基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠(yuǎn)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(jì)了基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。該系統(tǒng)安裝、調(diào)試簡單，維護(hù)方便，可用于單個(gè)小區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)測，也適用于多個(gè)小區(qū)的數(shù)據(jù)監(jiān)測。測試和實(shí)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(yàn)。

【關(guān)鍵詞】無線網(wǎng)絡(luò) 泵房監(jiān)控 遠(yuǎn)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(huì)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(gè)出入口，每個(gè)電梯內(nèi)的情況及關(guān)鍵道路）；消防、電梯應(yīng)急報(bào)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(shí)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(yùn)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(shí)第一時(shí)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(gè)城市，再大到整個(gè)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(jì)了一種可燃?xì)怏w報(bào)警器采集節(jié)點(diǎn)、可燃?xì)怏w報(bào)警器匯聚傳輸節(jié)點(diǎn)并完成服務(wù)器云管理平臺(tái)的搭建，該文設(shè)計(jì)的溫濕度補(bǔ)償算法提高了可燃?xì)怏w報(bào)警器的采集精度，多級(jí)報(bào)警策略使可燃?xì)怏w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(duì)可燃?xì)怏w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(duì)象鏈接和嵌入技術(shù)，開發(fā)了電梯群遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了與監(jiān)控中心的計(jì)算機(jī)控制系統(tǒng)的雙向通信。但以網(wǎng)關(guān)為中心設(shè)計(jì)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(yuǎn)程數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)較好地達(dá)到了遠(yuǎn)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(duì)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(jìn)行觀測，所以泵房需要經(jīng)常有人巡視，巡查水泵的運(yùn)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(fù)一層，進(jìn)出需要經(jīng)過幾道門，比較麻煩。現(xiàn)場水泵運(yùn)行的聲音也非常嘈雜，所以巡查水泵的運(yùn)行情況是一件很辛苦的事情，需要耗費(fèi)一定的人力和時(shí)間。而且現(xiàn)場巡查對(duì)于一些缺乏安全常識(shí)及安全意識(shí)的人來說也是一件非常危險(xiǎn)的事情。

針對(duì)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(yuǎn)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(dá)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(shí)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(shí)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(yàn)。

3 基于無線網(wǎng)絡(luò)的住宅小區(qū)泵房遠(yuǎn)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(tái)（其中高區(qū)生活水泵2臺(tái)，低區(qū)生活水泵2臺(tái)），消防水泵2臺(tái)，噴淋水泵2臺(tái)。要監(jiān)測數(shù)據(jù)有：每個(gè)水泵的運(yùn)行、故障情況，共8臺(tái)水泵，16個(gè)數(shù)字量；高、低區(qū)生活水泵供水壓力4個(gè)、消防水泵供水壓力4個(gè)、噴淋水泵供水壓力2個(gè)共8個(gè)壓力。另外，因?yàn)楝F(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(hào)2個(gè)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(jì)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(jì)。

3.1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)

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(biāo)準(zhǔn)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(yùn)行的數(shù)字信號(hào)送到數(shù)字量采集模塊；水泵的壓力信號(hào)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(yùn)行、故障信號(hào)及變頻器故障信號(hào)和液位開關(guān)信號(hào)。數(shù)據(jù)采集可以以多路復(fù)用選擇器作為模擬信號(hào)的輸入端口，從而實(shí)現(xiàn)多路模擬信號(hào)的采集，然后通過一定的信號(hào)濾波處理來確保數(shù)據(jù)接收模塊最有效的模擬信號(hào)進(jìn)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(gè)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(diǎn)是：

（1）18路開關(guān)量采集；

（2）當(dāng)點(diǎn)數(shù)更多時(shí)，可以采用多個(gè)此模塊，其地址可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)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(jì)19個(gè)，需要1個(gè)此模塊。

DI模塊的地址設(shè)置為0-125中的任意一個(gè)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(hào)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(diǎn)是：

（1）8路4-20mA/0-20mA電流采集；

（2）當(dāng)點(diǎn)數(shù)更多時(shí)，可以采用多個(gè)此模塊，其地址可根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)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(gè)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(gè)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(shí)時(shí)數(shù)據(jù)不斷更新、上傳到到網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)的硬件模塊。文獻(xiàn)中介紹一種可燃?xì)怏w傳感器，考慮被檢測氣體的類型、所運(yùn)用的環(huán)境和安全等級(jí)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(duì)空氣中存在的CH4進(jìn)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(jìn)行溫度補(bǔ)償，具有通用、智能、微型的特點(diǎn)，同樣可以用在小區(qū)泵房監(jiān)控房中，防止泵房可燃?xì)怏w超標(biāo)。

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(jìn)行更新、修訂。另外該網(wǎng)關(guān)還配有網(wǎng)卡插槽一個(gè)，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(jī)的通信，這樣遠(yuǎn)端中心平臺(tái)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(jìn)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(tái)對(duì)本工程進(jìn)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(gè)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(duì)應(yīng)的RS485端子，注意一定要將對(duì)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(yuǎn)端平臺(tái)，即可實(shí)時(shí)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(shí)，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(gè)采集通道分別在不同時(shí)刻送入“1”，模擬某個(gè)水泵的運(yùn)行、故障信號(hào)；為了方便，模擬量采集模塊的第1、2個(gè)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(yuǎn)端中心平臺(tái)，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(duì)應(yīng)設(shè)備運(yùn)行數(shù)據(jù)完全一致，能夠正確顯示運(yùn)行、故障及溫度信號(hào)。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(diǎn)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(yuǎn)端中心平臺(tái)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(shí)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(tái)，消防水泵1臺(tái)，噴淋水泵1臺(tái)。則該泵房要采集的水泵運(yùn)行和故障信號(hào)共14個(gè)；生活水壓力、消防供水壓力和噴淋供水壓力共3個(gè)。選擇1個(gè)DI模塊、1個(gè)AI模塊。配置類似圖4的工程圖，該小區(qū)遠(yuǎn)端監(jiān)測平臺(tái)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(shí)的運(yùn)行狀況完全一致。

4 結(jié)論

（1）通過測試和實(shí)際應(yīng)用，該系統(tǒng)實(shí)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(yuǎn)程監(jiān)測。

（2）系統(tǒng)安裝、調(diào)試、維護(hù)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(shí)現(xiàn)在監(jiān)控中心監(jiān)測、遠(yuǎn)端監(jiān)測，工程的更新升級(jí)可以不必去小區(qū)現(xiàn)場，直接在遠(yuǎn)端進(jìn)行維護(hù)。

（3）該系統(tǒng)也可以同時(shí)對(duì)多個(gè)小區(qū)、多個(gè)泵房進(jìn)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?yàn)殡娏ο到y(tǒng)自動(dòng)化、信號(hào)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(jí)工程師、系統(tǒng)分析師。主要研究方向?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)計(jì)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(jī)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