熱網監(jiān)控系統(tǒng)的設計研究
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3.控制節(jié)點軟、硬件系統(tǒng)設計
3.1 控制節(jié)點硬件系統(tǒng)設計
控制節(jié)點的硬件系統(tǒng)基于三星公司ARM7處理器S3C44B0X實現(xiàn)，如圖2所示：
S3C44B0X是三星公司生產的ARM7(Advanced RISC Machine)內核的32位微處理器，具有8路十位A/D轉換器和其他硬件資源，該芯片成本低，非常適合用于熱網監(jiān)控系統(tǒng)。電源選用5v/24v開關電源，為嵌入式系統(tǒng)和傳感器供電。晶振采用10MHZ的晶振模塊，S3C44B0X內部具有鎖相環(huán)，可以在該晶振的基礎上產生66MHZ的穩(wěn)定輸出頻率。
顯示部分采用VFD高亮度顯示屏，具有點陣輸出，亮度高、視角寬的優(yōu)點。該屏用來顯示現(xiàn)場的溫度、流量、壓力等工況數(shù)據(jù)。此外，為了滿足人機交互的要求，還擴展了指示燈和鍵盤，該部分通過S3C44B0X的通用I/O實現(xiàn)。
系統(tǒng)通過MAX232芯片擴展了2個RS-232串行口，一個用于調試，另外一個用于與變頻器的通信。
由于S3C44B0X內部不具有網絡接口，通過擴展RTL8019A網絡控制芯片實現(xiàn)網絡接口，該芯片的通信速率為10Mbps，完全能夠滿足系統(tǒng)要求。該芯片經過網絡隔離變壓器和RJ45接口，與ADSL MODEM通信，完成撥號和網絡通信的功能。
數(shù)據(jù)采集部分的實現(xiàn)原理如下：供/回水溫度、流量、壓力六路4-20mA模擬信號經過I./V變換電路變?yōu)镾3C44B0X內部A/D要求的0-2.5v信號，完成數(shù)據(jù)采集。
執(zhí)行機構部分的工作原理如下：
通過擴展D/A轉換器，輸出模擬信號，實現(xiàn)對調節(jié)閥開度的調節(jié)。通過通用I/O和光隔，控制電磁閥的開關動作。與變頻器的通信由RS-232串行口完成，通過串行口向變頻器發(fā)送指令，調節(jié)加壓泵工作狀態(tài)。
3.2 控制節(jié)點軟件系統(tǒng)設計
如圖3所示，整個系統(tǒng)架構采用了層次式體系結構的設計模式，每一層都為其上一層提供調用服務，這種設計模式具有良好的可擴展性和可維護性。
最底層是操作系統(tǒng)層，采用vxWorks實時操作系統(tǒng),該層還提供了TCP/IP協(xié)議的封裝供中間件層調用。
操作系統(tǒng)層的上面是中間件層，該層為應用層提供服務。包括硬件驅動模塊和通信協(xié)議模塊兩部分。
中間件層上面為應用層，是系統(tǒng)的應用軟件，包括了數(shù)據(jù)采集模塊、自動控制模塊和遠程通信三個模塊。該層通過調用中間件層提供的服務以及操作系統(tǒng)內核提供的服務實現(xiàn)。
應用層的三個模塊對實時性要求較高，通過設計若干個獨立的任務實現(xiàn)。
數(shù)據(jù)采集模塊是一個周期性的任務，每隔100ms采集一次數(shù)據(jù)，利用操作系統(tǒng)內核實現(xiàn)精確定時。當有報警發(fā)生時，采用中斷的方式處理。數(shù)據(jù)采集模塊和其他兩個模塊的通信采用消息隊列和共享內存的方式實現(xiàn)。
自動控制模塊根據(jù)實時數(shù)據(jù)控制執(zhí)行機構的動作，調整熱網運行工況，也可以接受來自遠程通信模塊的指令，調整運行工況。
遠程通信模塊將實時數(shù)據(jù)通過網絡傳送到監(jiān)控中心，并接受來自監(jiān)控中心的控制指令。遠程通信模塊和自動控制模塊的任務間通信通過消息隊列實現(xiàn)。
4.結束語
本文提出的基于ADSL的熱網監(jiān)控系統(tǒng)是一種廉價、可靠、帶寬高的熱網監(jiān)控解決方案，該方案同樣適用于其他城市管網（如水、煤氣）的監(jiān)測，有較寬泛的應用領域。目前，該系統(tǒng)還有一些技術問題需要解決，如網絡控制系統(tǒng)的控制算法和時延的問題等，有待于在今后的工作中繼續(xù)研究。
本文的創(chuàng)新點是采用ADSL技術作為熱網遠程監(jiān)控的通信方式，并采用嵌入式系統(tǒng)設計實現(xiàn)控制節(jié)點，具有成本低、實時性好的優(yōu)點。本系統(tǒng)在某市經過兩個采暖期的運行,證明系統(tǒng)運行穩(wěn)定可靠，通過降低能耗、減員增收等，年創(chuàng)造經濟效益527萬元。本文引用地址：http://www.bjwjmy.cn/article/186996.htm
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