微功耗测控终端的特点、工作模式及在管网监测中的应用

管网的压力、流量和流向是供水调度系统中重要的监测内容，测控终端被安装在监测现场采集管网压力、流量、流向等信息，并将信息传递到调度中心。该系统适用于城镇供水企业远程监测供水管网，工作人员可以在水司调度中心远程监测全市供水管网的压力及流量情况。科学指挥各水厂启停供水设备，保障供水压力平衡、流量稳定；及时发现和预测爆管事故的发生。

微功耗测控终端采用锂电池供电，可采集串口水表、脉冲水表的流量数据，可采集水位、压力、水质等变送器的标准信号。通过GPRS网或短消息远程传输数据，广泛用于供水企业管网压力流量监测、大客户抄表、分区计量、水位监测、水质监测、水源井监控等。也可用于水务、环保、环境、地质、农业、公安系统的远程实时监测系统中。

依据水司的普遍要求，结合水司管网监测的特点，我公司设计了一款微功耗测控终端，该终端将微功耗测控技术和GPRS通信技术进行了科学的整合，能够满足供水管网监测不同使用环境的要求。现将设备设计特点及使用特点介绍如下：

一、设计特点

1、模块化结构设计微功耗测控终端主要由四部分组成：测控单元、通信单元、显示与操作单元、电源单元。

测控单元是终端设备的核心，负责采集现场压力变送器的电流或电压信号、采集流量仪表的脉冲信号或数字信号、采集水质监测设备的模拟信号或数字信号，提供继电器信号输出，为现场变送器等设备提供5V/12V/24V直流供电电源，控制通信单元和供电单元。通信单元主要负责现场与调度中心之间的通信。采用GPRS无线通信方式，兼容GSM短信通信方式。

通用分组无线服务技术（General Packet Radio Service）的简称，它是GSM移动电话用户可用的一种移动数据业务。GPRS可说是GSM的延续。GPRS和以往连续在频道传输的方式不同，是以封包（Packet）式来传输，因此使用者所负担的费用是以其传输资料单位计算，并非使用其整个频道，理论上较为便宜。GPRS的传输速率可提升至56甚至114Kbps

工作模式分三种：普通模式、待机模式、休眠模式，不同供电模式选用不同的工作模式。显示与操作单元主要负责现场监测数据及现场参数的显示，使用按键操作可查询监测数据和设置参数，采用中文液晶显示和防水磁感应按键。

2、防水设计城市压力监测点随管网分布，监测终端设备多数安装在观测井内，要求设备防水、防潮。微功耗测控终端采用如下防水设计以确保防水效果。

◆外壳防水设计：材质选用增强尼龙，其防水、防潮、防腐、抗冻、抗热、强度、韧性等指标均满足观测井下使用环境，且重量轻。终端的上下盖之间、进出线口是水和潮气容易进入的地方。终端的上下盖之间采用H型密封条密封，从三个方向包围上下盖之间的接触壁，上下盖之间使用14个不锈钢螺栓的紧固，两个相邻的螺栓之间距离为5cm,保证了紧固强度；进出线口使用防水接头，防水接头与壳体之间采用O型圈与防水胶共同密封，进出线与防水接头之间使用密封胶套和密封胶共同密封。终端的防护等级可达IP68.

◆二次防水设计微功耗测控终端在现场安装维护的过程中，有时由于安装人员操作不规范，如螺丝紧固的强度不够，可能会降低终端的防水性能。为了保证终端设备不被井内积水浸泡，针对其使用环境，我们专门设计了防水罩，终端设备安装在防水罩内，防水罩口朝下固定在井壁上，积水高过防水罩时，由于罩内空气压力作用，可以阻止积水接触终端设备。

◆接线防水设计：微功耗测控终端安装在井下时，要配带防水线缆和防水接线盒，终端与防水线缆之间按上述要求做好防水，压力变送器或其它仪表提供的线缆与终端的线缆在防水盒内端子上连接，接好后，防水盒内注入防水胶。

二、使用特点

1、供电及工作模式调度中心对管网压力监测的实时性要求很高，但许多压力测点往往不具备供电条件，一般监测设备由于功耗和工作模式的限制，很难满足客户的需求。

微功耗测控终端数据采集功能：采集单脉冲、双脉冲、三脉冲、倒流可测水表的流量数据；采集压力、水位、温度、水质等变送器输出的电流电压信号；采集智能仪表的串口输出数据。

我们依据微功耗测控终端的特点，规划设计了三种工作模式：

◆普通模式测点具备220V市电或太阳能供电条件，终端设备可以满足数据的频繁采集、频繁传输，并支持数据实时上报和调度中心主动问询。

◆待机模式测点无供电条件，供电选用可充电大容量蓄电池，由于电池电量限制，需要合理的设置终端设备的数据采集间隔和数据发送间隔。无线发送数据时设备的功耗大，采集时的功耗可以忽略。终端设备支持数据定时上报、数据超限上报和调度中心的主动问询。蓄电池固定在支架上，外装防水外壳。微功耗测控终端可以检测蓄电池的电压，电压超过下限时，需要对蓄电池进行充电，充电周期与发送频率和选配蓄电池容量相关。1个100Ah的蓄电池一般可以支持终端设备正常工作3-4个月。

◆休眠模式测点无供电条件，供电选用一次性锂电池组，该电池组安装在微功耗测控终端内。由于电池组的电能有限，终端只能支持数据定时上报和变化上报。终端频繁采集压力等数据与设置的上下限数值进行对比，数据超限时立即上报，数据未超限时存储，等到设定的上报时间一起上报。一组4节的高能锂电池一般可支持设备正常工作1-2年。终端设备平时处于休眠状态，只有在上报数据时才唤醒，平时不支持调度中心主动问询。

2、设置与维护水司的设备维护人员通过简单的培训就可以安装、设置、维护微功耗测控终端。这样不但方便了用户，还可以大大提升产品可普及率。微功耗测控终端采用三种设置方式：现场按键设置、现场计算机设置、调度中心远程设置。普通设备维护人员可以使用终端按键设置或修改测点编号、采集时间间隔、发送时间间隔、压力变送器量程、水表倍率、串口速率等参数。经过培训的相关技术人员在调度中心可以远程设置、修改更多的终端设备参数，还可以对现场终端设备进行远程软件升级。

三、结论

微功耗测控终端经过辽宁、河北、北京、山东等地多家水司长期使用，均认为该产品的功能、功耗、防水、维护等设计都是从现场应用实际出发的，解决了很多现实问题，具备很大的推广价值。