基于低功耗WiFi的渦街流量計流量熱量監測終端
發布時間：2023-03-22 00:09:54來源：hseauto.cn來源：..
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目前國內工業監測趨向于支持無線和實時監控，基于傳統電氣連接方式需要在場地內進行布線，短距離可以，長距離傳輸質量會受到影響，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適應性強、可靠性高、壓力損失小、量程比寬等優點，在許多行業中得到了廣泛應用。為了滿足用戶方將工業測量數據傳輸至能源管理系統的需求，設計把WiFi這種短距離無線技術，應用在工業測量以及無人值守站基礎通訊模組上，使其完成流量熱量監測的任務。利用WiFi的突出優勢在于：一使用開放的2.4GHz直接序列擴頻無線技術；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的終端設備都可以按照一定的權限加入到WiFi網絡中即可。在流量檢測系統中，使用其進行節點參數的采集與傳送、控制信號的傳輸與控制，避免在現場布設繁瑣的數據線，對降低成本和能耗都有一定的意義，使監測系統的擴展性更靈活。
工作站通過相應集成系統自動采集各監測終端采集的數據并存儲匯總，將信息輸入服務器，服務器負責提供相應的集團數據指標進行控制，同時提交給數據服務中心相應的數據，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）則可以設定參數，并提交服務器或者直接發送相應指令給傳感器或者執行機構。
根據以上功能需求設計基于WiFi的渦街流量計流量熱量監測終端，其主要結構包括流量熱量采集終端和無線抄表單元兩部分，按照預設參數的要求存儲傳感器測量的流量、熱量，經過模擬數字轉換后傳輸到無線抄表單元中。無線抄表單元中帶有WiFi傳輸發射裝置，經由100米范圍內的AP點通過TCP/IP協議連接至局域網內，使得網內其它連接在AP點上的設備相互通訊，也可以經過IP NetWork傳輸到上位機，上位機的接入也可采用多種方式，可通過有線、無線接入互聯網，可根據需要以及實際情況靈活的選擇上層方式。
1 硬件系統設計
1.1 監測終端結構
監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。其硬件結構主要包括：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，負責管理整個系統的運行和數據運算與處理。
1.2 WiFi模塊簡介
Microchip公司的MRF24具有內置天線，兼容的表面安裝的RF收發器模塊，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；內置的硬件支持AES和TKIP。
1.3 無線模塊硬件接口
WiFi模塊與現場儀表之間采用SPI接口進行通信，PIC32做為主設備，MRF24作為從設備。將主從設備中的SCK、SDO、SDI引腳互聯，PIC32通過RB3控制MRF24的CS，實際功能相當于片選。另外，由于在WiFi通信的過程中需不斷檢測WiFi模塊的狀態信號，因此將MRF24的中斷信號INT接到PIC32的INT4腳，當有WiFi通訊請求時通過此口向PIC32發送中斷請求信號。PIC32的RB4口接至MRF24的RESET管腳端，用于軟控制其復位，PIC32的RB5口接至MrF24的HIBERNATE管腳端，在無數據傳輸的時候控制其處于休眠狀態，便于降低系統功耗，節省電池電力，在需要喚醒時再通過此管腳喚醒，以控制模塊狀態。
2 軟件的設計
2.1 整體框架
儀表軟件具有啟動引導程序、儀表運行主程序、數據文件系統、外圍驅動程序、通訊傳輸程序，各程序模塊采用中斷優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、數據處理、數據傳輸、數據存儲、狀態檢測。數據采集模塊負責采集、發送數據，同時需要完成硬件檢測、網絡配置工作。通信模塊構建通信鏈路，完成數據協議轉換。監控模塊主要負責數據處理以及設備調校等。狀態部分主要用來檢測傳感器以及通訊部件的通訊連接狀態，以及時鐘授時部分。
2.2 程序設計
這部分包括通訊參數初始化，無線模塊設置狀態，等待召測命令，數據發送。運行流程如下：
先硬件初始化和操作系統初始化，檢查系統內存映射，將內核映像，從Flash上讀到SDRAM中，為內核設置啟動參數，調用內核。當遇到中斷請求時，總是先響應中斷請求，執行完中斷后，中央處理器執行為看門狗程序，然后執行儀表數據讀取判斷召測與否，如果需要召測數據，將存儲單元內FLASH芯片中的流量值信鼠等通過WIFI無線通訊模塊發送給上位機；首先經由遠程主機定時發送要求信號，WIFI模塊也定時處于喚醒狀態，信號經WiFi模塊轉換傳入單片機，單片機解析命令，命令中包含遠程通訊協議封包數據，CPU將兩部分數據進行解析，根據解析的內容，選擇現場采集模塊某一路進行工作，同時將標準協議數據信號部分通過CPU的SPI接口送入WIFI模塊；WIFI模塊對接收的數據進行封包處理轉換，采集模塊將數據發送到終端智能儀表設備；然后設備進入延時等待狀態，當采集模塊有新數據響應時，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，對數據進行處理，添加通訊設備信息，并將數據傳入WIFI模塊，由WiFi模塊傳送至遠程終端。如果接收到上位機發送的實時參數調整指令則調用本地程序進行參數調整；之后返回主程序。
3 結束語
這一應用方案立足于工業無線抄表系統，節省前期布線以及后期有線維護成本，滿足低功耗的要求，實現工業流量、熱量測量數據的遠傳和實時管理，是一種較為經濟有效的方式。采用WIFI架設無線網絡，架設簡單，其無線電波覆蓋范圍廣，傳輸速度快，門檻較低，只需要在現場設置“熱點”，工作人員只需要具有支持WLAN的設備進入熱點的覆蓋范圍，即可高速接入局域網或者Internet定時或實時召測數據并上傳，不用耗費大量人力物力來進行網絡布線接入，節省大量成本。在工業現場具有一定的應用價值。
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