物聯(lián)網(wǎng)技能實(shí)習(xí)技能實(shí)訓(xùn)報(bào)告（管道流量監(jiān)測系統(tǒng)）

上海第二工業(yè)大學(xué) 物聯(lián)網(wǎng) 技能實(shí)習(xí) 學(xué)院： 工 學(xué) 部 班級： 12 機(jī)工 姓名： 學(xué)號： 指導(dǎo)老師： 蔡智勇 實(shí)訓(xùn)時(shí)間： 2 / 11 目錄 引 言 3 一 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述 4 1. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 4 2. 實(shí)時(shí)監(jiān)控 技術(shù)及傳感器原理 4 3. 設(shè)計(jì)目標(biāo) 5 4. 水 流量信息采集與統(tǒng)計(jì) 5 5 二 、管道流量監(jiān)測系統(tǒng) 5 5 6 況 7 9 11 3 / 11 引言 自從上世紀(jì)末，互聯(lián)網(wǎng)得到了飛速發(fā)展，從以電子郵件和文件傳輸應(yīng)用為主的第一代，到以網(wǎng)頁瀏覽為主的的萬維網(wǎng)時(shí)代，再到以主對主 (特征的多媒體應(yīng)用的第三代，互聯(lián)網(wǎng)從一個(gè)聯(lián)系平臺到一個(gè)瀏覽平臺，再到交互平臺，現(xiàn)在成為人們工作學(xué)習(xí)必不可少的一部分，互聯(lián)網(wǎng)為人類帶來了史無前例的革命。根據(jù) 2012 年 1 月 16 日中國 互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)信息（ 京發(fā)布的第 29 次中國互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)發(fā)展?fàn)顩r統(tǒng)計(jì)報(bào)告顯示，截至 2011 年 12 月底，中國網(wǎng)民規(guī)模突破 5億，達(dá)到 ，全年新增網(wǎng)民 5580 萬，互聯(lián)網(wǎng)普及率較上年底提高 4 個(gè)百分點(diǎn)，達(dá)到 互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)成為人類不可或缺的最大規(guī)模且快速高效的基礎(chǔ)設(shè)施?；ヂ?lián)網(wǎng)為信息化和現(xiàn)代化奠定了基礎(chǔ)。目前，由于不同領(lǐng)域的研究者對物聯(lián)網(wǎng)描述側(cè)重不同的方面，短期內(nèi)物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個(gè)精確且公認(rèn)的定義。一般國際通用的定義如下：物聯(lián)網(wǎng)是通過射頻識別 (紅外感應(yīng)器、全球定位系統(tǒng)、激光掃描器等信息傳感設(shè) 備，按約定的協(xié)議，把任何物品與互聯(lián)網(wǎng)連接起來，進(jìn)行信息交換和通信，以實(shí)現(xiàn)智能化識別、定位、跟蹤、監(jiān)控和管理的一種網(wǎng)絡(luò)。其目的是實(shí)現(xiàn)物與物、物與人，所有的物品與網(wǎng)絡(luò)的連接 ,以方便識別、管理和控制。 4 / 11 一 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)概述 1. 物聯(lián)網(wǎng)技術(shù) 2 0 1 0 年物聯(lián)網(wǎng)被正式列為我國新興戰(zhàn)略性產(chǎn)業(yè)。溫家寶總理在第十一屆全國人民代表大會第三次會議政府工作報(bào)告中明確提出“利用物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)推動經(jīng)濟(jì)發(fā)展方式的轉(zhuǎn)變”。物聯(lián)網(wǎng)是一個(gè)非常龐大的網(wǎng)絡(luò)，將各類數(shù)據(jù)采集裝置與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)聯(lián)合起來，進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，配以各類應(yīng)用軟件，以實(shí)現(xiàn)身份識別、目標(biāo)定位、信息跟蹤和監(jiān)控管理。早期的物聯(lián)網(wǎng)是以物流監(jiān)控系統(tǒng)為背景提出的，隨著技術(shù)的發(fā)展，物聯(lián)網(wǎng)范圍逐漸拓寬，目前主要應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)檢測、消費(fèi)類電子、智能化交通、智能化家居等領(lǐng)域。物聯(lián)網(wǎng)有三個(gè)層次：一是感知層，通過在各類物體上附著感應(yīng)芯片使其具備可 自動識別功能，利用無線射頻識別、二維碼識讀、 G P S 全球定位、各類傳感器等設(shè)備實(shí)時(shí)獲取物體的信息；二是網(wǎng)絡(luò)層，通過各類網(wǎng)絡(luò)（移動通信網(wǎng)絡(luò)、互聯(lián)網(wǎng)等）的融合，及時(shí)準(zhǔn)確地將采集到的數(shù)據(jù)傳送出去，實(shí)現(xiàn)物與物之間的通信和信息共享；三是應(yīng)用層，在多個(gè)應(yīng)用領(lǐng)域（如綠色農(nóng)業(yè)、遠(yuǎn)程醫(yī)療、智能家居等）中，利用云計(jì)算、模糊控制、遺傳算法等各種技術(shù)，分析和處理數(shù)據(jù)，進(jìn)行智能化控制。 2. 實(shí)時(shí)監(jiān)控 技術(shù)及傳感器原理 管道流量監(jiān)測系統(tǒng)的主要作用是將管道內(nèi)部信息傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，使計(jì)算機(jī)對信息進(jìn)行處理，再將結(jié)果實(shí)時(shí)顯示到人們的信息平臺 上，人們以此做出相應(yīng)的判斷處理方式。同時(shí)實(shí)時(shí)監(jiān)測管道中水流的速度及流量大小，以此確定管道的正常工作，以及工作時(shí)流量大小，一旦發(fā)生泄漏，系統(tǒng)能自動發(fā)出警報(bào)，并給出泄漏地點(diǎn)和位置。也可根據(jù)監(jiān)測結(jié)果預(yù)測管道的工作壽命。 管道流量監(jiān)測系統(tǒng) 主要由水流量監(jiān)測中心主站、通信網(wǎng)絡(luò)、現(xiàn)場監(jiān)測設(shè)備三部分組成，利用前端監(jiān)控、數(shù)據(jù)采集設(shè)備的數(shù)據(jù)遠(yuǎn)傳通訊功能和系統(tǒng) 軟件 功能實(shí)現(xiàn)。采集數(shù)據(jù)，使監(jiān)測中心通過簡單而又經(jīng)濟(jì)的計(jì)量手段，實(shí)現(xiàn)對整個(gè)地區(qū)水流量信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)良好的社會效益和經(jīng)濟(jì)效益。 流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn)速穩(wěn)定，在 一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的 5 / 11 改變著線圈的磁 通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波， 通過變換器將脈沖信號轉(zhuǎn)換為電流信號， 可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)量。 本小組的項(xiàng)目為流量實(shí)時(shí)監(jiān)測 ,可進(jìn)行流量檢測的傳感器有節(jié)流式流量計(jì) ,轉(zhuǎn)子流量計(jì) ,電磁流量計(jì) ,渦輪流量計(jì) ,容積式流量計(jì)等 ,其他可以進(jìn)行流量檢測的方法有超聲波式流量檢測和質(zhì)量流量檢測方法 且水流量較小 ,所以考慮采用體積小、重量輕的智能渦輪流量計(jì)。 智能渦輪流量計(jì)具有精度高，重復(fù)性好， 壽命長操作簡單等特點(diǎn)。可廣泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。 符合項(xiàng)目對傳感器的整體要求，所以確定選用此傳感器測量管道流量。 量信息采集與統(tǒng)計(jì) 管道流量監(jiān)測的核心是基于 R F I D 技術(shù)的車流量數(shù)據(jù)采集設(shè)備?；谕ㄓ?微型計(jì)算機(jī) （如 ）的數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)，這種系統(tǒng)主要功能是將采集來的信號通過外部的采樣和轉(zhuǎn)換后的 數(shù)字信號 通過接口電路送入微機(jī)進(jìn)行處理，然后再顯示處理結(jié)果或經(jīng)過轉(zhuǎn)換輸出。 在管道外部安裝一個(gè)傳感器，基于傳感器執(zhí)行水流信號的傳 出，每個(gè)相同時(shí)刻記錄下水流流量，以計(jì)算流速并輸出到計(jì)算機(jī)中以控制報(bào)警燈的報(bào)警及流量的顯示。 當(dāng)某一 報(bào)警燈亮 之前，系統(tǒng)將待通過 流量 發(fā)送至控制節(jié)點(diǎn)，作為判斷當(dāng) 前水流和安全流速以繼續(xù)監(jiān)測的依據(jù)。 基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的智能 管道流量監(jiān)測 系統(tǒng)，采用無線射頻識別技術(shù)，根據(jù) 水流 強(qiáng)度自動 報(bào)警 ，適應(yīng)確定 管道流量監(jiān)測及管道排水安全 ，克服了人工經(jīng)驗(yàn)的缺陷，提高了 管道使用年限及安全 利用率。該控制系統(tǒng)采用非接觸式檢測，不破壞管道 、使用壽命長。 二、管道流量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng) 設(shè)計(jì)一個(gè)管道流量監(jiān)測系統(tǒng)，能實(shí)時(shí)測量管道中水的流量和溫度并能進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測，當(dāng)溫度和流量超過或者低于規(guī)定值時(shí)進(jìn)行報(bào)警。具體要求： 6 / 11 1. 組建一個(gè)流量監(jiān)測系統(tǒng) ,能實(shí)現(xiàn)采集管道中水的流量并顯示信號的波形； 下限用戶自己可以進(jìn)行設(shè)定； 括相應(yīng)的波形和數(shù)據(jù)的表格； （ 1）傳感器的選用 本小組的項(xiàng)目為流量實(shí)時(shí)監(jiān)測 ,可進(jìn)行流量檢測的傳感器有節(jié)流式流量計(jì) ,轉(zhuǎn)子流量計(jì) ,電磁流量計(jì) ,渦輪流量計(jì) ,容積式流量計(jì)等 ,其他可以進(jìn)行流量檢測的方法有超聲波式流量檢測和質(zhì)量流量檢測方法 且水流量較小 ,所以考慮采用體積小、重量輕的智能渦輪流量計(jì)。 智能渦輪流量計(jì)具有精度高，重復(fù)性好，壽命長操作簡單等特點(diǎn)?？蓮V泛應(yīng)用于石油，化工，冶金，造紙等行業(yè)測量液體的體積瞬時(shí)流量和體積總量。 符合項(xiàng)目對傳感器的整體要求，所以確定選用此傳感器測量管道流量。 （ 2）數(shù)據(jù)采集卡的選用 在本項(xiàng)目中選用的 傳感器為模擬傳感器，需要將它輸出的模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號輸入到計(jì)算機(jī)中，所以需要中間轉(zhuǎn)換裝置。小組討論出兩種方案。一是各個(gè)通道分別配置一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，如采用價(jià)格相對較低、性能可靠的雙積分 A/種系統(tǒng)抗干擾能力強(qiáng)，但成本較高。第二個(gè)方案是采用一個(gè)多功能的A/D 轉(zhuǎn)換器，多個(gè)信號通道共享一個(gè) A/D 轉(zhuǎn)換器，它的優(yōu)點(diǎn)是以較低的成本采集多路信號，但其精度會相應(yīng)降低?？紤]到成本及連接方便問題選用一個(gè)多功能數(shù)據(jù)采集卡。采集卡向計(jì)算機(jī)輸入時(shí)考慮計(jì)算機(jī)接口多為 口，所以選用的采集卡為研華 功能 數(shù)據(jù)采集卡。 量原理 (1)流量測量原理 : 所謂流量就是流體在單位時(shí)間內(nèi)通過管道或某截面的數(shù)量稱為流體的瞬時(shí)流量，簡稱流量。按流量測量的不同方法，流量可分為體積流量（單位有 m/s）和質(zhì)量流量（單位 kg/s）。二者均滿足以下公式： 7 / 11 式中： (2)渦輪流量傳感器測量原理 : 流體流經(jīng)傳感器殼體，由于葉輪的葉片與流向有一定的角度，流體的沖力使葉片具有轉(zhuǎn)動力矩，克服摩擦力矩和流體阻力之 后葉片旋轉(zhuǎn)，在力矩平衡后轉(zhuǎn) 速穩(wěn)定，在一定的條件下，轉(zhuǎn)速與流速成正比，由于葉片有導(dǎo)磁性，它處于信號檢測器（由永久磁鋼和線圈組成）的磁場中，旋轉(zhuǎn)的葉片切割磁力線，周期性的改變線圈的磁通量，從而使線圈兩端感應(yīng)出電 。 脈沖信號，此信號經(jīng)過放大器的放大整形，形成有一定幅度的連續(xù)的矩形脈沖波，可遠(yuǎn)傳至顯示儀表，顯示出流體的瞬時(shí)流量和累計(jì)量。 試系統(tǒng)框圖 三 電路設(shè)計(jì)情況 流量傳感器 流量信號 渦輪流量傳感器 電流轉(zhuǎn)電壓模塊 A/D 轉(zhuǎn)換卡（數(shù)據(jù)采集卡 計(jì)算機(jī)（分析及處理） 流轉(zhuǎn)電壓模塊 + 采集卡 V 計(jì)算機(jī) 24V 變送器 脈沖信號 電流信號 顯示器 報(bào)警燈 線 報(bào)警燈 8 / 11 9 / 11 四 開始 初始化 參數(shù)設(shè)置 采集數(shù)據(jù) 讀取流量 波形顯示 報(bào)警判斷 顯示波形及報(bào)警結(jié)果 生成報(bào)告 停止 結(jié)束 N Y 10 / 11 程序 件報(bào)警子程序： 當(dāng)流量值大于 400l/h 時(shí)，報(bào)警燈亮，流量值小于 400l/警燈滅。 成報(bào)表 11 / 11 報(bào)表生成電路 對實(shí)時(shí)監(jiān)測的信息進(jìn)行報(bào)表記錄。通過按鈕控制是否形成報(bào)表，按下按鈕之后，觸發(fā)事件，報(bào)表形成。 五 實(shí)訓(xùn)小結(jié) 通過這段時(shí)間的實(shí)訓(xùn)讓我認(rèn)識到光學(xué)好理論知識是不行的，理論與實(shí)踐中存在中很大差距，要將理論運(yùn)用于實(shí)際中，不僅要深刻理解書本知識，還要靈活運(yùn)用書中的知識點(diǎn)。在這次 物聯(lián)網(wǎng) 實(shí)訓(xùn)中讓我對于傳感器的應(yīng)用有了更深的了解。我還懂得了團(tuán)隊(duì)合作的重要性，一個(gè)人的能力畢竟是有限的，但當(dāng)大家齊心協(xié)力時(shí)，往往事情就能得到很好的解決。 通過 這次 實(shí)際的 操作 ，真的 讓我學(xué)到了很多實(shí)實(shí)在在的東西， 知道了怎么 理論聯(lián)系實(shí)際， 使用測量儀器，和各個(gè)零件之間的連接， 讓我獲得 了 測量工作的初步經(jīng)驗(yàn)和基本技能，同時(shí)也 提高 了使用 圖的 能力 。 我 和其他同學(xué)共同做的是 管道流量實(shí)時(shí)監(jiān)測系統(tǒng)。雖然在整個(gè)項(xiàng)目過程中遇到各種問題但都得到了解決。比如剛開始就遇到流量傳感器缺少兩個(gè)連接螺母的事情，跑了幾家五金店后得到了解決?？磥碜鍪裁词露疾蝗菀?，細(xì)節(jié)也決定著成敗。在連線過程中開始查零件的使用說明書，等整個(gè)線路接好測量其正確性的時(shí)候發(fā)現(xiàn)有問題，卻檢查不到，后來再次整理了思路，得以解決問題。當(dāng)實(shí)物連接都準(zhǔn)確無誤時(shí)開始設(shè)計(jì)程序，也是很苦惱