统设计 篇2

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泵站无线监控系统设计 篇3

摘要：在泵站控制系统中，由于PLC具有独特的功能，因此在泵站自动化控制中能起到很大的作用。本文针对抽水泵站系统控制要求，对PLC泵站实现自动化控制的设计进行分析。

关键词：PLC；泵站；控制系统；设计

1.前言

PLC自80年代开始快速发展，在我国工业自动化控制应用领域中，PLC的应用是比较活跃的。由于其具有较高可靠性和应用灵活、使用方便等特点，在自动化控制应用中可以提供安全可靠和相对完善的解决方案，适用于目前企业工业自动化的需求。随着工业自动化技术的不断提高，越来越多的无人值守泵站建成，可以大大的降低泵站运行人工成本，使有限的运行费用用于泵站设备的改造、维修及维护上，从而更好地提高泵站设备使用性。本文针对抽水泵站系统设计为例，运用CUP224与MCGS人机交互界面建立一个自动化控制系统，对水泵运行参数进行实时监控记录，从而确保水泵良好的运行状态，减少停水次数，建立一套泵站“无人值守”控制系统。

2.水泵启动系统组成

离心式水泵，需要在启动前入口真空度达到一定程度时才会启动。那是由于水位已经超出了离心式水泵自吸能力的范畴，通过负压将水引到离心式水泵，然后再启动离心式水泵。如果在规定的时间内离心式水泵没有吸到水，就会影响泵内机械密封等水冷却密封部件。本文主要采用真空泵引水方式。

本控制系统主要是由三个模块组成，即主控制器模块、液位检测模块和人机交互模块。其中：主控制器模块主要完成对过程信号的实时采集和处理；液位检测模块是完成对液位信号的采集和转换，并得出真空度的计算值；人机交互模块是显示监控画面和监视过程运行情况。泵站主要控制对象有水泵系统、真空泵系统、检测压力和液位的仪表等。远程启动水泵的工作条件是真空度测量值小于计算值。

2.1 主控制器模块

根据成本要求及控制点数，本系統采用西门子PLCS7-200 为主控制器，选择 CPU224 作为主机模块，该模块的控制点数 14 点输入，10 点输出，配有 1个 RS-485 通讯/编程口，具有 PPI 通讯、MPI 通讯和自由方式通讯能力，是具有较强控制能力的小型控制器，各项性能均满足泵站控制系统的要求。

2.2 液位检测模块

液位检测模块的核心部件是液位检测传感器，现在一般采用压力传感器、浮球式液位传感器、电感式传感器、穿透式超声波传感器等，都因各种问题不能正常使用。本文采用超声波液位传感器，安全稳定可靠易安装易维护。

该装置的原理是，将压力传感器安装在水泵的出口端，液位传感器安装在井口可以直射液面的地方。设液位传感器安装的位置距液面为h1，h1 为变量，也就是可以任意高度液面时启动水泵；设液位传感器安装的位置距水泵叶轮上端的某一位置为h2，h2为定值，这个位置是固定不变的。h1+h2=H，H是水泵的允许启动高度，也就是泵体内的真空度，用负的Pa单位来表示。发出启动水泵指令后，液位传感器将检测到的h1数值，输送给 PLC 系统，经过 PLC 程序处理后，PLC 系统将检测到的h1 数值加上h2 数值，向压力传感器输送一个H的数值，当压力传感器检测到水泵泵体内的真空度达到该数值时，压力传感器就输出信号，启动水泵电机，至此水泵系统启动结束。位置布局图如图1所示。

图1位置布局图

2.3 人机交互模块

本系统采用 MCGS 通用软件。其是一种连接人和机器的人机界面，具有功能完善、操作简便、可视性好、可维护性强的突出特点。通过与其他相关的硬件设备结合，可以快速、方便的开发各种用于现场采集、数据处理和控制的设备。首先进行驱动构件添加西门子 S7-200PPI，完成 MCGS 与西门子 PLC 的驱动通讯构件；根据实际情况进行父设备与子设备基本参数设置，进而建立数据变量，绘制人机画面窗口。

3系统电气设计的实现

泵的启动/停止控制分手动控制和自动控制两种方式。根据工艺要求，本系统在手动模式下，由现场控制箱面板按钮可启动和停止真空泵，程序无法干预；自动模式下，泵的启动/停止靠程序控制，考虑到安全问题，现场控制箱控制面板按钮也可停止真空泵。真空泵的控制回路设计如图2所示。

图2真空泵控制回路设计

4系统软件的实现

PLC 负责数据采集、与上位机通讯、执行上位机下发的指令以及对泵进行“无人值守”自动控制；配有现场触摸屏，可对现场情况进行工况查看并进行一些基本控制。主程序框架如图3所示。

图3主程序结构框架

4.1 真空度计算的软件实现

真空度的计算值由液位传感器采集的液位 h1计算得到。

4.2 上位机监控画面设计

该系统的上位机监控部分由 MCGS 软件完成。操作人员可以进行泵的安装高度、水箱高度等设置和修正，同时对液位测量值的监控和历史数据的记录。监控画面如图4所示。

图4 监控编辑画面

5.结语

由于PLC 的泵站控制系统具有快速可靠的性能，利用液位传感器计算压力值，与实测的真空度进行比较，可以有效实现水泵的精确启停控制，提高了工作效率和安全性，达到了理想的启停效果，满足工程实际应用的要求。对于无人值守泵站的不断建成，我们就对其进行更多的研究，以确保各控制泵站点的可靠运行及控制系统下执行机构的利用率，进而减少故障发生次数，延长设备使用寿命，达到节能降耗的目的。

参考文献：

[1]高强，叶红军.数控加工程序编写实际应用分析[J].中国新科技新产品.2013，15（1）

[2]周涛.城市自来水泵房监控系统研究与实现[D].镇江江苏大学，2008.

泵站无线监控系统设计 篇4

目前对于独立的泵站, 建设一套计算机监控系统实现现场的监控, 已经有非常成熟的解决方案, 相关的工程案例也非常多, 而通过建设远程计算机网络, 实现异地的监控, 也有非常多的成功案例。这些解决方案, 大多基于现地的PLC+传输设备 (工业总线、局域网) +上位机 (组态软件) 的方式实现 (结构见图1) , 优点是监测范围广, 实时性好, 但缺点是造价高, 需要传输设备支持。当存在大量的中小泵站需要进行运行监测时, 其投入的成本和对基础设施 (计算机网) 的要求非常高, 几乎无法实施。

对于广大的中小泵站来说, 找到一套网络要求低、设备造价少的状态监测系统解决方案, 成为系统建设的重点;同时, 由于泵站数量众多, 在进行远程监控时, 如何将这些大量的泵站运行状态标注到一个尽量简洁、直观的界面上, 并且在系统监测软件的构架上, 还必须将已经实现计算机监控的泵站融合到一起, 因此, 系统监测软件的开发也是系统建设的一个重点。

2 解决方案

2.1 体系架构

本文所设计的泵站远程监测系统是基于在线自动测量技术、计算机技术以及相关的专用监测软件和通讯网络所组成的一个综合性的在线自动监测、统计、处理系统。它相对于普通的计算机自动控制系统来说, 最典型的区别在于:是基于“有人看护值班、信息自动监测传输”要求进行的系统设计, 保留日常运行管理人员, 实现泵站状态的自动传输和统一显示, 因此, 应该具备以下几个条件。

2.1.1 具有独立的监控功能

在分层分布式泵站远程自动监测中, 按照监测对象的分布进行设置, 每个监测模块作为一个设备单元, 可以利用通信通道连接到资源共享的网络上实现分散控制。根据IEEE对分布式系统的要求, 各现地单元应具备自治性、模块性和并行性。

2.1.2 具有传输能力

既然要实现泵站运行信息的自动传输, 系统不仅应该具备现地的各种监测功能, 更主要必须保证与远方监测中心进行数据交换, 上传有关信息。对于本项目来说, 必须选择一套覆盖面广、建设成本和运营费用低、维护量小的信息传输网络。

2.1.3 统一的运行监测平台

有别于常规的泵站计算机监测系统, 本系统的监测对象主要是大量中小型泵站, 同时还包括已建成的一些有计算机监控系统的大型泵站。需要利用计算机软件技术, 在尽可能简洁的显示界面下, 显示尽可能多的泵站信息, 可以和其他防汛指挥软件实现整合和数据共享, 因此要求在监测软件的开发中, 脱离通常的组态软件开发模式, 采用更通用化的开发语言例如:VB、C、C++等。

经过上面的分析, 可以看出, 本项目的体系结构应如图2所示, 是一个包含现地监测、通讯网络、中心软件的多层架构。

2.2 现地监测

现地监测的功能主要是用于将传感设备监测到的信号量采集并传输到监控中心的设备, 包括监测各运行状态的仪器仪表和监测主机组成。

由于各泵站均已实现电气化, 对于泵站的启停观测, 直接通过现地控制柜中的交流接触器即可获得;对于需要监测的如电流、电压等参数, 通过新添加的仪器仪表也可以取得, 这些观测仪器仪表市场上均有成熟的产品, 均为常用的自动监测设备, 安装调试也和普通的泵站计算机监控系统相同, 在此不一一赘述。

与通常的泵站计算机监控系统相比, 本系统的最大区别在于现场没有采用PLC+上位机的结构, 而是采用了集成化的测控终端, 与普通的PLC相比, 该种测控终端价格更低, 集成度更高, 并且集成了数据传输模块, 可以直接进行数据发送, 相当于整合了部分上位机的功能, 缺点是可以接入的仪表数量和控制功能相对简单;但对于本系统的监测对象来说, 已经能够满足每个泵站所需报送的状态信息, 以本项目中使用最多的测控终端WNC2000为例:它支持模拟量 (4～20 mA) 10个, 开关量20个, 当接入点数量增加时, 还可以通过加入扩展模块进行扩展, 相对于传统的PLC+模拟量模块+开关量模块+通讯模块来说, 这种测控终端价格低 (设备价格仅相当于1个中档PLC的CPU模块) , 集成度高 (整合了通讯模块) , 安装部署方便 (设备体积仅相当于一般的MODEL) , 因此对于监测的信息量不大的情况下, 采用这种一体化监测终端是现有条件下的最佳选择。同时通过SD卡可以实现信息存储功能, 能够在通讯中断时自动记录采集的信号量, 以备通讯恢复时将监测信号重新发送至监测中心。

2.3 通讯信道的选择

通信系统是监测站网建设工程信息采集子系统的信息传输基础, 它的优劣直接影响系统信息及时、准确向中心站汇集。如何准确、及时地将信息传递到中心是本系统设计的关键环节, 考虑到工程造价和运营费用, 较为可行的方案是采用公网的传输方案, 目前能够覆盖大部分泵站的公网传输方式主要有以下几种。

2.3.1 ADSL

利用电话信道, 带宽较大, 但这种传输方式是一种非对称的传输模式, 下载带宽 (网页浏览) 远大于上传带宽 (监测数据传输) , 难以满足数据传输的需要, 而且其覆盖范围和实际带宽效果依赖与接入点与主光纤的距离, 难以覆盖大部分泵站。

2.3.2 GPRS/CDMA

利用移动/联通的无线手机网络, 覆盖面较广, 能够覆盖大多数泵站, 能够提供点到点的实时数据连接;GPRS的峰值速率为115.2 kbit/s;CDMA 1X系统的峰值速率为153.6 kbit/s, 但从实际测试的结果看, GPRS在本地覆盖范围更广, 而且实际测试的有效带宽更大;因此在系统建设中, 采用了GPRS通信方式发送系统数据, 其优势表现如下。

(1) 实时性强。

GPRS网络具有永远在线的特点, 只要设备打开在1～3 s内就可以登陆到核心网络, 数据时延在700～3 000 ms之内。

(2) 稳定性好、覆盖好。

GPRS网络是在GSM网络上加载的分组交换网, 核心设备在移动公司机房, 在信号较弱的地方可以自动切换编码方式, 增加冗余码保证数据的传输, 基本上在移动手机有信号的地方都可以使用GPRS网络, 覆盖面广。

(3) 价格低。

由于GPRS网络按照流量收费, 在数据传输量不是很大并终端特别多的情况下还可以按照APN接入点的流量收费, 整体网络运营费用较低。

2.4 集中监测软件的架构

解决了现场参数的采集和传输问题, 在监控中心, 就需要开发1套监测软件来显示这些实时采集到运行信息;通常的处理方法有两种:一种是数据接收软件+数据库+显示界面;另一种是利用测控终端自带的组态软件, 直接显示监测数据, 同时利用组态的数据库功能, 在数据库中定时写入监测记录。这两种方案均是普遍采用的常规方案, 软件开发难度低, 但均有不足之处, 主要表现如下。

(1) 采用数据接收软件+数据库+显示界面的方式。在水资源计量、用电远程抄表系统中应用较多, 监测数据通过数据接收软件接收后直接写入数据库, 显示界面的开发通常可以使用通用的软件开发语言, 可以很方便的与其他指挥系统相连, 但采集到的数据经过的流程长, 实时性低;在常规的编程方式下, 显示的只是用户打开这个页面时数据库中的最新数据, 实时运行信息则无法自动更新示到界面, 无法达到运行状态的动态显示;虽然在程序开发中可以添加诸如定时刷新页面的功能, 但又会出现刷新间隔和系统资源占用的矛盾, 很难达到实用性和实时性的平衡。

(2) 利用测控终端自带的组态软件, 系统监测数据直接显示在自带的组态程序中, 数据一旦接收, 即显示在组态界面上, 实时性高, 但缺点是受组态软件本身制约, 很难与其他系统融合, 界面中只能显示当前系统数据, 在本项目中, 其他利用专网进行监测的水利工程监测的实时信息无法整合到一起, 很难加入其它功能, 功能局限性大, 扩展困难。

因此, 在本项目监测软件的开发中, 笔者进行调研, 决定采用一种不同于以往的架构模式:通用工业控制协议OPC+通用开发语言, 既满足了系统的实时性要求, 又保证系统的扩展性。OPC (用于过程控制的OLE) 作为一个工业标准, 它由一些世界上占领先地位的自动化系统和硬件、软件公司与微软 (Microsoft) 紧密合作而建立的, 这个标准定义了应用Microsoft操作系统在基于PC的客户机之间交换自动化实时数据的方法, 取代了原来的DDE, 可以作为一个组件加入到.net的开发环境中。通过这个开发环境, 可以在编程过程中将远程变量在软件界面上进行实时显示, 同时.net的强大开发能力, 可以整合其他业务系统, 实现监测系统与业务系统的无缝连接, 软件的结构参考图3。

在本项目监测中心软件具体实现方式如下。

(1) 建立无线测控终端的OPC服务器, 无线测控系统采集到的数据通过架设在中心的OPC服务器进行发布。

(2) 对于已建成通过PLC方式实现的其它自动控制系统, 通过PLC或组态软件自带的OPC功能实现OPC服务, 利用PLC或组态软件中自带的OPC服务功能, 可以在软件开发中实时访问其中的变量, 实现了泵站无线监测系统与其他计算机自动控制系统的融合。

(3) 开发的监测软件通过添加OPC组件, 可以访问上述OPC服务器中的所有变量信息, 利用.net的强大功能, 可以对这些OPC服务器发布的状态变量进行任意组合, 整合到业务系统中。

2.5 与GIS的整合

信息技术的发展, 特别是软件技术的发展, 使得监测系统软件在建设中, 不但仅仅考虑数据的正确显示, 同时对软件界面和显示方式的要求也越来越高, 但在监测系统领域, 往往仍停留在以表格形式显示数据的层次, 这一方面在于组态软件的扩展性较低, 不能支持更加活泼的显示模式, 另一方面在于这些监测系统通常应用的领域对于监测点位置信息要求不高, 用户通常对于数据的关注度远远大于对空间属性的关注;但对于本系统来说, 系统所面向的指挥决策人员往往不仅仅关注每个泵站实时的运行状态, 同时也要关注这些泵站所处的位置以及周边的社会经济和地形地貌, 因此, 在显示运行状态的同时表现泵站的地理位置和地形地貌, 也是本系统软件开发工作的一项重大任务。

综合软件开发的难度、显示效果和平台购置的成本, 本项目采用了外购的地理信息系统开发平台, 通过在.net开发环境中加入地理信息系统库, 可以在软件界面中插入本地区的电子地图, 相关的河流、湖泊、地形地貌等都可以作为独立的图层加入, 通过开发图层控制功能用户在浏览时可以选择打开/关闭相应图层, 查找自己感兴趣的目标, 同时在地图中还将本项目监测的各个泵站作为独立图层加入到地图中。通过编程, 用户可以在显示的地图中点击某个泵站, 就可以将选中的泵站突出显示, 并标记其运行状态, 要查看详细信息时, 也可以通过界面选择, 以表单形式显示泵站的详细信息。

3 总结与展望

本系统目前已经实际投入运行, 从目前的情况看, 运行比较正常, 采用的硬件设备运行稳定, 没有发生异常;软件系统也具备了比较高的稳定性, 用户使用的反响也较好, 但也有部分不足之处。

(1) 基于OPC接口的监测中心软件开发经验不足, 对于变量和接口的定义未能在设计之初进行统一规划, 各变量和接口的定义在软件编程过程中多次扩充, 修改, 命名不够规范, 后期扩展的成本较高, 希望能在今后的项目中引起重视, 在设计之初即对所有的监测项目和变量进行统一设计, 规范命名。

(2) 由于先期实施的部分项目选择的电器仪器仪表没有按照相关的规范要求选型和施工, 辅助接点少, 在现场很难取到需要监测的信号, 需要改装或更换, 造成了浪费;在今后的类似项目的设计和施工中, 要注意在选择相关设备时, 充分考虑今后的自动化接口是否完备, 预留扩展空间。

(3) 由于软件需求调研不够充分, 或者要求不够明确, 不能形成统一的报表, 只能在开发过程中随时添加和修改, 而且报表样式不够活泼, 需要进一步扩展。

尽管存在一些不足, 但本项目的建设还是达到了预期的目的, 在硬件设备和网络构建上选择了比较成熟的模式, 比较好地结合了经济性和实用性, 软件建设中有所拓展, 为多系统整合做出了有益的尝试。由于笔者水平有限, 在系统构架中还存在许多不足之处, 希望广大读者能够积极指出, 为系统今后的建设完善多提宝贵意见。

摘要：针对大量中小型泵站设计了无线远程监测系统, 详细介绍了泵站无线监测系统的组成和架构, 并在监控中心设计了基于OPC协议的监控平台, 融合了此前多家单位开发的其它监测自动化系统, 在系统前台显示界面的开发中, 整合了GIS功能, 实现了异构网络情况下多种工业自动控制系统的融合。

泵站无线监控系统设计 篇5

关键词：无线通信;湿温度监测;单片机;串口通信;VC

1 引 言

随着经济发展，各行各业需要监测湿温度的场合越来越多。现有的湿温度监测系统多是采用有线传输，不仅要敷设大量的电缆，而且电源线，控制线，信号线混在一起，可能会出现相互之间的干扰。尤其是当监测点过多时，布线复杂，有线传输的问题会更严重。因此需要建立一套稳定可靠，管理科学，高效率的湿温度监测系统。本文介绍的无线湿温度监测系统，改进和克服了有线的上述缺点。改变温湿度测量点位置和增加或减少测量点数目都非常方便。

2 方案设计

2.1 系统框图

整个系统可由多个无线传感器节点和一个中心节点组成。其中，无线传感器节点分布在需要测量的现场,由湿度传感器和温度传感器完成对周围环境湿温度数据采集，送至单片机进行处理并在液晶模块显示，然后通过无线发射模块将数据发送出去。监测中心节点负责接收传感器节点的数据，由单片机处理后通过RS-232 串口传至PC 端，进行图像的绘制，数据的处理和储存。当湿温度超过预设阀值时，中心节点处蜂鸣器进行报警提示。

2.2 技术指标

温度测试范围：-55- +125 ℃ 测试精度：0.5 ℃湿度测试范围：10%-100%RH 测试精度：1%RH无线传输范围：开阔地80m 左右。

3 系统组成模块

3.1 无线发射接收模块

系统通过无线收发模块传输现场采集的数据，系统所处环境较恶劣，对数据传输的可靠性要求较高。综合考虑以上因素，采用以nRF2401AG 为核心芯片的无线数传模块。nRF2401AG 是单片无线收发一体的芯片。模块工作电压为2.7~3.6V，内置天线;采用全球开放2.4GHz ISM 频段，免许可证使用;采用高效GMSK 调制最高传输速率达到1Mbit/s，抗干扰能力强;有125 个频道，可满足多频及跳频需要;内置硬件CRC 检错，支持点对多点通信地址控制。

模块可以通过软件设置地址，只有收到本机地址时才会输出数据，可直接连接各种MCU，软件编程非常方便。nRF2401AG 可通过软件设置40 bit 的地址，适合点对多点的数据传输;CRC 纠检错硬件电路和协议，提高了系统的可靠性，且不再需要用软件对传输数据进行差错控制编码，简化了软件编程。PTR4000PA 是PTR4000 的功率加强型产品，传输距离更远(开阔地约300-400m，室内约 50-100m)。nRF2401AG 最突出的特点是具有一种ShockBurstTM Mode(突发模式)的通信模式。ShockBurst Mode 使用芯片内部的先入先出堆栈区，数据可以从低速微控制器送入，高速(1 Mb/s)发射出去，字头和校验码由硬件自动添加和去除。其优点是功耗低，抗干扰能力强。

3.2 温度测量模块

温度传感器采用采用 Dallas 公司的单总线数字温度传感器 DS18B20，芯片内部集成了温度传感器和模数转换器。其测温范围为-55-+125℃，测量的温度值可编程为9、10、11 和12 位数字表示，相应温度分辨力分别为0.5℃、0.25℃、0.125℃ 和 0.0625℃。用户可设定温度超标报警的上、下限值。

DS18B20 为一线通信接口，必须先完成ROM 设定，否则记忆和控制功能将无法使用。主要首先提供以下命令之一：1)读ROM，2)ROM匹配，3)搜索ROM，4)跳过ROM，5)报警检查。这些指令操作作用在没有一个器件的64 位光刻ROM 序列号，可以在挂在一线上多个器件选定某一个器件，同时总线也可以知道总线上挂有多少，什么样的设备。

3.3 湿度测量模块

湿度传感器采用HS1101。HS1101 是HUMIREL 公司生产的变容式相对湿度传感器，采用独特的工艺设计。

HS1101 测量湿度采用将HS1101 置于555 振荡电路中，将电容值的变化砖换成电压频率信号，可以直接被微处理器采集。

555 芯片外接电阻R57，R58 与HS1101，构成对HS1101 的充电回路。7 端通过芯片内部的晶体管对地短路实现对HS1101 的放电回路，并将引脚2，6 端相连引入到片内比较器，构成一个多谐波振荡器，其中，R57 相对于R58 必须非常的小，但决不能低于一个最小值。R51 是防止短路的保护电阻。

HS1101 作为一个变化的电容器，连接2 和6 引脚。引脚作为R57 的短路引脚。HS1101 的等效电容通过R57 和R58 充电达到上限电压(近似于0.67 VCC，时间记为T1)，这时555 的引脚3 由高电平变为低电平，然后通过R58 开始放电，由于R57 被7 引脚内部短路接地，所以只放电到触发界线(近似于0.33 VCC，时间记为T2)，这时555 芯片的引脚3 变为高电平。通过不同的两个电阻R19， R20进行传感器的不停充放电，产生方波输出。

由此可以看出，空气相对湿度与555 芯片输出频率存在一定线性关系。给出典型频率湿度关系(参考点：25℃，相对湿度：55%，输出频率：6.208k Hz)。可以通过微处理器采集555 芯片的频率，然后查表即可得出相对湿度值。为了更好提高测量精度，也可采用下位机负责采集频率，将频率值送入上位机进行分段处理的方法。

4 PC 机与数据处理