集中供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)的設(shè)計及應(yīng)用

摘 要： 為了解決采取高位水池方式的農(nóng)村集中供水，泵房與蓄水池相距較遠，開泵供水與水池液位協(xié)調(diào)控制困難的問題，采用單片機及GPRS數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，設(shè)計了一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，并對該系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)進行了深入的研究，對系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可靠性進行了實驗。實驗結(jié)果表明，該系統(tǒng)可以實時監(jiān)測蓄水池的液位，自動控制水泵的啟停，控制精確度高，實用性強。

關(guān)鍵詞： GPRS技術(shù)； 遠程監(jiān)控系統(tǒng)； 液位信息； 自動控制

中圖分類號： TN911?34 文獻標識碼： A 文章編號： 1004?373X（2013）17?0096?02

0 引 言

農(nóng)村集中供水項目中，很多利用地勢高程采用高位水池供水方式，解決集中供水難的問題。近距離高位水池供水方式通過采集在蓄水池設(shè)置的高、低液位信號，利用有線的方式控制水泵的啟停，實現(xiàn)水泵自動補水。但是，對于泵房與蓄水池距離較遠，自動控制方式很難實現(xiàn)，只能通過專人看守的方式定點開泵補水，不能實時地掌握蓄水池的液位信息，缺水及溢水現(xiàn)象經(jīng)常發(fā)生，供水穩(wěn)定性差。

針對以上問題，本文基于GPRS傳輸技術(shù)，采用單片機系統(tǒng)設(shè)計了一套遠程監(jiān)控系統(tǒng)，并在山西某供水站進行了測試和現(xiàn)場應(yīng)用。

1 系統(tǒng)設(shè)計框架

1.1 工作原理

根據(jù)集中供水的要求，遠程監(jiān)控系統(tǒng)采取點對點的直接控制方式。在泵房安裝主控系統(tǒng)，實現(xiàn)液位信息的接收、分析，自動控制水泵的啟停，向管理人員發(fā)送液位狀態(tài)、水泵工作狀態(tài)、水泵運行參數(shù)等信息。在蓄水池安裝液位采集系統(tǒng)，實時采集液位信息，并按照設(shè)定的周期傳輸通過GPRS網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)街骺叵到y(tǒng)。實現(xiàn)了液位信息的自動采集及水泵啟停的自動控制，管理人員可以通過信息實時掌握供水狀態(tài)，確保供水的及時性和安全性。系統(tǒng)設(shè)計框架圖如圖1所示。

1.2 控制系統(tǒng)硬件設(shè)計

控制系統(tǒng)硬件電路主要由處理器模塊、GPRS模塊、開關(guān)量控制等部分組成，其結(jié)構(gòu)圖如圖2所示。

處理器模塊采用的是TI公司的功能強大的超低功耗處理器MSP430F149。該單片機具有極低的功耗、強大的處理能力、豐富的外圍模塊、高效的開發(fā)方式等特點。MSP430F149處理器上具有12 位A/D 轉(zhuǎn)換器，2個帶有捕獲/比較寄存器的16位定時器，2個可實現(xiàn)異步、同步的串行通信接口，看門狗。

GPRS通信模塊采用MOTOROLA G24?L Wireless Module，G24?L是一款高速的GSM/GPRS/EDGE模塊，支持四頻傳輸，可以適合惡劣的工作環(huán)境，寬溫版模塊的工作范圍可以達到-30～85 ℃，可以滿足多通道穩(wěn)定傳輸?shù)囊蟆?/p>

1.2.1 主控系統(tǒng)設(shè)計

主控系統(tǒng)通過安裝控制系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)液位數(shù)據(jù)的接收、分析及處理。根據(jù)液位信息，自動啟停水泵，并實時采集水泵運行電壓、電流參數(shù)，判斷水泵的運行狀態(tài)，發(fā)現(xiàn)水泵故障及時報警。為確保水泵啟停操作的可靠性，主控系統(tǒng)增加了水泵運行狀態(tài)反饋信號的采集。主控系統(tǒng)將接收的高、低液位信息及水泵狀態(tài)等信息，以GSM短信的方式發(fā)送給管理人員，供管理人員實時監(jiān)控供水狀態(tài)。

1.2.2 液位采集系統(tǒng)

主控系統(tǒng)通過安裝控制系統(tǒng)硬件電路實現(xiàn)液位數(shù)據(jù)的采集及傳輸。根據(jù)設(shè)定的采集周期，采集蓄水池液位信息，并實現(xiàn)數(shù)據(jù)的GPRS傳輸。液位計選擇浸入式壓阻水位計，基于所測液體靜壓與該液體的高度成比例的原理，采用國外先進的隔離型擴散硅敏感元件的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號，再經(jīng)過溫度補償和線性修正，轉(zhuǎn)化成標準4～20 mA電流信號輸出，綜合精度可達到 ±0.25% F·S。

2 軟件設(shè)計

2.1 液位采集主程序

液位采集系統(tǒng)按照設(shè)備的采集周期，實現(xiàn)液位信息的采集及傳輸，其主程序流程圖如圖3所示。

2.2 主控系統(tǒng)主程序

主控制程序根據(jù)接收的液位信息，判斷開泵及關(guān)泵狀態(tài)，并對水泵的運行狀態(tài)進行監(jiān)測，對于異常狀態(tài)發(fā)送報警信息。其主程序流程圖如圖4所示。

3 結(jié) 語

基于GPRS技術(shù)的集中供水遠程監(jiān)控系統(tǒng)，通過在山西某供水站的安裝應(yīng)用，液位數(shù)據(jù)采集準確，水泵啟?？刂品€(wěn)定可靠，實際使用效果良好。事實證明，該系統(tǒng)可以實現(xiàn)泵房、蓄水池在遠距離分散模式下的自動控制。該監(jiān)控系統(tǒng)可以根據(jù)控制要求，擴展控制點數(shù)，實現(xiàn)多點的擴展控制，降低供水管理人員的工作強度，杜絕缺水、溢水現(xiàn)象，具有較好的推廣價值。

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作者簡介：李健華 男，1977年出生，山東泰安人，研究生，碩士，工程師。主要研究方向為農(nóng)業(yè)電氣化與自動化。