基于无线网络的住宅小区泵房远程数据监测系统

以网关为中心，以数据采集模块采集现场数据，设计了基于无线网络的住宅小区泵房远程数据监测系统。该系统安装、调试简单，维护方便，可用于单个小区的数据监测，也适用于多个小区的数据监测。测试和实际应用的效果证明了该系统的有效性和可行性，也为类似数据监测系统提供成功的可借鉴的经验。

【关键词】无线网络 泵房监控 远程数据监测系统 网关

1 引言

随着现代社会的发展，居民小区越来越大，配套设施越来越完善，如现代小区的监控中心的视频监控系统（监视小区的各个出入口，每个电梯内的情况及关键道路）；消防、电梯应急报警系统等已是现代小区的必备设施。这些设施终端安放于小区监控中心，值班人员随时监视小区的的主要场所情况，并了解消防应急设备、电梯的运行情况，更重要的是在这些被监控的设备发生事故时第一时间响应，并采取相应的措施，使事故损失减少到最低。所以住宅小区的配套设备乃至整个城市，再大到整个国家和地球的各种数据监测尤为重要。

马为红等设计了一种可燃气体报警器采集节点、可燃气体报警器汇聚传输节点并完成服务器云管理平台的搭建，该文设计的温湿度补偿算法提高了可燃气体报警器的采集精度，多级报警策略使可燃气体预警更智能，数据传输加密算法使数据传输更安全，系统可以应用在居民小区环境对可燃气体泄露智能预警。路小娟应用以太网、组态王软件、OPC对象链接和嵌入技术，开发了电梯群远程监控系统，实现了与监控中心的计算机控制系统的双向通信。但以网关为中心设计的以数据采集模块采集现场数据，基于无线网络的住宅小区泵房远程数据监测系统较好地达到了远程数据采集、监测的目的。

2 住宅小区泵房的数据监测

对于住宅小区泵房的数据监测，目前基本都是在泵房现场的控制柜进行观测，所以泵房需要经常有人巡视，巡查水泵的运行情况，是否有故障、是否压力正常。而小区的泵房基本都建在小区某栋楼的地下负一层，进出需要经过几道门，比较麻烦。现场水泵运行的声音也非常嘈杂，所以巡查水泵的运行情况是一件很辛苦的事情，需要耗费一定的人力和时间。而且现场巡查对于一些缺乏安全常识及安全意识的人来说也是一件非常危险的事情。

针对这些情况，本文搭建了以网关为中心的无线网络的住宅小区泵房远程数据监测系统，该系统数据监测不需要亲自到达泵房现场就可以监测泵房数据，安全、可靠，节省人力和时间。系统搭建简单，不需要编写复杂的程序，经过测试和实际应用证明了该系统的有效性和可行性，也为类似系统的提供了可借鉴的经验。

3 基于无线网络的住宅小区泵房远程数据监测系统

以某小区为例，该小区泵房有生活水泵4台（其中高区生活水泵2台，低区生活水泵2台），消防水泵2台，喷淋水泵2台。要监测数据有：每个水泵的运行、故障情况，共8台水泵，16个数字量；高、低区生活水泵供水压力4个、消防水泵供水压力4个、喷淋水泵供水压力2个共8个压力。另外，因为现场一般生活水泵采用变频器控制，还需要采集高、低生活区变频器故障信号2个数字量。

国内外小区智能化产品的应用现状的了解，提出了新型集水、电、气等资源计量及安全监控于一体的住宅群智能管理系统，这是符合目前国内市场需求的小区智能化产品，其性能可靠、安全适用、节能、经济。

3.1 系统总体设计

基于无线网络的数据采集系统的搭建如图1所示。系统中各模块采用24V电源，图中电源略。

各模块之间的数据传输采用标准的MODBUSRTU协议，接口采用RS485通信接口。数据线采用双屏蔽电缆防止现场设备干扰。系统中，水泵及变频器的故障和运行的数字信号送到数字量采集模块；水泵的压力信号送到模拟量采集模块；再将采集到的所有数据送到网关。

3.2 数据采集部分

数据采集分由数字量采集模块（简称DI模块）和模拟量采集模块（简称AI模块）组成。

3.2.1 DI模块

用于采集小区泵房的生活、消防、喷淋水泵的运行、故障信号及变频器故障信号和液位开关信号。数据采集可以以多路复用选择器作为模拟信号的输入端口，从而实现多路模拟信号的采集，然后通过一定的信号滤波处理来确保数据接收模块最有效的模拟信号进入模数转换器中，经过D/A转换，输出的数字量可暂存在FPGA 的缓存区中，这一整个过程都是由FPGA 来控制。这里采用一种串口开关量采集板，该电流采集板的特点是：

（1）18路开关量采集；

（2）當点数更多时，可以采用多个此模块，其地址可根据实际需要进行匹配、更改；

（3）具有红色电源指示灯、绿色通讯指示灯。

（4）具有RS485（或RS232）通讯接口，供用户配置模块参数及读取模块数据。这里需要采集的数字量共计19个，需要1个此模块。

DI模块的地址设置为0-125中的任意一个数，采用RS485通信。DI模块的接线如图2所示。

3.2.2 AI模块

采用多路复用选择器作为模拟信号输入前段，可以大大增加输入通道；用于采集小区泵房的各水泵的压力传感器的供水压力。这里电路板采用一种8路电流采集板，该电流采集板的特点是：

（1）8路4-20mA/0-20mA电流采集；

（2）当点数更多时，可以采用多个此模块，其地址可根据实际需要进行匹配、更改；

（3）具有红色电源指示灯、绿色通讯指示灯；

（4）具有RS485（或RS232）通讯接口，供用户配置模块参数及读取模块数据。这里它们的地址也设置为0-125中的任意一个数，但是不能与DI模块重复。

生活水泵、消防水泵、喷淋水泵的供水压力送到模拟量采集模块X0、X1、X2三个输入端，其接线图可以参考图2所示。

3.3 网关模块

网关模块是一种可以将下端采集的实时数据不断更新、上传到到网络平台的硬件模块。文献中介绍一种可燃气体传感器，考虑被检测气体的类型、所运用的环境和安全等级的要求（如是否需要防爆等）、传感器产品的可靠性及使用寿命等方面的要求，像MH-440D属红外线吸收式传感器，利用非色散红外（NDIR）原理对空气中存在的CH4进行探测，有很好的选择性，无氧气依赖性，性能稳定，寿命长，还内置温度传感器，可进行温度补偿，具有通用、智能、微型的特点，同样可以用在小区泵房监控房中，防止泵房可燃气体超标。

如图3所示，该模块采用交直流24V的电源、配有网口、数据传输端子RS485（可RS232）及天线。小区数据采集工程需要上传到网关，并且可以根据需要进行更新、修订。另外该网关还配有网卡插槽一个，可以在本地没有网口、网线的情况下，直接插入网卡后将数据上传到网络，类似于手机的通信，这样远端中心平台就可以监测现场的数据。这种方法节约布置网线的成本。数据更新的周期可以根据需要进行设置，几秒钟或者几分钟，如30秒、3分钟、10分钟等；或者也可以设置成数据变化即更新，不变化的数据不更新，这样可以节省流量，降低数据传输成本。

网关模块操作步骤：

（1）在网关模块配置软件平台对本工程进行配置。

（2）将网关与电脑之间用网线连接，将工程上传或更新。

（3）断开网线，将数据采集两个模块的数据线连接到网关的通信端子，即将数据采集模块的RS485端子连接到网关通信端子对应的RS485端子，注意一定要将对应端子连接，否则将无法通信上传数据。

（4）采用无线传输，将网关插入网卡，接好数据线，通电，完成系统搭建。

（5）上网登录远端平台，即可实时监测现场数据。

3.4 系统测试效果

3.4.1 测试1

测试时，搭建以网关为中心，以数据采集模块为输入端的系统，接好电源及通信线。给数字量采集模块的第1、2个采集通道分别在不同时刻送入“1”，模拟某个水泵的运行、故障信号；为了方便，模拟量采集模块的第1、2个采集通道接入一温度传感器。再根据测试的系统配置网关的工程，并上传到网关。之后，打开远端中心平台，找到本次所建立的工程，并打开该工程的数据库，观察数据的变化，与测试对应设备运行数据完全一致，能够正确显示运行、故障及温度信号。如表1所示测试1所得数据表。

3.4.2 测试2

将测试的数据采集模块的输入增加到与本文上述某小区的泵房要采集的数据点相同，再次配置网关的工程，并上传到网关。测试2所配置的工程图如图4所示，在远端中心平台同样能够正确显示该小区泵房的现场数据。

3.5 实际应用效果

选择本地某小区泵房，位置在地上1层，该泵房有生活水泵5台，消防水泵1台，喷淋水泵1台。则该泵房要采集的水泵运行和故障信号共14个；生活水压力、消防供水压力和喷淋供水压力共3个。选择1个DI模块、1个AI模块。配置类似图4的工程图，该小区远端监测平台的数据表截图如图5所示。所显示的数据与该小区当时的运行状况完全一致。

4 结论

（1）通过测试和实际应用，该系统实现了住宅小区泵房的现场数据的采集及无线网络下的远程监测。

（2）系统安装、调试、维护简单，可以直接安装在泵房现场，无需网线，插入网卡即可实现在监控中心监测、远端监测，工程的更新升级可以不必去小区现场，直接在远端进行维护。

（3）该系统也可以同时对多个小区、多个泵房进行监测。并且不受小区距离的限制。

（4）系统不但可用在泵房的数据监测，也可用于其他类似数据的监测。

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作者简介

罗洪霞（1979-），女，吉林省松原市人。工学硕士。广州番禺职业技术学院讲师。主要研究方向为电力系统自动化、信号处理和高职教育。

张雪峰（1976-），男，湖南省衡阳市人。工学硕士。广州番禺职业技术学院高级工程师、系统分析师。主要研究方向为网络计算与分布式数据库、产学研合作研究。

作者单位

1.广州番禺职业技术学院 机电工程学院 广东省广州市 511483

2.广州番禺职业技术学院科学技术处 广东省广州市 511483

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