遠程抄表式煤氣壓力記錄儀的設計與實現

鄭國金 寧超群

摘要：文章提出了一種新型的、以遠距離和近距離相結合的方式來檢測煤氣的壓力。當距離檢測地點比較遠的時候，我們采用GSM模塊來實現壓力數據的傳輸；當距離比較近的時候，我們就采用ZIGBEE模塊來進行數據的采集。

關鍵詞：無線抄表；TC35i；CC2530；MSP430F149

中圖分類號：TP274 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2013）35-0035-02

隨著我國城鎮化進程的加劇，煤氣、天然氣成為了城市居民生活的主要燃料來源。煤氣、天然氣屬于易燃、易爆的氣體，稍有不慎，就會造成大范圍的氣體泄漏，從而對民眾生命造成危險，所以對煤氣、天然氣的壓力檢測就顯得尤為重要。國內外對于天然氣管道壓力檢測設備的研究起步都不同，截止到目前在國外的文獻上還查不到太多關于電子式壓力檢測設備的資料，大多還是采用機械式的壓力監測設備。所以，目前迫切地需要一種新型的煤氣壓力檢測方式來代替傳統的人工抄表方式。本設計采用了TC35i和CC2530分別作為無線數據傳輸的芯片來搭建無線數據傳輸模塊。而考慮到低功耗，在處理器部分我們選擇了MSP430F149這一款應用成熟的低功耗處理器。以這三款芯片為核心搭建了硬件平臺。對于數據分析的上位機軟件，我們采用了開發周期短的DELPHI開發平臺，以便更好地來分析所采集到的數據。

1 系統功能及技術指標

由于是基于傳統式壓力記錄儀，所以新型的遠程壓力記錄儀也要具有傳統壓力記錄儀的特點，那就是傳統式壓力儀器的外型和功能，外型方面就是小巧，能夠深入到管道內部，功能就是可以實時地讀取到當前管道的壓力值。然后既然是新型的，所以還需要增加新的功能進來。系統需具有以下主要功能：（1）實時的采樣當前管道的壓力值；（2）將采集到的管道壓力值保存在存儲器里；（3）當管道內的氣體壓力值異常時，實時地發送告警命令；（4）不需要工人去現場就能夠獲取現場的壓力值；（5）可以通過非接觸的方式來調整系統參數。

由于天然氣中轉和采集的現場不是在一個恒溫的環境下，現場的溫度是隨著當地的環境以及地理位置決定的，一旦當地的溫度發生了巨大的改變，也不能夠影響到系統采集煤氣管道的壓力值，所以本系統的賴溫范圍必須要寬泛一些。當溫度變化過大的時候，仍然能夠采集到精確的壓力值。而對于天然氣中轉站，頻繁地進入工作室，就有可能造成明火的帶入，從而引起安全事故，所以系統必須要能夠保證待機的時間長一些，從而減少現場工人進出天然氣中轉站的次數。所以本系統的待機功耗也是一個很重要的技術指標，當現場操作時間減少以后，既減少了安全事故發生的概率，也節約了人力、物力和財力，因而必須要使系統的待機功耗降低。根據現場實際情況，對本系統提出了如下技術指標：（1）工作溫度適應范圍-45℃～+60℃；（2）系統工作時間1年左右；（3）測量精確度0.05%；（4）測量范圍0～0.9MPa；（5）保護等級IP65。

2 系統硬件設計

系統硬件由處理器部分和外圍的模塊所組成，各個模塊負責實現相應的功能，而處理器則負責向各個模塊發送命令，來協調各個模塊來完成系統的工作。圖1為系統整體硬件框圖。

2.1 處理器外圍電路設計

本設計選用的處理器是MSP439F149，對于它的應用已經比較成熟了。當不需要采樣的時候，可以讓它進入低功耗模式，這樣對于系統電源的消耗就大大減少了。在應用時，只需要一個晶振和幾個電容電阻就可以搭建成一個最小系統，根據系統的要求，適當添加一些外設接口。

圖1 系統整體硬件框圖

2.2 ZIGBEE模塊外圍電路設計

由于ZIGBEE工作頻段在2.4G的高頻段，所以對于電路信號線的走線非常重要，線路的走法會很大地影響到無線ZIGBEE模塊外圍電路設計數據的發送。所以為了縮短開發周期，我們選擇了模塊來進行設計，該模塊對外提供了IO，這樣我們只需要像控制芯片一樣來控制該模塊就可以進行短距離的無線數據收發了。本文選用FB2530RF模塊作為ZIGBEE模塊。

2.3 GSM模塊外圍電路設計

根據系統低功耗的要求，選擇了德國西門子的TC35i模塊來實現遠距離的無線數據交換，在控制方式上我們可以通過串口通訊來控制它工作。

3 系統整體軟件設計

由于系統硬件上分為控制部分和現場采集部分，所以在軟件設計上也分為控制模塊的軟件設計和現場采集部分的軟件設計，控制模塊軟件設計流程如圖2所示：

圖2 控制模塊軟件設計流程圖

圖3 現場采集部分軟件設計流程圖

現場采集部分軟件設計流程圖如圖3所示。

參考文獻

[1] 連瑞紅.基于ZigBee的遠程抄表系統設計[J].福建電

力，2007，27（1）：25-27.

[2] 吳在軍，王崢，胡敏強.集中抄表裝置及其通信系統

的研究[J].電網技術，2002，26（2）：44-48.

[3] 馬永強，李靜，馮立營.基于ZigBee技術的射頻芯片

CC2430[J].新器件新技術，2006，（3）：45-47.

[4] 任少華.基于ZigBee的遠程抄表系統收發功能模塊的

研制[D].四川大學，2006.

[5] 朱向慶，王建明.ZigBee協議網絡層的研究與實現

[J].電子技術應用，2006，（1）：129-132.

[6] 張愷，樂愷，和麗.GSM在自動抄表系統中的應用

[J].應用科技，2002，29（1）：23-25.

[7] 孫晨.對GPRS在電力系統的應用[J].電力系統通

信，2003，（11）：38-41.

[8] 胡廣，王芙蓉.GPRS上網的工作方式及其參數介紹

[J].廣東通信技術，2000，20（12）：14-18.

作者簡介：鄭國金，國網四川省電力公司宜賓供電公司安全監察質量部工程師，研究方向：電力安全監督管理；寧超群，湖南人，湖北納福自動化設備有限公司電氣工程師，研究方向：智能電氣控制。