基于GPRS的闸门流量自动控制系统

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一、控制系统概述
流量自控系统主要由中心主控系统（主计算机、控制柜）、电磁阀、温度传感器（可测水温）、流量计（可测量水的流量）和GPRS/GSM网络等设备所组成。
操作人员可坐在控制室里，对传上来的水温、水的流量等数据进行综合分析，利用手动或自动方式，足不出户的对整个电磁阀进行操作。同时还可以利用数据查询系统和打印系统，随时记录、查询、打印整个水库水温、水的流量历史记录等数据。
本系统由利用GPRS/GSM 网路，由中央计算机统一管理。通过流量计将实时的流量、和温度计将实时水温通过GRRS/GSM网络把结果送入计算机，在这里进行电磁阀参数设置，及对水流量情况进行统计，并可通过专用软件在计算机上存储，显示数据和图表。同时可以人工进行特殊操作。我们的网络结构分为三层，第一层为控制中心，有电脑和以太网组成；第二层为GPRS 无线控制器，该层和第一层之间无需电缆连接；第三层为阀门控制器，所有的阀门控制器和GPRS 无线控制器只需要用一根电缆连接。

二、控制过程：
每个控制单元控制着1-4 路电磁阀。通过传感器采集来的多路数据，经过A/D 转换，信号处理，在微处理器中，根据不同流量和水温，确定电磁阀开度，然后控制信号输出，结合中央管理计算机的指令，控制电磁阀的开关，即可以实现自动启闭闸门。
其中,电磁阀体采用了掉电保持的关键技术。其工作过程: 在激发工作的瞬间 ( 5~17 ms)线圈维持较大工作电流,机械动作过程全部完成; 之后线圈立即进入无电流状态,也即维持工作状态,此时阀体功耗仅为0.04~ 0.008W。也就是说,对于磁阀应用于闸门启闭这类非频繁开断的工作场合, 其日常工作能耗非常低, 这使得选用较小容量蓄电池作为动力成为可能, 理论上一块1.3A/h铅酸蓄电池即可维持阀体工作半年而无需充电。该电磁阀不易堵塞, 零压力时零泄漏, 启闭无反冲电流, 长期连续工作不发热, 线圈采用浇注灌封制造工艺,具有防水效果好等特性。
阀体 控 制 器 是 一 个 独 立 的 微 功 耗 控 制 单 元, 由MSP430F21x1单片机、 RF射频无线通讯芯片、MOSFETs功率开关器件和500mA /h锂电池电源等组成, 自动无线接收遥控指令和完成一至四个阀体的开合控制功能。控制器置于现地控制箱内, 箱里还配置了充电控制电路, 配合太阳能电池板(可选)一起构成现地设备的绿色能源供给。其中MSP430F21x1单片机是目前功耗最低的微处理器,运行耗电不到300 mA, 而运行速度快达16MHz。低功耗高灵敏度的RF射频集成芯片使用了ISM 频段中的433MHz工业公共频段, 该通讯模块大多数时间处于掉电状态 (典型电流值为2.5mA),按设定时间间隔由单片机上电唤醒, 以接收遥控指令 (工作电流值为12 . 5mA )。MOSFETs功率开关器件输入阻抗高、负载功耗小 导通电阻低、开关速度快, 可在60 m s内依次打开4个阀。

系统使用双向无线数据交换的通讯模式, 每个控制器都是一个标准节点和独立的控制终端设备, 具有独立的地址编码, 并允许手持和中央 2种遥控方式; 通讯中采用软硬件结合的抗干扰措施, 结合 CRC数据校验通讯协议, 确保通讯的高可靠性。操作人员可使用手持遥控机, 在田间地头通过键盘选取相应的电磁阀进行开合操作。也可通过远程控制软件在中控室计算机上简单地利用鼠标轻松地完成一个、 一组或多组终端电磁阀的开合动作, 实现较远距离的通讯控制,且操作界面直观, 功能齐备,方便统一管理。