基于低功耗WiFi的渦街流量計(jì)流量熱量監(jiān)測(cè)終端
發(fā)布時(shí)間：2023-03-22 00:09:54來(lái)源：hseauto.cn來(lái)源：..
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目前國(guó)內(nèi)工業(yè)監(jiān)測(cè)趨向于支持無(wú)線和實(shí)時(shí)監(jiān)控，基于傳統(tǒng)電氣連接方式需要在場(chǎng)地內(nèi)進(jìn)行布線，短距離可以，長(zhǎng)距離傳輸質(zhì)量會(huì)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(jì)因其介質(zhì)適應(yīng)性強(qiáng)、可靠性高、壓力損失小、量程比寬等優(yōu)點(diǎn)，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(cè)量數(shù)據(jù)傳輸至能源管理系統(tǒng)的需求，設(shè)計(jì)把WiFi這種短距離無(wú)線技術(shù)，應(yīng)用在工業(yè)測(cè)量以及無(wú)人值守站基礎(chǔ)通訊模組上，使其完成流量熱量監(jiān)測(cè)的任務(wù)。利用WiFi的突出優(yōu)勢(shì)在于：一使用開放的2.4GHz直接序列擴(kuò)頻無(wú)線技術(shù)；二是WiFi的傳輸速度非?？?，最大傳輸速率為11Mbit/s，在信號(hào)較弱或有干擾時(shí)，帶寬可調(diào)整為5.5Mbit/S、2Mbit/S和1Mbit/S；三是進(jìn)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(cè)系統(tǒng)中，使用其進(jìn)行節(jié)點(diǎn)參數(shù)的采集與傳送、控制信號(hào)的傳輸與控制，避免在現(xiàn)場(chǎng)布設(shè)繁瑣的數(shù)據(jù)線，對(duì)降低成本和能耗都有一定的意義，使監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的擴(kuò)展性更靈活。
工作站通過相應(yīng)集成系統(tǒng)自動(dòng)采集各監(jiān)測(cè)終端采集的數(shù)據(jù)并存儲(chǔ)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(tuán)數(shù)據(jù)指標(biāo)進(jìn)行控制，同時(shí)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(wú)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(jī)構(gòu)。
根據(jù)以上功能需求設(shè)計(jì)基于WiFi的渦街流量計(jì)流量熱量監(jiān)測(cè)終端，其主要結(jié)構(gòu)包括流量熱量采集終端和無(wú)線抄表單元兩部分，按照預(yù)設(shè)參數(shù)的要求存儲(chǔ)傳感器測(cè)量的流量、熱量，經(jīng)過模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換后傳輸?shù)綗o(wú)線抄表單元中。無(wú)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(diǎn)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(diǎn)上的設(shè)備相互通訊，也可以經(jīng)過IP NetWork傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，上位機(jī)的接入也可采用多種方式，可通過有線、無(wú)線接入互聯(lián)網(wǎng)，可根據(jù)需要以及實(shí)際情況靈活的選擇上層方式。
1 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì)
1.1 監(jiān)測(cè)終端結(jié)構(gòu)
監(jiān)測(cè)終端硬件部分主要是低功耗WiFi模組與流量熱量測(cè)量部件的對(duì)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(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行和數(shù)據(jù)運(yùn)算與處理。
1.2 WiFi模塊簡(jiǎn)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(wú)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(wú)線模塊硬件接口
WiFi模塊與現(xiàn)場(chǎng)儀表之間采用SPI接口進(jìn)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(shí)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(cè)WiFi模塊的狀態(tài)信號(hào)，因此將MRF24的中斷信號(hào)INT接到PIC32的INT4腳，當(dāng)有WiFi通訊請(qǐng)求時(shí)通過此口向PIC32發(fā)送中斷請(qǐng)求信號(hào)。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(wú)數(shù)據(jù)傳輸?shù)臅r(shí)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(shí)再通過此管腳喚醒，以控制模塊狀態(tài)。
2 軟件的設(shè)計(jì)
2.1 整體框架
儀表軟件具有啟動(dòng)引導(dǎo)程序、儀表運(yùn)行主程序、數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)、外圍驅(qū)動(dòng)程序、通訊傳輸程序，各程序模塊采用中斷優(yōu)先級(jí)管理和輪詢運(yùn)行相配合的方式運(yùn)行。
儀表運(yùn)行主程序包含人機(jī)界面，鍵盤操作、數(shù)據(jù)處理、數(shù)據(jù)傳輸、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)、狀態(tài)檢測(cè)。數(shù)據(jù)采集模塊負(fù)責(zé)采集、發(fā)送數(shù)據(jù)，同時(shí)需要完成硬件檢測(cè)、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(lái)檢測(cè)傳感器以及通訊部件的通訊連接狀態(tài)，以及時(shí)鐘授時(shí)部分。
2.2 程序設(shè)計(jì)
這部分包括通訊參數(shù)初始化，無(wú)線模塊設(shè)置狀態(tài)，等待召測(cè)命令，數(shù)據(jù)發(fā)送。運(yùn)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(dòng)參數(shù)，調(diào)用內(nèi)核。當(dāng)遇到中斷請(qǐng)求時(shí)，總是先響應(yīng)中斷請(qǐng)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(cè)與否，如果需要召測(cè)數(shù)據(jù)，將存儲(chǔ)單元內(nèi)FLASH芯片中的流量值信鼠等通過WIFI無(wú)線通訊模塊發(fā)送給上位機(jī)；首先經(jīng)由遠(yuǎn)程主機(jī)定時(shí)發(fā)送要求信號(hào)，WIFI模塊也定時(shí)處于喚醒狀態(tài)，信號(hào)經(jīng)WiFi模塊轉(zhuǎn)換傳入單片機(jī)，單片機(jī)解析命令，命令中包含遠(yuǎn)程通訊協(xié)議封包數(shù)據(jù)，CPU將兩部分?jǐn)?shù)據(jù)進(jìn)行解析，根據(jù)解析的內(nèi)容，選擇現(xiàn)場(chǎng)采集模塊某一路進(jìn)行工作，同時(shí)將標(biāo)準(zhǔn)協(xié)議數(shù)據(jù)信號(hào)部分通過CPU的SPI接口送入WIFI模塊；WIFI模塊對(duì)接收的數(shù)據(jù)進(jìn)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(jìn)入延時(shí)等待狀態(tài)，當(dāng)采集模塊有新數(shù)據(jù)響應(yīng)時(shí)，采樣電路進(jìn)行采集信號(hào)，再由處理單元將信號(hào)放大整形濾波，由CPU進(jìn)行接收后，對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)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(yuǎn)程終端。如果接收到上位機(jī)發(fā)送的實(shí)時(shí)參數(shù)調(diào)整指令則調(diào)用本地程序進(jìn)行參數(shù)調(diào)整；之后返回主程序。
3 結(jié)束語(yǔ)
這一應(yīng)用方案立足于工業(yè)無(wú)線抄表系統(tǒng)，節(jié)省前期布線以及后期有線維護(hù)成本，滿足低功耗的要求，實(shí)現(xiàn)工業(yè)流量、熱量測(cè)量數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)傳和實(shí)時(shí)管理，是一種較為經(jīng)濟(jì)有效的方式。采用WIFI架設(shè)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，架設(shè)簡(jiǎn)單，其無(wú)線電波覆蓋范圍廣，傳輸速度快，門檻較低，只需要在現(xiàn)場(chǎng)設(shè)置“熱點(diǎn)”，工作人員只需要具有支持WLAN的設(shè)備進(jìn)入熱點(diǎn)的覆蓋范圍，即可高速接入局域網(wǎng)或者Internet定時(shí)或?qū)崟r(shí)召測(cè)數(shù)據(jù)并上傳，不用耗費(fèi)大量人力物力來(lái)進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)布線接入，節(jié)省大量成本。在工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)具有一定的應(yīng)用價(jià)值。
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