节能减排作品高校用水控制及预警系统.docx

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节能减排作品高校用水控制及预警系统

高校用水控制及警报系统

设计说明书

院系：

水利与环境学院

小组成员：

李楠楠（水文与水资源一班）

程婷（水文与水资源一班）

刘欣欣（水利水电工程一班）

刘亮光（水利水电工程一班）

目录

1系统分析……………………………………………2

1.1项目背景

1.2目前高校用水管理存在的问题

2无源直读式远传水表简介…………………………3

2.1水表

2.2基于GPRS的远传抄表技术

2.3直读

2.4无源

2.5无源直读式远传水表硬件原理

2.6无源直读式远传水表的特点

3总体设计……………………………………………5

3.1系统总体结构

3.1.1系统总体框架

3.1.2直读式远传抄表系统的运行方式

3.2系统运行方式

3.3系统特色功能板块

4可行性分析…………………………………………8

1系统分析

1.1项目背景

水是高校的主要的能耗资源,几乎占据了其资源费用的40%，尤其是近年来随着学校规模的不断扩大，办学条件不断改善，学校各方面各层次对水的需求范围越来越大，对供水的质量要求、服务标准也越来越高，再加上物价原因，学校水费支出呈不断膨胀之势，造成学生培养成本加大，学校资金紧张。

同时，大部分高校节水措施目前基本注重的是技术革新和节水宣传,而很少实施科学系统的用水控制管理手段，导致水浪费成为一个普遍存在且难以根治的严重现象。

传统的粗放式水管理模式已不能适应现代高校水电管理的需要，进行用水管理的改革势在必行。

鉴于目前智能水表虽应用较广泛，但并未涉猎高校领域，同时，高校用水管理存在诸多问题，尤其是未将其系统化、数字化，使得高校水浪费现象极其严重，本系统以将高校用水体制一体化、数字化为目的，在原有智能水表的基础上，另添加了远传技术、预警功能及水阀开闭控制惩罚等特色功能，实现了高校用水管理的自动化，同时，有效地减少了高校水资源的浪费，提高了用水管理工作的效率，并培养了广大师生的节水意识。

1.2目前高校用水管理存在的问题

（1）管理人员责任不明确。

高校用水管理职能下放，导致各阶层管理人员责任不明确，态度松懈怠慢，以至于精细化的管理不能够落实到实际的工作之中。

（2）缺乏科学的用水管理制度。

大部分高校在制定用水管理制度之前，并没有进行广泛的调查，以至于制定的制度不科学、不符合实际的需求。

（3）节水监管工作薄弱。

一方面体现在对工作人员的监管力度不够；另一方面体现在，出现的问题得不到及时的解决，日积月累，就造成了极大地水资源浪费。

（4）没有形成一套完整的用水管理体系高校对于用水管理，既没有自上而下严明的分工，也没能具体到每个用水单位，以至于高层管理人员不能及时拿到第一手资料，对客观用水情况形成整体的把握。

（5）没有严明的赏罚制度及措施

（6）计量表安装不完善

（7）学生节水意识不到位

2无源直读式远传水表简介

无源直读式远传水表是远程集中抄表系统的终端，是一种集计量、显示管理及控制为一体的高科技用水量自动计量仪表。

实现了用水信息的采集、传送及远程集中抄表的控制。

包括数据的双向传输、远程集中抄表及水量控制等功能。

下面，我们就从字面进行分析，分别介绍水表、远传、直读、无源。

2.1水表

水表是流经管道的生活用水的计量仪表，包括测量流量、流速、水压等功能，并且具有结构简单、安装方便、成本低廉的特点。

其工作原理在此不做赘述，水表的理想状态就是正确计量，工作可靠，容易读数。

2.2基于GPRS的远传抄表技术

此方案由直读水表、通信媒介、采集器、集中器、主机系统组成。

集中器通过通信媒介与各直读水表连接，随时抄读直读水表的“窗口值”，然后通过GPRS将抄取的数据传送到主站。

但集中器本身不具备存储功能，仅起数据转发作用。

原理图见图1。

图1远程抄表原理图

2.3直读

直读的实现由很多种方法，这里，我们采用光电式直读水表。

光电式是一种间接读取字轮位置的方法，传感器与字轮之间没有直接接触，也不存在磁力接触，而是利用字轮上的光学编码标记，实现字轮位置非接触式检测。

其原理如下：

在水表计数的每个字轮的一侧安装5个发光管，另一侧在与发光装置相对应的位置装有5个接收管，如图2所示。

每个字轮上按照一定的规则挖出若干个透光口，如图3所示。

传感器工作时，当发光管发出的光信号被字轮隔断时，接收管输出的信号为高电平；当发光管发出的光信号穿过透空的位置照射在接收管上时，接收管输出的信号为低电平。

一个字轮所有感应装置的输出构成了这个字轮的角度信息编码，通过判断传感器的状态来确定字轮的位置，从而可得到宇轮上的数字。

把识别的数据通过仪表总线向上发送，就得到机械水表的“窗口值”。

图2水表计数器图3字轮

2.4无源

所谓的无源是指：

直读式水表在正常运行的情况下不需要任何电源支持，只有在需要抄表的时刻，给水表供电，表头得到电源后读取每个字轮的位置，从而得出水表当前的示数。

这种工作制式有很多突出的优点：

第一，既不需要电池也不需要市电的长期供应，极大地降低了安装成本和运行成本；第二，极大地提高了可靠性，据统计抄表系统的不可靠性有40—60％的因素来自现场设备的损坏，尽可能地避免了外界干扰。

2.5无源直读式远传水表硬件原理

图4水表硬件原理图

2.6无源直读式远传水表的特点

（1）字轮转动与信号采集装置没有任何接触，对水表的计量不产生任何影响。

（2）直读式远传抄表系统平时不耗电，只是抄表瞬间才用电，节能。

（3）由于采用编码技术，对水表计数器字轮前、后位的进位采用单片机进行数学换算，以保证计数器字轮在任何位置的情况下抄表都不会出现盲点，临界进位准确．水表读数与远传抄表读数无误差。

（4）系统可以实现监测，有故障可以及时发现；

（5）集中抄表系统可以采用目前已经成熟的远程通讯系统实现全校联网，使整个抄表和反馈信息环节实现完全自动化；

（6）管理部门能够能得到更准确的用水量，提供更完善的服务，同时也可以简化供水部门的管理层次，减少甚至取消原来需要多人进行管理的站点，全部实现网络化管理。

3总体设计

3.1系统总体结构

3.1.1系统总体框架

图5系统总体框架

3.1.2直读式远传抄表系统的运行方式

由管理站主机管理系统发出抄表指令．通过移动公司GPRS无线网络与各通信管理器进行通讯，接到指令后再将指令传给数据管理器，数据管理器接到指令后打开电源开关．给下行网络总线上的“直读表”供电．水表计数器直读采集装置受电后按程序将水表计数器上个、十、百、千、万位上的读数抄读后传给数据管理器，再通过通信管理器和移动公司GPRS无线网络将数据发送至管理站抄收中心．进入主机管理系统，管理软件具有对设备和直读表实时监控、故障显示、抄收、统计分析、信息存储、报警等功能。

图6直读式远传抄表系统运行方式

图7管理站分布图

3.2系统运行方式

总管理站主机系统定时发出抄表指令，该指令通过GPRS无线网络发布到各生活区的管理站，分管理站的主机系统再将抄表指令通过同样的方式发给该区各宿舍楼的集中器，再经过中继器和信息采集器将指令下达给各水房的水表，水表所显示的用水信息经抄表系统，沿原路径反馈给各分管理站，分管理站再将信息汇总到总管理站，同时，各分管理站主机系统会对得到的用水信息进行分析，并作出判定。

当用水量超过设定值时，系统将发出警报，并将判定信息传达给水表，水表接受信息后，根据其内部编号的程序，会做出发出警报、关闭阀门、开启计时模块等一系列反应，来警戒同学本时段该水房用水过多，并断水两小时作为惩罚，以培养广大同学的节水意识，有效减少水资源的浪费。

3.3系统特色功能板块

（1）形成系统、高效的高校用水管理方案

本系统提供了一套完整系统的管理体制，从硬件设施，到系统管理，基本实现自动化管理，解决了目前高校用水管理存在的诸多问题，使高校的用水管理更加简单快捷、井井有条。

（2）水阀开闭惩罚功能

当某水房用水量超过警报设定值时，系统自动关闭水阀，停水两小时，以示警戒，有效减少水资源的浪费。

（3）用水预警功能

当用水量超过警报设定值时，系统自动进行警报，提醒广大同学节约用水，培养其节水意识。

（4）用水信息统计分析功能

将反馈的用水信息，统一整理、汇总、分析，找出用水量规律，作为警报线设定依据等。

（5）故障检测功能

根据用水反馈信息，判断故障发生处及类别。

（6）实时监测功能

实时对用水量进行监测，及时发现存在的故障，提高供水设备维护工作效率。

4可行性分析

科学性：

本次项目查阅大量有针对性的学术文章，运用统计学理论进行分析。

同时，本课题请教了相关问题研究领域的老师，确保了课题的专业性及科学性。

先进性：

项目以用水、节水为理论指导，从客观实际开始探究内在问题，在本就处于国内先进水平的智能水表的基础上，添加远传技术、预警功能及水阀开闭控制惩罚功能，研究出了节能型水表——无源直读式远传水表，并将高校用水体制一体化、数字化，以解决目前高校用水管理中存在的诸多问题。

创新性：

该项目运用“无源直读式远传水表”及相关技术，将高校用水体制一体化、数字化，实现了高校用水管理的自动化，同时，在原有智能水表的基础上，添加了远传技术、预警功能及水阀开闭控制惩罚功能，有效地减少了高校水资源的浪费，并培养了广大师生的节水意识。

技术性：

系统运用远传抄表技术，在智能水表的基础上增加了无源、直读、实时检测、水信息分析、用水预警、故障检测、水阀开闭控制惩罚等特色功能，对水量的使用进行了有效地控制。

同时，小组成员了解关于智能水表的诸多知识，并对本系统的开发有着浓厚的兴趣。

实际应用价值：

本系统提供了一套完整系统的管理体制，从硬件设施，到系统管理，基本实现自动化管理，解决了目前高校用水管理存在的诸多问题，使高校的用水管理更加简单快捷、井井有条。

并为后人节水提供实例，促进节水意识的宣传。

现实指导意义：

促进节水技术的创新与推广，建立了健全的节水管理系统，并在校园内普及先进节水设备与技术，培养广大师生节水意识，有效减少水资源的浪费。