基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端的制作方法

本發明涉及一種為各類流體管網閘門、閥門設備進行現場測控和遠程監控的智能終端，尤其是涉及一種基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端。

背景技術：

目前閘門、閥門設備是各類管網系統中的重要設施，起到介質輸送、關斷、調節介質流量、壓力和改變流向等管網調控作用，是暢通輸配和管網搶修、維護、改造的重要保證措施。

閘(閥)門設備在當前實際應用中布置較分散，且距離較遠，大多采用手動操作方式，運行人員勞動強度普遍較高，全面實現管網系統及時、有效管控的難度很大。管網系統要進行科學管理與實時調控首先要解決閘門、閥門遠程調控題目，管網中若干重要的和關鍵的閘門、閥門能否實現及時有效地調控直接影響管網系統安全；所以，在管網系統調控中心直接實現對重要閥門遠程調控操縱對保證管網系統安全正常運行具有十分重要的意義。

為了減輕運行人員的勞動強度，實現無人值守，能夠在調控中心對現場各種閘門、閥門進行遠程檢測、控制，還能現地對閘門、閥門進行獨立控制；當出現閘門、閥門故障時系統能夠及時報警；同時也便于現場的調試、維護和緊急情況處理，所以，基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端在硬件設計上確保整個系統簡單、安全、可靠。

技術實現要素：

本發明提供了一種基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，所述終端充分利用現有成熟的設備制造技術及先進的技術手段、無線頻譜等資源；采用STM32F103嵌入式單片機為中央處理單元，布置在閥門井內或閘門旁；閘門、閥門調控中心計算機與現地終端單元之間通過無線網絡或單總線網絡進行通信，以便進行數據交換；關鍵的閘門、閥門是影響管網運行的重要設備，為防止誤操縱，管網系統調控中心計算機和現場終端單元設有登陸密碼和操作權限。

一種基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，包括CPU板和分別與其相連接的液晶顯示面板、功能鍵盤、接口電路板、無線傳輸模塊，所述無線傳輸模塊還與接口電路板相連接，所述CPU板包括STM32F103中央處理器和分別與其相連接的數據存儲器、工作晶振、系統時鐘，還包括通過數據總線與中央處理器連接的運算放大器以及通過隔離器與中央處理器連接的CAN總線，所述接口電路板與閘門或閥門相連接。

所述液晶顯示面板與STM32F103中央處理器連接。

所述功能鍵盤與STM32F103中央處理器連接，功能鍵盤至少包括返回鍵“ESC”、向上翻頁鍵或數字增鍵“Pgup”、向下翻頁鍵或數字減鍵“Pgdn”、確認鍵“Enter”、復位鍵“RST”。

所述接口電路板包括8通道數字量輸入、4通道數字量輸出、8通道模擬量輸入、1通道模擬量輸出、1通道溫度輸入、1個無線接口、2個CAN接口、1個RJ45網絡接口、1個寬電壓設計電源接口。

所述無線傳輸模塊分別與STM32F103中央處理器和接口電路板的無線接口相連接。

基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，其基本功能如下：

(1)數據采集和處理功能：閘門、閥門的位置；閘門、閥門的工作狀態；電氣保護裝置的狀態；主電源和控制電源狀態；有關操作狀態。

(2)實時控制功能：被控對象可在本終端盤面上進行現場控制或通過閘門、閥門控制室計算機進行遠程操作，還可在閥門井或閘門終端箱上操作；現地與遠方操作互為閉鎖，在現地切換，以距操作對象最近的控制點為最高優先級；控制內容有閘門升降控制和閥門的開閉控制。

(3)運行監視功能：運行監視包括狀態監視，過程監視，控制系統異常監視。

①狀變監視：電源斷路器跳閘、運行接觸器失電、保護動作等；

②過程監視：在本終端盤面上，動態顯示閘門升降過程和開度；

③控制異常監視：本終端硬件或軟件故障立即發出報警信號，并顯示記錄，指示報警部位。

(4)運行管理功能：包括運行畫面及信息顯示、人機對話、重要數據遠程傳送等。

①畫面及信息顯示：以數字、文字、圖形、表格等形式組織畫面進行動態顯示，包括閘門、閥門動畫、上、下游水位顯示、各閘門、閥門開度顯示、檢測點壓力、流量顯示、當前事件信息顯示、閥門井水位開關狀態等；

②人機對話：包括輸入控制命令，更新修改參數及配置數據等，以監視和控制各閘門、閥門的運行。

③遠程管理：重要信息通過無線網絡或單總線網絡以定時傳送的方式，遠傳給調控中心。

(5)數據通信功能：采用單總線結構。

(6)系統自檢、診斷功能：包括硬件故障和應用軟件故障診斷。

(7)可編程設置功能：實現現場硬件的配置和接口對接。

基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，對閘門或閥門設備的操作控制其基本操作步驟如下：

（1）閘門提升或下降操作之前，先把控制模式“自動/手動”和“遠程/現地置于相應位置。

1）遠程測控通過位于閘門、閥門調控中心計算機系統進行通訊測控操作在本終端實現相關輸出信息；現地操作與遠方操作互為閉鎖，并在現地切換；

2）閘門、閥門有3個工作位置供選擇，即全關位置、全開位置和檢修位置，檢修位置僅可在現地操作實現；

(2)閘門在提升前，應先向閘門后洞內充水，待閘門前后水位差滿足開門條件時，自動提升。

(3)閘門、閥門提升或打開時，當提升或打開至設定位置時自動停止。若過程中，機械過力矩或電氣過流保護動作可作用停止。

(4)閘門、閥門下降或關閉時，當閘門、閥門至全關位置時自動停止。

基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，其獨特優勢在于：定時對現場信息進行監測、采集、記錄并上傳；定時間隔可設置，溫度跳變、保護信號和閘門、閥門操作信號主動上報，立即上傳。獨創的無線通訊方式，實時性強。可編程接口配置，適用范圍廣。歷史報警或順序事件記錄，鋰電池保持。包括液晶觸摸屏和功能鍵盤的簡單、安全、可靠的現場人機交互平臺。

附圖說明

圖1是所述基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端的結構框圖；

圖2是CAN電路的示意圖；

圖3是單片機電路的示意圖；

圖4是電源電路的示意圖；

圖5是模擬量信號（4-20mA）采集電路的示意圖；

圖6是數字量輸入與輸出電路的示意圖；

圖7是溫度采集PT100輸入電路的示意圖；

圖8是基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端中央處理器的處理流程圖；

圖9是基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端中央處理器的定時中斷流程圖。

具體實施方式

本發明提供了一種基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，是一種為各類流體管網進行閘門和閥門測量、控制的智能終端，屬于管網設備遠程數據傳輸和自動化測控領域。

為使本發明的目的和優點更加清楚，下面將結合附圖作進一步的詳細描述。

如圖1所示，所述基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端，包括CPU板、液晶顯示面板、功能鍵盤、接口電路板、無線傳輸模塊；所述液晶顯示面板與CPU板連接；所述功能鍵盤與CPU板連接；所述無線傳輸模塊與分別與CPU板和接口電路板連接；所述接口電路板與CPU板連接。

所述CPU板至少包括STM32F103中央處理器、數據存儲器、工作晶振、系統時鐘、運算放大器、CAN總線、數據總線、隔離器；所述數據存儲器和中央處理器連接；所述工作晶振、系統時鐘和中央處理器連接；所述運算放大器通過數據總線與中央處理器連接；所述CAN總線通過隔離器與中央處理器連接。

所述液晶顯示面板通過CPU板與STM32F103中央處理器連接；

所述功能鍵盤通過CPU板與STM32F103中央處理器連接，功能鍵盤至少包括返回鍵“ESC”、向上翻頁鍵或數字增鍵“Pgup”、向下翻頁鍵或數字減鍵“Pgdn”、確認鍵“Enter”、復位鍵“RST”；

所述接口電路板通過無線傳輸模塊或直接與CPU板之STM32F103中央處理器連接，接口電路板至少包括8通道數字量輸入、4通道數字量輸出、8通道模擬量輸入、1通道模擬量輸出、1通道溫度輸入、1個無線接口、2個CAN接口、1各RJ45網絡接口、1個寬電壓設計電源接口；

所述無線傳輸模塊分別與CPU板之STM32F103中央處理器和接口電路板之無線接口相連接。

其中，CPU板之STM32F103中央處理器是本發明的核心，主要負責采集數據，并對數據進行處理，以及發送數據和接受指令。

本發明包括數字量輸入電路、數字量輸出電路、模擬量輸入、1通道模擬量輸出、溫度采集輸入電路、1個無線接口電路、1個CAN電路、1個功能鍵盤電路、1個寬電壓設計電源電路、1個CPU電路。

圖2到圖7分別是CAN電路的示意圖；單片機電路的示意圖；電源電路的示意圖；模擬量信號（4-20mA）采集電路的示意圖；數字量輸入與輸出電路的示意圖；溫度采集PT100輸入電路的示意圖。

圖8是基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端中央處理器的流程圖。

如圖8所示，流程開始于步100，在步100進行程序初始化，在步100后流程進入步101；

在步101進行硬件自檢測；

在步102判斷檢測的硬件是否故障，如果判斷為“是”，則進入步103；否則進入步104；

在步103進行硬件故障告警并上傳遙信，之后流程進入步104；

在步104自動調用內部通訊參數、配置通訊連接，并進行第一次“握手”；之后流程進入步105；

在步105依次順序進行通訊中斷程序和開關柜參數設置中斷程序，并使能，在步105之后流程進入步106；

在步106依次順序進行輸入端口的數據采集、單片機輸入刷新、顯示處理，在步106之后流程進入步107；

在步107判斷配電柜智能測控防誤終端控制系統是否報警，如果判斷為“是”，則進入步108；否則流程進入步111；

在步108，進行報警的自動動作處理，在步108之后，流程進入步109；

在步109，進行順序事件記錄處理，在步109之后，流程進入步110；

在步110進行通訊數據發送接收處理，在步110之后流程返回到步106；

在步111，進行工業觸摸屏觸鍵掃描輸入檢測、顯示和處理，在步111之后，流程進入步112；

在步112，根據觸鍵的處理結果，判斷并執行操作權限的管理和處理，確保作業安全；在步112之后流程進入步113；

在步113，進行動作信息的輸出處理，之后流程返回到步106。

圖4是基于物聯網的閘門、閥門測控信息智能終端中央處理器定時中斷流程圖。

如圖9所示，流程開始于步400，步400為定時器中斷程序入口，在步400后流程進入步401；

在步401，進行看門狗復位，在步401后流程進入步402；

在步402，判斷通訊是否數據發送，如果結果為“是”，則進入步403；否則進入步404；

在步403，進行通訊數據發送，在步403后流程進入步404；

在步404，判斷通訊是否數據接收，如果結果為“是”，則進入步405；否則進入步406；

在步405，進行通訊數據接收，在步405后流程進入步406；

在步406，判斷通訊數據或返回值是否有效，如果結果為“是”，則進入步407；否則進入步408；

在步407，動作信息進行輸出，在步407之后流程進入步408。