基于低功耗WiFi的渦街流量計流量熱量監(jiān)測終端
發(fā)布時間：2023-03-22 00:09:54來源：hseauto.cn來源：..
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目前國內(nèi)工業(yè)監(jiān)測趨向于支持無線和實時監(jiān)控，基于傳統(tǒng)電氣連接方式需要在場地內(nèi)進行布線，短距離可以，長距離傳輸質(zhì)量會受到影響，檢查線纜又受到穿墻入地等條件的限制十分不便。
渦街流量計因其介質(zhì)適應(yīng)性強、可靠性高、壓力損失小、量程比寬等優(yōu)點，在許多行業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。為了滿足用戶方將工業(yè)測量數(shù)據(jù)傳輸至能源管理系統(tǒng)的需求，設(shè)計把WiFi這種短距離無線技術(shù)，應(yīng)用在工業(yè)測量以及無人值守站基礎(chǔ)通訊模組上，使其完成流量熱量監(jiān)測的任務(wù)。利用WiFi的突出優(yōu)勢在于：一使用開放的2.4GHz直接序列擴頻無線技術(shù)；二是WiFi的傳輸速度非常快，最大傳輸速率為11Mbit/s，在信號較弱或有干擾時，帶寬可調(diào)整為5.5Mbit/S、2Mbit/S和1Mbit/S；三是進入門檻低，只要支持WiFi的終端設(shè)備都可以按照一定的權(quán)限加入到WiFi網(wǎng)絡(luò)中即可。在流量檢測系統(tǒng)中，使用其進行節(jié)點參數(shù)的采集與傳送、控制信號的傳輸與控制，避免在現(xiàn)場布設(shè)繁瑣的數(shù)據(jù)線，對降低成本和能耗都有一定的意義，使監(jiān)測系統(tǒng)的擴展性更靈活。
工作站通過相應(yīng)集成系統(tǒng)自動采集各監(jiān)測終端采集的數(shù)據(jù)并存儲匯總，將信息輸入服務(wù)器，服務(wù)器負(fù)責(zé)提供相應(yīng)的集團數(shù)據(jù)指標(biāo)進行控制，同時提交給數(shù)據(jù)服務(wù)中心相應(yīng)的數(shù)據(jù)，而便攜終端（如PDA終端）或者其他帶有無線WiFi功能終端（如手操器，或者筆記本電腦等）則可以設(shè)定參數(shù)，并提交服務(wù)器或者直接發(fā)送相應(yīng)指令給傳感器或者執(zhí)行機構(gòu)。
根據(jù)以上功能需求設(shè)計基于WiFi的渦街流量計流量熱量監(jiān)測終端，其主要結(jié)構(gòu)包括流量熱量采集終端和無線抄表單元兩部分，按照預(yù)設(shè)參數(shù)的要求存儲傳感器測量的流量、熱量，經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)綗o線抄表單元中。無線抄表單元中帶有WiFi傳輸發(fā)射裝置，經(jīng)由100米范圍內(nèi)的AP點通過TCP/IP協(xié)議連接至局域網(wǎng)內(nèi)，使得網(wǎng)內(nèi)其它連接在AP點上的設(shè)備相互通訊，也可以經(jīng)過IP NetWork傳輸?shù)缴衔粰C，上位機的接入也可采用多種方式，可通過有線、無線接入互聯(lián)網(wǎng)，可根據(jù)需要以及實際情況靈活的選擇上層方式。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計
1.1 監(jiān)測終端結(jié)構(gòu)
監(jiān)測終端硬件部分主要是低功耗WiFi模組與流量熱量測量部件的對接。其硬件結(jié)構(gòu)主要包括：32位MCU、FLASH芯片、電源芯片、液晶屏、低功耗WiFi模組。其中主要模組由PIC32MX處理器和MRF24組成，負(fù)責(zé)管理整個系統(tǒng)的運行和數(shù)據(jù)運算與處理。
1.2 WiFi模塊簡介
Microchip公司的MRF24具有內(nèi)置天線，兼容的表面安裝的RF收發(fā)器模塊，包括了所有的RF元件：晶振、旁路和偏壓無源元件以KMAC，基帶RF和功率放大器；內(nèi)置的硬件支持AES和TKIP。
1.3 無線模塊硬件接口
WiFi模塊與現(xiàn)場儀表之間采用SPI接口進行通信，PIC32做為主設(shè)備，MRF24作為從設(shè)備。將主從設(shè)備中的SCK、SDO、SDI引腳互聯(lián)，PIC32通過RB3控制MRF24的CS，實際功能相當(dāng)于片選。另外，由于在WiFi通信的過程中需不斷檢測WiFi模塊的狀態(tài)信號，因此將MRF24的中斷信號INT接到PIC32的INT4腳，當(dāng)有WiFi通訊請求時通過此口向PIC32發(fā)送中斷請求信號。PIC32的RB4口接至MRF24的RESET管腳端，用于軟控制其復(fù)位，PIC32的RB5口接至MrF24的HIBERNATE管腳端，在無數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r候控制其處于休眠狀態(tài)，便于降低系統(tǒng)功耗，節(jié)省電池電力，在需要喚醒時再通過此管腳喚醒，以控制模塊狀態(tài)。
2 軟件的設(shè)計
2.1 整體框架
儀表軟件具有啟動引導(dǎo)程序、儀表運行主程序、數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)、外圍驅(qū)動程序、通訊傳輸程序，各程序模塊采用中斷優(yōu)先級管理和輪詢運行相配合的方式運行。
儀表運行主程序包含人機界面，鍵盤操作、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲、狀態(tài)檢測。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集、發(fā)送數(shù)據(jù)，同時需要完成硬件檢測、網(wǎng)絡(luò)配置工作。通信模塊構(gòu)建通信鏈路，完成數(shù)據(jù)協(xié)議轉(zhuǎn)換。監(jiān)控模塊主要負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)處理以及設(shè)備調(diào)校等。狀態(tài)部分主要用來檢測傳感器以及通訊部件的通訊連接狀態(tài)，以及時鐘授時部分。
2.2 程序設(shè)計
這部分包括通訊參數(shù)初始化，無線模塊設(shè)置狀態(tài)，等待召測命令，數(shù)據(jù)發(fā)送。運行流程如下：
先硬件初始化和操作系統(tǒng)初始化，檢查系統(tǒng)內(nèi)存映射，將內(nèi)核映像，從Flash上讀到SDRAM中，為內(nèi)核設(shè)置啟動參數(shù)，調(diào)用內(nèi)核。當(dāng)遇到中斷請求時，總是先響應(yīng)中斷請求，執(zhí)行完中斷后，中央處理器執(zhí)行為看門狗程序，然后執(zhí)行儀表數(shù)據(jù)讀取判斷召測與否，如果需要召測數(shù)據(jù)，將存儲單元內(nèi)FLASH芯片中的流量值信鼠等通過WIFI無線通訊模塊發(fā)送給上位機；首先經(jīng)由遠程主機定時發(fā)送要求信號，WIFI模塊也定時處于喚醒狀態(tài)，信號經(jīng)WiFi模塊轉(zhuǎn)換傳入單片機，單片機解析命令，命令中包含遠程通訊協(xié)議封包數(shù)據(jù)，CPU將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進行解析，根據(jù)解析的內(nèi)容，選擇現(xiàn)場采集模塊某一路進行工作，同時將標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)信號部分通過CPU的SPI接口送入WIFI模塊；WIFI模塊對接收的數(shù)據(jù)進行封包處理轉(zhuǎn)換，采集模塊將數(shù)據(jù)發(fā)送到終端智能儀表設(shè)備；然后設(shè)備進入延時等待狀態(tài)，當(dāng)采集模塊有新數(shù)據(jù)響應(yīng)時，采樣電路進行采集信號，再由處理單元將信號放大整形濾波，由CPU進行接收后，對數(shù)據(jù)進行處理，添加通訊設(shè)備信息，并將數(shù)據(jù)傳入WIFI模塊，由WiFi模塊傳送至遠程終端。如果接收到上位機發(fā)送的實時參數(shù)調(diào)整指令則調(diào)用本地程序進行參數(shù)調(diào)整；之后返回主程序。
3 結(jié)束語
這一應(yīng)用方案立足于工業(yè)無線抄表系統(tǒng)，節(jié)省前期布線以及后期有線維護成本，滿足低功耗的要求，實現(xiàn)工業(yè)流量、熱量測量數(shù)據(jù)的遠傳和實時管理，是一種較為經(jīng)濟有效的方式。采用WIFI架設(shè)無線網(wǎng)絡(luò)，架設(shè)簡單，其無線電波覆蓋范圍廣，傳輸速度快，門檻較低，只需要在現(xiàn)場設(shè)置“熱點”，工作人員只需要具有支持WLAN的設(shè)備進入熱點的覆蓋范圍，即可高速接入局域網(wǎng)或者Internet定時或?qū)崟r召測數(shù)據(jù)并上傳，不用耗費大量人力物力來進行網(wǎng)絡(luò)布線接入，節(jié)省大量成本。在工業(yè)現(xiàn)場具有一定的應(yīng)用價值。
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