基于LED多媒體大屏的遠(yuǎn)程水文信息自動(dòng)采集顯示系統(tǒng)應(yīng)用

汪孟春 武 鋒王硯海郭 鑫 朱小磊

一、引言

安徽省響洪甸水庫是新中國治理淮河的重點(diǎn)工程，坐落在淮河支流西淠河上游，六安、霍山和金寨三市縣交界處，是六安、合肥等城市重要飲用水水源地，和佛子嶺水庫一起承擔(dān)著淠河灌區(qū)660萬畝農(nóng)田灌溉任務(wù)。響洪甸水庫水利信息化建設(shè)起步于1998年，重點(diǎn)開展了水利信息基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。目前已建有大壩安全監(jiān)測(cè)自動(dòng)化系統(tǒng)、閘門自動(dòng)監(jiān)控系統(tǒng)、視頻監(jiān)視系統(tǒng)、水文自動(dòng)測(cè)報(bào)系統(tǒng)、防汛調(diào)度自動(dòng)化系統(tǒng)等。為便于響洪甸水庫水文與工情信息的對(duì)外發(fā)布和顯示，提高響洪甸水庫水利風(fēng)景區(qū)的形象，管理處提出在壩區(qū)安裝一套室外LED多媒體大屏幕顯示系統(tǒng)，該大屏幕顯示系統(tǒng)不僅可播放影像圖片文字資料，還可通過配套的無線數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)外實(shí)時(shí)發(fā)布水位、雨量、庫容、空氣溫度等工情水情數(shù)據(jù)。

根據(jù)管理處的需求，結(jié)合壩區(qū)實(shí)際情況，在壩區(qū)左岸值班室安裝了多媒體LED大屏顯示系統(tǒng)，其中LED多媒體大屏幕安裝在左岸值班室的外墻上，應(yīng)用控制終端安裝在左岸值班室內(nèi)，應(yīng)用控制終端通過無線網(wǎng)卡與遠(yuǎn)程的無線采集模塊（RTU設(shè)備）進(jìn)行聯(lián)接，可遠(yuǎn)程自動(dòng)采集水文與工情信息并通過大屏幕進(jìn)行發(fā)布顯示。

二、系統(tǒng)組成與工作原理

該項(xiàng)目中的LED大屏幕顯示單元采用P5點(diǎn)陣式室外高亮彩色LED模塊進(jìn)行組裝，由應(yīng)用控制終端對(duì)大屏幕顯示單元進(jìn)行顯示控制，可同時(shí)對(duì)文字、數(shù)據(jù)、圖片和影像等多媒體信息進(jìn)行顯示控制。該系統(tǒng)中的水位計(jì)、雨量計(jì)、溫度計(jì)等數(shù)據(jù)信號(hào)由安裝在現(xiàn)場(chǎng)的遠(yuǎn)程無線數(shù)據(jù)采集模塊（RTU設(shè)備）進(jìn)行遠(yuǎn)程采集，采集后的數(shù)據(jù)可通過GPRS無線模塊經(jīng)公共網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)傳送到應(yīng)用控制終端中，應(yīng)用控制終端遠(yuǎn)程接收到有關(guān)的數(shù)據(jù)后，將有關(guān)數(shù)據(jù)通過LED大屏幕顯示單元對(duì)外實(shí)時(shí)顯示發(fā)布，其系統(tǒng)組成原理框圖如圖1所示。

由于該項(xiàng)目中的應(yīng)用控制終端可實(shí)現(xiàn)LED大屏幕顯示單元的多窗口和多畫面顯示，為提高LED多媒體大屏幕的應(yīng)用效率，增強(qiáng)水情數(shù)據(jù)的顯示效果，可根據(jù)項(xiàng)目實(shí)際情況對(duì)大屏幕顯示單元進(jìn)行多窗口劃分，再由應(yīng)用控制終端分別對(duì)不同的窗口進(jìn)行不同的控制，該項(xiàng)目中的LED多媒體大屏幕顯示單元共劃分成了三個(gè)顯示窗口，其中窗口1為滾動(dòng)文字顯示區(qū)域，窗口2為實(shí)時(shí)水情數(shù)據(jù)顯示區(qū)域，窗口3為多媒體影像顯示區(qū)域。

圖1 系統(tǒng)組成原理框圖

三、主要儀器設(shè)備的選型與要求

1.應(yīng)用控制終端

應(yīng)用控制終端為MEC-5031 SERIES無風(fēng)扇低功耗高性能嵌入式整機(jī)，支持Un-buffered，NON-ECC，單條內(nèi)存插槽可支持最大內(nèi)存容量4GB，可提供SATA2.0、COMX、USB2.0 等多種接口，內(nèi)部加裝西安諾瓦PCI同步圖形控制卡，應(yīng)用控制終端可通過PCI同步圖形控制卡對(duì)P5戶外表貼全彩顯示單元進(jìn)行多窗口的顯示控制。

2.無線采集模塊（RTU設(shè)備）

無線采集模塊（RTU設(shè)備）是遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集的核心設(shè)備，本次采用的是GDA1902（4）型智能采集模塊，內(nèi)嵌無線GPRS模塊和高性能鋰電池，可自動(dòng)定時(shí)采集多種開關(guān)量和數(shù)字量信號(hào)，可根據(jù)需要選擇太陽能供電或交流電供電，支持無線GPRS通訊和RS485通訊，支持4通道數(shù)據(jù)測(cè)量，采用密封防水結(jié)構(gòu)的金屬外殼，可有效防護(hù)多種電磁干擾。

3.其他儀器設(shè)備

該項(xiàng)目中的水位儀和氣溫計(jì)應(yīng)選用帶有標(biāo)準(zhǔn)RS485接口的數(shù)字量輸出儀器設(shè)備，能提供標(biāo)準(zhǔn)的通訊協(xié)議并通過RS485接口與無線采集模塊（RTU設(shè)備）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)通訊。雨量計(jì)可采用具有開關(guān)量輸出的翻斗式雨量計(jì)，通過開關(guān)量端口與無線采集模塊（RTU設(shè)備）實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸。

四、應(yīng)用播放軟件

諾瓦PCI同步圖形控制卡的配套播放軟件為NovaStudio，可支持文字、圖片、視頻等多種媒體文件的播放，其所支持的主要媒體文件類型表如表1所示。

該項(xiàng)目中的滾動(dòng)文字、影像與圖片資料均可用NovaStudio直接播放，而實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的顯示需要在NovaStudio播放軟件的基礎(chǔ)上進(jìn)行二次開發(fā)來實(shí)現(xiàn)。

二次開發(fā)的主要內(nèi)容有：在應(yīng)用控制終端利用SQLServer建立采集數(shù)據(jù)庫，用java、javascript開發(fā)一個(gè)后臺(tái)軟件，通過后臺(tái)將已采集入庫的數(shù)據(jù)讀取出來，將讀取到的信息開發(fā)成web頁面，大屏系統(tǒng)通過NovaStudio加載該web頁面的鏈接地址，即可在實(shí)時(shí)采集數(shù)據(jù)顯示區(qū)顯示有關(guān)的數(shù)據(jù)。

表1 主要媒體文件類型表

五、結(jié)語

基于LED多媒體大屏的遠(yuǎn)程水文信息自動(dòng)采集顯示系統(tǒng)已在響洪甸水庫成功應(yīng)用，效果良好。在該項(xiàng)目中的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集顯示區(qū)中，水位、雨量、氣溫的數(shù)據(jù)都是由采集儀器、儀表現(xiàn)場(chǎng)采集的數(shù)據(jù)，庫容的數(shù)據(jù)則是根據(jù)水位值由水位庫容數(shù)據(jù)表計(jì)算得出的。

該系統(tǒng)除自動(dòng)采集顯示水位、雨量、氣溫、庫容等數(shù)據(jù)外，還可根據(jù)需要擴(kuò)充水溫、濕度、負(fù)氧離子濃度等數(shù)據(jù)的自動(dòng)采集顯示，以進(jìn)一步提高LED多媒體大屏的利用率，也可通過增加動(dòng)態(tài)過程線的顯示等增強(qiáng)其顯示效果