3.1 水壓傳感器
?? ?水壓傳感器可以使用常見的壓力變送器,。變送器是將物理信號或普通電信號轉(zhuǎn)換為標準電信號輸出或能夠以通信協(xié)議方式輸出的設(shè)備,，如圖2所示。在該應(yīng)用中我們可以選擇輸出形式為0~5 V電壓或4~20 mA電流的變送器,。變送器的工作電壓通常有5 V,、12 V、24 V等數(shù)種,。

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3.2 現(xiàn)場監(jiān)控及無線通信終端
?? ?現(xiàn)場終端要求能夠完成從變送器讀取采樣結(jié)果,，并把采樣結(jié)果通知監(jiān)控中心服務(wù)器。
?? ?由于終端系統(tǒng)位于管線的各個監(jiān)測點上,，通常都沒有市電供應(yīng),，所以需要使用電池供電。本系統(tǒng)的實現(xiàn)難點就在于現(xiàn)場終端系統(tǒng)的功耗問題,。綜合考慮后,，用戶可以接受和認可的終端工作流程是終端平時處于低功耗休眠狀態(tài)，采用定時喚醒的方式采樣當前水壓值,。如果水壓正常,，則按預(yù)先設(shè)定的時間間隔上線通報數(shù)據(jù)。如果水壓超限,，則立即啟動無線通信,，將警情信息通知用戶,。在上傳完采樣數(shù)據(jù)后，設(shè)備恢復低功耗的正常工作狀態(tài),。
????廣州致遠電子有限公司生產(chǎn)的低功耗GPRS無線數(shù)據(jù)采集設(shè)備ZWG-5221L能夠同時滿足低功耗運行,、高精度模擬信號采集、數(shù)據(jù)智能處理以及靈活的數(shù)據(jù)上傳機制,。該產(chǎn)品外形如圖3所示,。
?? ?(1)產(chǎn)品主要特性
?? ?· 兩路電流/電壓測量(0～20 mA或0～40 mA/0～5 V或0～10 V)；
?? ?· 可緩存300條歷史采樣記錄供服務(wù)器調(diào)用,；
?? ?· 一路電壓輸出（5 V 200 mA或12 V 50 mA或24 V 20 mA）,；
?? ?· 低功耗設(shè)計（休眠狀態(tài)<1 mA）；
?? ?· 內(nèi)置備用電源（在主電力失效時使用備用電池通知用戶,，并保證設(shè)備正常工作2 h）,；
?? ?· 具有電源冗余管理功能，主電源和備用電源之間自動切換并通知用戶,；
?? ?· 具有設(shè)備工作溫度測量功能,；
?? ?· 具有實時時鐘功能，對采集的數(shù)據(jù)增加時間戳,，方便數(shù)據(jù)庫管理和分析,；
?? ?· 支持采樣值上下限和變化率報警；
?? ?· 支持永遠在線或正常定時上線和報警即時上線,；
?? ?· 支持數(shù)據(jù)中心動態(tài)域名或IP地址訪問,；
?? ?· 支持短信報警和短信配置；
?? ?· 支持本地串口配置和遠程配置,；
?? ?· 單5 ～7 V供電(適合6 V蓄電池或7 V以下鋰電池供電),；
?? ?· 多重軟硬件可靠設(shè)計，使設(shè)備安全運行,。
?? ?(2)低功耗運行
?? ?ZWG-5221L工作狀態(tài)和電流的關(guān)系如圖4所示,。從圖中可以看到設(shè)備在采樣間歇的休眠狀態(tài)下僅有600 μA的工作電流，在采樣狀態(tài)時僅有15 mA的工作電流(通常3～5 s完成一次采樣),，而這兩個狀態(tài)占據(jù)著終端運行時間的95%以上,，所以整個終端系統(tǒng)可以依靠電池工作很長的時間（具體參數(shù)和計算方法請參閱產(chǎn)品說明書）。

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??? 同時該產(chǎn)品具有電壓定時輸出功能,，可以用于外部變送器的電源供給,，并可以與數(shù)據(jù)采集靈活配合。實現(xiàn)采集數(shù)據(jù)前輸出電壓,，使變送器預(yù)熱,，在采集結(jié)束后切斷輸出，使變送器掉電,，以節(jié)約能源,。
?? ?(3)高精度模擬量采集
?? ?ZWG-5221L具有電流（0～20 mA/40 mA）和電壓（0～5 V/10 V）的測量功能,，均為12 bit精度。設(shè)備內(nèi)置硬件濾波器（可提供濾波效果更好的外置濾波模塊選件）,，還具有用戶可控制濾波強度的軟件濾波算法,，軟硬件組合處理可以讓采集的數(shù)據(jù)更加真實穩(wěn)定。所以該設(shè)備特別適合駁接各種變送器,，包括本系統(tǒng)需要的壓力變送器,。
?? ?采集結(jié)果可以按用戶的要求進行上下限判斷以及變化率判斷，如果超過用戶預(yù)設(shè)的指標,，將會觸發(fā)報警事件,。
?? ?(4)靈活的數(shù)據(jù)通信機制
?? ?ZWG-5221L采集到的結(jié)果如果屬于正常范圍，它將按照用戶預(yù)先設(shè)定的時間,，通過GPRS周期性地連接遠程數(shù)據(jù)中心服務(wù)器,，并將數(shù)據(jù)上傳。
?? ?采集結(jié)果如果屬于超限值,，將會觸發(fā)報警事件,，報警信息通過GPRS通知監(jiān)控中心服務(wù)器。如果用戶使能了短信報警功能,，則同時發(fā)送報警短信至相關(guān)負責人員的手機,，方便管理人員第一時間了解到事故狀況和位置,。
?? ?另外,，為了數(shù)據(jù)的安全可靠，用戶還可以選擇短信傳數(shù)功能,。這樣如果因為網(wǎng)絡(luò)或服務(wù)器故障而導致GPRS通信失敗,，ZWG-5221L將啟動短信功能把最新的一條數(shù)據(jù)送達指定號碼。
3.3 監(jiān)控中心及服務(wù)器軟件
?? ?監(jiān)控中心的作用是接收現(xiàn)場終端上傳的數(shù)據(jù),，并具有數(shù)據(jù)庫功能,，可以將各個終端的數(shù)據(jù)保存起來供以后分析使用。同時監(jiān)控中心軟件還應(yīng)具有警情提醒的功能,，當終端設(shè)備出現(xiàn)警情時,，要能提醒工作人員緊急處理。
?? ?ZWG-5221L作為TCP客戶端會主動訪問位于監(jiān)控中心的TCP服務(wù)器,，服務(wù)器有多種架設(shè)方案,，比較經(jīng)濟和可靠的方案是采用固定IP上網(wǎng)的方式，終端設(shè)備訪問該固定IP即可連接上服務(wù)器,。
?? ?ZWG-5221L設(shè)備還提供了上位機驅(qū)動庫函數(shù)和眾多開發(fā)平臺的示例程序,，用戶可以基于這些資源輕松編寫出具有自己特色的監(jiān)控中心軟件。
4 終端安裝要點
?? ?終端通常是在戶外無人值守的環(huán)境下工作,，而且因為要靠近輸送管線安裝,，所以通常是安裝在維護井中,。維護井環(huán)境比較惡劣，建議用戶將ZWG-5221L,、電池和壓力變送器集中安裝在防水箱中,，再將防水箱安裝在現(xiàn)場，如圖5所示,。

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圖5 終端設(shè)備現(xiàn)場安裝示意圖

??? 該系統(tǒng)在多個城市投入使用后,，經(jīng)過長時間的運行，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠,，取得了滿意的效果,。該系統(tǒng)方案同樣適用于其他管網(wǎng)監(jiān)控領(lǐng)域，如污水管道,、石油管道,、天然氣管道等。
?? ?通過選擇不同類型的變送器,，該系統(tǒng)幾乎可以勝任各種低功耗遠程無線智能監(jiān)控領(lǐng)域的要求,。