水表數(shù)據(jù)采集無線傳輸管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)

發(fā)布：2018-12-18 | 點擊：人次

摘要：水表數(shù)據(jù)采集無線傳輸管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)資訊由優(yōu)秀的流量計、流量儀生產(chǎn)報價廠家為您提供。摘要：由于生產(chǎn)型企業(yè)對全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)抄表的有線網(wǎng)絡(luò)布線工作具有一定的困難，設(shè)計了對分布在某廠區(qū)各處的50塊水表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的無線組網(wǎng)方式，并通過中控室工作站對現(xiàn)場。更多的流量計廠家選型號價格報價歡迎您來電咨詢，下面是水表數(shù)據(jù)采集無線傳輸管理系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)文章詳情。

由于生產(chǎn)型企業(yè)對全廠范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)抄表的有線網(wǎng)絡(luò)布線工作具有一定的困難，設(shè)計了對分布在某廠區(qū)各處的50塊水表進(jìn)行數(shù)據(jù)采集的無線組網(wǎng)方式，并通過中控室工作站對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行顯示、處理、計算并保存。實現(xiàn)系統(tǒng)穩(wěn)定運行，完成在生產(chǎn)型企業(yè)中對生產(chǎn)用水的流量進(jìn)行統(tǒng)計和分析，實現(xiàn)實時抄表，提高生產(chǎn)效率，降低生產(chǎn)成本。

關(guān)鍵字：無線數(shù)據(jù)，傳輸數(shù)據(jù)庫，服務(wù)器

1引言

生產(chǎn)型企業(yè)主要生產(chǎn)用水是指直接用于工業(yè)生產(chǎn)的水。對水處理系統(tǒng)采用實時監(jiān)控系統(tǒng)，能夠及時細(xì)致地了解用水量的變化，便于采取相應(yīng)的措施，用戶受到地理環(huán)境和工作內(nèi)容的限制，對有線網(wǎng)絡(luò)、有線傳輸?shù)牟季€工程具有極大的不便。這時，采用無線監(jiān)控可以擺脫線纜的束縛，具有安裝周期短、維護(hù)方便、擴(kuò)容能力強(qiáng)，迅速收回成本的優(yōu)點。本文介紹的水表數(shù)據(jù)采集傳輸管理系統(tǒng)是根據(jù)某生產(chǎn)型企業(yè)的室外距離較遠(yuǎn)及生產(chǎn)辦公環(huán)境已較完善的現(xiàn)狀而設(shè)計，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時無線傳輸，并在中控室對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲、分析和管理。

本系統(tǒng)由電磁流量計采集現(xiàn)場水流量，采集點共有50處，廠區(qū)長2km，寬1km，采集點分布在廠區(qū)的各個用水地方。要求所有電磁流量計的信號以無線傳輸?shù)姆绞讲杉街锌厥遥谥锌厥业纳衔粰C(jī)上實現(xiàn)電磁流量計數(shù)據(jù)的實時監(jiān)控，做出相應(yīng)的數(shù)據(jù)統(tǒng)計、報表分析、歷史曲線。完成現(xiàn)場數(shù)據(jù)采集的電磁流量計采用TOSHIBATIG系列，轉(zhuǎn)換器為LF402型，可外接GPRS通訊模塊或無線數(shù)據(jù)傳輸電臺。考慮到此生產(chǎn)企業(yè)的現(xiàn)狀，采用NH719-1數(shù)傳電臺，上位數(shù)據(jù)采集處理軟件采用VB6.0，數(shù)據(jù)庫使用SQLserver2000來完成定時抄表功能。要求記錄各個采集點的流量瞬時值和總流量（即到目前為止的累積量）。

2無線傳輸系統(tǒng)

2.1組網(wǎng)方式

系統(tǒng)采用主站+從站的組網(wǎng)方式，主站位于中控室，從站分布于各個水表現(xiàn)場。系統(tǒng)組網(wǎng)方式如圖1所示。

圖1系統(tǒng)組網(wǎng)方式

本項目采用NH719-1數(shù)傳電臺，采用先進(jìn)的頻率合成技術(shù)，CPU鎖相環(huán)控制，配合調(diào)制解調(diào)器，可提供語音或數(shù)據(jù)信號的透明傳輸，適應(yīng)各種點對點、點對多點的無線數(shù)據(jù)通信方式，具有收發(fā)一體、安裝方便、使用簡單、性價比高、穩(wěn)定可靠等特點，廣泛用于各種數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)程采集控制系統(tǒng)中。

國家信息產(chǎn)業(yè)部無線電管理局專門給SCADA系統(tǒng)辟出了223~235MHz的無線數(shù)據(jù)通信專用頻段。據(jù)此NH719-1數(shù)傳電臺工作頻率選用230MHz（220~240MHz可調(diào)），zui大發(fā)射功率為25W，可支持RS232和RS485通訊接口，傳輸速率可調(diào)（1200/2400/4800/9600b/s）。

系統(tǒng)主站位于中控室。系統(tǒng)主站的無線數(shù)傳電臺負(fù)責(zé)接收各個分站傳來的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。再通過工作站RS232串口將數(shù)據(jù)傳輸給上位系統(tǒng)，由上位系統(tǒng)對數(shù)據(jù)進(jìn)行存儲分析。系統(tǒng)共有50個分站，分布在各個用水處。分站的無線數(shù)傳電臺負(fù)責(zé)接收電磁流量計采集的實時數(shù)據(jù)，再將數(shù)據(jù)發(fā)送給主站的無線數(shù)傳電臺。

2.2通訊協(xié)議

系統(tǒng)主站與從站的通訊采用主從掃描式通訊協(xié)議，每次通訊過程均由主機(jī)發(fā)起，然后從機(jī)進(jìn)行響應(yīng)，回傳規(guī)定的信息，完成一次通訊過程。主機(jī)發(fā)送至從機(jī)的信息由4字節(jié)組成，第1字節(jié)是起始碼（0x2A），第2字節(jié)為從機(jī)地址，其編碼：0~127（zui高二進(jìn)制位另有定義），第3字節(jié)為數(shù)據(jù)分類命令，第4字節(jié)是結(jié)束碼（0x2E）。從機(jī)接受到主機(jī)命令信息后，按命令要求回傳測量數(shù)據(jù)。從機(jī)響應(yīng)主機(jī)命令，回送10個字節(jié)數(shù)據(jù)，分為命令段、數(shù)據(jù)段、校驗和、結(jié)束標(biāo)志4部分。

2.3通訊測試

通訊測試的步驟如下。

1）從站參數(shù)設(shè)定。為每個從站的電磁流量計設(shè)定從機(jī)號和統(tǒng)一通訊速率。

2）選定通訊頻段。每個無線數(shù)據(jù)傳輸電臺上設(shè)有8位撥碼開關(guān)，通過調(diào)整撥碼開關(guān)可為電臺選定不同的頻段。所有電臺必須選擇相同的通訊頻段，即撥碼開關(guān)設(shè)為一致。通過實驗，為無線通訊選定無干擾的通訊頻段。

3）實現(xiàn)無線通訊。由主站的PC發(fā)出通訊命令，首先在發(fā)送給從機(jī)的信息結(jié)構(gòu)中將地址碼設(shè)為1，功能碼設(shè)為瞬時流量對應(yīng)的編號00，再加上起始碼和結(jié)束碼一起通過主站的電臺發(fā)送出去。1號從機(jī)接收到主機(jī)命令信息后，生成10字節(jié)的響應(yīng)信息數(shù)據(jù)，在數(shù)據(jù)段的位置填充要求的數(shù)據(jù)，將其回傳給主站。主站接收后再將發(fā)送給從機(jī)的信息數(shù)據(jù)中的功能碼改為總流量對應(yīng)的編號04，再次發(fā)送出去。1號從機(jī)接收到之后，在數(shù)據(jù)段的位置填充總流量值，再次回傳給主站。至此完成了主站和1號從站的通訊，主站再將地址碼改為2，完成與2號從機(jī)的通訊，直到完成與50號從機(jī)的通訊，才算完成了一次完整的采集過程。

3數(shù)傳電臺天線的選擇和安裝方式

由于生產(chǎn)型企業(yè)需要同時運轉(zhuǎn)許多大型生產(chǎn)設(shè)備，這些設(shè)備的高功率強(qiáng)磁場在一定程度上影響著無線數(shù)字傳輸?shù)馁|(zhì)量，因此無線數(shù)傳電臺天線的選擇變得至關(guān)重要。

按照正確的硬件安裝方法安裝并進(jìn)行設(shè)定之后，如果還不能接收到準(zhǔn)確無誤碼的信息，則需檢查安裝的天線是否合適。系統(tǒng)主站的位置緊鄰大型生產(chǎn)設(shè)備運轉(zhuǎn)車間，如果將普通的吸盤天線安裝在控制室室內(nèi)，會導(dǎo)致信號無法傳輸?shù)綇恼?。所以必須將天線架設(shè)在室外無干擾的地點來保證傳輸質(zhì)量。這需要延長數(shù)傳電臺與工作站之間的連接線，將數(shù)傳電臺和電源延伸到室外，由于天線的室外安裝點到室內(nèi)工作站的位置的長度在10m左右，則主站可采用RS232接口的數(shù)傳電臺，如果這一距離過遠(yuǎn)，則需更換數(shù)傳電臺為RS485接口，同時通過RS485-232轉(zhuǎn)換模塊來完成數(shù)傳電臺與工作站之間的通訊。為得到更加穩(wěn)定無誤碼的通信數(shù)據(jù)，主站天線采用玻璃鋼天線來代替普通的吸盤天線，可以減少信號干擾，保證通訊質(zhì)量。為了避免雷雨天氣強(qiáng)電流對設(shè)備的損壞，需在玻璃鋼天線和數(shù)傳電臺之間增加避雷器。

系統(tǒng)從站的數(shù)傳電臺與電磁流量計連接，所選用的電磁流量計為RS485接口，則從站數(shù)傳電臺采用RS485接口。從站安裝地點大多為室外空曠地點，因此采用一般的吸盤天線就可以完成準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)傳輸。吸盤天線需安裝在鐵質(zhì)物體上，可以獲得較好的通信效果。部分從站數(shù)據(jù)采集點位于大型建筑物底層，則將饋線適當(dāng)延長，保證天線架設(shè)高度不低于二層樓高。如果從站數(shù)據(jù)采集點置于地井下，考慮到地下的信號吸收和地井蓋的屏蔽作用，電臺的天線采用小型橡皮天線或定制相應(yīng)天線置于井蓋表面。同時將數(shù)傳電臺的供電電壓和電臺發(fā)射功率適當(dāng)提高也可改善通訊質(zhì)量。系統(tǒng)如圖2所示。

圖2數(shù)傳電臺與天線的連接

4軟件設(shè)計和功能實現(xiàn)

軟件部分主要完成現(xiàn)場信號的獲取、處理及計算，結(jié)果的顯示、保存和打印等功能。抄表周期設(shè)為6min，系統(tǒng)每隔6min發(fā)起一次數(shù)據(jù)采集過程，每次數(shù)據(jù)采集過程要依次完成對50塊水表的瞬時水流量和累積用水量的采集。

4.1數(shù)據(jù)采集

中控室工作站對現(xiàn)場信號的獲取是通過主機(jī)RS232串口與無線數(shù)據(jù)傳輸電臺的通訊實現(xiàn)的，是軟件部分的核心。VB語言是基于Windows操作系統(tǒng)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計語言。VB帶有專門管理串行通訊的MSComm控件，利用它只需要設(shè)置幾個主要參數(shù)就可以實現(xiàn)PC機(jī)與無線通訊模塊的串行通訊。

4.2數(shù)據(jù)庫設(shè)計

SQLserver功能強(qiáng)大，能完整實現(xiàn)數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)的所有功能。系統(tǒng)設(shè)計的數(shù)據(jù)庫表如下：數(shù)據(jù)庫名稱為C；數(shù)據(jù)表為水表。

工作站將從PC串口上采集到的現(xiàn)場數(shù)據(jù)在VB組態(tài)畫面上顯示，同時存入SQLserver數(shù)據(jù)庫的CS數(shù)據(jù)庫的水表表單下。

4.3系統(tǒng)畫面創(chuàng)建

本系統(tǒng)中zui重要的功能為實時數(shù)據(jù)顯示。實時數(shù)據(jù)顯示的畫面如圖3所示。

圖3實時數(shù)據(jù)顯示

其他功能為歷史數(shù)據(jù)查詢、數(shù)據(jù)曲線圖、報表繪制、打印操作、值班員值班記錄等窗體界面。

5結(jié)論

系統(tǒng)采用無線傳輸管理系統(tǒng)之后降低了綜合成本，即只需一次性投資，無須挖溝埋管，且維護(hù)費用低。系統(tǒng)經(jīng)過調(diào)試運行：保證了在長2km寬1km的廠區(qū)內(nèi)的水表數(shù)據(jù)的無線傳輸，且運行穩(wěn)定、實時性強(qiáng)、誤碼率低，滿足全部生產(chǎn)要求。上位系統(tǒng)功能齊全，能夠保存歷史數(shù)據(jù)長達(dá)1a，為生產(chǎn)的成本分析提供了強(qiáng)大的保障，降低了清水用量和生產(chǎn)開支，同時降低了生產(chǎn)勞動強(qiáng)度，提高了管理水平。

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