專利名稱：城市自來(lái)水管網(wǎng)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及城市自來(lái)水生產(chǎn)和供水管理中主干管網(wǎng)的無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)量、控制技術(shù)，具體是一種城市自來(lái)水管網(wǎng)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端。
背景技術(shù)：
在現(xiàn)有技術(shù)中，國(guó)內(nèi)自來(lái)水供水管理部門對(duì)主干管網(wǎng)流量、流速、壓力三個(gè)測(cè)控參數(shù)的測(cè)量、傳輸、控制主要依靠引進(jìn)國(guó)外“遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)”；國(guó)產(chǎn)“遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)”或自制無(wú)線電臺(tái)等。但引進(jìn)國(guó)外“遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)”價(jià)格昂貴，如以色列BERMAD公司的900系列，其終端設(shè)備價(jià)格為國(guó)內(nèi)產(chǎn)品的3-5倍，系統(tǒng)費(fèi)用更高達(dá)國(guó)內(nèi)同類產(chǎn)品的10倍以上；而國(guó)內(nèi)系統(tǒng)的技術(shù)完備性和可靠性尚未成熟，主要問(wèn)題是測(cè)控終端設(shè)備的智能化程度不夠，測(cè)控參數(shù)不全，數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的誤碼率較高，系統(tǒng)的容錯(cuò)性不好；自辦無(wú)線電臺(tái)方式雖然能可靠運(yùn)行，但系統(tǒng)費(fèi)用高，維護(hù)工作量巨大也是不可忽視的缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)之不足，提供一種新型的城市自來(lái)水管網(wǎng)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，能方便系統(tǒng)集成，成本費(fèi)用合理，并具有可擴(kuò)充性；該測(cè)控終端高度智能化，能可靠長(zhǎng)期穩(wěn)定運(yùn)行，測(cè)控參數(shù)完備，采用編碼數(shù)據(jù)經(jīng)移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳輸使其具有高抗干擾能力和數(shù)據(jù)容錯(cuò)性；并使系統(tǒng)的運(yùn)行費(fèi)用、維護(hù)費(fèi)用盡量低廉，特別適合于城市自來(lái)水主干管網(wǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控，為城市給排水管網(wǎng)城域化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程管理提供全新的解決方案。

發(fā)明內(nèi)容
實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用下述方案無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，包括嵌入式測(cè)控模塊和GPRS無(wú)線通訊模塊。嵌入式測(cè)控模塊包括微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元、管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元、閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元、紅外通訊單元、存儲(chǔ)器單元、微處理器A、微處理器B、供電及電源監(jiān)控單元，其連接關(guān)系為微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元和管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元連接至微處理器A；閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元、紅外通訊單元、存儲(chǔ)器單元和GPRS無(wú)線通訊模塊連接至微處理器B；供電及電源監(jiān)控單元分別連接至其它各單元。
嵌入式測(cè)控模塊模塊的核心由雙RISC(精簡(jiǎn)指令系統(tǒng))單片機(jī)構(gòu)成，一個(gè)完成累計(jì)流量、瞬時(shí)流量、正反流量、管網(wǎng)壓力的采集；一個(gè)完成遠(yuǎn)程無(wú)線通訊和閥門控制邏輯的產(chǎn)生，確保系統(tǒng)長(zhǎng)期可靠的運(yùn)行。
所述的微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元主要由3只光電傳感器U9、U10、U11以及微處理器A構(gòu)成。檢測(cè)指示機(jī)構(gòu)內(nèi)加裝的光電編碼環(huán)，從而達(dá)到對(duì)累計(jì)流量和瞬時(shí)流量正反計(jì)量的目的。
管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元包括高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器、精密恒流源和儀表放大器。
GPRS無(wú)線通訊模塊是現(xiàn)有的兼容了GSM技術(shù)和GPRS技術(shù)的移動(dòng)通訊模塊，它支持雙頻(EGSM900和GSM1800)與快速GPRS技術(shù)，具有高速的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)下載能力，因此被視為目前最佳的應(yīng)用終端無(wú)線接入方案。GPRS模塊由嵌入式測(cè)控模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口使用AT命令集進(jìn)行控制，嵌入式測(cè)控模塊內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、ICMP、HTTP協(xié)議棧與WEBServer頁(yè)面。GPRS模塊通過(guò)內(nèi)部的通訊協(xié)議實(shí)現(xiàn)與GPRS網(wǎng)絡(luò)間的通訊，從而建立起測(cè)控終端基于GPRS網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)通訊，實(shí)現(xiàn)管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)與終端間的測(cè)控管理。
現(xiàn)場(chǎng)紅外通訊模塊利用紅外通訊技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控終端的安裝、設(shè)置和現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)。
采用上述方案的無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，能實(shí)現(xiàn)累計(jì)流量、瞬時(shí)流量、壓力的實(shí)時(shí)檢測(cè)，閥門的閉環(huán)控制，并能管理供電，實(shí)現(xiàn)電池能量檢測(cè)；該智能終端還支持內(nèi)存、閥狀態(tài)、電池能量、通訊等系統(tǒng)的自檢、自恢復(fù)和告警功能。并通過(guò)嵌入式測(cè)控模塊的控制由GPRS模塊完成與無(wú)線通訊網(wǎng)絡(luò)間的呼叫建立和數(shù)據(jù)通信功能，從而實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程測(cè)控的目的。無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端由市電和鋰電池供電，為了保證在市電停電的情況下，無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端能在電池供電的情況下長(zhǎng)時(shí)間可靠工作和數(shù)據(jù)熱備份，整機(jī)采用了微功耗技術(shù)設(shè)計(jì)，在電池供電的情況下，通訊單元電路不能激活工作，此時(shí)靜態(tài)電流小于15uA，最大動(dòng)態(tài)電流小于60mA，功耗極低，能保證電池長(zhǎng)時(shí)間工作，確保停電時(shí)也能可靠計(jì)量。


圖1為本智能終端的原理方框2為本智能終端的電路原理3為本智能終端與水表結(jié)合使用的結(jié)構(gòu)示意4為遠(yuǎn)程測(cè)控終端網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)構(gòu)成圖具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖和實(shí)例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明如圖1所示，無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端電路部分由GPRS模塊9和嵌入式測(cè)控模塊組成，嵌入式測(cè)控模塊包括微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元1、管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元2、閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元3、紅外通訊單元4、存儲(chǔ)器單元5、微處理器Risc Mcu A6、微處理器Risc Mcu B7、供電及電源監(jiān)控單元8，其連接關(guān)系為微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元1和管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元2連接至微處理器A6；閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元3、紅外通訊單元4、存儲(chǔ)器單元5和GPRS無(wú)線通訊模塊9連接至微處理器Risc Mcu B7；供電及電源監(jiān)控單元8分別連接至其它各單元。GPRS無(wú)線通訊模塊由發(fā)射單元9-1、功率放大單元9-2、數(shù)字語(yǔ)音單元9-3、數(shù)字信號(hào)處理MCU協(xié)議9-4和接口單元9-5按現(xiàn)有通常的連接形式組成，由嵌入式測(cè)控模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口使用AT命令集進(jìn)行控制。
管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元包括高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器、精密恒流源和儀表放大器。
終端的工作原理是微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器1將流量信息轉(zhuǎn)換為有序的電脈沖信號(hào)傳給測(cè)量微處理器Risc Mcu A6，由微處理器將其轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的正反流量，并進(jìn)行流量累計(jì)和瞬時(shí)計(jì)算；累計(jì)流量計(jì)滿9999999m3時(shí)，自動(dòng)歸零并上報(bào)管理中心，終端采用直插式擴(kuò)散硅壓力傳感器實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)壓力實(shí)時(shí)檢測(cè)；所有檢測(cè)數(shù)據(jù)自動(dòng)熱備份，保證10年不丟失；測(cè)量微處理器檢測(cè)的數(shù)據(jù)通過(guò)I2C總線傳送給通訊控制微處理器，經(jīng)內(nèi)部通訊協(xié)議處理后再經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)RS-232接口傳送到GPRS無(wú)線通訊模塊9，由GPRS無(wú)線通訊模塊9通過(guò)無(wú)線移動(dòng)通訊網(wǎng)絡(luò)傳送到管理中心計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，并接收由管理中心發(fā)出的控制命令，由通訊控制微處理器處理后送相應(yīng)機(jī)構(gòu)執(zhí)行，終端由電源管理模塊8檢測(cè)供電情況，如市電停止供電時(shí)，自動(dòng)切換為鋰電池供電工作，完成檢測(cè)和數(shù)據(jù)備份工作，為保證電池長(zhǎng)時(shí)間有效工作，在市電停電期間，終端不支持GPRS間的數(shù)據(jù)通信，直到市電恢復(fù)供給；閥門控制采用閉環(huán)控制，以保證控制準(zhǔn)確到位，終端在檢測(cè)到閥門動(dòng)作不到位時(shí)，能嘗試再動(dòng)作，以防止偶然動(dòng)作失誤帶來(lái)的控制失效。此外，終端還具有功能自檢、主動(dòng)向管理中心報(bào)告的功能，以便管理人員及時(shí)維護(hù)；終端內(nèi)部的測(cè)控參數(shù)可根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況結(jié)構(gòu)、元件的變化通過(guò)紅外接口再編程，具有很好的可維護(hù)和可升級(jí)性。
本發(fā)明的電路原理參見(jiàn)圖2，其中，微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元1主要由3只光電傳感器U9、U10、U11構(gòu)成；光電傳感器U9、U10、U11的1腳分別接至電阻R6、R8、R10以及電容C11、C12、C13，電阻R6、R8、R10的另一端接微處理器Risc Mcu A6的17腳，電容C11、C12、C13的另一端接地；光電傳感器U9、U10、U11的3腳分別接至電阻R7、R9、R12與電容C8、C9、C10，電阻R7、R9、R12的另一端接微處理器Risc Mcu A6的17腳，電容C8、C9、C10的另一端接地；光電傳感器U9、U10、U11的3腳分別接至微處理器Risc McuA6的7、8、9腳，光電傳感器U9、U10、U11的2腳與4腳接地。
參見(jiàn)圖3，主干管網(wǎng)自來(lái)水由進(jìn)水口流進(jìn)水表12，經(jīng)水表計(jì)量機(jī)構(gòu)的計(jì)量和指示機(jī)構(gòu)的記錄后，再流經(jīng)電控閥10，由出水口流出。指示機(jī)構(gòu)在記錄的同時(shí)，將流量信息傳遞給無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端11的微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器。水表的計(jì)量機(jī)構(gòu)是葉輪式水量轉(zhuǎn)換機(jī)構(gòu)。計(jì)量機(jī)構(gòu)與指示機(jī)構(gòu)之間靠磁性傳動(dòng)或直接傳動(dòng)。軸承采用高耐磨特殊材料，所以水表具有耐磨性好的優(yōu)點(diǎn)。水表閥門采用二次閥，用微功耗電控閥控制一個(gè)小流量的通道，靠管網(wǎng)自身的壓力執(zhí)行閥的動(dòng)作。所以，無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端能夠在電池供電的情況下控制閥門的狀態(tài)。水表的閥門具有功耗小、執(zhí)行動(dòng)作堅(jiān)定、速度快、抗高壓等優(yōu)點(diǎn)。
圖參見(jiàn)4，遠(yuǎn)程測(cè)控終端系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)包括管理中心局域網(wǎng)或互聯(lián)網(wǎng)，測(cè)控計(jì)算機(jī)，移動(dòng)GPRS通訊網(wǎng)絡(luò)，無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，服務(wù)代理服務(wù)器，收費(fèi)代理服務(wù)器等。無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端經(jīng)移動(dòng)GPRS無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和管理中心測(cè)控計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成自動(dòng)計(jì)費(fèi)、收費(fèi)和供水管理系統(tǒng)。系統(tǒng)中，局域網(wǎng)或廣域網(wǎng)構(gòu)成管理部門內(nèi)部計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，測(cè)控計(jì)算機(jī)經(jīng)GPRS網(wǎng)絡(luò)抄讀和控制智能終端設(shè)備，測(cè)控計(jì)算機(jī)是管理計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和GPRS網(wǎng)絡(luò)、遠(yuǎn)程分布的智能測(cè)控終端的接口；服務(wù)代理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)Internet與用戶聯(lián)接，實(shí)現(xiàn)用戶用水服務(wù)查詢和電子商務(wù)付費(fèi)服務(wù)；收費(fèi)代理計(jì)算機(jī)系統(tǒng)經(jīng)專線電話網(wǎng)與銀行聯(lián)結(jié)，實(shí)現(xiàn)銀行代收(扣)費(fèi)。
權(quán)利要求
1.城市自來(lái)水管網(wǎng)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，其特征在于它由GPRS無(wú)線通訊模塊[9]和嵌入式測(cè)控模塊組成，嵌入式測(cè)控模塊包括微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元[1]、管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元[2]、閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元[3]、紅外通訊單元[4]、存儲(chǔ)器單元[5]、微處理器A[6]、微處理器B[7]、供電及電源監(jiān)控單元[8]，其連接關(guān)系為微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元[1]和管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元[2]連接至微處理器A[6]；閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元[3]、紅外通訊單元[4]、存儲(chǔ)器單元[5]和GPRS無(wú)線通訊模塊[9]連接至微處理器B[7]；供電及電源監(jiān)控單元[8]分別連接至其它各單元。
2.如權(quán)利要求1所述的智能終端，其特征在于微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元[1]主要由3只光電傳感器U9、U10、U11構(gòu)成；光電傳感器U9、U10、U11的1腳分別接至電阻R6、R8、R10以及電容C11、C12、C13，電阻R6、R8、R10的另一端接微處理器A[6]的17腳，電容C11、C12、C13的另一端接地；光電傳感器U9、U10、U11的3腳分別接至電阻R7、R9、R12與電容C8、C9、C10，電阻R7、R9、R12的另一端接微處理器A[6]的17腳，電容C8、C9、C10的另一端接地；光電傳感器U9、U10、U11的3腳分別接至微處理器A[6]的7、8、9腳，光電傳感器U9、U10、U11的2腳與4腳接地。
3.如權(quán)利要求1或2所述的智能終端，其特征在于GPRS無(wú)線通訊模塊由嵌入式測(cè)控模塊通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的RS-232通訊接口使用AT命令集進(jìn)行控制，嵌入式測(cè)控模塊內(nèi)嵌PPP、TCP/IP、ICMP、HTTP協(xié)議棧與WEBServer頁(yè)面。
4.如權(quán)利要求1或2所述的智能終端，其特征在于管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元包括高精度擴(kuò)散硅壓力傳感器、精密恒流源和儀表放大器。
全文摘要
城市自來(lái)水管網(wǎng)無(wú)線遠(yuǎn)程測(cè)控智能終端，包括嵌入式測(cè)控模塊和GPRS無(wú)線通訊模塊。嵌入式測(cè)控模塊包括微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元、管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元、閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元、紅外通訊單元、存儲(chǔ)器單元、微處理器A、微處理器B、供電及電源監(jiān)控單元。微功耗非對(duì)稱編碼光電掃描傳感器單元和管網(wǎng)壓力檢測(cè)單元連接至微處理器A，閥門控制及閥門位置檢測(cè)單元、紅外通訊單元、存儲(chǔ)器單元和GPRS無(wú)線通訊模塊連接至微處理器B，供電及電源監(jiān)控單元分別連接至其它各單元。該終端高度智能化，運(yùn)行穩(wěn)定，測(cè)控參數(shù)完備，具有高抗干擾能力和數(shù)據(jù)容錯(cuò)性，運(yùn)行、維護(hù)費(fèi)用低廉，特別適合于城市自來(lái)水主干管網(wǎng)的遠(yuǎn)程測(cè)控，為城市給排水管網(wǎng)城域化、信息化、網(wǎng)絡(luò)化的遠(yuǎn)程管理提供全新的解決方案。
文檔編號(hào)G05D16/00GK1514323SQ0313561
公開(kāi)日2004年7月21日 申請(qǐng)日期2003年8月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月18日
發(fā)明者魏慶華, 江朝元, 李勇, 胡彬 申請(qǐng)人:重慶市智能水表有限責(zé)任公司