物联网技能实习技能实训报告（管道流量监测系统）

上海第二工业大学 物联网 技能实习 学院： 工 学 部 班级： 12 机工 姓名： 学号： 指导老师： 蔡智勇 实训时间： 2 / 11 目录 引 言 3 一 物联网技术概述 4 1. 物联网技术 4 2. 实时监控 技术及传感器原理 4 3. 设计目标 5 4. 水 流量信息采集与统计 5 5 二 、管道流量监测系统 5 5 6 况 7 9 11 3 / 11 引言 自从上世纪末，互联网得到了飞速发展，从以电子邮件和文件传输应用为主的第一代，到以网页浏览为主的的万维网时代，再到以主对主 (特征的多媒体应用的第三代，互联网从一个联系平台到一个浏览平台，再到交互平台，现在成为人们工作学习必不可少的一部分，互联网为人类带来了史无前例的革命。根据 2012 年 1 月 16 日中国 互联网络信息（ 京发布的第 29 次中国互联网络发展状况统计报告显示，截至 2011 年 12 月底，中国网民规模突破 5亿，达到 ，全年新增网民 5580 万，互联网普及率较上年底提高 4 个百分点，达到 互联网已经成为人类不可或缺的最大规模且快速高效的基础设施。互联网为信息化和现代化奠定了基础。目前，由于不同领域的研究者对物联网描述侧重不同的方面，短期内物联网还没有一个精确且公认的定义。一般国际通用的定义如下：物联网是通过射频识别 (红外感应器、全球定位系统、激光扫描器等信息传感设 备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通信，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接 ,以方便识别、管理和控制。 4 / 11 一 物联网技术概述 1. 物联网技术 2 0 1 0 年物联网被正式列为我国新兴战略性产业。温家宝总理在第十一届全国人民代表大会第三次会议政府工作报告中明确提出“利用物联网技术推动经济发展方式的转变”。物联网是一个非常庞大的网络，将各类数据采集装置与计算机网络联合起来，进行数据通信，配以各类应用软件，以实现身份识别、目标定位、信息跟踪和监控管理。早期的物联网是以物流监控系统为背景提出的，随着技术的发展，物联网范围逐渐拓宽，目前主要应用于工农业检测、消费类电子、智能化交通、智能化家居等领域。物联网有三个层次：一是感知层，通过在各类物体上附着感应芯片使其具备可 自动识别功能，利用无线射频识别、二维码识读、 G P S 全球定位、各类传感器等设备实时获取物体的信息；二是网络层，通过各类网络（移动通信网络、互联网等）的融合，及时准确地将采集到的数据传送出去，实现物与物之间的通信和信息共享；三是应用层，在多个应用领域（如绿色农业、远程医疗、智能家居等）中，利用云计算、模糊控制、遗传算法等各种技术，分析和处理数据，进行智能化控制。 2. 实时监控 技术及传感器原理 管道流量监测系统的主要作用是将管道内部信息传输到计算机，使计算机对信息进行处理，再将结果实时显示到人们的信息平台 上，人们以此做出相应的判断处理方式。同时实时监测管道中水流的速度及流量大小，以此确定管道的正常工作，以及工作时流量大小，一旦发生泄漏，系统能自动发出警报，并给出泄漏地点和位置。也可根据监测结果预测管道的工作寿命。 管道流量监测系统 主要由水流量监测中心主站、通信网络、现场监测设备三部分组成，利用前端监控、数据采集设备的数据远传通讯功能和系统 软件 功能实现。采集数据，使监测中心通过简单而又经济的计量手段，实现对整个地区水流量信息的实时监测，进而实现良好的社会效益和经济效益。 流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之后叶片旋转，在力矩平衡后转速稳定，在 一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的 5 / 11 改变着线圈的磁 通量，从而使线圈两端感应出电脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波， 通过变换器将脉冲信号转换为电流信号， 可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。 本小组的项目为流量实时监测 ,可进行流量检测的传感器有节流式流量计 ,转子流量计 ,电磁流量计 ,涡轮流量计 ,容积式流量计等 ,其他可以进行流量检测的方法有超声波式流量检测和质量流量检测方法 且水流量较小 ,所以考虑采用体积小、重量轻的智能涡轮流量计。 智能涡轮流量计具有精度高，重复性好， 寿命长操作简单等特点。可广泛应用于石油，化工，冶金，造纸等行业测量液体的体积瞬时流量和体积总量。 符合项目对传感器的整体要求，所以确定选用此传感器测量管道流量。 量信息采集与统计 管道流量监测的核心是基于 R F I D 技术的车流量数据采集设备。基于通用 微型计算机 （如 ）的数据采集系统，这种系统主要功能是将采集来的信号通过外部的采样和转换后的 数字信号 通过接口电路送入微机进行处理，然后再显示处理结果或经过转换输出。 在管道外部安装一个传感器，基于传感器执行水流信号的传 出，每个相同时刻记录下水流流量，以计算流速并输出到计算机中以控制报警灯的报警及流量的显示。 当某一 报警灯亮 之前，系统将待通过 流量 发送至控制节点，作为判断当 前水流和安全流速以继续监测的依据。 基于物联网技术的智能 管道流量监测 系统，采用无线射频识别技术，根据 水流 强度自动 报警 ，适应确定 管道流量监测及管道排水安全 ，克服了人工经验的缺陷，提高了 管道使用年限及安全 利用率。该控制系统采用非接触式检测，不破坏管道 、使用寿命长。 二、管道流量实时监测系统 设计一个管道流量监测系统，能实时测量管道中水的流量和温度并能进行实时监测，当温度和流量超过或者低于规定值时进行报警。具体要求： 6 / 11 1. 组建一个流量监测系统 ,能实现采集管道中水的流量并显示信号的波形； 下限用户自己可以进行设定； 括相应的波形和数据的表格； （ 1）传感器的选用 本小组的项目为流量实时监测 ,可进行流量检测的传感器有节流式流量计 ,转子流量计 ,电磁流量计 ,涡轮流量计 ,容积式流量计等 ,其他可以进行流量检测的方法有超声波式流量检测和质量流量检测方法 且水流量较小 ,所以考虑采用体积小、重量轻的智能涡轮流量计。 智能涡轮流量计具有精度高，重复性好，寿命长操作简单等特点。可广泛应用于石油，化工，冶金，造纸等行业测量液体的体积瞬时流量和体积总量。 符合项目对传感器的整体要求，所以确定选用此传感器测量管道流量。 （ 2）数据采集卡的选用 在本项目中选用的 传感器为模拟传感器，需要将它输出的模拟信号转换为数字信号输入到计算机中，所以需要中间转换装置。小组讨论出两种方案。一是各个通道分别配置一个 A/D 转换器，如采用价格相对较低、性能可靠的双积分 A/种系统抗干扰能力强，但成本较高。第二个方案是采用一个多功能的A/D 转换器，多个信号通道共享一个 A/D 转换器，它的优点是以较低的成本采集多路信号，但其精度会相应降低。考虑到成本及连接方便问题选用一个多功能数据采集卡。采集卡向计算机输入时考虑计算机接口多为 口，所以选用的采集卡为研华 功能 数据采集卡。 量原理 (1)流量测量原理 : 所谓流量就是流体在单位时间内通过管道或某截面的数量称为流体的瞬时流量，简称流量。按流量测量的不同方法，流量可分为体积流量（单位有 m/s）和质量流量（单位 kg/s）。二者均满足以下公式： 7 / 11 式中： (2)涡轮流量传感器测量原理 : 流体流经传感器壳体，由于叶轮的叶片与流向有一定的角度，流体的冲力使叶片具有转动力矩，克服摩擦力矩和流体阻力之 后叶片旋转，在力矩平衡后转 速稳定，在一定的条件下，转速与流速成正比，由于叶片有导磁性，它处于信号检测器（由永久磁钢和线圈组成）的磁场中，旋转的叶片切割磁力线，周期性的改变线圈的磁通量，从而使线圈两端感应出电 。 脉冲信号，此信号经过放大器的放大整形，形成有一定幅度的连续的矩形脉冲波，可远传至显示仪表，显示出流体的瞬时流量和累计量。 试系统框图 三 电路设计情况 流量传感器 流量信号 涡轮流量传感器 电流转电压模块 A/D 转换卡（数据采集卡 计算机（分析及处理） 流转电压模块 + 采集卡 V 计算机 24V 变送器 脉冲信号 电流信号 显示器 报警灯 线 报警灯 8 / 11 9 / 11 四 开始 初始化 参数设置 采集数据 读取流量 波形显示 报警判断 显示波形及报警结果 生成报告 停止 结束 N Y 10 / 11 程序 件报警子程序： 当流量值大于 400l/h 时，报警灯亮，流量值小于 400l/警灯灭。 成报表 11 / 11 报表生成电路 对实时监测的信息进行报表记录。通过按钮控制是否形成报表，按下按钮之后，触发事件，报表形成。 五 实训小结 通过这段时间的实训让我认识到光学好理论知识是不行的，理论与实践中存在中很大差距，要将理论运用于实际中，不仅要深刻理解书本知识，还要灵活运用书中的知识点。在这次 物联网 实训中让我对于传感器的应用有了更深的了解。我还懂得了团队合作的重要性，一个人的能力毕竟是有限的，但当大家齐心协力时，往往事情就能得到很好的解决。 通过 这次 实际的 操作 ，真的 让我学到了很多实实在在的东西， 知道了怎么 理论联系实际， 使用测量仪器，和各个零件之间的连接， 让我获得 了 测量工作的初步经验和基本技能，同时也 提高 了使用 图的 能力 。 我 和其他同学共同做的是 管道流量实时监测系统。虽然在整个项目过程中遇到各种问题但都得到了解决。比如刚开始就遇到流量传感器缺少两个连接螺母的事情，跑了几家五金店后得到了解决。看来做什么事都不容易，细节也决定着成败。在连线过程中开始查零件的使用说明书，等整个线路接好测量其正确性的时候发现有问题，却检查不到，后来再次整理了思路，得以解决问题。当实物连接都准确无误时开始设计程序，也是很苦恼