集中供水远程监控系统的设计及应用

0 引言

农村集中供水项目中，很多利用地势高程采用高位水池供水方式，解决集中供水难的问题。近距离高位水池供水方式通过采集在蓄水池设置的高、低液位信号，利用有线的方式控制水泵的启停，实现水泵自动补水。

但是，对于泵房与蓄水池距离较远，自动控制方式很难实现，只能通过专人看守的方式定点开泵补水，不能实时地掌握蓄水池的液位信息，缺水及溢水现象经常发生，供水稳定性差。

针对以上问题，本文基于GPRS 传输技术，采用单片机系统设计了一套远程监控系统，并在山西某供水站进行了测试和现场应用。

1 系统设计框架

1.1 工作原理

根据集中供水的要求，远程监控系统采取点对点的直接控制方式。在泵房安装主控系统，实现液位信息的接收、分析，自动控制水泵的启停，向管理人员发送液位状态、水泵工作状态、水泵运行参数等信息。在蓄水池安装液位采集系统，实时采集液位信息，并按照设定的周期传输通过GPRS 网络传输到主控系统。实现了液位信息的自动采集及水泵启停的自动控制，管理人员可以通过信息实时掌握供水状态，确保供水的及时性和安全性。系统设计框架图如图1所示。

1.2 控制系统硬件设计

控制系统硬件电路主要由处理器模块、GPRS模块、开关量控制等部分组成，其结构图如图2所示。

处理器模块采用的是TI公司的功能强大的超低功耗处理器MSP430F149.该单片机具有极低的功耗、强大的处理能力、丰富的外围模块、高效的开发方式等特点。MSP430F149处理器上具有12 位A/D 转换器，2个带有捕获/比较寄存器的16位定时器，2个可实现异步、同步的串行通信接口，看门狗。

GPRS 通信模块采用MOTOROLA G24L WirelessModule,G24L是一款高速的GSM/GPRS/EDGE模块，支持四频传输，可以适合恶劣的工作环境，宽温版模块的工作范围可以达到-30~85 ℃，可以满足多通道稳定传输的要求。

1.2.1 主控系统设计

主控系统通过安装控制系统硬件电路实现液位数据的接收、分析及处理。根据液位信息，自动启停水泵，并实时采集水泵运行电压、电流参数，判断水泵的运行状态，发现水泵故障及时报警。为确保水泵启停操作的可靠性，主控系统增加了水泵运行状态反馈信号的采集。主控系统将接收的高、低液位信息及水泵状态等信息，以GSM短信的方式发送给管理人员，供管理人员实时监控供水状态。

1.2.2 液位采集系统

主控系统通过安装控制系统硬件电路实现液位数据的采集及传输。根据设定的采集周期，采集蓄水池液位信息，并实现数据的GPRS传输。液位计选择浸入式压阻水位计，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，采用国外先进的隔离型扩散硅敏感元件的压阻效应，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准4~20 mA电流信号输出，综合精度可达到±0.25% F·S.

2 软件设计

2.1 液位采集主程序

液位采集系统按照设备的采集周期，实现液位信息的采集及传输，其主程序流程图如图3所示。

2.2 主控系统主程序

主控制程序根据接收的液位信息，判断开泵及关泵状态，并对水泵的运行状态进行监测，对于异常状态发送报警信息。其主程序流程图如图4所示。

3 结语

基于GPRS技术的集中供水远程监控系统，通过在山西某供水站的安装应用，液位数据采集准确，水泵启停控制稳定可靠，实际使用效果良好。事实证明，该系统可以实现泵房、蓄水池在远距离分散模式下的自动控制。该监控系统可以根据控制要求，扩展控制点数，实现多点的扩展控制，降低供水管理人员的工作强度，杜绝缺水、溢水现象，具有较好的推广价值。