供水管水压远程智能监控系统分析与设计

发布时间：2017-07-26 12:30

  本文关键词：供水管水压远程智能监控系统分析与设计

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【摘要】：目前,中国水资源短缺,使用情况面临着矛盾,一边水资源缺少,为调水解困要投资千亿元,另一边,水资源的低效使用,浪费现象十分严重,其中水的低效使用主要是由供水网管的漏损造成。漏损的控制早已经是全世界关注的课题。理论和研究都表明,压力管理是一种非常经济、有效的降损方法,其对降低管网漏损、预防爆管、控制渗漏反弹、延缓检漏周期以及维护检漏成果起到了积极的作用。压力管理的核心在于压力的监控,结合如今移动互联网时代的物联网、工业4.0等概念,供水压力管理的“物联网化”势在必行。因此,本文分析设计了一种供水管道减压阀压力的远程智能监控系统,本系统包括下位机智能控制器无线终端和上位机Web压力管理系统服务器两部分,主要的内容包括如下几方面:(1)设计使用压力控制减少整个管网漏损的方案,根据原有的压力控制阀门系统,本文分析研究了一种新的控制方式,开发了一款智能控制器终端通过液压驱动阀门来控制出水压力;(2)分析和设计智能控制器终端,控制器的中央处理器选TI公司的MSP430低功耗单片机,结合压力流量传感器技术、电气液技术、嵌入式技术、GSM/GPRS模块的通信技术,实现产品要求的低功耗、时间闭环控制、定时压力监测、液晶菜单界面显示与按键设置等任务要求。(3)上位机压力监控系统前台是基于B/S模式搭建通过浏览器监控,后台基于C/S模式搭建用以Socket通信,采用Java的MVC技术和SQLServer数据库搭建。由于整个控制系统功能要求的复杂性,需要分析和验证下位机无线终端控制器与上位机Web服务器通信协议设计的可靠性。Web服务器还需要在应用层面上搭建与第三方软件的通信协议,使得有权限的第三方软件也能实现监控的功能。(4)管网水压是本系统控制对象的核心,本文设计研发了系统专用控制驱动算法。外界因素造成供水压力波动时,控制器微调执行器须能维持稳住压力;供水压力需要调到指定压力值时,控制器能以粗调和微调相结合的方式实现。下位机控制器选用了μC/OS-II嵌入式实时操作系统来保证设备的实时性与快速响应性,用以实现实时控制阀门工况现场的压力,并且快速响应供水压力参数上报压力管理系统的数据、执行管理系统下发的控制设置等任务。
【关键词】：管网漏损 压力管理 控制器终端 监控系统 通信协议
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP277;TU991.33
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-14
• 第1章 绪论14-21
• 1.1 项目研究背景和意义14-16
• 1.1.1 研究的背景14-16
• 1.1.2 研究的意义16
• 1.2 供水管漏损分析与检测技术16-17
• 1.2.1 漏损分析16-17
• 1.2.2 检测相关技术17
• 1.3 压力管理的理念及意义17-19
• 1.3.1 漏损与压力的关系17-18
• 1.3.2 压力管理的理念18
• 1.3.3 压力控制方法的研究18-19
• 1.4 课题主要研究内容19-20
• 1.5 本章小结20-21
• 第2章 系统总体方案与控制流程分析21-27
• 2.1 原供水压力控制系统21-24
• 2.1.1 原阀门系统先导减压阀的工作原理和作用21-23
• 2.1.2 套筒节流阀工作原理23-24
• 2.1.3 原阀门控制系统24
• 2.2 减压阀执行器接口自动控制方案24-25
• 2.3 压力管理系统综述25-26
• 2.4 本章小结26-27
• 第3章 控制器控制板硬件设计27-38
• 3.1 硬件控制电路板综述27-28
• 3.2 芯片选型与电路设计28-36
• 3.2.1 中央处理芯片选型28-30
• 3.2.2 无线通信模块30-31
• 3.2.3 液晶屏显示模块31-32
• 3.2.4 时钟模块32-33
• 3.2.5 数据存储模块33-34
• 3.2.6 信息参数采集模块34-35
• 3.2.7 驱动输出模块35
• 3.2.8 PCB设计与控制卡35-36
• 3.3 控制器整体结构设计36-37
• 3.4 本章小结37-38
• 第4章 WEB压力管理系统设计与通信协议38-51
• 4.1 减压阀上位机管理系统38-44
• 4.1.1 软件的结构功能设计38-39
• 4.1.2 数据库设计39-40
• 4.1.3 管理系统前台设计40-44
• 4.2 基于TCP/IP协议的Socket远程通信44-50
• 4.2.1 GPRS通信原理及应用特点44-45
• 4.2.2 Socket无线远程通信45-48
• 4.2.3 第三方软件通信协议48-50
• 4.3 本章小结50-51
• 第5章 嵌入式系统与控制算法验证51-67
• 5.1 非嵌入式操作系统51-56
• 5.1.1 主函数顺序调用的结构51-52
• 5.1.2 条件分支调用一般结构52-55
• 5.1.3 时间片轮询结构55-56
• 5.2 嵌入式操作系统56-59
• 5.2.1 嵌入式操作系统的产生56-58
• 5.2.2 μC/OS-Ⅱ嵌入式操作系统58-59
• 5.3 减压阀控制卡监控嵌入式程序59-60
• 5.4 FatFs文件系统60-62
• 5.5 控制算法62-65
• 5.5.1 控制器原理62
• 5.5.2 程序控制算法62-65
• 5.6 现场试验测试验证65-66
• 5.7 本章小结66-67
• 结论与展望67-69
• 全文工作总结67-68
• 不足与完善68-69
• 参考文献69-73
• 致谢73-74
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录74-75
• 附录B 部分C语言底层驱动程序75-80

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