技术特征：
1.一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，包括：感知数据的感知层、处理数据传输的网络层、以及数据进行计算和管理的应用层；所述基于物联网的一体化预制泵站的感知层内部设置有单片机，所述单片机用以对水压、流量、用电量以及图像数据等信号进行检测，所述单片机的内补设置有：水位传感器、水压传感器；所述的水位传感器和水压传感器均采用的是4～20ma电流信号经过内置的调理电路后与所述单片机内置的ad进行数据的收集，所述单片机通过rs-485接口外接电表、摄像头、软启动器、流量计，所述单片机利用modbus总线协议读取所述软启动器参数、流量等数据，利用特定协议读取所述电表数据和图像数据，并将釆集到的数据保存到sd卡中；所述基于物联网的一体化预制泵站的网络层，利用mqtt通信协议将数据发送到云计算中心服务器；所述基于物联网的一体化预制泵站的应用层通过手机客户端或网页登陆泵站管理系统实现泵站用水数据的实时查看、泵站监控等功能。2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，启动泵站进行取水的方式有三种：刷卡开泵、网页端远程控制开泵、手机app端远程控制开泵；刷卡取水时采用的是mfrc522读卡芯片来获取卡片信息，选用的取水卡是s50非接触式ic卡；本设计采用的方法是开卡时首先采用present轻量级加密算法对取水卡信息进行加密，然后为了方便将数据从服务器端传送到客户端再对数据进行base64编码。present加密算法属于分组密码算法，实际应用中需要对待加密数据进行处理，计算关系为：当l实际的数据长度，当l不是8的整数倍时，需要在待加密数据后补x位0，n为待加密数据的组数，读卡芯片通过spi接口将卡内数据传输到单片机，所述的单片机对得到的数据解base64编码，再用密钥对数据进行解密，最后从铁电存储器fram中查询刷卡用户是否合法，对合法用户执行相应的开泵取水操作。3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，电参数检测采取了选取了dts541电表和ade7878电参数芯片并用的方案，所述电表用于精确计费，同时用于校准ade7878电参数芯片，所述电表可以提供电压、电流、有功、无功功率参数，系统增加了ade7878电参数芯片对电机提供保护；ade7878可以为系统提供总有功和无功功率、视在电能、功率因数和电网频率等参数，ade7878通过电压互感器以及电流互感器接入三相交流电，通过spi接口将电参数发送给所述单片机，所述单片机通过计算电参数数据，来检测过压故障、缺相故障、逆向序故障等，实现对电机的保护。4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，当有人进入供水室时，将导致红外传感器的输出由高电平变为低电平，这将触发所述单片机的外部中断，此时所述单片机调用所述摄像头进行拍照，图像数据存储将存储在sd卡中，同时将图片的存储路径信息通过mqtt协议上传到云数据中心，当所述应用层需要调取图片信息时，可通过手机app或者web端发送召测指令以获取图片信息，实现了对泵站的安全监视。5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，所
述单片机通过modbus协议采集流量数据，使用tuf-2000m超声波流量计测量管内流量，该流量计测量线性度0.5％，重复性精度0.2％，时差测量分辨率40皮秒，测量精度
±
1％；在液体中的超声波传输时间将因液体流动而产生微小的变化，此处的传播时间变化正比于液体的流速，液体流速计算公式见式：本设计有三种计费方式：电计量收费、水计量收费、时间量计费；当泵站处于取水状态时将流量数据以及电参数上传至数据中心，数据中心根据用户需求选择特定的计费方式进行计费，以此实现计费取水功能。6.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，一体化预制泵站的控制核心是所述单片机，其通过ad转换器获取水位和水压数据，通过rs-485接口完成对所述软启动器参数、电参数、图像数据和流量的数据采集；系统中有两路rs-485通信电路，一路用于釆集所述电表的数据和所述软启动器参数；另一路用于采集流量计与所述摄像头数据。7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，泵站控制器系统基于mbed-rtos实时操作系统操作系统，实现了线程控制、线程同步、线程间通讯、线程调度等功能；系统运行时分为3个线程：线程1用于处理数据以及处理事件，当检测到mqtt接收缓存中有新数据时，线程1负责解析其中的命令，然后执行相应的操作，同时线程1还负责处理按键操作等外部事件；线程2为mqtt工作线程，负责泵站与数据中心的通信；线程3是数据釆集线程，定时采集各传感器数据，负责将数据存储到sd卡，同时还负责进行传感器故障检测。8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的一体化预制泵站控制系统，其特征在于，一体化预制泵站通过gprs无线网络或互联网基于mqtt协议与云数据中心进行通信，所述应用层软件在visual studio开发环境下使用c语言开发完成，实现了泵站运行数据的实时查看、远程管理、历史数据査询、报警条件设置等功能，用户可以通过在电脑网页或者在手机app登陆，进入泵站管理系统，实时査看泵站运行状态；用户可在管理系统中设定报警阈值，如电机过载报警阈等，所述应用层的软件对泵站的数据进行实时处理，计算是否达到报警条件；所述应用层的软件需要对大量的泵站进行集中管理，而泵站向数据中心上传的json数据需要经过解析后才能存入mysql关系型数据库，当数据量较大时可能造成数据库崩溃，引入数据库mongodb，其特点是性能高、易于部署，数据存储流程简单，可以直接存储泵站上传至数据中心的json数据；以mongodb作为数据缓存层，所述应用层的软件单独开辟一条线程轮询mongodb中的数据，数据经过处理后存入mysql数据库，通过调取mysql数据库信息实现历史数据查询功能。
技术总结
本发明涉及一种基于物联网的一体化预制泵站，基于物联网的一体化预制泵站系统结构有三个层次，分别是用来感知数据的感知层，处理数据传输的网络层，以及对数据进行计算和管理的应用层。一体化预制泵站系统结构以感知层为基础，利用不同类型的传感器对水位、水压、流量、用电量、图像数据等信号进行检测、转换与处理，并利用RS485等通信方式传输到单片机。网络层利用MQTT通信协议将数据发送到云计算中心服务器。应用层通过手机客户端或网页版泵站管理系统实现泵站用水数据的实时查看、泵站监控等功能。等功能。等功能。
技术研发人员：蔡洪福 台流臣 刘钊 马洪浩
受保护的技术使用者：山东宏科水电设备有限公司
技术研发日：2021.12.17
技术公布日：2022/3/25