CN103019188B - 基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法 - Google Patents

基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明主要涉及一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法，主要包括发信机检测及通讯***、收信机控制及检测***、物联网移动终端和PC上位机监控控制***；物联网移动终端和上位机***、发信机检测及通讯***和收信机控制及检测***都是基于互联网建立通道式互联，发信机检测及通讯***和收信机通讯***控制及检测***通过GSM的短信业务来进行控制通讯。使用单片机控制器，以物联网技术实现物与物的互联，用Android平台的移动设备智能手机作为移动监控和控制平台，PC上位机通过Internet实现远程通讯，可实现对水塔水位的实时监控和控制，具有无地域性限制、使用便捷、智能操控、***稳定等优点。

Description

基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法
技术领域
本发明涉及一种物联网的无线数据传输技术及远程控制方法，具体涉及一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法。
背景技术
水塔水位控制***是我国住宅小区广泛应用的供水***，水塔供水的主要问题是塔内水位应该始终保持在一定范围内，避免“空塔”、“溢塔”现象发生。传统的控制方式存在控制精度低、能耗大的缺点，而且还有一些控制场合与监控场地距离很远，而且需要实现无人操作，这就需要远程控制***来实现。例如有不少地方用着水塔供水，并且水源不在水塔附近，这样就给水塔供水带来很大的不便，需要人工定点上水（启泵）停水（停泵），不能随时随地供水，而且很容易出现溢塔和空塔现象,目前，远距离控制中，大部分仍然采用布线，或者专门人员定时定点去管理控制设备。光是布线就是一个很大的工程，浪费不必要的时间和资金。每当像改变被控对象状态时，还需要管理人员专门去现场来控制，增加了了劳动强度，同时也增加了危险系数。对于想随时随地管理控制，减小操作人员危险系数等情况，在原有的控制***中实现起来是非常困难的。而自动控制原理，依据用水量的变化自动调节***的运行参数，保持水压恒定以满足用水要求，从而提高了供水***的质最。就此问题，所以我们有必要开发这套远距离无地域性控制***。基于物联网的水塔水位远程控制***的成本低，安装方便，灵敏性好，是节约水源，并且管理更具有灵活性，方便家庭和单位控制水塔水位的理想装置。
发明内容
发明目的
为了克服传统水塔水位控制***的不足，本发明提供了一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***及其控制方法，可实现对水塔水位进行智能的物对物远程控制，人对物之间无地域性的远程控制，以确保水塔水位实时保持在一定范围内，始终有一定的水压，不会出现“空塔”、“溢塔”现象。
技术方案
一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***，主要包括发信机检测及通讯***、收信机控制及检测***、物联网移动终端和PC上位机监控控制***，其特征在于：物联网移动终端、PC上位机监控控制***、发信机检测及通讯***和收信机控制及检测***都是基于互联网建立通道式互联；发信机检测及通讯***和收信机控制及检测***之间通过GSM短信通讯连接。
发信机检测及通讯***包括发信机单片机控制器、发信机水位检测单元、发信机水位告知无线通讯单元、发信机电源单元、发信机LCD显示单元、发信机键盘单元、发信机实时时钟单元、发信机***正常运行指示灯和发信机***配置信息掉电保护单元；发信机单片机控制器分别连接发信机水位检测单元、发信机水位告知无线通讯单元、发信机电源单元、发信机LCD显示单元、发信机键盘单元、发信机实时时钟单元、发信机***正常运行指示灯和发信机***配置信息掉电保护单元。
收信机控制及检测***包括收信机单片机控制器、收信机水泵控制单元、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元、收信机电源单元、收信机LCD显示单元、收信机键盘单元、收信机实时时钟单元、收信机***正常运行指示灯和收信机***配置信息掉电保护单元；收信机单片机控制器分别连接收信机水泵控制单元、收信机水泵状态告知无线通讯单元、收信机电源单元、收信机LCD显示单元、收信机键盘单元、收信机实时时钟单元、收信机***正常运行指示灯和收信机***配置信息掉电保护单元。
发信机水位检测单元包括水位传感器和开关信号检测电路。
收信机水泵控制***包括弱电控制强电电路部分。
发信机水位告知无线通讯单元、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元都包括无线通讯接口和无线通讯模块；发信机电源单元和收信机电源单元分别包括开关式AC/DC变换电路、DC/DC稳压及滤波电路；发信机键盘单元和收信机键盘单元都包括功能键、方向键和确定键。
如上所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）设置发信机和收信机进行通讯关联，即在发信机上设置收信机的SIM***；
（2）设置移动终端和收信机进行通讯关联，即在手机上设置收信机的SIM***；
（3）设置上位机和发信机、收信机进行通讯关联，即在PC机上设置动态域名；
（4）在水塔上水时，发信机水位检测单元监测实时水位是否到达上限，通过水位传感器产生的开关信号送入发信机单片机控制器中进行识别极限水位，通过状态机确定状态后，经过发信机水位告知无线通讯单元向关联设备，即相关联收信机，发送水位状态相对应的控制命令；发信机采用定时主动访问域名进行和PC上位机监控控制***网络连接，采用socket建立网络通讯通道，通讯通道握手连接后，发信机向PC上位机发送此时的水位状态；此连接通道在PC上位机软件关闭时才结束socket通讯的联接；
（5）在收信机通过收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元接收到控制命令后，无线通讯单元把接收到的命令送入收信机单片机控制器，单片机接到命令后控制水泵的交流接触器，输出与接收到的命令相对应的动作；水泵的状态通过收信机GSM***的短信到达回执信息来确定控制命令是否发送成功；发信机检测到回执信息后，在经过socket传送给PC上位机，利用GSM***传送给移动控制终端；
（6）通过管理员的账号密码，进入移动控制终端，配置好通讯设置后，可以进行自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式。
水塔水位是由水位传感器提供，并且把其开关信号后直接送入发信机单片机控制器。
控制命令、水位状态、水泵状态都通过GSM无线通讯模块与上位机和移动终端进行交互。
收信机水泵控制单元是利用收信机单片机控制器执行。
优点及效果
本发明的优点与积极效果为：
本发明这种水塔远程控制***采用物联网技术，无地域性限制的远程控制，在GSM平台进行控制命令的通讯，使通讯更加快速，安全。再投入使用阶段，控制命令可以及时准确的到达收信机，并且无误的操作了启泵和停泵动作。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明发信机结构原理图；
图3为本发明收信机结构原理图；
图4为本发明发信机单片机原理图；
图5为本发明收信机单片机原理图；
图6为本发明发信机检测及通讯***电路图；
图7为本发明收信机控制及检测***电路图；
图8为本发明发信机水位检测单元电路图；
图9为本发明发信机电源单元和收信机电源单元电路图；
图10为本发明水泵交流接触器电路图；
图11为本发明弱电控制强电电路图。
附图标记说明：
10.PC上位机监控控制***、20.发信机检测及通讯***、30.物联网移动终端、40.收信机控制及检测***、50.发信机单片机控制器、60.发信机水位告知无线通讯单元、70.发信机水位检测单元、71.水位传感器、80.发信机***配置信息掉电保护单元、90.发信机***正常运行指示灯、100.发信机实时时钟单元、110.发信机键盘单元、120.发信机LCD显示单元、130.收信机单片机控制器、140.收信机水泵状态告知无线通讯单元、150.收信机水泵控制单元、160.收信机***配置信息掉电保护单元、170.收信机***正常运行指示灯、180.收信机实时时钟单元、190.收信机键盘单元、200.收信机LCD显示单元。
具体实施方式：
下面结合附图和具体的实施例对本发明做进一步的说明：
本发明提供了一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***，如图1中所示，主要包括发信机检测及通讯***20、收信机控制及检测***40、物联网移动终端30和PC上位机监控控制***10，其特征在于：物联网移动终端30、PC上位机监控控制***10、发信机检测及通讯***20和收信机控制及检测***40都是基于互联网建立的通道式互联（socket连接和GSM***通讯连接）；PC上位机监控控制***10与发信机检测及通讯***40和收信机控制及检测***20分别通过GPRS网络进行通讯连接；物联网移动终端30与发信机检测及通讯***40和收信机控制及检测***20分别通过GSM的短信业务进行通讯连接；物联网移动终端30与PC上位机监控控制***10是通过GPRS进行通讯连接。发信机检测及通讯***20和收信机控制及检测***40之间通过GSM的***进行通讯连接。
如图2、图4和图6中所示，发信机检测及通讯***20包括发信机单片机控制器50、发信机水位检测单元70、发信机水位告知无线通讯单元60、发信机电源单元、发信机LCD显示单元120、发信机键盘单元110、发信机实时时钟单元100、发信机***正常运行指示灯90和发信机***配置信息掉电保护单元80；发信机单片机控制器50分别连接发信机水位传感器71、发信机水位告知无线通讯单元60、发信机电源单元、发信机LCD显示单元120、发信机键盘单元110、发信机实时时钟单元100、发信机***正常运行指示灯90和发信机***配置信息掉电保护单元80。
如图3、图5和图7中所示，收信机控制及检测***40包括收信机单片机控制器130、收信机水泵控制单元150、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元140、收信机电源单元、收信机LCD显示单元200、收信机键盘单元190、收信机实时时钟单元180、收信机***正常运行指示灯170和收信机***配置信息掉电保护单元160；收信机单片机控制器130分别连接收信机水泵控制单元150、收信机水泵状态告知无线通讯单元140、收信机电源单元、收信机LCD显示单元200、收信机键盘单元190、收信机实时时钟单元180、收信机***正常运行指示灯170和收信机***配置信息掉电保护单元160。
如图8所示，所述发信机水位检测单元70包括一个水位传感器71和一组开关信号检测电路。
所述收信机水泵控制***150包括弱电控制强电电路，如图11所示。
发信机水位告知无线通讯单元60、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元140均包括无线通讯接口和无线通讯模块；发信机电源单元和收信机电源单元分别包括开关式AC/DC变换电路、DC/DC稳压及滤波电路；发信机键盘单元110和收信机键盘单元190均包括功能键、方向键和确定键。
物联网移动终端30为带有Android***的智能移动设备，其监控控制***基于Android***的控制应用软件。Android***的智能移动设备包括可以运行Android平台的智能手机、接入网络的SIM卡。基于Android***的控制应用软件是指在Android平台下运行的界面化应用。
PC上位机监控控制***10由互联网接入，基于windows管理控制。
一种如上所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，由基于物联网的水塔水位远程智能控制***执行，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）设置发信机和收信机进行通讯关联，即在发信机上设置收信机的SIM***；
（2）设置移动终端和收信机进行通讯关联，即在手机上设置收信机的SIM***；
（3）设置上位机和发信机、收信机进行通讯关联，即在PC机上设置动态域名；
（4）在水塔上水时，发信机水位检测单元监测实时水位是否到达上限，通过水位传感器的产生的开关信号送入发信机单片机控制器中进行识别极限水位，通过状态机确定状态后，经过发信机水位告知无线通讯单元向关联设备，即相关联收信机，发送水位状态相对应的控制命令；发信机采用定时主动访问域名进行和PC上位机监控控制***网络连接，采用socket建立网络通讯通道，通讯通道握手连接后，发信机向PC上位机发送此时的水位状态；此连接通道在PC上位机软件关闭时才结束socket通讯的联接；
（5）在收信机通过收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元接收到控制命令后，无线通讯单元把接收到的命令送入收信机单片机控制器，单片机接到命令后控制水泵的交流接触器（电路图见图10），输出与接收到的命令相对应的动作；水泵的状态通过收信机GSM***的短信到达回执信息来确定控制命令是否发送成功；发信机检测到回执信息后，在经过socket传送给PC上位机，利用GSM***传送给移动控制终端，即智能手机，移动控制终端可以是以android为***的智能手机；
（6）通过管理员的账号密码，进入移动控制终端，配置好通讯设置后，可以进行自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式。在移动控制终端设置好后，进入应用程序，先输入用户名和密码，通过验证后，进入控制***的主界面，可以选择自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式。在底部菜单中有软件的配置、帮助、退出三项子功能，点击配置按钮式就如下一个界面，此界面是设置定时控制的时间设置，管理员登陆密码更改、收信机的SIM***设置、水塔紧急上下限时是否提醒四项信息设置；在控制软件每次打开后都会检测手机短信中的已设置的SIM***的短信内容。
水塔水位是由基于物联网的水塔水位远程智能控制***的水位传感器提供，并且把其开关信号直接送入发信机单片机控制器。
控制命令、水位状态、水泵状态都通过GSM无线通讯模块与上位机和移动终端进行交互。
收信机水泵控制单元150是利用收信机单片机控制器130执行的。

Claims (10)

1.一种基于物联网的水塔水位远程智能控制***，主要包括发信机检测及通讯***（20）、收信机控制及检测***（40）、物联网移动终端（30）和PC上位机监控控制***（10），其特征在于：物联网移动终端（30）、PC上位机监控控制***（10）、发信机检测及通讯***（20）和收信机控制及检测***（40）都是基于互联网建立通道式互联；发信机检测及通讯***（20）和收信机控制及检测***（40）之间通过GSM短信通讯连接；
在水塔上水时，发信机水位检测单元监测实时水位是否到达上限，通过水位传感器产生的开关信号送入发信机单片机控制器中进行识别极限水位，通过状态机确定状态后，经过发信机水位告知无线通讯单元向关联设备，即相关联收信机，发送水位状态相对应的控制命令；在收信机通过收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元接收到控制命令后，无线通讯单元把接收到的命令送入收信机单片机控制器，单片机接到命令后控制水泵的交流接触器，输出与接收到的命令相对应的动作；水泵的状态通过收信机GSM***的短信到达回执信息来确定控制命令是否发送成功；
发信机检测到回执信息后，在经过socket传送给PC上位机，利用GSM***传送给移动控制终端；通过管理员的账号密码，进入移动控制终端，配置好通讯设置后，可以进行自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式；在移动控制终端设置好后，进入应用程序，先输入用户名和密码，通过验证后，进入控制***的主界面，可以选择自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式；在底部菜单中有软件的配置、帮助、退出三项子功能，点击配置按钮时进入下一个界面，此界面是设置定时控制的时间设置，管理员登陆密码更改、收信机的SIM***设置、水塔紧急上下限时是否提醒四项信息设置；在控制软件每次打开后都会检测手机短信中的已设置的SIM***的短信内容。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***，其特征在于：发信机检测及通讯***（20）包括发信机单片机控制器（50）、发信机水位检测单元（70）、发信机水位告知无线通讯单元（60）、发信机电源单元、发信机LCD显示单元（120）、发信机键盘单元（110）、发信机实时时钟单元（100）、发信机***正常运行指示灯（90）和发信机***配置信息掉电保护单元（80）；发信机单片机控制器（50）分别连接发信机水位检测单元（70）、发信机水位告知无线通讯单元（60）、发信机电源单元、发信机LCD显示单元（120）、发信机键盘单元（110）、发信机实时时钟单元（100）、发信机***正常运行指示灯（90）和发信机***配置信息掉电保护单元（80）。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***，其特征在于：收信机控制及检测***（40）包括收信机单片机控制器（130）、收信机水泵控制单元（150）、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元（140）、收信机电源单元、收信机LCD显示单元（200）、收信机键盘单元（190）、收信机实时时钟单元（180）、收信机***正常运行指示灯（170）和收信机***配置信息掉电保护单元（160）；收信机单片机控制器（130）分别连接收信机水泵控制单元（150）、收信机水泵状态告知无线通讯单元（140）、收信机电源单元、收信机LCD显示单元（200）、收信机键盘单元（190）、收信机实时时钟单元（180）、收信机***正常运行指示灯（170）和收信机***配置信息掉电保护单元（160）。
4.根据权利要求2所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***，其特征在于：发信机水位检测单元（70）包括水位传感器（71）和开关信号检测电路。
5.根据权利要求3所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***，其特征在于：收信机水泵控制***（150）包括弱电控制强电电路部分。
6.根据权利要求2或3所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***，其特征在于：发信机水位告知无线通讯单元（60）、收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元（140）都包括无线通讯接口和无线通讯模块；发信机电源单元和收信机电源单元分别包括开关式AC/DC变换电路、DC/DC稳压及滤波电路；发信机键盘单元（110）和收信机键盘单元（190）都包括功能键、方向键和确定键。
7.根据权利要求1所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，其特征在于：该方法步骤如下：
（1）设置发信机和收信机进行通讯关联，即在发信机上设置收信机的SIM***；
（2）设置移动终端和收信机进行通讯关联，即在手机上设置收信机的SIM***；
（3）设置上位机和发信机、收信机进行通讯关联，即在PC机上设置动态域名；
（4）在水塔上水时，发信机水位检测单元监测实时水位是否到达上限，通过水位传感器产生的开关信号送入发信机单片机控制器中进行识别极限水位，通过状态机确定状态后，经过发信机水位告知无线通讯单元向关联设备，即相关联收信机，发送水位状态相对应的控制命令；发信机采用定时主动访问域名进行和PC上位机监控控制***网络连接，采用socket建立网络通讯通道，通讯通道握手连接后，发信机向PC上位机发送此时的水位状态；此连接通道在PC上位机软件关闭时才结束socket通讯的联接；
（5）在收信机通过收信机水泵控制及状态告知无线通讯单元接收到控制命令后，无线通讯单元把接收到的命令送入收信机单片机控制器，单片机接到命令后控制水泵的交流接触器，输出与接收到的命令相对应的动作；水泵的状态通过收信机GSM***的短信到达回执信息来确定控制命令是否发送成功；发信机检测到回执信息后，在经过socket传送给PC上位机，利用GSM***传送给移动控制终端；
（6）通过管理员的账号密码，进入移动控制终端，配置好通讯设置后，可以进行自动控制、手动控制、定时控制三种控制方式。
8.根据权利要求7所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，其特征在于：水塔水位是由水位传感器提供，并且把其开关信号后直接送入发信机单片机控制器。
9.根据权利要求7所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，其特征在于：控制命令、水位状态、水泵状态都通过GSM无线通讯模块与上位机和移动终端进行交互。
10.根据权利要求7所述的基于物联网的水塔水位远程智能控制***的控制方法，其特征在于：收信机水泵控制单元（150）是利用收信机单片机控制器（130）执行。
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