基于LabVIEW的居民用水?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)研究*

周 全 封居強(qiáng) 劉陽陽

(1安徽國防科技職業(yè)學(xué)院 安徽六安 237011；2淮南師范學(xué)院機(jī)械與電氣工程學(xué)院 安徽淮南 232000)

對于居民用水的計(jì)量收費(fèi)，最常用的傳統(tǒng)方式是抄表收費(fèi)。但此種收費(fèi)方式存在許多弊端，如入戶麻煩、存在安全隱患等，已不適應(yīng)現(xiàn)代管理的需要。目前有關(guān)自動(dòng)抄表、物聯(lián)網(wǎng)水表等研究如火如荼，但基本處于研究階段，真正能夠投入使用的很少，改變傳統(tǒng)的居民用水監(jiān)測手段和方式是發(fā)展的趨勢[1]。

文章對于居民用水?dāng)?shù)據(jù)的采集及管理進(jìn)行研究，設(shè)計(jì)的居民用水?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)可使供水的部門管理者或工作人員在終端設(shè)備上就可以查詢、監(jiān)控用戶的用水信息，了解居民整體用水情況，還可以對異常用水(如大量漏水或欠費(fèi)較多)進(jìn)行自動(dòng)斷水控制，實(shí)現(xiàn)了由以往的工作人員上門抄表到遠(yuǎn)程抄表以及用水?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的轉(zhuǎn)變[2]。

1居民水表部分設(shè)計(jì)

用戶終端采用基于控制器和精密流量傳感器為核心的水流量測試裝置，水流量測量采用脈沖式水流量傳感器測量用水量，時(shí)鐘芯片DS1302用來進(jìn)行時(shí)間運(yùn)算，等該月結(jié)束時(shí)將該月的用水信息進(jìn)行存儲和上傳。鐵電存儲器FM24C04用來防止單片機(jī)掉電，若發(fā)生掉電情況將數(shù)據(jù)存儲，等再次上電時(shí)將數(shù)據(jù)重新發(fā)送給單片機(jī)，以保證測量的準(zhǔn)確性[4]，水表用戶終端部分系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 水表用戶終端系統(tǒng)框圖

水表終端系統(tǒng)通過傳感器測量用水?dāng)?shù)據(jù)，通過Zigbee模塊將居民的用水信息數(shù)據(jù)上傳，驅(qū)動(dòng)模塊可接收控制器的命令，在管理者下達(dá)停水命令后傳送至水表控制器，控制器控制驅(qū)動(dòng)模塊動(dòng)作，進(jìn)行停水的處理。

2居民用水?dāng)?shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)

每戶居民的水表將用水?dāng)?shù)據(jù)通過ZigBee模塊傳送給數(shù)據(jù)采集器，ZigBee是一種近距離、低復(fù)雜度、低功耗、低數(shù)據(jù)速率、低成本的雙向無線通信技術(shù)，能滿足本設(shè)計(jì)的要求。數(shù)據(jù)采集器定時(shí)按照順序采集來自多路的水表信號并進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，上傳至數(shù)據(jù)集中器。數(shù)據(jù)集中器是數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)的終端，數(shù)據(jù)集中器接收下面的各個(gè)數(shù)據(jù)采集器發(fā)送的數(shù)據(jù)并上傳至數(shù)據(jù)采集中心[4]。

數(shù)據(jù)采集器和數(shù)據(jù)集中器之間采用無線數(shù)據(jù)傳輸，由于各個(gè)采集點(diǎn)距離較近，也可采用ZigBee模塊完成數(shù)據(jù)的無線傳輸，ZigBee模塊采用2.4G頻段進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，最多支持6.5萬節(jié)點(diǎn)。因此，可以選擇每個(gè)小區(qū)放置一個(gè)或者若干個(gè)數(shù)據(jù)采集器，采集該小區(qū)每戶居民的用水?dāng)?shù)據(jù)，每個(gè)社區(qū)或街道設(shè)置一個(gè)數(shù)據(jù)集中器和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心，居民用水?dāng)?shù)據(jù)傳輸結(jié)構(gòu)如圖2所示。

圖2 居民用水?dāng)?shù)據(jù)傳輸

3數(shù)據(jù)監(jiān)控中心軟件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集監(jiān)控上位機(jī)軟件采用LabVIEW設(shè)計(jì)，LabVIEW 是目前國際上應(yīng)用最廣泛的數(shù)據(jù)采集開發(fā)環(huán)境之一，主要應(yīng)用于數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)顯示、儀器控制等領(lǐng)域，并適用于多種不同的操作系統(tǒng)平臺。與傳統(tǒng)程序語言相比，LabVIEW采用強(qiáng)大的圖形化語言( G 語言)編程，面向測試工程師而非專業(yè)程序員，人機(jī)交互界面直觀友好，具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)可視化分析和儀器控制能力等特點(diǎn)[5]。

利用LabVIEW軟件的VISA模塊采集下位機(jī)發(fā)送的數(shù)據(jù)，并進(jìn)行數(shù)據(jù)區(qū)分，將每次采集到的數(shù)據(jù)根據(jù)下位機(jī)發(fā)送的順序分別歸類到水表號、用水量、用水費(fèi)用等數(shù)據(jù)，并計(jì)算出用戶費(fèi)用余額一起存儲到Access數(shù)據(jù)庫中，數(shù)據(jù)采集和數(shù)據(jù)分類程序如圖3所示。

圖3 數(shù)據(jù)采集部分程序

監(jiān)控中心需要查詢時(shí)，利用LabVIEW查詢程序調(diào)用Access數(shù)據(jù)庫查詢，查詢可按照水表號查詢、日期查詢、綜合查詢等3種查詢方式下進(jìn)行。查詢的數(shù)據(jù)直接從數(shù)據(jù)庫調(diào)取，由于數(shù)據(jù)庫可存儲信息量大，所以查詢系統(tǒng)可查詢的用戶范圍可以根據(jù)需要增加數(shù)據(jù)庫容量，數(shù)據(jù)查詢程序如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)查詢程序

管理者登陸系統(tǒng)需要輸入賬號和密碼，管理人員根據(jù)賬號的級別不同，可查詢的數(shù)據(jù)范圍也有區(qū)別。編程利用LabVIEW里的結(jié)構(gòu)模塊設(shè)計(jì)，由于LabVIEW里的結(jié)構(gòu)模塊分支較多，不進(jìn)行程序的一一介紹，登陸成功后查詢數(shù)據(jù)庫程序如圖5所示。

圖5 登陸查詢數(shù)據(jù)庫程序

4數(shù)據(jù)監(jiān)控中心操作面板設(shè)計(jì)

用戶登陸界面要盡量簡潔，通過管理者登陸界面可進(jìn)行輸入賬號和密碼登陸，成果登陸后進(jìn)入用戶管理界面，用戶管理界面可進(jìn)行管理人員注冊和修改密碼、用戶權(quán)限設(shè)置等操作，若不需要修改可直接跳轉(zhuǎn)至其他操作界面。系統(tǒng)登陸界面和用戶管理界面分別如圖6和圖7所示。

圖6 系統(tǒng)登陸界面

圖7 用戶管理界面

數(shù)據(jù)采集界面顯示當(dāng)前正在采集的用戶用水?dāng)?shù)據(jù)，顯示信息對應(yīng)數(shù)據(jù)集中器發(fā)送的數(shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集界面通過設(shè)置采集端口和配置，采集數(shù)據(jù)集中器發(fā)送的用水?dāng)?shù)據(jù)，默認(rèn)的采集設(shè)置和數(shù)據(jù)集中器要對應(yīng)，通過更改采集端口和配置，可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)采集器的更改和更換。

數(shù)據(jù)查詢界面用來對往期的用水?dāng)?shù)據(jù)進(jìn)行查詢，查詢方式可選擇“水表號查詢”“日期查詢”和“綜合查詢”等3種方式，通過柱狀圖和表格顯示查詢的用水?dāng)?shù)據(jù)。數(shù)據(jù)采集界面和數(shù)據(jù)查詢界面分別如圖8和圖9所示。

圖8 數(shù)據(jù)采集界面

圖9 數(shù)據(jù)查詢界面

5結(jié)語

設(shè)計(jì)的居民用水?dāng)?shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用電子技術(shù)、ZigBee無線通信技術(shù)和虛擬儀器技術(shù)對居民用水信息進(jìn)行計(jì)量并進(jìn)行用水?dāng)?shù)據(jù)傳遞及數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控。管理者在終端設(shè)備上可以查詢、監(jiān)控用戶的用水信息，了解整體用水情況，并可以對異常用水情況進(jìn)行及時(shí)處理。當(dāng)用戶用水欠費(fèi)較多或管理者下達(dá)指令時(shí)，控制器控制驅(qū)動(dòng)模塊關(guān)閉水閥，進(jìn)行斷水，這些功能理論上都可以實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了由以往的工作人員上門抄表到遠(yuǎn)程抄表及用水?dāng)?shù)據(jù)遠(yuǎn)程監(jiān)控的轉(zhuǎn)變，具有多方面的優(yōu)點(diǎn)，是未來民用水表的發(fā)展方向和趨勢。