一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含多只水表和控制器及主控器，各水表將測量數(shù)據(jù)通過電力線通信傳送給控制器，各控制器定時對各水表進行掃描登記，發(fā)現(xiàn)故障向管理中心報警。各水表及其控制器和主控器均采用步時間保持系統(tǒng)動作一致。
【專利說明】
一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)
(一)技術領域:
[0001 ]本發(fā)明涉及一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)，該系統(tǒng)包含多只水表和控制器及主控器，各水表將測量數(shù)據(jù)通過電力線通信傳送給控制器，各控制器定時對各水表進行掃描登記，發(fā)現(xiàn)故障向管理中心報警。各水表及其控制器和主控器均采用步時間保持系統(tǒng)動作一致。
(二)【背景技術】:
[0002]由電力網(wǎng)提供電源的控制系統(tǒng)，其各電子設備或模塊間都是通過專用線路通信，來糾正各電子設備或電子模塊的計時時間，達到同步運行目的。由于采用專用線路通信使布線復雜化并增加成本，如果計時時間不通過線路通信糾正，則由于傳統(tǒng)計時誤差，運行數(shù)小時后，其累積計時誤差會使系統(tǒng)控制動作不一致，可能造成系統(tǒng)崩潰，在一些經常變更設計，布線工程量大的場合其產品應用受到限制。
(三)
【發(fā)明內容】
:
[0003]—種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)，用于記錄用戶用水量。該系統(tǒng)包含多只數(shù)據(jù)輸出的水表和控制器及主控器，各水表將測量數(shù)據(jù)通過電力線半波通信傳送給控制器，各控制器將采集的用戶用水量數(shù)據(jù)也通過電力線半波通信傳送給主控器，主控器定期將用戶用水量數(shù)據(jù)經GSM網(wǎng)向自來水供水管理中心匯總。數(shù)據(jù)輸出的水表例如:脈沖輸出水表、超聲波水表、電磁流量計等，每只水表都裝有撥碼開關，都設置有編號，各控制器定時對各水表進行掃描登記，發(fā)現(xiàn)故障或被人為移離系統(tǒng)，將該事故記錄并向管理中心報警。各水表及其控制器和主控器，其裝置中均安裝周波甄別電路，用于產生系統(tǒng)的同步時間保持系統(tǒng)動作一致，同時在其通信電路中各安裝一個通信電子開關、開關驅動模塊。上述裝置均接于同一電力網(wǎng)線上并設置總開關，在總開關之后經二極管送入系統(tǒng)，系統(tǒng)處于半波通信半波供電狀態(tài)。通信時，即接通通信電子開關，反之，主控器向各水表及其控制器發(fā)送切換指令，關斷通信電子開關。
[0004]通信是受同步時間控制以保持動作一致，主控器和各水表、控制器的通信電子開關的開關驅動模塊，是從電力網(wǎng)線經電阻降壓、分壓后接D觸發(fā)器的CLK端，D觸發(fā)器的Q端接單片機的外部中斷口(INTO或INT1)，該外部中斷口設置為電平觸發(fā)。D觸發(fā)器的D端接地，其S端與單片機的I/O口相接，初始狀態(tài)S端置I ο當CLK端的正方波信號到來時，其上升沿使D觸發(fā)器置O，外部中斷口低電平產生中斷，在中斷服務程序中先使S端置O使D觸發(fā)器置I即Q端為I而關中斷，然后進行通信，通信電子開關依所采用通信方式接于單片機相應端口，并進行信號調理，通信結束前S端置I使開中斷等待下一周波的通信，如此周而復始實現(xiàn)半波通
?目O
[0005]系統(tǒng)中安裝有手機短信收發(fā)裝置，利用GSM網(wǎng)絡，以收發(fā)短信方式進行通信，目前GSM的SMS短信服務仍然是國內普及率最高的一種短信業(yè)務GSM的SMS本身具備數(shù)據(jù)傳送功能，一個消息的傳輸就構成了一次通信，消息的傳輸是由處于GSM外部的短消息服務中心(SMSC)進行中繼，GSM的短信息業(yè)務SMS它不用撥號即可建立連接，用戶把要發(fā)的信息加上信宿數(shù)據(jù)發(fā)送到短信息服務中心，經短信服務中心完成存儲后再發(fā)送給最終的信宿。所以當GSM終端沒開機時信息不會丟失。
[0006]本發(fā)明利用電力網(wǎng)周波的正半周上升段，取三個甄別點實現(xiàn)對周波信號的識別判定，再利用周波時間建立同步時間，實現(xiàn)系統(tǒng)中各水表及其控制器和主控器的同步運行。
[0007]各水表及其控制器和主控器的周波甄別電路結構示意圖如圖2所示，由三個采用滯回比較器的電壓比較器組成，每個電壓比較器中均包含濾波電路，其電壓比較器的基準電壓由穩(wěn)壓電路提供。系統(tǒng)設置時鐘計時器和同步計時器。如果檢測到相臨的兩個周波信號均為真，則取出該兩個相鄰的周波信號過零之間的時鐘計時器計時時間，按序存入周波時間存儲單元中，該周波時間存儲單元可存放100個周波時間，存滿時每存入一個周波時間，均先移除最先存入的一個周波時間，并計算存入的周波時間的平均值Tz并保存，利用Tz值鑒別待識別周波信號，以降低電力網(wǎng)頻率波動的影響，同時采用三個甄別點降低誤判可能性。
[0008]三個比較器分別用于三個甄別點，即甄別點0、甄別點1、甄別點2，如圖1所示。在周波正半周上升段的周波過零處，即甄別點O設置電壓過零比較器，由于電力網(wǎng)周波負半周被整流二極管隔離，為了提高檢測精度，在電壓過零比較器的信號輸入端再串接二極管隔離負半周，其基準電壓從零提高到1mv至lOOmv，視比較器的失調電壓而定，該基準電壓可利用二極管壓降經電阻分壓得到。其余二個比較器分別設置在周波正半周上升段，峰值電壓的35 %至50 %處的甄別點I和50 %至70 %處的甄別點2。
[0009]周波信號判定:單片機在設定時間開中斷后，時鐘計時器清零并開始計時，當周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零比較器(VO)的輸出電壓翻轉，在其電壓下降沿產生中斷，記錄其過零點中斷時間ThO并關中斷;此后，單片機掃描甄別點I處電壓比較器(Vl)的輸出電壓，當周波電壓達到(Vl)的閾值電壓時，輸出電壓從高到低翻轉，掃描記錄其翻轉時間Th I ；同樣掃描記錄甄別點2處電壓比較器(V2)輸出電壓翻轉時間Th2 O將ThO與電壓過零比較器(VO)的輸出電壓翻轉時間設定值TsO作比較;Th I與電壓比較器(Vl)的輸出電壓翻轉時間設定值Tsl以及Th2與電壓比較器(V2)的輸出電壓翻轉時間設定值Ts2分別作比較，如果在允許誤差范圍內，則檢測到的該甄別信號為真，否則為假。上述判定甄別信號為真時，計算本次周波信號過零與相鄰前一次甄別信號為真時的周波信號過零間的時鐘計時器計時時間Tzu，將其與周波時間的平均值Tz作比較，如果不超過設定周波時間誤差Tzv則周波信號為真，這時保存Tzu并取20ms與同步計時器計時時間相加，將相加的值存入同步計時器中。
[00? O ]當時鐘計時器以周波電壓過零開始計時，則計時到16ms至18.5ms間的開中斷時間設定值Tk時開中斷，時鐘計時器計時到25ms至27ms間的關中斷時間設定值Tn時關中斷。
[0011 ]系統(tǒng)開機后，時鐘計時器開始計時，當檢測到第一個周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零比較器(VO)的輸出電壓翻轉，從而產生中斷，取出周波電壓過零點的時間TO保存，將時鐘計時器清零并開始計時，這時周波電壓過零時間ThO為0，同時單片機按上述方法掃描并判定甄別信號。由于檢測的是第一個周波，時鐘計時器是在周波電壓過零時開始計時，其ThO、Thl和Th2的值均須加上周波時間20ms減去開中斷時間設定值Tk的差值，如果三個甄別信號為真，取出的周波電壓過零點的時間TO作為初始時間存入同步計時器中，下一次即第一次開中斷時間取Tk。否則為假時，此時時鐘計時器時間須加上T0，繼續(xù)檢測。
[0012]當檢測到第一個和相鄰的第二個周波電壓過零時，由于未保存檢測的周波時間，因此兩次周波信號過零間的時鐘計時器計時時間是與周波時間20ms作比較，判定周波信號為真時，則是取20ms減ThO的差值與同步計時器計時時間相加，即第一次保存標準周波時間20ms，需扣除其ThO值，這是因為此后每次檢測到周波信號為真時，均在開中斷時將時鐘計時器清零后重新開始計時，并且是在開中斷時將標準周波時間計入同步計時器中，開中斷后時鐘計時器清零，否則判定周波信號為假時，此時時鐘計時器時間須加上T1 = T0+Tk，繼續(xù)按上述方法重新檢測第一個周波。當檢測第一個周波信號為真后，恢復以上所述的周波信號判定。
[0013]如圖1所示，如果檢測到周波信號為假，下一次開中斷時間均在本次開中斷時間后，經延時周波時間的平均值Tz時開中斷，并在開中斷后延時Tns時關中斷，設置關中斷時間是當周波信號在甄別點O時沒有產生中斷，這時須在超過TsO允許誤差范圍的設定時間點開始掃描，以及掃描甄別點I和甄別點2時，電壓比較器輸出電壓沒有產生翻轉，都在關中斷時間Tns關中斷和停止掃描，Tns為:
[0014]Tns = Tn — Tk
[0015]如果檢測到周波信號為真，則下一周波開中斷時間Tks為:
[0016]Tks = Tk+ThO
[0017]即從第一次開中斷時間取Tk之后，時鐘計時器均是計時到Tks開中斷，并清零后重新開始計時，計時到Tns時關中斷，從而使同步計時器時間受到周波電壓過零時間的糾正。
[0018]重復上述過程。如果所述檢測到的上一周波信號為真，本周波判定時，甄別信號為假，或檢測到的周波時間與周波時間的平均值Tz比較超過設定周波時間誤差Tzv，或時鐘計時器計時到關中斷時間設定值Tns時，電壓過零比較器(VO)輸出電壓未翻轉，沒有產生中斷，則在時鐘計時器計時到Tns時關中斷，這時記未計周波數(shù)N為I并存儲，下一次開中斷時間是在上次開中斷時間經過Tz后開中斷，時鐘計時器在開中斷后清零并計時，計時到Tns時關中斷，此后每次判定周波信號真?zhèn)?，如為假或本次檢測甄別信號雖為真但上次為假，則取N，將N+1后回存于存儲器中。
[0019]當檢測到周波信號為真時，則取出存儲器中N保存，并將存儲器中N置零，并恢復使用設定值Tks，這時取(N+1) X 20ms的值加于同步計時器中。
[°02°]系統(tǒng)同步時間為同步計時器的時間，再加上當前正在計時的時鐘計時器的時間。
[0021]判定甄別點信號真?zhèn)螘r，ThO、Thl、Th2是通過與電壓比較器輸出電壓翻轉時間設定值TS0、Tsl、Ts2作比較看是否超差，來判定甄別點信號真?zhèn)危梢赃x擇:ThO、Thl、Th2均為真時該周波甄別信號為真，或者ThO為真，同時Thl、Th2之一為真時，或者Thl、Th2為真時，該周波甄別信號為真，視對判定周波信號真?zhèn)尾煌蠖ā?br>[0022]如果電力網(wǎng)故障，當N大于25至70間的一個設定值時，由于系統(tǒng)中各水表及其控制器和主控器，其檢測的Tz值和N值可能不同，這時，電力網(wǎng)頻率累積誤差，可能造成同步計時器時間無法通過檢測到真實周波信號時得到糾正，當檢測到周波信號為真時，這時采用時鐘計時器的累計計時值直接加于同步計時器中，以減少系統(tǒng)的不同步時間，累計計時值為NXTz+20ms。電力網(wǎng)正常運營情況下N遠小于25。
[0023]允許的周波時間誤差Tzv和電壓比較器輸出電壓的翻轉時間設定值，由試驗評估取其平均值獲得。
(四)【附圖說明】:
[0024]圖1是周波甄別數(shù)據(jù)關系示意圖；
[0025]圖2是周波甄別電路結構示意圖；
[0026]圖3是一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的電路結構方框圖。
(五)【具體實施方式】:
[0027]圖3是一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)的電路結構方框圖，包括:主控器(10)、通信電子開關(U)、開關驅動模塊(12)、手機短信收發(fā)裝置(13)、S頂卡(14)、控制器(15)、周波甄別電路(16)、水表(17)。其中通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)、周波甄別電路(16)和圖2中單片機(UO)均分別包含在水表(17)、控制器(15)和主控器(10)中。其中通信電子開關(11)使用雙向可控硅作為開關。
[0028]圖2是周波甄別電路(16)的結構示意圖，由:輸入電路(SO)、電壓過零檢測模塊(VOK電壓比較器(Vl)和電壓比較器(V2)構成。單片機(UO)是指水表(17)、控制器(15)和主控器(10)中的單片機。輸入電路(SO)用于將電力網(wǎng)交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉換為電壓比較器合適的穩(wěn)定的輸入電壓。單片機(UO)采用89C55WD，電壓過零檢測模塊(VOK電壓比較器(VI)、電壓比較器(V2)均使用專用的電壓比較器LM339，其基準電壓是采用穩(wěn)壓管的穩(wěn)壓電路來穩(wěn)定電壓比較器的閾值電壓。
[0029]當電力網(wǎng)交流電壓周波信號過零時，電壓過零檢測模塊(VO)的輸出電壓跳變，單片機(UO)產生中斷，記錄中斷時間，同時單片機(UO)還用于掃描電壓比較器(Vl)和電壓比較器(V2)的輸出電壓，當輸出電壓跳變時記錄跳變時間，用于判定電力網(wǎng)周波信號從而產生同步時間。
[0030]手機短信收發(fā)裝置中單片機89C51通過I2C總線與主控器實現(xiàn)串行通信，該單片機89C51還通過串行接口集成電路MAX232與GSM模塊TC35i連接進行數(shù)據(jù)交換，GSM模塊芯片TC35i是RS232數(shù)據(jù)口，支持AT命令集，其中包含了對SMS的控制，單片機89C51通過向GSM模塊發(fā)送一系列AT指令，完成對GSM模塊的初始化和短信息收發(fā)。SMS的收發(fā)采用TEXT模式，TEXT模式是基于ASCII碼的一種結構模式。
【主權項】
1.一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)，其特征是，各水表將測量數(shù)據(jù)通過電力線半波通信傳送給控制器，各控制器將采集的用戶用水量數(shù)據(jù)也通過電力線半波通信傳送給主控器，主控器定期將用戶用水量數(shù)據(jù)經GSM網(wǎng)向自來水供水管理中心匯總，各控制器定時對各水表進行掃描登記，發(fā)現(xiàn)故障或被人為移離系統(tǒng)，將該事故記錄并向管理中心報警，各水表及其控制器和主控器，其裝置中均安裝周波甄別電路，用于產生系統(tǒng)的同步時間，同時在其通信電路中各安裝一個通信電子開關、開關驅動模塊，電力網(wǎng)是在總開關之后經二極管送入系統(tǒng)，通信是受同步時間控制以保持動作一致，主控器和各水表、控制器的開關驅動模塊是從電力網(wǎng)線經電阻降壓、分壓后接D觸發(fā)器的CLK端，D觸發(fā)器的Q端接單片機的外部中斷口，當CLK端的正方波信號到來時，其上升沿使D觸發(fā)器置O，外部中斷口低電平產生中斷，進行通信，系統(tǒng)中安裝有手機短信收發(fā)裝置，利用GSM網(wǎng)絡，以收發(fā)短信方式進行通信； 周波甄別電路是利用電力網(wǎng)周波的正半周上升段，取三個甄別點實現(xiàn)對周波信號的識別判定，再利用周波時間建立同步時間，系統(tǒng)設置時鐘計時器和同步計時器，如果檢測到相臨的兩個周波信號均為真，則取出該兩個相鄰的周波信號過零之間的時鐘計時器計時時間，按序存入周波時間存儲單元中，存滿100個周波時間時每存入一個周波時間，均先移除最先存入的一個周波時間，并計算存入的周波時間的平均值Tz并保存，利用Tz值鑒別待識別周波信號； 三個比較器分別用于三個甄別點，即甄別點0、甄別點1、甄別點2，在周波正半周上升段的周波過零處，即甄別點O設置電壓過零比較器，在電壓過零比較器的信號輸入端再串接二極管隔離負半周，其基準電壓為1mv至lOOmv，視比較器的失調電壓而定，該基準電壓可利用二極管壓降經電阻分壓得到，其余二個比較器分別設置在周波正半周上升段，峰值電壓的35 %至50 %處的甄別點I和50 %至70 %處的甄別點2 ； 周波信號判定:單片機在設定時間開中斷后，時鐘計時器清零并開始計時，當周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零比較器的輸出電壓翻轉，在其電壓下降沿產生中斷，記錄其過零點中斷時間ThO并關中斷;此后，單片機掃描甄別點I處電壓比較器(Vl)的輸出電壓，當周波電壓達到電壓比較器(Vl)的閾值電壓時，輸出電壓從高到低翻轉，掃描記錄其翻轉時間Thl;同樣掃描記錄甄別點2處電壓比較器(V2)輸出電壓的翻轉時間Th2，如果所述翻轉時間在允許誤差范圍內，則檢測到的該甄別信號為真，否則為假，上述判定甄別信號為真時，計算本次周波信號過零與相鄰前一次甄別信號為真時的周波信號過零間的時鐘計時器計時時間Tzu，將其與周波時間的平均值Tz作比較，如果不超過設定周波時間誤差Tzv則周波信號為真，這時保存Tzu并取20ms與同步計時器計時時間相加，將相加的值存入同步計時器中； 當時鐘計時器以周波電壓過零開始計時，則計時到16ms至18.5ms間的開中斷時間設定值Tk時開中斷，時鐘計時器計時到25ms至27ms間的關中斷時間設定值Tn時關中斷； 當檢測到第一個周波電壓過零時，設置在甄別點O的電壓過零比較器的輸出電壓翻轉，從而產生中斷，取出周波電壓過零點的時間TO保存，將時鐘計時器清零并開始計時，這時周波電壓過零時間ThO為O，單片機按上述方法掃描并判定甄別信號，其ThO、Thl和Th2的值均須加上周波時間20ms減去開中斷時間設定值Tk的差值，如果三個甄別信號為真，取出的周波電壓過零點的時間TO作為初始時間存入同步計時器中，下一次即第一次開中斷時間取Tk，否則為假時，此時時鐘計時器時間須加上TO，繼續(xù)檢測； 當檢測到第一個和相鄰的第二個周波電壓過零，判定周波信號為真時，則是取20ms減ThO的差值與同步計時器計時時間相加，開中斷后時鐘計時器清零，否則判定周波信號為假時，此時時鐘計時器時間須加上T1 = T0+Tk，繼續(xù)按上述方法重新檢測第一個周波，當檢測第一個周波信號為真后，恢復以上所述的周波信號判定； 如果檢測到周波信號為假，下一次開中斷時間均在本次開中斷時間后，經延時周波時間的平均值Tz時開中斷，并在開中斷后延時Tns時關中斷，設置關中斷時間是當周波信號甄別為假時在關中斷時間Tns關中斷和停止掃描，Tns為: Tns = Tn-Tk 如果檢測到周波信號為真，則下一周波開中斷時間Tks為: Tks = Tk+ThO 即從第一次開中斷時間取Tk之后，時鐘計時器均是計時到Tks開中斷，并清零后重新開始計時，計時到Tns時關中斷，重復上述過程，如果所述檢測到的上一周波信號為真，本周波判定時，甄別信號為假，則在時鐘計時器計時到Tns時關中斷，這時記未計周波數(shù)N為I并存儲，下一次開中斷時間是在上次開中斷時間經過Tz后開中斷，時鐘計時器在開中斷后清零并計時，計時到Tns時關中斷，此后每次判定周波信號真?zhèn)?，如為假或本次檢測甄別信號雖為真但上次為假，則取N，將N+1后回存于存儲器中； 當檢測到周波信號為真時，則取出存儲器中N保存，并將存儲器中N置零，并恢復使用設定值Tks，這時取(N+1) X 20ms的值加于同步計時器中； 系統(tǒng)同步時間為同步計時器的時間，再加上當前正在計時的時鐘計時器的時間； 判定甄別點信號真?zhèn)螘r，選擇:ThO、Thl、Th2均為真時該周波甄別信號為真，或者ThO為真，同時Thl、Th2之一為真時，或者Thl、Th2為真時，該周波甄別信號為真，視對判定周波信號真?zhèn)尾煌蠖?，如果N大于25至70間的一個設定值時，采用時鐘計時器的累計計時值直接加于同步計時器中，累計計時值為NXTz+20ms。2.根據(jù)權利要求1所述的一種自來水供水管網(wǎng)自動抄表系統(tǒng)，其特征在于包括: 主控器(1)、通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)、手機短信收發(fā)裝置(13)、S頂卡(14)、控制器(15)、周波甄別電路(16)、水表(17)，其中單片機(UO)和通信電子開關(11)、開關驅動模塊(12)和周波甄別電路(16)均分別包含在水表(17)、控制器(15)和主控器(10)中； 周波甄別電路(16)，由:輸入電路(SO )、電壓過零檢測模塊(VO )、電壓比較器(VI)和電壓比較器(V2)構成，輸入電路(SO)用于將電力網(wǎng)交流電壓通過電阻和二極管的分壓，轉換為電壓比較器合適的穩(wěn)定的輸入電壓； 手機短信收發(fā)裝置中單片機89C51通過I2C總線與主控器實現(xiàn)串行通信，該單片機89C51還通過串行口 MAX232與GSM模塊TC35i連接進行數(shù)據(jù)交換。
【文檔編號】G08C19/00GK106023570SQ201610447926
【公開日】2016年10月12日
【申請日】2016年6月20日
【發(fā)明人】張金木
【申請人】福州臺江區(qū)超人電子有限公司