基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端的制作方法

本发明涉及一种为各类流体管网闸门、阀门设备进行现场测控和远程监控的智能终端，尤其是涉及一种基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端。

背景技术：

目前闸门、阀门设备是各类管网系统中的重要设施，起到介质输送、关断、调节介质流量、压力和改变流向等管网调控作用，是畅通输配和管网抢修、维护、改造的重要保证措施。

闸(阀)门设备在当前实际应用中布置较分散，且距离较远，大多采用手动操作方式，运行人员劳动强度普遍较高，全面实现管网系统及时、有效管控的难度很大。管网系统要进行科学管理与实时调控首先要解决闸门、阀门远程调控题目，管网中若干重要的和关键的闸门、阀门能否实现及时有效地调控直接影响管网系统安全；所以，在管网系统调控中心直接实现对重要阀门远程调控操纵对保证管网系统安全正常运行具有十分重要的意义。

为了减轻运行人员的劳动强度，实现无人值守，能够在调控中心对现场各种闸门、阀门进行远程检测、控制，还能现地对闸门、阀门进行独立控制；当出现闸门、阀门故障时系统能够及时报警；同时也便于现场的调试、维护和紧急情况处理，所以，基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端在硬件设计上确保整个系统简单、安全、可靠。

技术实现要素：

本发明提供了一种基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，所述终端充分利用现有成熟的设备制造技术及先进的技术手段、无线频谱等资源；采用STM32F103嵌入式单片机为中央处理单元，布置在阀门井内或闸门旁；闸门、阀门调控中心计算机与现地终端单元之间通过无线网络或单总线网络进行通信，以便进行数据交换；关键的闸门、阀门是影响管网运行的重要设备，为防止误操纵，管网系统调控中心计算机和现场终端单元设有登陆密码和操作权限。

一种基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，包括CPU板和分别与其相连接的液晶显示面板、功能键盘、接口电路板、无线传输模块，所述无线传输模块还与接口电路板相连接，所述CPU板包括STM32F103中央处理器和分别与其相连接的数据存储器、工作晶振、系统时钟，还包括通过数据总线与中央处理器连接的运算放大器以及通过隔离器与中央处理器连接的CAN总线，所述接口电路板与闸门或阀门相连接。

所述液晶显示面板与STM32F103中央处理器连接。

所述功能键盘与STM32F103中央处理器连接，功能键盘至少包括返回键“ESC”、向上翻页键或数字增键“Pgup”、向下翻页键或数字减键“Pgdn”、确认键“Enter”、复位键“RST”。

所述接口电路板包括8通道数字量输入、4通道数字量输出、8通道模拟量输入、1通道模拟量输出、1通道温度输入、1个无线接口、2个CAN接口、1个RJ45网络接口、1个宽电压设计电源接口。

所述无线传输模块分别与STM32F103中央处理器和接口电路板的无线接口相连接。

基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，其基本功能如下：

(1)数据采集和处理功能：闸门、阀门的位置；闸门、阀门的工作状态；电气保护装置的状态；主电源和控制电源状态；有关操作状态。

(2)实时控制功能：被控对象可在本终端盘面上进行现场控制或通过闸门、阀门控制室计算机进行远程操作，还可在阀门井或闸门终端箱上操作；现地与远方操作互为闭锁，在现地切换，以距操作对象最近的控制点为最高优先级；控制内容有闸门升降控制和阀门的开闭控制。

(3)运行监视功能：运行监视包括状态监视，过程监视，控制系统异常监视。

①状变监视：电源断路器跳闸、运行接触器失电、保护动作等；

②过程监视：在本终端盘面上，动态显示闸门升降过程和开度；

③控制异常监视：本终端硬件或软件故障立即发出报警信号，并显示记录，指示报警部位。

(4)运行管理功能：包括运行画面及信息显示、人机对话、重要数据远程传送等。

①画面及信息显示：以数字、文字、图形、表格等形式组织画面进行动态显示，包括闸门、阀门动画、上、下游水位显示、各闸门、阀门开度显示、检测点压力、流量显示、当前事件信息显示、阀门井水位开关状态等；

②人机对话：包括输入控制命令，更新修改参数及配置数据等，以监视和控制各闸门、阀门的运行。

③远程管理：重要信息通过无线网络或单总线网络以定时传送的方式，远传给调控中心。

(5)数据通信功能：采用单总线结构。

(6)系统自检、诊断功能：包括硬件故障和应用软件故障诊断。

(7)可编程设置功能：实现现场硬件的配置和接口对接。

基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，对闸门或阀门设备的操作控制其基本操作步骤如下：

（1）闸门提升或下降操作之前，先把控制模式“自动/手动”和“远程/现地置于相应位置。

1）远程测控通过位于闸门、阀门调控中心计算机系统进行通讯测控操作在本终端实现相关输出信息；现地操作与远方操作互为闭锁，并在现地切换；

2）闸门、阀门有3个工作位置供选择，即全关位置、全开位置和检修位置，检修位置仅可在现地操作实现；

(2)闸门在提升前，应先向闸门后洞内充水，待闸门前后水位差满足开门条件时，自动提升。

(3)闸门、阀门提升或打开时，当提升或打开至设定位置时自动停止。若过程中，机械过力矩或电气过流保护动作可作用停止。

(4)闸门、阀门下降或关闭时，当闸门、阀门至全关位置时自动停止。

基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，其独特优势在于：定时对现场信息进行监测、采集、记录并上传；定时间隔可设置，温度跳变、保护信号和闸门、阀门操作信号主动上报，立即上传。独创的无线通讯方式，实时性强。可编程接口配置，适用范围广。历史报警或顺序事件记录，锂电池保持。包括液晶触摸屏和功能键盘的简单、安全、可靠的现场人机交互平台。

附图说明

图1是所述基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端的结构框图；

图2是CAN电路的示意图；

图3是单片机电路的示意图；

图4是电源电路的示意图；

图5是模拟量信号（4-20mA）采集电路的示意图；

图6是数字量输入与输出电路的示意图；

图7是温度采集PT100输入电路的示意图；

图8是基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端中央处理器的处理流程图；

图9是基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端中央处理器的定时中断流程图。

具体实施方式

本发明提供了一种基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，是一种为各类流体管网进行闸门和阀门测量、控制的智能终端，属于管网设备远程数据传输和自动化测控领域。

为使本发明的目的和优点更加清楚，下面将结合附图作进一步的详细描述。

如图1所示，所述基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端，包括CPU板、液晶显示面板、功能键盘、接口电路板、无线传输模块；所述液晶显示面板与CPU板连接；所述功能键盘与CPU板连接；所述无线传输模块与分别与CPU板和接口电路板连接；所述接口电路板与CPU板连接。

所述CPU板至少包括STM32F103中央处理器、数据存储器、工作晶振、系统时钟、运算放大器、CAN总线、数据总线、隔离器；所述数据存储器和中央处理器连接；所述工作晶振、系统时钟和中央处理器连接；所述运算放大器通过数据总线与中央处理器连接；所述CAN总线通过隔离器与中央处理器连接。

所述液晶显示面板通过CPU板与STM32F103中央处理器连接；

所述功能键盘通过CPU板与STM32F103中央处理器连接，功能键盘至少包括返回键“ESC”、向上翻页键或数字增键“Pgup”、向下翻页键或数字减键“Pgdn”、确认键“Enter”、复位键“RST”；

所述接口电路板通过无线传输模块或直接与CPU板之STM32F103中央处理器连接，接口电路板至少包括8通道数字量输入、4通道数字量输出、8通道模拟量输入、1通道模拟量输出、1通道温度输入、1个无线接口、2个CAN接口、1各RJ45网络接口、1个宽电压设计电源接口；

所述无线传输模块分别与CPU板之STM32F103中央处理器和接口电路板之无线接口相连接。

其中，CPU板之STM32F103中央处理器是本发明的核心，主要负责采集数据，并对数据进行处理，以及发送数据和接受指令。

本发明包括数字量输入电路、数字量输出电路、模拟量输入、1通道模拟量输出、温度采集输入电路、1个无线接口电路、1个CAN电路、1个功能键盘电路、1个宽电压设计电源电路、1个CPU电路。

图2到图7分别是CAN电路的示意图；单片机电路的示意图；电源电路的示意图；模拟量信号（4-20mA）采集电路的示意图；数字量输入与输出电路的示意图；温度采集PT100输入电路的示意图。

图8是基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端中央处理器的流程图。

如图8所示，流程开始于步100，在步100进行程序初始化，在步100后流程进入步101；

在步101进行硬件自检测；

在步102判断检测的硬件是否故障，如果判断为“是”，则进入步103；否则进入步104；

在步103进行硬件故障告警并上传遥信，之后流程进入步104；

在步104自动调用内部通讯参数、配置通讯连接，并进行第一次“握手”；之后流程进入步105；

在步105依次顺序进行通讯中断程序和开关柜参数设置中断程序，并使能，在步105之后流程进入步106；

在步106依次顺序进行输入端口的数据采集、单片机输入刷新、显示处理，在步106之后流程进入步107；

在步107判断配电柜智能测控防误终端控制系统是否报警，如果判断为“是”，则进入步108；否则流程进入步111；

在步108，进行报警的自动动作处理，在步108之后，流程进入步109；

在步109，进行顺序事件记录处理，在步109之后，流程进入步110；

在步110进行通讯数据发送接收处理，在步110之后流程返回到步106；

在步111，进行工业触摸屏触键扫描输入检测、显示和处理，在步111之后，流程进入步112；

在步112，根据触键的处理结果，判断并执行操作权限的管理和处理，确保作业安全；在步112之后流程进入步113；

在步113，进行动作信息的输出处理，之后流程返回到步106。

图4是基于物联网的闸门、阀门测控信息智能终端中央处理器定时中断流程图。

如图9所示，流程开始于步400，步400为定时器中断程序入口，在步400后流程进入步401；

在步401，进行看门狗复位，在步401后流程进入步402；

在步402，判断通讯是否数据发送，如果结果为“是”，则进入步403；否则进入步404；

在步403，进行通讯数据发送，在步403后流程进入步404；

在步404，判断通讯是否数据接收，如果结果为“是”，则进入步405；否则进入步406；

在步405，进行通讯数据接收，在步405后流程进入步406；

在步406，判断通讯数据或返回值是否有效，如果结果为“是”，则进入步407；否则进入步408；

在步407，动作信息进行输出，在步407之后流程进入步408。