基于LabVIEW的居民用水数据采集系统研究*

周 全 封居强 刘阳阳

(1安徽国防科技职业学院 安徽六安 237011；2淮南师范学院机械与电气工程学院 安徽淮南 232000)

对于居民用水的计量收费，最常用的传统方式是抄表收费。但此种收费方式存在许多弊端，如入户麻烦、存在安全隐患等，已不适应现代管理的需要。目前有关自动抄表、物联网水表等研究如火如荼，但基本处于研究阶段，真正能够投入使用的很少，改变传统的居民用水监测手段和方式是发展的趋势[1]。

文章对于居民用水数据的采集及管理进行研究，设计的居民用水数据采集系统可使供水的部门管理者或工作人员在终端设备上就可以查询、监控用户的用水信息，了解居民整体用水情况，还可以对异常用水(如大量漏水或欠费较多)进行自动断水控制，实现了由以往的工作人员上门抄表到远程抄表以及用水数据远程监控的转变[2]。

1居民水表部分设计

用户终端采用基于控制器和精密流量传感器为核心的水流量测试装置，水流量测量采用脉冲式水流量传感器测量用水量，时钟芯片DS1302用来进行时间运算，等该月结束时将该月的用水信息进行存储和上传。铁电存储器FM24C04用来防止单片机掉电，若发生掉电情况将数据存储，等再次上电时将数据重新发送给单片机，以保证测量的准确性[4]，水表用户终端部分系统结构如图1所示。

图1 水表用户终端系统框图

水表终端系统通过传感器测量用水数据，通过Zigbee模块将居民的用水信息数据上传，驱动模块可接收控制器的命令，在管理者下达停水命令后传送至水表控制器，控制器控制驱动模块动作，进行停水的处理。

2居民用水数据传输设计

每户居民的水表将用水数据通过ZigBee模块传送给数据采集器，ZigBee是一种近距离、低复杂度、低功耗、低数据速率、低成本的双向无线通信技术，能满足本设计的要求。数据采集器定时按照顺序采集来自多路的水表信号并进行数据处理，上传至数据集中器。数据集中器是数据网络的终端，数据集中器接收下面的各个数据采集器发送的数据并上传至数据采集中心[4]。

数据采集器和数据集中器之间采用无线数据传输，由于各个采集点距离较近，也可采用ZigBee模块完成数据的无线传输，ZigBee模块采用2.4G频段进行数据传输，最多支持6.5万节点。因此，可以选择每个小区放置一个或者若干个数据采集器，采集该小区每户居民的用水数据，每个社区或街道设置一个数据集中器和数据监控中心，居民用水数据传输结构如图2所示。

图2 居民用水数据传输

3数据监控中心软件设计

数据采集监控上位机软件采用LabVIEW设计，LabVIEW 是目前国际上应用最广泛的数据采集开发环境之一，主要应用于数据采集、数据分析、数据显示、仪器控制等领域，并适用于多种不同的操作系统平台。与传统程序语言相比，LabVIEW采用强大的图形化语言( G 语言)编程，面向测试工程师而非专业程序员，人机交互界面直观友好，具有强大的数据可视化分析和仪器控制能力等特点[5]。

利用LabVIEW软件的VISA模块采集下位机发送的数据，并进行数据区分，将每次采集到的数据根据下位机发送的顺序分别归类到水表号、用水量、用水费用等数据，并计算出用户费用余额一起存储到Access数据库中，数据采集和数据分类程序如图3所示。

图3 数据采集部分程序

监控中心需要查询时，利用LabVIEW查询程序调用Access数据库查询，查询可按照水表号查询、日期查询、综合查询等3种查询方式下进行。查询的数据直接从数据库调取，由于数据库可存储信息量大，所以查询系统可查询的用户范围可以根据需要增加数据库容量，数据查询程序如图4所示。

图4 数据查询程序

管理者登陆系统需要输入账号和密码，管理人员根据账号的级别不同，可查询的数据范围也有区别。编程利用LabVIEW里的结构模块设计，由于LabVIEW里的结构模块分支较多，不进行程序的一一介绍，登陆成功后查询数据库程序如图5所示。

图5 登陆查询数据库程序

4数据监控中心操作面板设计

用户登陆界面要尽量简洁，通过管理者登陆界面可进行输入账号和密码登陆，成果登陆后进入用户管理界面，用户管理界面可进行管理人员注册和修改密码、用户权限设置等操作，若不需要修改可直接跳转至其他操作界面。系统登陆界面和用户管理界面分别如图6和图7所示。

图6 系统登陆界面

图7 用户管理界面

数据采集界面显示当前正在采集的用户用水数据，显示信息对应数据集中器发送的数据。数据采集界面通过设置采集端口和配置，采集数据集中器发送的用水数据，默认的采集设置和数据集中器要对应，通过更改采集端口和配置，可实现数据采集器的更改和更换。

数据查询界面用来对往期的用水数据进行查询，查询方式可选择“水表号查询”“日期查询”和“综合查询”等3种方式，通过柱状图和表格显示查询的用水数据。数据采集界面和数据查询界面分别如图8和图9所示。

图8 数据采集界面

图9 数据查询界面

5结语

设计的居民用水数据采集系统利用电子技术、ZigBee无线通信技术和虚拟仪器技术对居民用水信息进行计量并进行用水数据传递及数据远程监控。管理者在终端设备上可以查询、监控用户的用水信息，了解整体用水情况，并可以对异常用水情况进行及时处理。当用户用水欠费较多或管理者下达指令时，控制器控制驱动模块关闭水阀，进行断水，这些功能理论上都可以实现。该系统实现了由以往的工作人员上门抄表到远程抄表及用水数据远程监控的转变，具有多方面的优点，是未来民用水表的发展方向和趋势。