3.1 水壓傳感器
?? ?水壓傳感器可以使用常見(jiàn)的壓力變送器。變送器是將物理信號(hào)或普通電信號(hào)轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)輸出或能夠以通信協(xié)議方式輸出的設(shè)備，如圖2所示。在該應(yīng)用中我們可以選擇輸出形式為0~5 V電壓或4~20 mA電流的變送器。變送器的工作電壓通常有5 V、12 V、24 V等數(shù)種。

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3.2 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)控及無(wú)線通信終端
?? ?現(xiàn)場(chǎng)終端要求能夠完成從變送器讀取采樣結(jié)果，并把采樣結(jié)果通知監(jiān)控中心服務(wù)器。
?? ?由于終端系統(tǒng)位于管線的各個(gè)監(jiān)測(cè)點(diǎn)上，通常都沒(méi)有市電供應(yīng)，所以需要使用電池供電。本系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)就在于現(xiàn)場(chǎng)終端系統(tǒng)的功耗問(wèn)題。綜合考慮后，用戶可以接受和認(rèn)可的終端工作流程是終端平時(shí)處于低功耗休眠狀態(tài)，采用定時(shí)喚醒的方式采樣當(dāng)前水壓值。如果水壓正常，則按預(yù)先設(shè)定的時(shí)間間隔上線通報(bào)數(shù)據(jù)。如果水壓超限，則立即啟動(dòng)無(wú)線通信，將警情信息通知用戶。在上傳完采樣數(shù)據(jù)后，設(shè)備恢復(fù)低功耗的正常工作狀態(tài)。
????廣州致遠(yuǎn)電子有限公司生產(chǎn)的低功耗GPRS無(wú)線數(shù)據(jù)采集設(shè)備ZWG-5221L能夠同時(shí)滿足低功耗運(yùn)行、高精度模擬信號(hào)采集、數(shù)據(jù)智能處理以及靈活的數(shù)據(jù)上傳機(jī)制。該產(chǎn)品外形如圖3所示。
?? ?(1)產(chǎn)品主要特性
?? ?· 兩路電流/電壓測(cè)量(0～20 mA或0～40 mA/0～5 V或0～10 V)；
?? ?· 可緩存300條歷史采樣記錄供服務(wù)器調(diào)用；
?? ?· 一路電壓輸出（5 V 200 mA或12 V 50 mA或24 V 20 mA）；
?? ?· 低功耗設(shè)計(jì)（休眠狀態(tài)<1 mA）；
?? ?· 內(nèi)置備用電源（在主電力失效時(shí)使用備用電池通知用戶，并保證設(shè)備正常工作2 h）；
?? ?· 具有電源冗余管理功能，主電源和備用電源之間自動(dòng)切換并通知用戶；
?? ?· 具有設(shè)備工作溫度測(cè)量功能；
?? ?· 具有實(shí)時(shí)時(shí)鐘功能，對(duì)采集的數(shù)據(jù)增加時(shí)間戳，方便數(shù)據(jù)庫(kù)管理和分析；
?? ?· 支持采樣值上下限和變化率報(bào)警；
?? ?· 支持永遠(yuǎn)在線或正常定時(shí)上線和報(bào)警即時(shí)上線；
?? ?· 支持?jǐn)?shù)據(jù)中心動(dòng)態(tài)域名或IP地址訪問(wèn)；
?? ?· 支持短信報(bào)警和短信配置；
?? ?· 支持本地串口配置和遠(yuǎn)程配置；
?? ?· 單5 ～7 V供電(適合6 V蓄電池或7 V以下鋰電池供電)；
?? ?· 多重軟硬件可靠設(shè)計(jì)，使設(shè)備安全運(yùn)行。
?? ?(2)低功耗運(yùn)行
?? ?ZWG-5221L工作狀態(tài)和電流的關(guān)系如圖4所示。從圖中可以看到設(shè)備在采樣間歇的休眠狀態(tài)下僅有600 μA的工作電流，在采樣狀態(tài)時(shí)僅有15 mA的工作電流(通常3～5 s完成一次采樣)，而這兩個(gè)狀態(tài)占據(jù)著終端運(yùn)行時(shí)間的95%以上，所以整個(gè)終端系統(tǒng)可以依靠電池工作很長(zhǎng)的時(shí)間（具體參數(shù)和計(jì)算方法請(qǐng)參閱產(chǎn)品說(shuō)明書(shū)）。

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??? 同時(shí)該產(chǎn)品具有電壓定時(shí)輸出功能，可以用于外部變送器的電源供給，并可以與數(shù)據(jù)采集靈活配合。實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)前輸出電壓，使變送器預(yù)熱，在采集結(jié)束后切斷輸出，使變送器掉電，以節(jié)約能源。
?? ?(3)高精度模擬量采集
?? ?ZWG-5221L具有電流（0～20 mA/40 mA）和電壓（0～5 V/10 V）的測(cè)量功能，均為12 bit精度。設(shè)備內(nèi)置硬件濾波器（可提供濾波效果更好的外置濾波模塊選件），還具有用戶可控制濾波強(qiáng)度的軟件濾波算法，軟硬件組合處理可以讓采集的數(shù)據(jù)更加真實(shí)穩(wěn)定。所以該設(shè)備特別適合駁接各種變送器，包括本系統(tǒng)需要的壓力變送器。
?? ?采集結(jié)果可以按用戶的要求進(jìn)行上下限判斷以及變化率判斷，如果超過(guò)用戶預(yù)設(shè)的指標(biāo)，將會(huì)觸發(fā)報(bào)警事件。
?? ?(4)靈活的數(shù)據(jù)通信機(jī)制
?? ?ZWG-5221L采集到的結(jié)果如果屬于正常范圍，它將按照用戶預(yù)先設(shè)定的時(shí)間，通過(guò)GPRS周期性地連接遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器，并將數(shù)據(jù)上傳。
?? ?采集結(jié)果如果屬于超限值，將會(huì)觸發(fā)報(bào)警事件，報(bào)警信息通過(guò)GPRS通知監(jiān)控中心服務(wù)器。如果用戶使能了短信報(bào)警功能，則同時(shí)發(fā)送報(bào)警短信至相關(guān)負(fù)責(zé)人員的手機(jī)，方便管理人員第一時(shí)間了解到事故狀況和位置。
?? ?另外，為了數(shù)據(jù)的安全可靠，用戶還可以選擇短信傳數(shù)功能。這樣如果因?yàn)榫W(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器故障而導(dǎo)致GPRS通信失敗，ZWG-5221L將啟動(dòng)短信功能把最新的一條數(shù)據(jù)送達(dá)指定號(hào)碼。
3.3 監(jiān)控中心及服務(wù)器軟件
?? ?監(jiān)控中心的作用是接收現(xiàn)場(chǎng)終端上傳的數(shù)據(jù)，并具有數(shù)據(jù)庫(kù)功能，可以將各個(gè)終端的數(shù)據(jù)保存起來(lái)供以后分析使用。同時(shí)監(jiān)控中心軟件還應(yīng)具有警情提醒的功能，當(dāng)終端設(shè)備出現(xiàn)警情時(shí)，要能提醒工作人員緊急處理。
?? ?ZWG-5221L作為TCP客戶端會(huì)主動(dòng)訪問(wèn)位于監(jiān)控中心的TCP服務(wù)器，服務(wù)器有多種架設(shè)方案，比較經(jīng)濟(jì)和可靠的方案是采用固定IP上網(wǎng)的方式，終端設(shè)備訪問(wèn)該固定IP即可連接上服務(wù)器。
?? ?ZWG-5221L設(shè)備還提供了上位機(jī)驅(qū)動(dòng)庫(kù)函數(shù)和眾多開(kāi)發(fā)平臺(tái)的示例程序，用戶可以基于這些資源輕松編寫出具有自己特色的監(jiān)控中心軟件。
4 終端安裝要點(diǎn)
?? ?終端通常是在戶外無(wú)人值守的環(huán)境下工作，而且因?yàn)橐拷斔凸芫€安裝，所以通常是安裝在維護(hù)井中。維護(hù)井環(huán)境比較惡劣，建議用戶將ZWG-5221L、電池和壓力變送器集中安裝在防水箱中，再將防水箱安裝在現(xiàn)場(chǎng)，如圖5所示。

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圖5 終端設(shè)備現(xiàn)場(chǎng)安裝示意圖

??? 該系統(tǒng)在多個(gè)城市投入使用后，經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，取得了滿意的效果。該系統(tǒng)方案同樣適用于其他管網(wǎng)監(jiān)控領(lǐng)域，如污水管道、石油管道、天然氣管道等。
?? ?通過(guò)選擇不同類型的變送器，該系統(tǒng)幾乎可以勝任各種低功耗遠(yuǎn)程無(wú)線智能監(jiān)控領(lǐng)域的要求。