流量采集范文（精选7篇）
流量采集 第1篇
关键词：流量计量,现状,发展趋势
一、概述
流量计量是对流量进行准确测量的科学, 是计量科学技术的组成部分之一, 其目的是保障流量量值的准确一致。其主要内容包括流量测量方法和测量仪表、流量校准设备和校准技术以及流量量值传递。
二、流量计量现状
国内外气体流量校准装置采用的技术方案主要有:质量-时间法 (m-t法) 、压力-容积-温度-时间法 (p VTt法) 、皂膜法 (Soap film) 、活塞法 (Pistonp rover) 、钟罩法 (Bell p rover) 等。
m-t法采用称重的办法, 由Δm/Δt计算得到流量, 直接溯源于质量基准, 比较容易获得高的准确度。目前, 国内外测量范围可达 (1~100) g/s, 不确定度达0.05%。
p VTt法采用抽真空收集气体的方案, 通过测量容积、压力、温度以及时间的办法, 根据热力学状态方程间接求得质量流量, 是大多数国家气体流量基准采用的方案。测量范围可达 (1~200) g/s, 不确定度达0.05%。
皂膜法通过测量气体在流入玻璃管的同时推动皂膜移动给定距离所需时间的方法测得流量。可测范围一般不大于2 L/min, 目前国内外不确定度水平是0.5%。
活塞法包括金属管活塞法和玻璃管活塞法, 通过测量活塞移动时排出气体体积及所需时间的方法测得流量。可测范围一般不超过50 L/min, 金属管活塞法不确定度可达0.02%, 玻璃管活塞法不确定度可达0.05%。
三、流量计量发展趋势
目前, 流量计量发展趋势集中体现在以下两个方面:一是极端工况、极端量值、专用介质流量计量标准的研发;二是动态流量校准。
极端工况、极端量值、专用介质流量测量设备及计量标准包括高、低温小流量红油齿轮和涡轮流量计的校准, 高压喷嘴流出系数的校准, 大口径气体流量计的校准, 氦气流量计的校准, 低温介质流量计的校准等。
动态流量计量主要是指脉冲流量计量, 其中ms级脉宽流量计量已取得进展, 而窄脉宽 (μs级) 大流量领域的测试手段和校准技术及其装置正在积极研究中。
现简单介绍两种用量较大且计量较困难的液化气和氢气的计量, 供大家参考。
四、对液化气的计量
对液化气的计量, 我们先后考虑使用涡街流量计、腰轮流量计、膜式煤气表、涡轮流量计等仪表进行计量。但经分析, 发现前3种仪表在现场使用中都有一定的局限性:
1. 由于液化气的成分问题, 长期使用会使仪
表传感器上附着一些黏性物质, 使用涡街流量计会影响到仪表的准确测量, 且其对小流量的计量非常困难。
2. 腰轮流量计表体笨重, 而厂区内液化气管
道很多架在高空, 为保证测量点的有效性, 很多仪表也必须装在空中。因此, 使用容积式流量计安装极不方便。
3. 膜式煤气表耐压低。一般厂家生产的膜式
煤气表耐压只能达到40kPa左右, 而某公司液化气管道压力在80kPa左右, 故无法使用。
通过比较各种仪表的性能, 发现只有涡轮流量计较为理想, 其不但准确度高、体积小、启动流量小、耐压能达到现场要求, 且维护量也较小。因此, 对各厂家的涡轮流量计进行比较后, 从使用结果看, 无论是测量准确性还是稳定性, 其都达到了很好的效果。下面简单介绍涡轮流量计在安装和使用中需注意的几个问题:
(1) 管道上最好有旁通管道, 流量计安装在主管道上, 需要检修仪表时, 气体可由旁通管道经过, 不至于影响正常生产。
(2) 在新装的管道上, 仪表进气端需安装过滤器;对管道进行吹扫时, 流量计和过滤器必须拆下, 以防止新管道内杂质对仪表的损害;尽量每月对仪表及过滤器进行一次清洗, 连续进行2~3次, 以及时处理仪表内附着的管道残渣。
(3) 由于液化气属于危险气体, 其密度又比空气大, 所以要注意其安全防爆的要求。除了电气方面的防爆保护, 还要注意仪表位置的选择。
五、对氢气的计量
由于氢气的密度非常小, 且其安全流速又低, 金属转子流量计较为适用。而试用几种不同金属转子流量计后, 某公司最终选择了承德KROHNE公司的金属转子流量计。该仪表计量性能较为稳定, 以下就对其使用中需注意的几个问题加以说明:
1. 流量计选型时参数必须严格确认, 流量最
好在仪表量程的60%左右, 对于流量波动较大的场所, 最好在仪表位置安装流量缓冲容器。
2. 流量计的安装必须严格按照厂家的技术要
求进行, 由于仪表需要垂直安装, 所以仪表安装后的水平度必须严格控制, 若水平度不好, 对后续影响非常大。
3. 由于是对气体进行计量, 一般仪表都会配
备气体阻尼器, 而气体阻尼器与浮子的配合非常紧密, 因此在仪表的进气端必须安装一个磁过滤器, 以防止管道内金属杂质进入仪表阻尼系统, 造成仪表卡住等问题。
4. 由于仪表是使用磁性材料进行测量, 因此
不能安装在附近有磁场的环境, 且同样的位置需安装多台仪表时, 必须考虑其安装位置, 防止相互干扰。
5. 氢气亦属于高危险性气体, 在安装时必须注意其安全防爆的问题。
六、对数据的采集
数据采集的传统方法是给仪表配备累积装置, 或者使用积算仪进行累积。但这两种方法分别存在以下缺点:
1. 传感器配备的累积装置一般都由厂家直接
提供, 而对于这类型的介质还必须使用防爆型的积算板, 其费用一般都很高, 且部分仪表受安装位置的影响, 读数非常不方便。
2. 使用分离的积算仪, 由于安装点多, 费用相
对较高。此外, 在不同位置都需要设置一个仪表箱来安装仪表, 影响现场美观, 且历史数据查询不方便。
对于多点监控, 目前多使用多功能的无纸记录仪进行记录;而无纸记录仪的缺点是, 数据处理模式单调, 且目前使用的积算仪对于脉冲输入信号的点数都有很大的限制。
流量采集 第2篇
关键词：无线传感器网络,地磁传感器,车流量监控,智能交通
无线传感器网络(wireless sensor network,WSN)是一种面向数据采集的网络,网络由很多带有数据采集的传感器以及无线收发装置的节点组成,节点之间相互构建自组织网络,通过自组织通信的方式将采集的数据传输给后台系统。
目前,国内外在智能交通系统(ITS)研究中已经提出了基于无线传感器网络的应用方案以及技术研究[1,2,3,4,5,6,7,8],但针对无线传感器网络在交通领域内的研究则主要是系统设计、算法设计与仿真、多网联合等方面,而对于面向交通数据采集端的系统设计的相关文献较少,并且使用地磁传感器的数据采集系统的设计方案也比较少。由于面向交通数据采集端的系统设计可以较好地指导实际工程应用,因此,本文针对ITS中的道路车流量监控这一环节提出相关的系统架构,该架构集成了WSN与地磁传感器,以实现交通车流量数据自动采集。
本文提出了一种面向智能交通的基于无线传感器网络的磁阻感应车流量监控系统,系统主要采用无线传感器网络以及地磁传感器2项关键技术产品,并结合远程终端处理系统,综合分析某个区域范围内的车流量信息,以达到缓解城市交通压力,提高城市道路利用率的目的。
1 车流量监控系统
1.1 系统硬件架构
道路车流量监控系统的设计有多种方法,本文介绍一种基于无线传感器网络和地磁传感器相结合的监控系统。系统结构见图1。
系统的数据采集部分由多个带有地磁传感器的数据采集节点、多个数据路由节点以及一个网关节点构成,其中,本系统所采用的无线传感器网络节点支持Zigbee标准。后台处理部分主要包括后台服务器的数据处理系统。所采集的车辆感应数据可通过因特网进行实时传输,网关节点可实现Zigbee到TCPIP的转换,包含一个有线数据传输电路和无线数据收发电路,是本数据采集系统实现远程控制的中枢节点。
本系统所采用的传感器为地磁传感器。根据铁磁材料发生磁阻的非均质现象,通过将一条长而薄的铁磁合金带的长度方向施加电流建立一个磁场,如果铁磁物体经过该铁磁合金,会扰动磁场,从而实现对车辆存在的检测。采用地磁传感器安装方便,维修和使用也比较方便,与传统的电磁线圈相比较具有较大优势。
后台服务器与前端采集系统进行数据交互的同时,还与用户端系统进行数据交互,用户可通过手机、PDA、笔记本电脑等一些设备与服务器进行交互通信,服务器端与用户的通信标准支持TCPIP、蓝牙、无线网络、红外等。
1.2 系统软件架构
本系统软件主要包括客户端软件、后台处理软件、WSN节点软件等。软件架构见图2。
客户端软件是指路面车辆用户使用的软件,可通过蓝牙、无线网络、红外等装置进行收发数据,该软件主要包括车流量服务订阅、车流量路况查询、路况显示3个基本功能。
后台处理软件是一个数据综合处理平台,主要包括WSN数据收发、用户数据收发、数据存储备份、路况统计分析、路况服务、WSN状态管理等,其中WSN数据收发是指通过Internet接收来自WSN发送过来的路况数据包,并将数据包中的内容解析;用户数据收发是指接收用户的请求数据,包括服务请求,订阅请求等,然后后台自动根据用户请求发送相应数据;数据存储备份是指后台服务器自动将某个时间段内的路况数据备份,方便用户查询,同时对于超时间段的数据自动删除,以减轻服务器负担,提高系统运行效率;路况统计分析是指根据WSN接收的数据对当前某条路段的车流量进行分析并给出分析结果,用户可及时调用本分析结果指导其出行;路况服务是指针对车辆用户所提供的远程服务接口,提供的服务主要是路况信息;WSN状态管理是指后台系统通过一个综合管理平台对WSN中的节点进行动态管理,包括节点初始配置、传感器环境学习、节点预警信号处理、指令系统等。
WSN节点软件是一个分布式运行的软件系统,每个节点都将相应的程序嵌入到节点存储器中,软件运行方式可以是触发式也可以是定时运行。节点软件中,主要包括数据收发、状态更新、状态预警3部分。其中数据收发是触发式运行,当节点收到数据包或者指令时,该进程启动;状态更新是指节点定时启动一次,获取邻居节点信息;状态预警是指节点如果发现某个邻居节点无法工作,则自动向后台系统发送一个预警消息。
1.3 系统工作流程
本系统以采集的车流量数据为主要目的,通过异构网络(无线传感器网络和有线网络)将数据传输给后台系统进行处理,做到远程监控以及实时监控,系统工作流程见图3。
在图3中,分别对传感器节点、路由节点、网关节点、后台服务器、客户端软件几个部分在车流量数据的收发处理上的流程,每个部分分别执行与自己相关的流程。图中只显示了车流量数据转发时每个组件的工作流程,对于WSN网络中的指令消息,则采用广播的形式进行全网转发,流程比较简单。
2 车流量数据采集机制
本监控系统主要涉及到2个关键技术面;地磁传感器对车辆信息的监控与采集;基于WSN的数据传输。而其他方面的技术,比如网关节点的数据包格式转换、服务器数据处理与存储、客户端软件数据显示与收发等都有相对比较成熟的技术。因此,本文将重点对地磁传感器的车流量数据采集机制以及车流量数据传输机制进行介绍。
本系统采用的地磁传感器与Zigbee模块相互集成,地磁传感器采用XL-MA传感器模块,该传感器模块通过排线与Zigbee节点相互连接,并将Zigbee放置于道路两侧,同时将地磁传感器埋于道路中间,以提高车辆检测精度。
由于XL-MA传感器模块与Zigbee节点相连,并通过Zigbee节点相互组网,因此,其地址可通过设置Zigbee节点的地址进行。同时,后台系统需要发送相应的学习指令,通过远程设置的方式,在WSN网络中广播“环境学习”的指令消息,使传感器节点对当前的车道环境进行学习,然后通过学习的结果分别对不同的传感器节点发送“设置门限”的指令,使每个传感器设置相应的阈值。
XL-MA的“环境学习”是指传感器节点在部署阶段,通过封锁道路的方式,检测无车情况下的周围磁场,即检测周围环境最低磁场效应,以便将这个检测的磁场作为传感器的最低磁场环境。当传感器节点接收到相应指令后,启动“环境学习”环节,通过传感器不停地搜集当前磁场强度,并且持续约20 s,将这些时间的磁场强度取平均,即得到周围环境的最低磁场环境(干扰磁场强度)。然后将获得的值固化到节点中。
传感器节点“设置门限”的操作,首先接收指令,然后节点将原始门限清零,并且通过与干扰磁场强度H1进行比较的方式进行设置:当门限设置取值为a时,如果a刚好大于H1,此时节点检测不到周围干扰磁场,则将此a保存下来;然后,将测试车辆放置到传感器节点对应的车道,并且继续设置门限值b,同时检测周围车辆磁场H2,如果b刚刚大于H2,则检测不到车辆磁场,保存b。门限则取为
当车辆经过某个传感器车道时,会影响该传感器节点周围的磁场,传感器节点通过将当前磁场强度与阈值进行比较,如果发现磁场强度高于阈值,则表示有车辆通过,否则没有车辆通过。对于车辆信号的检测算法有多种,在文献[9]中介绍了基于固定阈值的检测算法、基于状态机的检测算法、自适应阈值的状态机算法、水平分量检测算法等。
由于Zigbee节点与XL-MA模块集成,节点处理功能有限,在本系统中采用固定阈值的检测算法,通过连续比较垂直方向地磁信号序列与阈值的大小,如果连续有10个信号值大于阈值,则表示有车辆经过,如果垂直方向信号序列连续小于阈值0.25 s,则表示车辆已经离开。
3 车流量数据传输机制
3.1 数据发送机制
对于采集的车流量信号,传感器节点将捕获的信号封装到数据包中,然后从周围的邻居节点中选择一个RSSI以及能量信息较强的邻居节点,并且该邻居节点到网关节点的距离要比自身到网关节点的距离近。
如果节点i的坐标用(xi,yi,zi)表示,节点当前的剩余能量用ei表示,节点的信号强度RSSI用ri表示,则节点到网关的距离以及节点选择邻居节点的规则可用如下计算过程获得。
节点i到网关节点g的距离可表示为
如果节点i的邻居节点集合为{a, b, c, d, e},且假设i选择的下一跳邻居节点为k,则节点k满足如下要求
式中:ri-k为节点i接收到k的信号强度;ek为节点k的剩余能量。节点i选择下一跳的时候,首先从邻居节点中选出满足条件(2)的节点,然后选择满足条件(3)的节点,最后选择满足条件(4)的节点作为下一跳节点。其中α是一个参考阈值,一般选择大于零的某个数值,具体设置根据现场调试环境而定。
当节点i通过如上规则选择到了邻居节点k(k与a,b,c,d,e中的某个值相等)以后,则直接将数据包发送给该节点。此数据包发送过程依此类推,最终可发送到网关节点。
3.2 数据采集端节点布置
在数据采集端,传感器节点根据车道的数量而确定,比如,对于一个双向6车道的情形,每条车道在中间线的位置布置一个节点,同时,传感器节点之间应该保持在同一条直线上。对于数据传输节点,由于没有集成地磁传感器,而只是承担数据传输功能,因此,数据传输节点可在保障节点安全的情况下随意布置。如果考虑到数据传输的均衡性,以及路径的多样性,则可考虑在每条车道上布置数量均衡的传输节点。
由于节点的理论传输半径大于100 m,实际应用中,一般按照20 m的传输距离进行考虑,同时为了保证数据传输路径的多样性以及数据传输的鲁棒性,一般将数据传输节点的数据多布置一些,比如,某条车道有一个传感器节点,则如果网关节点距离该传感器节点有200 m的距离,那么数据传输节点应该布置为20个左右,即:最少保证了该传感器节点有2条独立的数据传输路径。当然,在实际应用中,传输路径远远大于2条。节点布置示意图见图4。
在布置节点的时候,采用直线布点的思路,即:某条车道上的传感器节点与传输节点位于一条直线上,相邻节点之间的距离应该保持在10 m左右,网关节点一般布置在车道两边,或者马路旁边的监控室外面,其距离传感器节点的直线距离不宜太长,保持在300 m以内,这样可保证数据传输的可靠性。
对于WSN而言,数据采集与传输需要通过多跳传输的方式进行,如3.1中所述,每个节点都可以在布置的时候设置一个虚拟坐标,然后根据该坐标计算每个节点到网关节点的直线距离。根据上述的数据传输机制而言,数据传输具有有向性、传输可靠性、能量相关性3个特点。所谓有向性是指传感器节点的数据始终向网关节点的方向进行传输;传输可靠性是指RSSI强度大于某个阈值后才能够进行传输;能量相关性是指选择最大剩余能量的节点进行传输。
因此,本路由算法的性能与网络分布的区域的大小没有多大的关系,和节点密度有较大关系,一般而言,如果某个节点的邻居节点距离自己较远,则该节点能耗较大,可能会导致该节点的能耗提前消耗完毕,也代表WSN网络的生命周期结束。但是,根据前面的布置规则,节点之间的距离保持在10 m左右,从而可确保本网络节点之间的距离都是相对均衡的,因此,节点之间相互位置对数据传输能耗均衡性的影响基本上较少,从而可确保本网络中的节点能耗基本保持相同。当然,如果节点数量较少,则节点之间的距离较大,从而会导致整个网络能量消耗过快,但是节点之间的能耗还是会基本保持相同。因此,在布置网络时,应考虑多布置一些冗余节点。
3.3 节点初始化设置
在WSN网络中,所有节点在部署到现场环境时,每个节点都需要在节点的存储器中设置该节点的三维坐标位置。当所有节点部署完毕以后,进行数据采集之前,还需要对WSN网络进行如下预操作。
1) 获取邻居节点信息。后台系统发出“获取邻居”的指令,通过网关节点在整个网络中进行广播,每个接收到指令的节点相继广播1次,第2次收到指令广播后不再进行广播。所有节点通过广播指令的形式可以获取该节点周围的邻居节点。需要注意的是节点广播的指令消息中包含有节点的位置坐标、剩余能量信息。
2) 传感器节点环境学习,此条已经在前文叙述,不再赘述。
3.4 节点动态信息更新
在WSN网络中,由于多种因素可能会导致节点失效的情况,为此,网络中的所有节点都必须动态更新周围邻居信息,以获得邻居的状态并向后台系统进行预警。
节点动态信息更新是通过广播一个“获取状态”的消息,当周围邻居节点接收到该消息后,则回复一个确认消息,并且该回复消息中包含了回复节点的最新位置、最新剩余能量等。
如果某个节点在一个时间段T内未收到某个邻居节点的回复消息,则该节点通过选择路由的方式向网关节点发送一个预警消息,告知该节点的某个邻居节点可能有问题,路由流程与4.1相同。
4 结束语
本系统基于无线传感器网络和地磁传感器进行设计,并且本文对无线传感器网络以及地磁传感器的应用原理和工作方式进行了详细介绍,上述2种技术也是目前研究领域中相对比较热门的技术,具有较好的应用前景。
对于本系统中用到的其他机制,比如数据存储、数据包格式转换、蓝牙收发、红外收发等,由于涉及到的技术比较成熟,故文章中没有进行介绍。
本系统可广泛应用于城市交通监测,是ITS的一个重要组成部分,对城市交通拥堵预警、疏导交通、提高城市道路利用率起着积极作用。
参考文献
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流量采集 第3篇
油井清洗作为油井作业的一项重要工作, 不但可以清除井筒管杆的结蜡及脏物, 另一方面也不同程度影响油井产量, 所以其注入液流量的监测就变得十分重要。本文旨在采用二维码扫描技术, 将注入液流量生成二维码并在LCD进行显示, 监测工人只需定时采用扫描枪对大量流量计进行扫描, 并将采集数据存储至PC, 方便管理人员进行后期分析, 在提高清洗检测技术的基础上, 丰富油田管理技术体系。二维码扫描的注入液流量无线采集系统是建立在以51系列单片机为硬件基础的二维码编码生成和扫描解码。即电磁流量计定时向二维码发送流量数据, 二维码生成模块定时向电磁流量计发送采集指令, 后者收到指令后发送流量数据。二维码生成模块生成QR Code码, 带存储功能 (1000条) 的便携式二维码扫描枪扫描、解码并存储QR Code码[1]。主要研究单片机二维码程序的设计;数据采集集成电路的设计;上位机软件的编写。
2 系统方案设计
2.1 二维码生成模块采集数据方式:
电磁流量计定时向二维码发送流量数据 (瞬时流量、累计流量、采集时间、流量计编号等) ;
二维码生成模块定时向电磁流量计发送采集指令, 后者收到指令后发送流量数据。
2.2 二维码生成模块生成QR Code码[2]。
2.3 带存储功能 (1000条) 的便携式二维码扫描枪扫描、解码并存储QR Code码。
3 系统硬件实现方案
流量数据二维码生成硬件设计方案
CPU通过串口读取流量数据, 根据QR code编码方式生成二维码并在LCD上显示。在过程中主要解决的是对采集数据的分析处理, 并通过二维码编码算法处理, 在彩屏上显示二维码图片[3]。
系统采用STC12C5A60S2单片机, 是新一代8051单片机, 操作指令代码完全兼容传统8051单片机, 但速度速度比8051系列快8-12倍。内部集成MAX810专用复位电路, 2路PWM, 8路高速10位A/D转换 (250K/S) , 针对电机控制, 强干扰场合。
LCD模块是通过不同液晶单元的供电来控制光线是否通过来达到显示目的。通电时液晶单元可以使光线通过。它的驱动方式有两种, 一种是有驱动芯片通过总线与单片机总线连接。另一种是LCD显示屏, 它没有驱动电路, 使用起来比较麻烦。常用的是带驱动模块的, 使用总线便于与单片机连接, 并且只要发送需要的显示数据到缓存中就能达到显示目的。
单片机数据收集经过与电磁流量计通信, 将所需的数据送到单片机处理。MAX232芯片是美信 (MAXIM) 公司专为RS-232标准串口设计的单电源电平转换芯片, 使用+5v单电源供电。由于单片机的信号电平与RS232的标准不同, 所以需要MAX232进行电平转换。
4上位机系统功能实现
PC通过USB连接读取二维码扫描枪存储数据 (读取后删除扫描枪内存) , 并存储至SQL数据库中, 需要对流量分析时, 通过时间参数或者流量计编号参数调取流量数据值, 进行单流量计或多流量计数据的对比[4]。
5 结论
通过对二维码系统的设计, 首先对单片机的开发平台做了详细的了解;其次是对二维码 (QR Code) 的结构及特点进行了阐述;最后在单片机开发平台上对二维码的编码过程进行了设计。从中我们了解到了单片机系统以及二维码技术的相关知识, 并且认识到了利用单片机平台来设计二维码的生成过程。在实际应用中, 方便了大庆油田注入液流量数据监测管理人员进行后期分析, 在提高清洗检测技术的基上, 丰富了油田管理技术体系。
摘要：本文为了更加高效的进行数据采集和分析, 提出了注入液流量无线采集及数据分析系统方案, 它建立在以51系列单片机为硬件基础的二维码编码生成和扫描解码之上。二维码生成模块定时向电磁流量计发送采集指令, 后者收到指令后发送流量数据。系统将该数据生成QR Code码并显示, 使用便携式二维码扫描枪扫描、解码并存储QR Code码。系统方便管理人员进行后期分析, 在提高清洗检测技术的基础上, 丰富油田管理技术体系。
关键词：单片机,二维码技术,QR Code
参考文献
[1]周晓伟.二维条码识别技术研究[D].上海:上海交通大学, 2007:15-16.
[2]王毅.二维条码技术应用及标准化状况介绍[J].中国标准化, 2006:24-25.
[3]中国物品编码中心.条码技术与应用[M].北京:清华大学出版社, 2003:3-4.
流量采集 第4篇
关键词：数据采集,虚拟仪器,LabVIEW
泄漏是输油管道运行中的主要故障之一,泄漏监测不仅是输油管道安全生产管理的重要工作内容,也是保证管道正常运行不可缺少的保障。根据现有的泄漏检测技术[1],要进行管道泄漏的监测,管道参数(如压力、流量)的采集和保存尤为重要。
本文基于虚拟仪器LabVIEW[2]和研华PCI-1710HG数据采集卡开发了一套管道流量和压力数据采集系统,实现了对管道流量和压力参数的高速数据采集、显示及存储,为实时监测管道的泄漏提供了基础,该系统已成功应用于管道泄漏监测。
1 系统的构成
管道流量和压力数据采集系统包括硬件和软件2个部分,系统组成如图1所示。
由安装在管道两端的流量传感器和压力传感器实时测量管道的流量和压力参数,数据采集卡采集流量和压力参数后输入计算机。系统软件采用虚拟仪器LabVIEW开发,主要完成对数据采集卡采集参数的设置、采集信号(管道的流量和压力参数)的波形显示和实时存储。
2 系统的硬件设计
2.1 流量数据的采集
在管道入口和出口分别安装1个流量传感器测量流体流量,其型号为LWGY-40,输出信号为4~20 mA的电流信号。由于数据采集卡PCI-1710HG是电压信号输入,因此需要在数据采集卡的模拟输入端并联一个250 Ω的精密电阻,将4~20 mA的电流信号转换为1~5 V的电压信号,这样就可以通过数据采集卡输入电压的大小来确定流量的大小。
流量传感器的量程为2~20 m3/h,流量在2~20 m3/h之间时,流量传感器是线性输出;流量在0~2 m3/h之间时,流量传感器所输出电压和流量不是线性关系,这并不表明流量传感器没有电压值输出,只是流量值不能通过一般线性关系得出。在进行标度变换时,假定流量在0~2 m3/h之间电压值和流量也是线性关系,由于系统测量的流量总在2 m3/h以上,属于流量计的可测范围,所得数据不受影响[3]。因此认为实际上流量范围0~20 m3/h对应电压范围1~5 V,得出标度转换公式如下:
式中:x1为数据采集卡输入计算机中的含有被采集流量信息的电压值;y1为x1对应的原始的流量值。
2.2 压力数据的采集
在管道入口和出口分别安装1个压力传感器测量流体压力,其型号为JYB-K0-HAG,输出信号为4~20 mA的电流信号。同2.1节所述,在数据采集卡的模拟输入端并联1个250 Ω的精密电阻,将电流信号转换为1~5 V的电压信号,从而通过数据采集卡输入电压的大小来确定压力的大小。
该压力传感器是线性输出,量程为0~0.5 MPa,数据采集卡的电压输入范围是1~5 V,得出标度转换公式为:
式中:x2为数据采集卡输入计算机中的含有被采集压力信息的压力信号,y2为x2对应的原始的压力值。
2.3 数据采集卡的设置
本文采用研华PCI-1710HG数据采集卡,配合使用的端子板型号为研华PCLD-8710端子板。PCI-1710HG数据采集卡具有16路单端或8路差分或组合模拟量输入和12位A/D转换器,采样率最高可达100kHz,同时提供了1个FIFO(先入先出)缓存器,它能存储4 kB的A/D采样值。当FIFO半满时,采集卡会产生1个中断,该特性提供了连续高速的数据输入及Windows下更可靠的性能[4]。数据采集卡的采集参数设置如下[5]:
1) 模拟信号输入,采用单端输入方式。单端输入方式主要应用于输入信号电压较高(高于1 V),信号源到模拟输入硬件的导线较短,且所有的输入信号共用1个基准地线的场合。本系统采集管道入口和出口的流量和压力共4路信号,采用1个基准地线,输入电压信号范围为1~5 V,因此采用单端输入方式。为了充分利用采集卡的分辨率,选择双级性输入、增益为0,即量程为-5~+5 V。
2) 触发A/D模式,采用内部触发模式。PCI-1710HG数据采集卡提供3种A/D转换触发模式:软件触发、内部触发以及外部触发。由于本系统要求较高的数据采样率,并且要实现周期性的信号采样,所以采用内部触发模式,即使用板卡上的可编程定时器/计数器产生1个脉冲信号作为A/D转换的触发时钟。
3)数据传输方式,中断数据传输方式,并使用PCI-1710HG的FIFO缓冲区。A/D转换后,PCI-1710HG数据传输进入计算机方式有2种:软件控制传输方式和中断数据传输方式。本系统要求较高的采样率,因此选择中断数据传输方式,同时,为了得到连续高速的数据输入及Windows下更可靠的性能,使用采集卡提供的4 kB的FIFO缓冲区,即A/D转换完成后的数据先放进FIFO缓存器,当FIFO半满后,发出中断信号,由中断服务程序进行数据读取,这种方式节省了CPU装载数据的时间,适合高速数据采集。
3 系统软件的设计
系统软件采用虚拟仪器LabVIEW设计。LabVIEW是1种图形化编程语言和开发环境,与传统的文本编程环境相比,它能帮助用户在更短的时间内设计数据采集和数据处理系统,所有的LabVIEW程序(VI)都包括前面板和程序框图两部分,前面板即包括控制件和显示件的图形用户界面,程序框图是定义VI功能的图形化源代码[6]。
管道流量和压力数据采集系统也包括前面板和程序框图两部分,主要完成对数据采集卡采集参数的设置,并实现对管道流量和压力参数的实时采集、波形显示和实时存储。
3.1 系统软件的前面板
系统软件的前面板包括2个部分:数据采集参数设置部分,完成对数据采集参数(中断采集参数和事件参数)的设置;波形显示部分,显示管道首尾端流量和压力参数的实时曲线图。
3.2 系统软件的程序框图
系统软件部分的程序框图如图2所示,由2个主要部分组成:数据采集和数据存储。
1) 数据采集。
研华提供了PCI-1710HG数据采集卡在LabVIEW中的驱动程序,因此在LabVIEW中可以很方便地利用PCI-1710HG进行数据采集。
在程序框图中,Case结构和研华提供的多通道输入采样函数被用于实现4通道数据采集;数据采集完成后使用索引数组函数来分离所采集的数据,需要采集管道入口、出口的流量和压力共4路数据,索引号0、1、2、3分别对应于管道的入口流量、出口流量、入口压力和出口压力;采集到的数据分离完成后,将数值连接到前面板上的波形显示器上进行直观形象的显示;While循环被用于实现程序自动循环采集,此循环会重复执行代码片段直到按下前面板中的“STOP”按钮停止采集为止。数据采集的程序流程图如图3所示。
2)数据存储。
采集的流量和压力数据被存储为波形文件,波形文件由采样开始时间、采样间隔时间和采样数据组成[7,8]。在程序框图中,4通道数据(管道的入口流量、出口流量、入口压力和出口压力)被合并为1个波形数组存入波形文件data中。
波形数组的存储通过Write Waveform to File.vi实现,图4所示为该模块的示意图。
图中,file path定义波形文件“data”的位置;Waveform Array是需要保存的波形数组;append to file为TRUE,表示将需要保存的波形数组添加进已存在的波形文件data中,append to file为FALSE时,表示用需要保存的波形数组取代已存在的波形文件。
程序每存入1个波形数组,系统就自动生成1个编号,相当于指定管道参数的第几个波形,波形文件的存储形式见表1。
为了能够回放数据以便于进一步的分析,需要保存采样起始时间和编号。这里使用LabVIEW的Database Connectivity工具包完成创建表格、插入数据等操作。首先在Access数据库中建立1个表格dataindex,波形文件data中每存入1个波形数组,就在dataindex中保存对应的采样起始时间和编号,这样就可以通过查询时间来回放相应时间段的数据。
4 结束语
本文设计的管道流量和压力数据采集系统采用LabVIEW开发,利用研华数据采集卡PCI-1710HG实现了对管道流量和压力数据的高速采集、显示和存储,为管道泄漏的实时检测提供了良好的基础。系统开发成本较低、界面友好、结构简单、操作方便。这一设计方案已经成功应用于管道泄漏检测,证实了它的可行性和有效性。
参考文献
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[2]雷振山.LabVIEW 7 Express实用技术教程[M].北京:中国铁道出版社,2004
[3]潘霞.管道泄漏检测综合实验系统开发[D].武汉:武汉理工大学,2006
[4]研华科技股份有限公司.PCI-1710快速安装使用手册[R].台北:研华科技股份有限公司,2003
[5]胡勇,刘强,周永清.基于LabVIEW平台数据采集卡配置参数的保存与加载方法研究[J].交通与计算机,2004,22(6):44-46
[6]Nasser K,Namjin K.Digital signal processing sys-tem-level design using LabVIEW[M].Oxford:Elsevier Inc,2005
[7]雷振山,赵晨光.虚拟仪器系统的数据存储技术[J].微计算机信息,2006,22(8):117-119
流量采集 第5篇
现场总线控制系统FCS (fieldbus control system) , 是继基地式气动仪表控制系统、电动单元组合式模拟仪表控制系统、集中式数字控制系统、集散控制系统DCS后的基于现场总线的新一代控制系统。目前, 比较具有影响力的现场总线有:基金会现场总线 (FF, Foundation Fieldbus) 、LonWorks、PROFIBUS、CAN和HART等等。其中, PROFIBUS是当前最为流行的现场总线技术之一。在电动机、阀门、开关等电气设备的保护和控制上选用带有PROFIBUS-DP接口的智能装置能够更好的满足工厂自动化及监控系统的信息集成要求, 又能降低系统接线的复杂程度, 从而缩短工程的设计、建设和调试的周期。Profibus包括三个兼容系列:Profibus-FMS, Profibus-DP, Profibus-PA。FMS提供大量的通信服务用于完成以中等传输速度进行的循环和非循环的通信服务;DP是一种经过优化的高速廉价的通信连接, 适用于实时性要求较高的场合, 主要用于自动控制与分散式外设之间的通信;PA是专为过程自动化而设计, 具有本质安全性, 用于安全性要求较高的场合及总线供电的站点。
2 系统设计方案
本文章通过结合现行开发的基于PROFIBUS-DP的超声波流量计数据采集系统, 主要介绍了现场总线技术, 以及如何实现PROFIBUS总线与PLC通讯的相关技术。
系统由现场上位机、PLC、流量计组成, 上位机使用VIEWSTAR软件进行组态, 实现数据实时采集更新、历史曲线和实时曲线显示、报警、数据存储、查询等功能。下位机使用GE90-70 PLC, 通过Profibus-DP与现场流量计建立通讯采集数据。
2.1 站后流量信号的生成
本项目通过超声波流量计测定供水渠道的流量。超声波流量计型号采用:青岛清方华瑞电气自动化有限公司的RISONIC 2000。
RISONIC 2000主机通过PB-B-RS232/485接口总线桥模块输出标准RS232信号 (Profibus-DP通讯协议) 。
2.2 信号传输和接入
RISONIC 2000主机安装在监测站, 通讯采用RS232接口, 标准Profibus-DP通讯协议。PLC安装在泵站中控室, 由于监测站到泵站中控室距离3公里, 因此采用4芯光纤连接监测站到泵站中控室。
主机信号输出端口增加RS232转光纤模块 (SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11) , 通过光纤接入泵站中控室, 再通过光纤转标准Profibus-DP的通讯协议模块, 转换为Profibus-DP的通讯方式, 接入GE90-70 PLC的Profibus通讯模块。
PLC程序中增加数据接收及处理程序块, 并对VIEWSTAR上位机进行配置显示流量相关信息。
3 系统硬件设计
3.1 PLC的系统配置
本系统采用的PLC是GE90-70系列PLC, 模块配置如下图:
增加Profibus通讯模块5136-PFB-VME, 用于接收基于Profibus协议的信号。
3.2 通讯物理连接
现场连线图如下:
流量计RISONIC 2000主机信号输出端口连接RS232转光纤模块 (SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11) , 通过光纤接入泵站中控室, 再通过光纤转标准Profibus-DP的通讯协议模块 (SIEMENS NET PROFIBUS OLM/G11) , 转换为Profibus-DP通讯方式, 接入GE90-70 Profibus模块5136-PFB-VME。
4 系统信号分析及软件设计
4.1 超声波流量计的输出信号分析
超声波流量计主机RISONIC 2000可输出如下信号:
Q (瞬时流量) 、Vf (正向累计流量) 、Vr (逆向累计流量) 、V1 (流速1) 、V2 (流速21) 、V3 (流速3) 、V4 (流速4) 、V5 (流速5) 、V6 (流速6) 、V7 (流速7) 、V8 (流速8) 、H (水位) 、T (水温) 。
主机提供RS232信号接口, 连接PB-B-RS232 485总线模块后输出符合标准Profibus-DP通讯协议的信号。
3.2数据格式及其协议细节
Q (瞬时流量) :
Sending:20 0A 80 67 00 00 00 00 11 01Recieved:80 0E 20 21 00 00 00 0A CC1A 46 00 05 02
以瞬时流量为例, 协议如上。其中黑体数字为四个字节的瞬时流量值 (浮点数) 。
按照协议, 通讯主站每发送一条命令数据到流量计后, 流量计就返回相应的输出值。因此在接收端即公用PLC中需发送不同的命令数据来得到相应的信号数据。
3.3程序软件设计
VME模块配置:通过SST Profibus Configuration软件配置GE90-70 Profibus模块5136-PFB-VME, 设置主从站、数据长度和类型等参数, 导出二进制数, 通过超级终端将配置输入到VME模块。
在PLC中增加数据接受和处理程序段:在90-70 CPU中, GE Fanuc提供标准的子程序块来初始化5136-PFB模块, 并读取5136-PFB模块中的数据。
程序如下图所示, INIT子程序用于初始化5136-PFB, Get和Put用于读写5136-PFB的数据。
核对流量计与PLC通讯数据区域, 在PLC中增加关于流量计上传数据计算处理。
VIEWSTAR2000配置:在SCADA增加相应的流量计信号点。
增加流量显示画面:新增流量信号画面, 将修改完毕的画面复制到本站工作站及服务器、调度中心工作站及服务器。
结语
PROFIBUS-DP现场总线控制系统既是一个开放的通信系统, 又是一个全分布控制系统, 这是一项以智能传感器、控制、计算机、数字通信、网络为主要内容的综合技术, 工程实践证明, 本系统运行稳定, 数据传输安全可靠。
摘要：介绍了流量计采集流量信号, GE90-70PLC通过Profibus-DP通讯方式与流量计建立通讯, 采集流量、水位等相关信息。
关键词：流量计,Profibus-DP,GE90-70PLC
参考文献
流量采集 第6篇
关键词：路由器,IP数据包,流量数据采集,方法,特点
1. 引言
路由器是实现网络互连的关键设备, 它担负着根据数据包的目的地址选择相应路由的任务, 网络间的通信都必须通过路由器来完成。因此, 基于路由器IP数据包统计出一种广为使用的计费方式, 这种计费方式使用路由器能够按照源IP地址和目的IP地址来记录流量的特性, 这些记录暂时存放在路由器内存中。计费服务使用SNMP协议命令定时从路由器获取流量记录, 通过分析这些记录得到IP的流量统计数据。
2. 基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法
因特网标准网络管理协议SNMP, 在定义了基本的网络管理操作的同时, 也定义了一系列支持操作语义的管理信息变量MIB, 其中就有与计费相关的MIB变量。只要对被管理对象 (通常是连接本网络和外部网络的边界路由器) 作适当的配置, 其将自动记录所有通过该路由器的进出流量。当一个数据包由路由器通过时, 路由器将搜索表中是否有与之匹配的Source Address和DestinationIPAddress对, 如果找到匹配的记录, 则将其累加, 否则创建一个新记录, 直到缓冲区满为止。这些记录可通过SNMP标准操作获得。
例如:利用Cisco路由器提供的“showIPaccount”命令查看当前的网络流量统计情况。不仅如此, Cisco还为流量统计功能提供了相应的SNMP访问和控制方法。在Sisco公司为其路由器产品定义的SNMP的MIB变量的IP组中, 提供了一个IP Check point Accounting Table变量表, 通过读取表中的值和重新设置数据过期标志, 可以连续获取流经该路由器的网络情况。
要利用该方法获取网络流量信息, 首先必须在路由器上进行必要的配置, 确保路由器对各端口的流量情况进行统计。另外, 由于获取流量信息和保存流量信息的需要, 还应该有一台计费服务器和相应的SNMP通信工具。此外, 由于该方法要求读取并重新设置路由器的SNMP变量, 因此还必须对路由器的SNMP参数进行相应的配置, 确保相应的community名字具有读写SNMP变量的权限。基于路由器IP数据包统计的数据处理流程如图所示。
3. 依据路由器的IP数据包统计功能来实现网络流量统计技术的特点
(1) 统计数据有效而准确, 由于获得的数据是路由器得到的, 因此它实际反映了路由器相应端口出入的网络流量。
(2) 基于标准的SNMP方法实现, 从而在数据采集手段上与其他网络管理功能保持一致。
(3) 计费服务器不受地点限制。
在监听方式中, 由于方法本身的特点, 计费服务器必须放在要计费的网段内。这样, 如果要对多个网段计费, 就需要多个计费服务器。依赖路由器IP数据包统计的网络流量数据采集方法只要求计费服务器能够通过网络访问到路由器即可, 计费服务器具体位于哪个地点, 哪个网段内并不重要。而且用一台计费服务器就可以完成采集所有的网络流量数据的任务。这种方式实现的计费系统特点是实现简单, 一般的路由器都可以做到, 并且不用增加过多的硬件。但是, 它仍然存在以下不足。
(1) 只能对IP地址进行流量计费, 不支持对用户的流量计费, 不能防止IP地址盗用, 虽然后来采用地址绑定技术来防止IP地址盗用, 但其防范IP地址盗用的功能却十分有限。
(2) 由于该方法依赖于路由器的IP数据包统计功能实现, 因此, 必然会额外占用路由器的CPU开销和内存。特别是对于通信流量比较大的网络, 存在的矛盾更加突出。在定期轮询周期过长的情况下, 可能会导致计费缓冲区的溢出, 进而导致流量数据丢失;如果轮询周期过短, 则无论是路由器的处理开销还是通信线路的开销都很大。
4. 结语
基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法的应用在网络的管理中已经得到广泛的应用, 同时也是局域网管理中的一种方便灵活的管理手段, 所以希望有更多的朋友能系统地料及和掌握基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法、特点等。本文从基于路由器IP数据包统计的流量数据采集方法、特点进行了简明的阐述, 希望能对网络研究和管理起到一定的作用。
参考文献
[1]徐敬东, 张建忠.计算机网络.清华大学出版社, 2003.
[2]安淑芝, 詹青龙.计算机网络.中国铁道出版社, 2006.
[3]思科网络技术学院教程.人民邮电出版社, 2006.
[4]赵立群, 车东军.计算机网络管理与安全.清华大学出版社, 2008.
流量采集 第7篇
随着集成电路和闪存技术的飞速发展, U盘与SD卡的体积越来越小, 容量越来越大, 存取速度越来越快, 使用越来越方便[1]。PM2.5小流量采样器在数据采集时用SD卡, 通过U盘把SD卡中的数据导出, 这样只用了一个CH376芯片, 看似节约了成本, 其实是增加了问题。CH376芯片在控制数据采集与导出过程中的效率低而且不稳定。
针对PM2.5小流量采样器在数据采集与导出系统中存在的问题, 本文设计使用两个CH376芯片分别控制U盘与SD卡。一个CH376芯片控制数据在采集过程中把数据写到SD卡, 另一个CH376芯片控制数据在导出时把SD卡中的数据导出到U盘。单片机ds PIC33在工作时就不用总是切换CH376主机模式为U盘模式还是SD卡模式, 提高了单片机ds PIC33的工作效率。
1 系统整体结构
本系统是在原有单片机ds PIC33控制的基础上对数据采集与导出系统的升级。如图1所示, 单片机ds PIC33与人机交互模块连接, 人机交互模块含有USB接口, 插上U盘, 可以方便地导出采集数据。单片机ds PIC33通过片选信号选择CH376。CH376支持三种通讯接口:8位并口、SPI接口或者异步串口[2]。单片机ds PIC33采用的是SPI接口通讯方式控制CH376芯片。
2 硬件设计
如图2所示, 单片机ds PIC33通过SPI串行通讯对CH376进行读写。SDI1连接到单片机中的54管脚, 是SPI接口的串行数据输入线。SDO1连接到单片机中的53管脚, 是SPI接口的串行数据输出线。SCK1连接到单片机中的55管脚, 是SPI接口的串行时钟输入线。
3 软件程序设计
如图3所示。首先, 检查SD卡是否连接。这个操作主要通过while (INSERT_STATE!=NONE) 指令来实现的。单片机在正常工作时, SD卡是一直插在上面的, 这样就可以保证单片机实时地向SD卡里写采集到的数据;其次, 初始化CH376芯片1。主要通过CH376_PORT_INIT () 指令实现接口硬件初始化, 通过x Write CH376Cmd (CMD11_CHECK_EXIST) 指令测试单片机与CH376芯片1之间的通讯接口;第三, 向SD卡中写数据。这个操作主要是通过操作沁恒公司提供的系统文件库。具体操作步骤是:调用文件库系统中的文件打开指令CH376File Open, 打开SD中之前已经创建好的文件, 如果SD卡中没有该文件, 则利用文件创建指令CH376File Create创建一个新的文件, 创建完文件之后, 通过按字节写指令CH376Byte Write以字节为单位向当前位置写入数据块[3]。另外还可以通过CH376Disk Query查询磁盘剩余空间信息、扇区数。
如图4所示, 数据导出流程为:1) 系统开始之后, 先检查U盘是否连接。这个操作主要通过CMD_DISK CONNECT指令来实现的。2) 初始化CH376芯片2。主要通过CH376_PORT_INIT () 指令实现接口硬件初始化, 通过x Write CH376Cmd (CMD11_CHECK_EXIST) 指令测试单片机与CH376芯片2之间的通讯接口。3) 从SD卡向U盘导出数据。这个操作主要是通过操作沁恒公司提供的系统文件库, 首先调用文件库系统中的CH376File Open Path (Src Name) 打开文件, 该文件在根目录下, 其次利用Copy File (Src Name, Tar Name) 指令, 将SD卡中的文件复制到U盘中。
4 结语
本文通过CH376芯片完成了单片机ds PIC33的U盘与SD卡读写系统升级设计, 并成功地运用到单片机数据处理中, 及时保存单片机在工作时实时采集到的数据, 提高了系统的工作效率, 节约了成本。该系统设计简单, 而且工作可靠, 在以后的嵌入式控制系统中有非常好的应用前景。
摘要：基于PM2.5小流量采样器在数据采集与导出系统的需求, 设计一种双CH376文件管理控制芯片分别管理U盘与SD卡的系统。陈述系统整体框图, 并介绍了系统原理图与单片机ds PIC33控制数据采集与导出的程序流程图。结果表明, 该方案成功地解决了之前PM2.5小流量采样器在数据采集与导出过程中出现的效率低且不稳定的问题。
关键词：PM2.5,数据采集与导出,CH376,ds PIC33
参考文献
[1]张亮, 李杰, 张天佑.USB接口芯片CH376在专用控制系统中的应用[J].兵工自动化, 2014 (3) :51-53.
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