智能水量计量系统研制

　　我国北方水资源短缺，区域性用水设施落后，工农业大型用水多是以节约用水为目的计时收费，用水单位及供水管理单位都没有掌握准确的用水量信息，供水过程中漏洞很大、浪费严重。为适应经济社会的长远发展，急需自动实现以节水为中心的水资源优化配置，综合管理用水。因此，我们开发了智能水量计量系统，远程监控用水单位水站用水信息，以实现水资源利用率最大。

　　一、计量仪原理

　　水量计量仪是水泵的嵌入式控制系统，采用德州仪器(TI)超低功耗16位RISC混合信号处理器MSP430(ADC部件)作为主控处理器，减轻外围电路设计，方便软件开发。母板控制系统整体流程、键盘显示板为用户交互模块，外围器件包括弯管流量计、阀门控制器、开关电源、手机短信模块及IC卡模块等。系统原理框图如图1所示。

　　图1描述了各功能部件间的数据转换关系，采用弯管流量计采集水压信号(实质为电压信号)，经ADC部件转换为数字信号，存储在24C64存储芯片指定空间。DS1302控制系统每分钟采集一次信号，每5min求出本5min内采集信号的平均值，再线性变化转换压差数据，经弯管流量计量公式进行计算。开关量输出模块控制水阀开关、电源指示、报警提示等开关量信号。根据存储器中的余水量情况，计量仪自动控制阀门动作，当达到水量报警线时，报警提示用户需要再次买水，用户可通过显示器看到余水量数据，当水量等于零时指示灯长期报警，水阀关闭。

　　键盘显示模块选用ZLG7289键盘和显示芯片完成8个按键及8位LED显示数码管的驱动，通过按键操作显示计量仪的运行信息。用户持IC卡到售水部门通过区域售水系统购买一定量的水，然后将卡插入水量计量仪，如果LED显示器正确显示余水量(整数位)数据，此时卡中购水量数据已经被清空，用户可以拔出IC卡。为了确保管理部门有效地管理水量计量仪，售水系统在售水时给IC卡绑定系统密码、用户卡号，并写入用户购水量数据选用西门子公司GSM双频模块SIEMENS TC35I实现GSM短信传输，通过软件控制定时发送用/余水量，及检测到的异常信息。

　　计量仪除有效控制水泵外还与用水收费密切相关，因此，数据的安全问题就成了设计的重点。在熟悉硬件底层特性的基础上关注IC卡使用、数据存储与掉电保护、防止人为损坏及更换水量计量仪后的数据恢复等安全问题。考虑到供水途中水量损失及采样计算造成的误差，供水调度时可根据前期用水情况采用线性补偿措施，确保供水利益的同时提高用户满意度。

　　二、水量计量

　　差压测量技术是目前应用最广泛的一种流量测量方法，流体在流经弯管时由于弯曲管壁的导流作用，流体的流速形式被整流成近似自由旋流理论描述的梯形速度流动模式，且在弯管45°截面处达到最大，这个过程将持续在整个弯管中。因此，系统在水泵弯管45°截面处内外壁安装弯管传感器，采集测压管压力差，代入弯管计量公式进行计算，部分运行数据如表1所示。