基于NB-IOT低功耗泵房监控远传系统设计.docVIP

摘要 针对传统低功耗单片机对泵房温度、电线和电机设备过载运行前兆无法及时监测并调控的问题，本文基于蜂窝网络NB-IOT技术，构建出能够对泵房环境数据、设备运行状况实现中央集中监控的远传系统。泵房监控远传系统包括MCU单元、温度检测单元、触发单元、通信单元、现场监控单元等，当温度检测单元中温度传感器检测出的泵房温度有两组超过报警值时，触发MCU单元，控制现场监控单元打开CCD摄像机进行录像，并通过通信单元中NB-IoT模块或通信接口实现对数据信息和图像信息的实时远程传输及处理。该系统可以实现对泵房的中央集中监控，及时处理泵房设备的故障，“主动”降低泵站的设备故障率，有效降低管理运营成本，并极大降低运行功耗。 第1章 绪论 本文介绍了基于NB-IOT低功耗泵房监控远传系统的运行模式，并采用MCU单元实现系统的集中监控功能，系统的主要功能特点如下： 1.在监测泵站水池水位或进站压力、加压泵组工作状态、出站流量、出站压力等的同时，能主动对泵房内温度、电线和电机设备过载运行进行及时监控，降低泵站的设备故障率。 2.实现对泵房的中央集中监控，缩短泵房的维护管理响应时间，实时、精确、全面系统地掌握泵房的运行情况。 3.实现对泵房的运行参数的实时传输。 4.实现对泵房风险和设备故障的自动报警，并联动消防模块主动排除风险，提高泵房安全。 5.能缓解泵房供电的线路的主动供电压力，节约电能，降低运行功耗。 1.1研究背景及目的 伴随着城市化进程的逐步推进，高层建筑数量呈现爆发式的增长，是象征一个地区城市化水平的重要标志。自来水厂通常建在较为偏远的郊区，远离城市居民生活区和办公区，因为现代化小区和办公楼都是高层建筑，楼层数量多，竖直高度大，所以在居民生活区和办公区经常会出现水压不足的问题。为了克服自来水欠压的问题，保证正常供水、满足用户用水需求，自来水公司通常利用二次增压泵房对居民生活区和办公区的自来水进行二次加压。自来水厂工作人员主要通过对泵房中加压泵组工作状态、进水压力、出水压力等指标进行检测，进而判断泵的工作运行状况，方便及时排查并修复泵房中故障设备，确保泵站能正常供水。但随着居民生活区和办公区的不断延伸，高层小区和高层办公楼数量的持续增多，同时向外城区呈现持续扩张的趋势，导致自来水厂巡查工作人员任务持续性加重，巡查时间不断延长，此外，巡查工作人员的专业性难以确定。由于自来水厂巡查工作人员数量较少、专业性无法判断、巡查效率降低，导致对泵房故障的巡查业务无法正常实施，泵房管理水平普遍较低。 另一方面，由于泵房是安装水泵、动力机及其辅助配电设备的厂房，是泵站供水系统的骨架结构，包括分基型、干室型、湿室型和块基型等结构形式，但无论哪种结构形式，在泵房中都需要设有电动机和配电设备，在工作时，能耗高，耗电量大。 基于以上原因，如何开发一套智能化、低功耗的泵房监控远传系统是亟待解决的问题，是实现泵房远程监测和管理的重要手段，能极大地提高工作效率，提高自来水企业对加压泵站管理水平，能保证泵站正常供水，满足用户正常用水需求，能有效减轻二次供水泵房的人工值守的压力、提升二次供水保障的自动化程度。 1.2国内外研究现状 随着国内信息科技的进步和提高，自动化的、可以远程监控的供水系统的应用还是出现，并逐步提到了原有的需要人工值守的二次供水泵房系统。目前，智能化泵房远传监控系统在国内已经得到应用，使国内居民用水的质量将得到进一步的保障。 在泵房远程监控系统的研究中，国外的城市供水系统中，对加压泵房的监控及管理，管理人员在进行远程控制时，主要是通过VPN网络实现调度中心与供水泵房之间的网络连接。国外对供水远程监控系统的研究众多，在美国的一些大城市中，如纽约、洛杉矶等已经开始应用计算机和网络技术对泵房供水进行实时监控，在法国，新建的大型社区的二次供水泵房系统也基本完成信息化建设及管理。 目前，国内泵房远传监控系统间的网络架构主要依赖于区域无线连接,但是传统Wifi无线连接方式存在覆盖区域小、对终端设备要求高等问题，而移动蜂窝网络NB-IOT技术能弥补传统网络架构的缺陷，所以在国外新建的大型社区或项目场所基本采用NB-IOT技术进行网络架构，采用NB-IOT技术构建泵房远传监控系统，能够实现泵房数据信息实时、准确的传输。 NB-IOT是一种能够实现低功耗设备在外网(WAN)的蜂窝数据连接的无线网络，由于其功耗小，成本低，覆盖范围广，支持低延时、低敏感度设备高效连接，存储容量大等优点，已成为国内外互联网科技领域研究的热点。2016年，3GPP联盟第一次提出窄带物联网（NB-IOT）技术的概念，并于2016年6月发布了窄带物联网（NB-IOT）的第一个版本。NB-IOT是一种新兴无线接入技术，与其他现有的蜂窝网络（如GSM、UMTS和LTE）共同存在，是一种利用无线蜂窝网络提