基于PIC单片机的低功耗供热检查井泄漏防盗报警系统*

1 引言

随着社会的发展,集中供热以其节约能源、减少污染、方便人民群众生活的综合性经济、环境和社会效益,的优势逐渐取代了小锅炉,特别是20世纪90年代以来,在全国各地政府的支持下得到了飞速的发展,在城市基础设施中发挥越来越大的作用,随着管网范围的延伸,管网检查井的数量也成倍的增长,在供热管网的检查井中,一般安装有阀门、减压器、补偿器等管件及其保温层。随着供热介质温度的变化,管道就会发生膨胀和收缩,从而产生应力,该应力一般靠补偿器的伸缩来释放,由于供热介质温度变化的比较频繁造成管道一直处于收缩伸长的变化中,所以补偿器是热网的易损部件,另外检查井中的阀门由于长期处在潮湿环境中,极易被腐蚀发生泄露的机会也很大,如果检查井中的部件发生长时间泄露无论对居民小区的供暖还是对一级管网的正常输热都会产生很大的影响,甚至会损坏检查井的建筑结构,所以对检查井内部进行泄露检测并及时报警是非常有必要的[1]。

2 检测原理

图1 检查井内部结构图

一般检查井内部结构图如图1,最容易发生损坏的部位就是图中所标的1~4四个弯头,它们所承受的变形应力最大而且高压水对他们的冲击也是最大的[2]。所以在这四个部位各安装两个温度传感器,检测保温材料内外的温度,根据保温材料的热传导特性内外的温差如果过于接近说明供热介质已经渗透保温层。另外在检查井的最下端安装液位开关,如果是其他部位泄露当水位超过液位开关报警线时表示检查井内已经积水应该进行检查。对于野外检查井井盖和阀门经常失窃,给供热网络的正常运行造成极大威胁。所以在井盖安装防盗开关,在未经备案的情况下井盖被打开就可认为被强制打开。单片机通过GPRS模块向监控中

心发送泄露或者井盖被盗信息,监控人员就可以根据信息的内容进行抢修。

3 硬件设计

系统以微芯公司的超低功耗单片机PIC24F16KA102为控制芯片,在仅开启RTCC功能同时将所有IO口设置成高阻状态时实测功耗小于300nW,实现整个系统在锂电池供电的情况下低功耗长时间运行。系统的其他部分在不工作时几乎不耗电,所以在待机状态下整个系统的功耗都会小于300nW。测温元件采用DS18B20,系统总体框图如图2。

图2 系统总体框图

3.1 检测部分电路设计

检测部分包括液位开关、防盗开关、测温系统三部分,液位开关和防盗开关分别与单片机的外部中断管脚,DS18B20连接到单片机的普通IO口,电路原理图如图3[3]。单片机可以由外部中断1、2从休眠状态中唤醒,表示液位开关闭合或者防盗开关闭合。而单片机还可以利用RTCC功能定时唤醒检测温度传感器的温度判断管道是否发生泄露[4]。

图3 检测部分电路原理图

3.2 GPRS模块部分电路原理图

图4 单片机与GPRS模块接口

在系统检测到泄露之后,需将泄露信息传输到远程服务器,系统利用GPRS模块通过GPRS网络将编码的泄露信息传入远程监测服务器中,实现阀井的实时监测。模块选用的是Quectel-M10,在模块中自带TCP/IP协议,兼容AT指令集,可由外部管脚控制模块的开关,而且正常工作时功耗低,延长锂电池的使用时间。单片机与GPRS模块的接口电路图如图4。

4 软件设计

图5 系统程序流程图

系统软件程序主要由RTCC定时程序、温度检测程序、外部中断唤醒程序、数据打包发送程序组成,程序进行初始化后首先对外部设备进行巡检,确认所有设备工作正常且没有泄露后就启动RTCC定时并进入待机状态以节省电池电量,一旦液位开关或者防盗开关被触发,单片机就被唤醒,启动GPRS模块将信息打包后发送到服务器端,在没有外部中断触发的情况时,单片机由RTCC定时器定时唤醒对外不检测设备进行巡检,如果发现泄漏情况同样启动GPRS模块对信息打包发送,程序流程图如图5。

表1 数据包格式

在打包发送数据时,为让服务器端能正确的解读出数据包包含的泄露信息、发生泄漏的检查井编号必须对数据格式进行规定,首先是包头,然后是手机号码用来区分井号,然后依次是泄露信息、校验数据和包尾。具体格式如表1。

图6 上位机报警界面

图7 设备在线监测界面

服务器端接收到数据后,按照约定的格式进行解包,同时进行声光报警,这样就实现了阀井泄露的实时监测。图6、7就是上位机检测软件报警和设备在线情况的界面。

5 结束语

本系统利用超低功耗单片机PIC24F16KA102为主控芯片,利用温度传感器、液位开关和防盗开关对供热检查井的泄露情况进行及时的检测,同时对恶意打开井盖的情况进行检测,并可以将信息及时传输到远程服务器,实现检查井的实时监测,对检查井泄露只能靠事故发生后造成的影响进行判断的方法提供的一个全新的解决方案,最大化的减小了经济损失,为提高管网的自动化检测水平发挥了重要作用,本系统已经在现场进行应用,检测和防盗效果非常好,具有很大的发展前景。