本實(shí)用新型涉及電子技術(shù)領(lǐng)域，特別是一種基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置。

背景技術(shù)：

伴隨著我國城市化進(jìn)程的推進(jìn)，城市的規(guī)模和職能空間空前擴(kuò)大，已逐漸成為一個(gè)地區(qū)政治、經(jīng)濟(jì)、文化的中心。城市供水系統(tǒng)作為城市基礎(chǔ)建設(shè)的重要一環(huán)，對(duì)人民生活水平的提高和城市的繁榮發(fā)展有著舉足輕重的影響。一方面城市規(guī)模的急劇擴(kuò)大和工業(yè)化發(fā)展導(dǎo)致城市用水量大幅增長，另一方面全球氣候變暖以及環(huán)境的惡化導(dǎo)致大量水資源被污染，這使得水資源供求之間的矛盾變得更加尖銳，且水資源短缺問題已引起全社會(huì)的密切關(guān)注，成為全球亟待解決的熱點(diǎn)問題。為了有效降低供水成本、減少水資源浪費(fèi)，保證城市供水的安全性、高效性、可靠性和經(jīng)濟(jì)型，提高供水管理水平和服務(wù)質(zhì)量，充分發(fā)揮巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益，建立全面可靠的供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)已成為各個(gè)供水行業(yè)的當(dāng)務(wù)之急。

目前，我國的城市供水管網(wǎng)監(jiān)控系統(tǒng)采集數(shù)據(jù)主要依靠人工來實(shí)現(xiàn)，主要采取人工巡檢、電話報(bào)數(shù)、現(xiàn)場(chǎng)檢測(cè)、人工操作調(diào)試等監(jiān)控手段。一方面位于監(jiān)控中心的管理人員很難實(shí)時(shí)全面了解整個(gè)管網(wǎng)的運(yùn)行狀況，監(jiān)測(cè)站點(diǎn)必須安排專門工作人員對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)運(yùn)行情況就地監(jiān)測(cè)、記錄、調(diào)節(jié)，定期向控制中心報(bào)告，同時(shí)，由于供水管網(wǎng)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)量眾多且分散，部分監(jiān)測(cè)點(diǎn)地理位置偏僻、交通不便，若對(duì)這些指標(biāo)逐一實(shí)時(shí)檢測(cè)，會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，不僅極大地增加了整個(gè)城市供水系統(tǒng)的運(yùn)營成本，而且實(shí)時(shí)性檢測(cè)也很難得到保證；另一方面人工現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)量偏少，較難全面反映供水管網(wǎng)的運(yùn)營情況，記錄的數(shù)據(jù)也不能直接快速進(jìn)行下一步處理。在這樣的環(huán)境下，只能讓最基本的不缺水和正常運(yùn)行狀況得到保證，卻很難滿足科學(xué)調(diào)度，節(jié)約能源、資源的要求，并且，當(dāng)爆管、失壓等突發(fā)狀況發(fā)生時(shí)，不能做到及時(shí)報(bào)警，導(dǎo)致大量水資源的浪費(fèi)。

基于上述目前城市供水系統(tǒng)的不足，本專利提出基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置。通過對(duì)城市管道中重要節(jié)點(diǎn)的壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行采集，若監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)劇烈變化有危險(xiǎn)時(shí)，智能裝置會(huì)報(bào)警同時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令讓閥門電動(dòng)部門執(zhí)行關(guān)閉管道水流進(jìn)程并且通過GPRS通信裝置向工作人員第一時(shí)間報(bào)告事故地點(diǎn)，方便工作人員及時(shí)檢修，可以減少水資源浪費(fèi),降低故障率和檢修時(shí)間,同時(shí)保證了供水企業(yè)的高效服務(wù)水平,從而實(shí)現(xiàn)城市供水的信息化、現(xiàn)代化管理。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是提供一種基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置，通過對(duì)城市管道中重要節(jié)點(diǎn)的壓力和流量等參數(shù)進(jìn)行采集，若監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)劇烈變化有危險(xiǎn)時(shí)，智能裝置會(huì)報(bào)警同時(shí)會(huì)自動(dòng)發(fā)出指令讓閥門電動(dòng)部門執(zhí)行關(guān)閉管道水流進(jìn)程并且通過GPRS通信裝置向工作人員第一時(shí)間報(bào)告事故地點(diǎn)，方便工作人員及時(shí)檢修，可以減少水資源浪費(fèi),降低故障率和檢修時(shí)間,同時(shí)保證了供水企業(yè)的高效服務(wù)水平,從而實(shí)現(xiàn)城市供水的信息化、現(xiàn)代化管理。

為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型所采用的技術(shù)方案是：一種基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置，其特征在于：包括多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心無線連接；

所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括超聲波流量計(jì)、壓力傳感器、電磁閥控制裝置及控制器，超聲波流量計(jì)和壓力傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器的輸入端連接，電磁閥控制裝置通過D/A轉(zhuǎn)換器與控制器的輸出端連接，控制器還通過GPRS通信模塊與監(jiān)控中心無線連接。

優(yōu)選的，所述控制器還通過液晶控制面板與按鍵模塊及LED顯示屏連接。

優(yōu)選的，所述控制器還與存儲(chǔ)模塊連接。

優(yōu)選的，所述控制器還與時(shí)鐘及復(fù)位電路連接。

優(yōu)選的，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝于供水管道的分叉點(diǎn)之前。

優(yōu)選的，所述控制器為AT89C52單片機(jī)，所述超聲波流量計(jì)為TDS—100超聲波流量計(jì)，所述壓力傳感器為MPM480系列壓力傳感器，所述電磁閥控制裝置采用QT150-0.3角行程電動(dòng)執(zhí)行器。

優(yōu)選的，所述液晶控制面板采用8255A液晶控制面板。

優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)模塊采用6242RAM。

優(yōu)選的，所述按鍵模塊采用4× 4的矩陣式鍵盤。

優(yōu)選的，所述控制器的輸出端還與報(bào)警裝置連接，所述報(bào)警裝置為聲光報(bào)警器。

本實(shí)用新型提供一種基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置，具有以下有益效果：

（1）實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)整個(gè)供水網(wǎng)絡(luò)的壓力、流量信息。

（2）監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常或是劇烈變化時(shí)，及時(shí)報(bào)警，發(fā)生事故時(shí)也可以第一時(shí)間

確定事故地點(diǎn)。

（3）了解現(xiàn)有工況可以為城市管網(wǎng)擴(kuò)張?zhí)峁﹨⒖紨?shù)據(jù)。

（4）對(duì)管網(wǎng)壓力、流量進(jìn)行分析能夠得到漏損信息，及時(shí)檢修可以降低水資源浪費(fèi)。

（5）發(fā)生爆管等嚴(yán)重漏水事故時(shí)，監(jiān)控中心利用站點(diǎn)的電磁閥可以及時(shí)關(guān)閉管道，降低損失。

附圖說明

下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說明：

圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2為本實(shí)用新型的裝設(shè)結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3為本實(shí)用新型的控制流程圖。

具體實(shí)施方式

如圖1所示，一種基于GPRS通信的城市供水系統(tǒng)智能監(jiān)控裝置，其特征在于：包括多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)，多個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)與監(jiān)控中心無線連接；

所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)包括超聲波流量計(jì)、壓力傳感器、電磁閥控制裝置及控制器，超聲波流量計(jì)和壓力傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器與控制器的輸入端連接，電磁閥控制裝置通過D/A轉(zhuǎn)換器與控制器的輸出端連接，控制器還通過GPRS通信模塊與監(jiān)控中心無線連接。

優(yōu)選的，所述控制器還通過液晶控制面板與按鍵模塊及LED顯示屏連接。

優(yōu)選的，所述控制器還與存儲(chǔ)模塊連接。

優(yōu)選的，所述控制器還與時(shí)鐘及復(fù)位電路連接。

優(yōu)選的，所述監(jiān)測(cè)點(diǎn)安裝于供水管道的分叉點(diǎn)之前。

優(yōu)選的，所述控制器為AT89C52單片機(jī)，所述超聲波流量計(jì)為TDS—100超聲波流量計(jì)，所述壓力傳感器為MPM480系列壓力傳感器，所述電磁閥控制裝置采用QT150-0.3角行程電動(dòng)執(zhí)行器。

優(yōu)選的，所述液晶控制面板采用8255A液晶控制面板。

優(yōu)選的，所述存儲(chǔ)模塊采用6242RAM。

優(yōu)選的，所述按鍵模塊采用4× 4的矩陣式鍵盤。

優(yōu)選的，所述控制器的輸出端還與報(bào)警裝置連接，所述報(bào)警裝置為聲光報(bào)警器。

如圖2所示，閥門V1的參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊位于閥門V2與閥門V3支路分叉點(diǎn)的前方,閥門V2的參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊位于閥門V4、閥門V5與閥門V6支路分叉點(diǎn)的前方，以此類推,這樣參數(shù)監(jiān)測(cè)模塊就能準(zhǔn)確地把主管道L1、L2段的參數(shù)反饋給閥門智能監(jiān)控裝置和管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。其中，流量傳感器首先測(cè)出管道中水的流速，再結(jié)合管道內(nèi)徑計(jì)算出瞬時(shí)流量，壓力傳感器通過供水管道上壓強(qiáng)變化引起的壓力膜片上接入電路電阻阻值變化來測(cè)得相應(yīng)數(shù)值，再轉(zhuǎn)化計(jì)算出管道內(nèi)壓力大小，經(jīng)過整理后的數(shù)據(jù)每隔固定時(shí)間通過GPRS無線通信網(wǎng)絡(luò)上傳到監(jiān)控中心，經(jīng)過處理后由人機(jī)交互界面顯示出來，工作人員據(jù)此可以實(shí)時(shí)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)全市供水管網(wǎng)的壓力及流量等情況，如果此時(shí)城市供水系統(tǒng)中某處發(fā)生爆管等嚴(yán)重漏水事故時(shí)，壓力傳感器的上的壓力數(shù)組會(huì)急劇減小，流量傳感器的上的流量數(shù)值會(huì)急劇增大，工作人員通過監(jiān)控中心的報(bào)警信息可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)事故的地點(diǎn)，方便工作人員迅速搶修，并且安裝在站點(diǎn)的實(shí)現(xiàn)控制功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)會(huì)自動(dòng)的關(guān)閉電磁閥閥門，從而在第一時(shí)間控制了水資源，達(dá)到節(jié)約水資源的目的。

流量傳感器主要為獲得通過管道橫截面的瞬時(shí)流量。本裝置流量計(jì)采用TDS—100超聲波流量計(jì)用于監(jiān)控站點(diǎn)的流量，超聲波流量計(jì)是基于速度時(shí)差法，原理是流量計(jì)的兩個(gè)探頭同時(shí)向?qū)Ψ桨l(fā)出信號(hào)，利用信號(hào)穿過介質(zhì)后被對(duì)方收到出現(xiàn)的時(shí)間差與介質(zhì)流速的關(guān)系，即可求出液體流速。超聲波流量計(jì)只需安裝在管道壁上，對(duì)介質(zhì)沒有阻礙作用，安裝維護(hù)不需要關(guān)閉管道閥門，可以測(cè)量導(dǎo)電性很低的液體，在大口徑管道的流量測(cè)量方面有著較大優(yōu)勢(shì)，目前得到了越來越廣泛的應(yīng)用。其具有集成度高、功耗低、抗干擾能力強(qiáng)、測(cè)量精度高、長期工作故障率低、體積小、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，準(zhǔn)確度高達(dá)99.5%，最大流速64m/s，測(cè)量周期為500ms，每個(gè)周期采集128組數(shù)據(jù)，工作溫度范圍為-40℃-160℃。

壓力傳感器，其作用是把壓強(qiáng)信號(hào)轉(zhuǎn)化為4-20mA或是0-5V的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，常被用來測(cè)量氣體、自來水、石油等流體的壓強(qiáng)，將壓強(qiáng)轉(zhuǎn)化為電信號(hào)并上傳給記錄儀等智能化儀表作進(jìn)一步處理。其原理是：介質(zhì)的壓強(qiáng)作用在壓力變送器的膜片時(shí)，會(huì)導(dǎo)致膜片發(fā)生一定形變，形變量正比于其所承受的壓力。膜片形變進(jìn)而引發(fā)壓敏電阻的阻值發(fā)生變化。壓力變送器的電路根據(jù)阻值的變化給出相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)。壓力傳感器的選擇主要考慮：測(cè)量精度、工作溫度、濕度、量程、密封等方面。本裝置采用MPM480系列壓力傳感器用于監(jiān)控站點(diǎn)壓力的測(cè)量，該傳感器防護(hù)等級(jí)較高、體積較小、性價(jià)比高。其輸出電流范圍為4-20mA,供電電源為+24VDC，量程為0-2.0MPa，精確度為±0.25%，介質(zhì)溫度范圍為-30℃-70℃，環(huán)境溫度為工作溫度范圍為-10℃-60℃。

電磁閥控制裝置，本裝置中控制功能要求比較簡單，只要求幾個(gè)位于主供水管道的監(jiān)控站點(diǎn)可以實(shí)現(xiàn)閥門的遠(yuǎn)程開啟和關(guān)閉。電磁閥實(shí)現(xiàn)控制功能的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，安裝在供水管網(wǎng)重要節(jié)點(diǎn)，當(dāng)需要進(jìn)行管道施工，或是發(fā)生管道破裂、入網(wǎng)水被污染等突發(fā)事故時(shí)，監(jiān)控中心可以及時(shí)遠(yuǎn)程關(guān)閉閥門，減少資源浪費(fèi)，降低事故對(duì)市民生活的影響，故障排除后又可以遠(yuǎn)程打開閥門回復(fù)供水。本系統(tǒng)選擇天津百里二通公司生產(chǎn)的型號(hào)為QT150-0.3的回轉(zhuǎn)閥門電動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的控制，該裝置工作原理是，通電后電磁閥的電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)渦桿轉(zhuǎn)動(dòng)，渦桿帶動(dòng)渦輪最終帶動(dòng)閥門軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)實(shí)現(xiàn)閥門的打開閉合。電動(dòng)機(jī)額定電壓380V，功率為0.18kW,額定電流為1.3A，電動(dòng)機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩1500N·m，輸出轉(zhuǎn)速為0.3r/min。

系統(tǒng)以AT89C52單片機(jī)為核心,配合相應(yīng)的傳感器將檢測(cè)到的壓力、流量兩路數(shù)據(jù)經(jīng)變送器處理后,轉(zhuǎn)換成0～5V標(biāo)準(zhǔn)信號(hào),送ADC0809芯片進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換,單片機(jī)每隔500ms循環(huán)采樣一次,采樣5次后進(jìn)行中值濾波,經(jīng)數(shù)據(jù)變換后,在LED上顯示各參數(shù)的實(shí)際值,并將信息發(fā)送到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心。同時(shí)檢測(cè)值與給定值進(jìn)行比較,根據(jù)比較結(jié)果輸出控制信號(hào)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換后輸出控制電壓,經(jīng)ADC0809芯片驅(qū)動(dòng)閥門電動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)對(duì)閥門的自動(dòng)調(diào)節(jié)。為了增加系統(tǒng)的靈活性,設(shè)計(jì)了一個(gè)4× 4的矩陣式鍵盤。鍵碼0～9為輸入的數(shù)字量,按“A”鍵,顯示壓力;按“B”鍵,顯示流量;按“C”鍵,顯示流速;按“D”鍵,顯示流向;按“E”鍵,撤銷報(bào)警;按“F”鍵,投入報(bào)警。

GPRS通信模塊主要是實(shí)現(xiàn)管網(wǎng)流量和壓力數(shù)據(jù)上傳到管網(wǎng)監(jiān)測(cè)中心進(jìn)行分析和顯示，同時(shí)將工作位置提供給工作人員進(jìn)行判斷的作用；6242RAM主要進(jìn)行流量和壓力以及通訊的數(shù)據(jù)儲(chǔ)存；8255A液晶控制面板能夠提高單片機(jī)的接口性能，實(shí)現(xiàn)鍵盤輸入數(shù)據(jù)的讀取和LED的數(shù)據(jù)輸出功能。

如圖3所示，控制流程包括三個(gè)主要環(huán)節(jié):一是實(shí)現(xiàn)各種初始化,包括設(shè)置堆棧指針、8255A芯片初始化、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器0初始化、以及開中斷、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器啟動(dòng)等；二是實(shí)現(xiàn)顯示(按照人機(jī)對(duì)話功能顯示各種不同參數(shù))；三是不斷進(jìn)行鍵盤掃描,判斷是否有鍵按下,若無鍵按下則返回顯示，如有鍵按下則根據(jù)所按鍵實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的人機(jī)對(duì)話功能。

上述的實(shí)施例僅為本實(shí)用新型的優(yōu)選技術(shù)方案，而不應(yīng)視為對(duì)于本實(shí)用新型的限制，本實(shí)用新型的保護(hù)范圍應(yīng)以權(quán)利要求記載的技術(shù)方案，包括權(quán)利要求記載的技術(shù)方案中技術(shù)特征的等同替換方案為保護(hù)范圍。即在此范圍內(nèi)的等同替換改進(jìn)，也在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。