基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

以網(wǎng)關(guān)為中心，以數(shù)據(jù)采集模塊采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，設(shè)計了基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝、調(diào)試簡單，維護方便，可用于單個小區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，也適用于多個小區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)測。測試和實際應(yīng)用的效果證明了該系統(tǒng)的有效性和可行性，也為類似數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)提供成功的可借鑒的經(jīng)驗。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)絡(luò) 泵房監(jiān)控 遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng) 網(wǎng)關(guān)

1 引言

隨著現(xiàn)代社會的發(fā)展，居民小區(qū)越來越大，配套設(shè)施越來越完善，如現(xiàn)代小區(qū)的監(jiān)控中心的視頻監(jiān)控系統(tǒng)（監(jiān)視小區(qū)的各個出入口，每個電梯內(nèi)的情況及關(guān)鍵道路）；消防、電梯應(yīng)急報警系統(tǒng)等已是現(xiàn)代小區(qū)的必備設(shè)施。這些設(shè)施終端安放于小區(qū)監(jiān)控中心，值班人員隨時監(jiān)視小區(qū)的的主要場所情況，并了解消防應(yīng)急設(shè)備、電梯的運行情況，更重要的是在這些被監(jiān)控的設(shè)備發(fā)生事故時第一時間響應(yīng)，并采取相應(yīng)的措施，使事故損失減少到最低。所以住宅小區(qū)的配套設(shè)備乃至整個城市，再大到整個國家和地球的各種數(shù)據(jù)監(jiān)測尤為重要。

馬為紅等設(shè)計了一種可燃氣體報警器采集節(jié)點、可燃氣體報警器匯聚傳輸節(jié)點并完成服務(wù)器云管理平臺的搭建，該文設(shè)計的溫濕度補償算法提高了可燃氣體報警器的采集精度，多級報警策略使可燃氣體預(yù)警更智能，數(shù)據(jù)傳輸加密算法使數(shù)據(jù)傳輸更安全，系統(tǒng)可以應(yīng)用在居民小區(qū)環(huán)境對可燃氣體泄露智能預(yù)警。路小娟應(yīng)用以太網(wǎng)、組態(tài)王軟件、OPC對象鏈接和嵌入技術(shù)，開發(fā)了電梯群遠程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)了與監(jiān)控中心的計算機控制系統(tǒng)的雙向通信。但以網(wǎng)關(guān)為中心設(shè)計的以數(shù)據(jù)采集模塊采集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)較好地達到了遠程數(shù)據(jù)采集、監(jiān)測的目的。

2 住宅小區(qū)泵房的數(shù)據(jù)監(jiān)測

對于住宅小區(qū)泵房的數(shù)據(jù)監(jiān)測，目前基本都是在泵房現(xiàn)場的控制柜進行觀測，所以泵房需要經(jīng)常有人巡視，巡查水泵的運行情況，是否有故障、是否壓力正常。而小區(qū)的泵房基本都建在小區(qū)某棟樓的地下負一層，進出需要經(jīng)過幾道門，比較麻煩?，F(xiàn)場水泵運行的聲音也非常嘈雜，所以巡查水泵的運行情況是一件很辛苦的事情，需要耗費一定的人力和時間。而且現(xiàn)場巡查對于一些缺乏安全常識及安全意識的人來說也是一件非常危險的事情。

針對這些情況，本文搭建了以網(wǎng)關(guān)為中心的無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)，該系統(tǒng)數(shù)據(jù)監(jiān)測不需要親自到達泵房現(xiàn)場就可以監(jiān)測泵房數(shù)據(jù)，安全、可靠，節(jié)省人力和時間。系統(tǒng)搭建簡單，不需要編寫復(fù)雜的程序，經(jīng)過測試和實際應(yīng)用證明了該系統(tǒng)的有效性和可行性，也為類似系統(tǒng)的提供了可借鑒的經(jīng)驗。

3 基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)

以某小區(qū)為例，該小區(qū)泵房有生活水泵4臺（其中高區(qū)生活水泵2臺，低區(qū)生活水泵2臺），消防水泵2臺，噴淋水泵2臺。要監(jiān)測數(shù)據(jù)有：每個水泵的運行、故障情況，共8臺水泵，16個數(shù)字量；高、低區(qū)生活水泵供水壓力4個、消防水泵供水壓力4個、噴淋水泵供水壓力2個共8個壓力。另外，因為現(xiàn)場一般生活水泵采用變頻器控制，還需要采集高、低生活區(qū)變頻器故障信號2個數(shù)字量。

國內(nèi)外小區(qū)智能化產(chǎn)品的應(yīng)用現(xiàn)狀的了解，提出了新型集水、電、氣等資源計量及安全監(jiān)控于一體的住宅群智能管理系統(tǒng)，這是符合目前國內(nèi)市場需求的小區(qū)智能化產(chǎn)品，其性能可靠、安全適用、節(jié)能、經(jīng)濟。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計

基于無線網(wǎng)絡(luò)的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)的搭建如圖1所示。系統(tǒng)中各模塊采用24V電源，圖中電源略。

各模塊之間的數(shù)據(jù)傳輸采用標準的MODBUSRTU協(xié)議，接口采用RS485通信接口。數(shù)據(jù)線采用雙屏蔽電纜防止現(xiàn)場設(shè)備干擾。系統(tǒng)中，水泵及變頻器的故障和運行的數(shù)字信號送到數(shù)字量采集模塊；水泵的壓力信號送到模擬量采集模塊；再將采集到的所有數(shù)據(jù)送到網(wǎng)關(guān)。

3.2 數(shù)據(jù)采集部分

數(shù)據(jù)采集分由數(shù)字量采集模塊（簡稱DI模塊）和模擬量采集模塊（簡稱AI模塊）組成。

3.2.1 DI模塊

用于采集小區(qū)泵房的生活、消防、噴淋水泵的運行、故障信號及變頻器故障信號和液位開關(guān)信號。數(shù)據(jù)采集可以以多路復(fù)用選擇器作為模擬信號的輸入端口，從而實現(xiàn)多路模擬信號的采集，然后通過一定的信號濾波處理來確保數(shù)據(jù)接收模塊最有效的模擬信號進入模數(shù)轉(zhuǎn)換器中，經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換，輸出的數(shù)字量可暫存在FPGA 的緩存區(qū)中，這一整個過程都是由FPGA 來控制。這里采用一種串口開關(guān)量采集板，該電流采集板的特點是：

（1）18路開關(guān)量采集；

（2）當(dāng)點數(shù)更多時，可以采用多個此模塊，其地址可根據(jù)實際需要進行匹配、更改；

（3）具有紅色電源指示燈、綠色通訊指示燈。

（4）具有RS485（或RS232）通訊接口，供用戶配置模塊參數(shù)及讀取模塊數(shù)據(jù)。這里需要采集的數(shù)字量共計19個，需要1個此模塊。

DI模塊的地址設(shè)置為0-125中的任意一個數(shù)，采用RS485通信。DI模塊的接線如圖2所示。

3.2.2 AI模塊

采用多路復(fù)用選擇器作為模擬信號輸入前段，可以大大增加輸入通道；用于采集小區(qū)泵房的各水泵的壓力傳感器的供水壓力。這里電路板采用一種8路電流采集板，該電流采集板的特點是：

（1）8路4-20mA/0-20mA電流采集；

（2）當(dāng)點數(shù)更多時，可以采用多個此模塊，其地址可根據(jù)實際需要進行匹配、更改；

（3）具有紅色電源指示燈、綠色通訊指示燈；

（4）具有RS485（或RS232）通訊接口，供用戶配置模塊參數(shù)及讀取模塊數(shù)據(jù)。這里它們的地址也設(shè)置為0-125中的任意一個數(shù)，但是不能與DI模塊重復(fù)。

生活水泵、消防水泵、噴淋水泵的供水壓力送到模擬量采集模塊X0、X1、X2三個輸入端，其接線圖可以參考圖2所示。

3.3 網(wǎng)關(guān)模塊

網(wǎng)關(guān)模塊是一種可以將下端采集的實時數(shù)據(jù)不斷更新、上傳到到網(wǎng)絡(luò)平臺的硬件模塊。文獻中介紹一種可燃氣體傳感器，考慮被檢測氣體的類型、所運用的環(huán)境和安全等級的要求（如是否需要防爆等）、傳感器產(chǎn)品的可靠性及使用壽命等方面的要求，像MH-440D屬紅外線吸收式傳感器，利用非色散紅外（NDIR）原理對空氣中存在的CH4進行探測，有很好的選擇性，無氧氣依賴性，性能穩(wěn)定，壽命長，還內(nèi)置溫度傳感器，可進行溫度補償，具有通用、智能、微型的特點，同樣可以用在小區(qū)泵房監(jiān)控房中，防止泵房可燃氣體超標。

如圖3所示，該模塊采用交直流24V的電源、配有網(wǎng)口、數(shù)據(jù)傳輸端子RS485（可RS232）及天線。小區(qū)數(shù)據(jù)采集工程需要上傳到網(wǎng)關(guān)，并且可以根據(jù)需要進行更新、修訂。另外該網(wǎng)關(guān)還配有網(wǎng)卡插槽一個，可以在本地沒有網(wǎng)口、網(wǎng)線的情況下，直接插入網(wǎng)卡后將數(shù)據(jù)上傳到網(wǎng)絡(luò)，類似于手機的通信，這樣遠端中心平臺就可以監(jiān)測現(xiàn)場的數(shù)據(jù)。這種方法節(jié)約布置網(wǎng)線的成本。數(shù)據(jù)更新的周期可以根據(jù)需要進行設(shè)置，幾秒鐘或者幾分鐘，如30秒、3分鐘、10分鐘等；或者也可以設(shè)置成數(shù)據(jù)變化即更新，不變化的數(shù)據(jù)不更新，這樣可以節(jié)省流量，降低數(shù)據(jù)傳輸成本。

網(wǎng)關(guān)模塊操作步驟：

（1）在網(wǎng)關(guān)模塊配置軟件平臺對本工程進行配置。

（2）將網(wǎng)關(guān)與電腦之間用網(wǎng)線連接，將工程上傳或更新。

（3）斷開網(wǎng)線，將數(shù)據(jù)采集兩個模塊的數(shù)據(jù)線連接到網(wǎng)關(guān)的通信端子，即將數(shù)據(jù)采集模塊的RS485端子連接到網(wǎng)關(guān)通信端子對應(yīng)的RS485端子，注意一定要將對應(yīng)端子連接，否則將無法通信上傳數(shù)據(jù)。

（4）采用無線傳輸，將網(wǎng)關(guān)插入網(wǎng)卡，接好數(shù)據(jù)線，通電，完成系統(tǒng)搭建。

（5）上網(wǎng)登錄遠端平臺，即可實時監(jiān)測現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

3.4 系統(tǒng)測試效果

3.4.1 測試1

測試時，搭建以網(wǎng)關(guān)為中心，以數(shù)據(jù)采集模塊為輸入端的系統(tǒng)，接好電源及通信線。給數(shù)字量采集模塊的第1、2個采集通道分別在不同時刻送入“1”，模擬某個水泵的運行、故障信號；為了方便，模擬量采集模塊的第1、2個采集通道接入一溫度傳感器。再根據(jù)測試的系統(tǒng)配置網(wǎng)關(guān)的工程，并上傳到網(wǎng)關(guān)。之后，打開遠端中心平臺，找到本次所建立的工程，并打開該工程的數(shù)據(jù)庫，觀察數(shù)據(jù)的變化，與測試對應(yīng)設(shè)備運行數(shù)據(jù)完全一致，能夠正確顯示運行、故障及溫度信號。如表1所示測試1所得數(shù)據(jù)表。

3.4.2 測試2

將測試的數(shù)據(jù)采集模塊的輸入增加到與本文上述某小區(qū)的泵房要采集的數(shù)據(jù)點相同，再次配置網(wǎng)關(guān)的工程，并上傳到網(wǎng)關(guān)。測試2所配置的工程圖如圖4所示，在遠端中心平臺同樣能夠正確顯示該小區(qū)泵房的現(xiàn)場數(shù)據(jù)。

3.5 實際應(yīng)用效果

選擇本地某小區(qū)泵房，位置在地上1層，該泵房有生活水泵5臺，消防水泵1臺，噴淋水泵1臺。則該泵房要采集的水泵運行和故障信號共14個；生活水壓力、消防供水壓力和噴淋供水壓力共3個。選擇1個DI模塊、1個AI模塊。配置類似圖4的工程圖，該小區(qū)遠端監(jiān)測平臺的數(shù)據(jù)表截圖如圖5所示。所顯示的數(shù)據(jù)與該小區(qū)當(dāng)時的運行狀況完全一致。

4 結(jié)論

（1）通過測試和實際應(yīng)用，該系統(tǒng)實現(xiàn)了住宅小區(qū)泵房的現(xiàn)場數(shù)據(jù)的采集及無線網(wǎng)絡(luò)下的遠程監(jiān)測。

（2）系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護簡單，可以直接安裝在泵房現(xiàn)場，無需網(wǎng)線，插入網(wǎng)卡即可實現(xiàn)在監(jiān)控中心監(jiān)測、遠端監(jiān)測，工程的更新升級可以不必去小區(qū)現(xiàn)場，直接在遠端進行維護。

（3）該系統(tǒng)也可以同時對多個小區(qū)、多個泵房進行監(jiān)測。并且不受小區(qū)距離的限制。

（4）系統(tǒng)不但可用在泵房的數(shù)據(jù)監(jiān)測，也可用于其他類似數(shù)據(jù)的監(jiān)測。

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作者簡介

羅洪霞（1979-），女，吉林省松原市人。工學(xué)碩士。廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院講師。主要研究方向為電力系統(tǒng)自動化、信號處理和高職教育。

張雪峰（1976-），男，湖南省衡陽市人。工學(xué)碩士。廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院高級工程師、系統(tǒng)分析師。主要研究方向為網(wǎng)絡(luò)計算與分布式數(shù)據(jù)庫、產(chǎn)學(xué)研合作研究。

作者單位

1.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院 機電工程學(xué)院 廣東省廣州市 511483

2.廣州番禺職業(yè)技術(shù)學(xué)院科學(xué)技術(shù)處 廣東省廣州市 511483