气体液体输送管道可视化系统的设计.docx

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1、摘要随着社会的发展,科学技术的进步，越来越多的智能产品出现在人们视野中并逐渐进入了人们的生活。为了更全面的保障人民的生命财产安全，智能气体液体输送管道可视化系统的研究成为热点之一。基于此，本课题设计了一种基于树再派的智能气体液体输送管道可视化系统，该系统主要由树里派主板、压力传感器、气体传感器、流量传感器、AD转换器、电磁阀等模块组成。本系统以树寿派主板为核心控制单元，主要负货处理传感涔采集的数据。压力传感器气体传感器和流量港主要负货对外管道内外部状态.如压力、流量、气体浓度等进行监测，控制胞元读取到数据后对其进行分析并作出相应响应。整个系统通过多重传感器组对管道内的气体、液体的实时状态进行数

2、据采集、数据存储、数据上传等操作，最后以图形和数字的形式展现在中移OneNET平台上，以供用户实时查看管道的工作状态并达到实时监控管道状态的目的.关键诃：树莓派：管道：OneNEr平台：智能监控第1章绪论1.1 课题背景和意义随着我国社会经济的不断发展，管道网络的应用越发全面，大部分正在使用的管道都已进入耗损故障期，管道故障的情况时有发生。这不仅会造成环境污染，还会对人们的生命财产安全构成严重威胁。因此不管是家庭的管道系统，还是公共场合的管道系统都存在着许多漏隐患，问题繁多，令人防不胜防。公共场合或家庭的湖水问题若不能及时发现，那便会对公共财产或家庭财产造成不小的损坏，让其肆意扩散更有可能殃及

3、附近家庭或电梯井等公共设施，届时所造成的损失将无法估计。燃气泄漏没有及时发现，造成的人员伤亡以及财产损失则更是无法估量。据统计我国每年因漏水漏气造成的经济损失高达近百亿，究其原因，主要是我们的家庭及其他公共场所环境中的输水管道和输气管道没有较好的泄漏防护装置。由上述原因可知，为J降低此类现象发生的几率，减少水资源的浪费，避免漏水事故，在家中及其他公共场所安装自来水终端的智能检测控制系统显得至关重要。本课题提出了基于树箍派的智能气体液体输送管道可视化系统.主要通过多重传感器组对管道内的气体、液体的实时状态进行数据采集、数据存储、数据上传等操作，最后以图形和数字的形式展现在中移OnCNET平台上，

4、以供用户实时杳看管道的工作状态并达到实时监控管道状态的目的。智能气体液体输送管道可视化系统对比于其他管道控制阀门，优势在于通过图像和数字的形式更加直观、准确的呈现出管道的工作状态以及水气使用情况。该系统不仅能及时发现因无人在家或工厂没仃监控的管道网络区域管道老化磨损、打开开关而忘记关等，引发泄漏的问题，还能及时采取措施，减少不必要的损失。很大程度上节约了资源，减少了能源的浪费，还可以保护环境降低环境污染。12课题研究现状和发展趋势世界上的各个国家，特别是西方较发达国家他们对水资源的供应与节约管理非常重视，极早就开展J防泄漏与泄漏定位技术和设备的研发工作。例如1975年成立的英国水研究中心，在检

5、测水泄洵方面发表了许多技术报告，论述了多种水泄漏的控制方案、方法。美国方面也具有相应的泄漏检测机构；相比之下日本的水道协会对管道泄漏进行的研究更加深入,他们比较注重对检测仪器的研究与开发.当全球第一台管道检测仪器问世时，发现由于它的体积庞大、精度较低，所以实用性非常差，只有不断的进行优化完善。直到1976年德国开发了便于携带的检测泄漏仪器，从检测探头到相关的仪器主机间用电缆连接或者采用无畿连接。若干年间，英国、美国、日本等国家相继研发出了方便携带的可移动的检测泄漏仪器.国内外在可燃气体的运检方式上使用的运输材质大部分都一致，将钢制管作为载体深埋于地下进行可燃性气体液体的运输，就存在发生泄漏或破

6、损不易被发现的风除。国外的相关组织与机构对近些年的管道事故进行了比较全面的统计与分析。这些掌握着丰富管道事故数据的组织机构：美国联邦政府卜局的油气管道安全办公室、美国能源监督委员会、美国国家运输安全委员会，以及欧洲的天然气管道事件数据组等。在全球管道检测技术方面均具有极高的话语权.他们掌握着比较全面的管道事故数据.国外在检测方面较早使用管道线路检测技术,其中包含了管道信息技术、电路电子技术、机电控制技术等各种面级新兴技术的运用“使管道线路检测技术逐步实现机械化、自动化、标准化“并在高速发展的网络时代中不断提裔技术，逐步将可燃气体输送管道远程检测变为现实.自我国新中国成立以来，我们对管道泄漏问题

7、的重视程度不断加深，逐步在全国开展泄漏的排查调研工作，早期为最法本的管道事故抢修，不断积累经验，到后期依靠经版进行泄漏愦防检测。对于多组管道网络的泄漏控制效果并不好.近年来，我国各个地方的水供应公司先后引进了许多前沿国家的先进的管道枪测设备。有的公司还根据自身情况成立了相对应的管道检测团队，专门从事管道检测、管道泄漏排控等工作，并取得了一定的成果“但是从整体上来看我们和世界上的一些发达国家在整个管道检测及泄漏控制方面还存在一定的差距.首先我们的检测泄漏技术人员较少,其次专业技能技术能力较低,对先进设备的引进和使用也没有得到普及，虽然引进了先进的设备但是仍然无法取得较好的效果“幽着我国综合国力的

8、不断提升，相关组织将近年来发生的管道事故进行数据分析并不断的总结,使得我国管道检测技术稳步提升，尤其是当计算机技术应用于各种管道检测以后，各类水气运输管道的检测精度得到了前所未有的提升.同时，前者当今科技的进步与发展,各种技术也取得了长足的发展，伴附着后期处理成本压力的下降使得管道检测技术得到更好的支持,这将是推动检测系统广泛使用的基础.1.3管道监控系统设计概述本课胭“皆能气体液体输送管道可视化系统”，主要用于气体、液体管道输送的状态监测以及管道工作状态控制，尤其是紧急状态控制.本设计对尸居民家用设计了解决方案，压力传感器组和流盘传感瑞组检测天然气、自来水管道输送的状态数据，设计的树部派系统

9、分析与处理，并整合成为图形数据，上传至OneNET平台，提供给用户进行实时的监控。当管道输送气体或液体，其状态数据超出正常范围时，则发出报警，系统根据控制策略，予以自动控制。尤其是系统若检测到家用可燃气体的泄漏，立即报警同时关闭总阀门。用户既可以通过平台实时看看状态数据，也可以通过视频，查看现场情况。课题采用的树越派主板,可以通过GP1.o引脚读取电路中的电信号同时也为控制电路提供电信号，通过收集从多重传感器组传来的管道数据与程序内部设定的数据进行分析对比处理，从而传送出电信号给外部设备，包括续电器、电磁阀等。以及通过树雍派的内置WiFi功能，将所得的数据上传至OneNET云平台，提供给用户查

10、看：同时也可以接收用户从APP发送过来的指令，让执行单元完成相应的指令操作。管道可视化系统的程序主要包括当系统上电时完成对各个GPIO口的初始化处理，初始化完成后系统正常工作时，多乘传感器组对管道内气体液体的流量、压强进行监测采集，并将采集的数据完成特定的模式转换，转换为树猿派可识别的数字信号,再上传至树莓派主板，树便派再根据写入的程序对其进行判断,将其判断结果发送指令送至三极管，通过三极管的导通和截止状态来控制电磁阀的开关状态：手机APP客户端则是用户登录之后根据显示的内容来监控家里的管道工作状况。硬件控制部分主要有警报系统和电磁阀开关两大部分。其中警报系统包括低电量警报和水流量异常警报两部

11、分；电磁阀开关分为两种工作状态，一种为当管道内流量，压强正常时，电磁阀处于打开状态：当检测到管道内流量、压强与系统设置的阈值不符或管道附近的可燃性气体浓度达到阈值时，电磁阀就会处于关闭状态。第2章管道可视化系统硬件设计2.1硬件总体设计木课题的设计以树僚派主板为控制核心，选取常见的PVB管道作为搭我平台，结合传感器技术、电机控制技术和物联网技术等来实现对于管道内乐力、流量、浓度以及视频监控等相关功能。同时，管道可视化系统采川无线通信W1.FI模块来进行数据的传输，核心控制器接收传感器组所采集到的管道数据并进行模式转换处理以后，上传至OneN。平台。用户则可利用手机控制软件，通过WM通信进行管道

12、工作状态控制和视频监控查看。管道监控系统设计流程图如图2T所示。MQTT/HTTP图2-1管道监控系统设泞流程图2.2树莓派主板树莓派主板是一款班FARM处理器的微型电脑，大小比一张身份证梢大，使用SD内存卡。整个树莓派主板包含数个USB接口，可以根据用户需求可选择三种规格接口(1/2/41，以及一个以太网接口，方便用户使用USB接口的外接设备等。还可以附加电视视频模拟信号输出接口。树盖派主板具备了计毙机的所有基本功能，只福要连接支持HDM1.接口的显示器，既可以通过显示器显示操作界面，执行计算机可实现的文档处理、娱乐游戏、图形显示等功能。本课题采用树莓派作为可视化系统控制模块，选择树分派3代

13、B型平台为主控制器，在于其CPU采用了64位4核ARMCOrteX-A53。并且可以通过有线网口、无线蓝牙或WIH等连接方式进行数据传输、命令发送。树莓派3代B型对比于51单片机、STM32等嵌入式控制器，具有独立完善的操作系统，还可以耨51单片机和STM32无法完成的更豆杂的命令进行执行、管理.极商的性价比使得树里派3代B型主板被极大多数小型实物设计所选择,既具备计算机的基本功能，又拥有计算机没有的IO口，可以让底U传感器组直接与树莓派主板连接控制其功能。最大的优势在于可以将其联网实现物联网的远程控制和远程管理，完成整个可视化系统的测试与运行。安装可视化系统时需要下载镜像并且使用PyIhOn

14、软件进行烧录，与此同时还耍使用安全外壳协议、MQTT传输协议和SMB协议（用于网络连接和用户客户端与服务器之间信息沟通）来完成整个管道可视化系统的系统配置。树莓派3代B型开发板实物图如图2-2所示（HDM榷Q摄像汨妾口以太网接口自频插口S汴插口（板背面）板t三牙和时FF40GP10引4；MicroUSBBCM2837芯片组USB2.0图2-2树分派3代B型开发板2.3传感感器部分2.3.1舱蝴测天然气甲烷传感器本项目选用MQ-4甲烷传感器，它具有对甲烷，天然气等可燃气体的高灵敏性，又可快速的晌应恢复的特性以及可靠的稳定性和长时间的使用寿命，同时低廉的价格，使得MQ-4甲烷传感器性价比极高。它对

15、比于其他传感器，不同之处在于使用的二氧化锡在空气中电导率较低，可以非常精确的检测出传感器周困的甲烷、天然气等可燃性气体的浓度变化,并通过模数转换将气体浓度数据传输至控制单元，再上传至OneNET平台以供用户实时杳询并作出响应.因此，综合各个方面来看，MQ-4甲烷传感器是一款适应性强、性价比高的优质可燃性气体传感器。MQ-4检测天然气甲烷传感器参数如表27所示。MQ-4检测天然气甲烷传整器实物如图2-3所示.图23MQ4甲烷、一氧化碳传感器表2TMQ4检测天然气甲烷传感器参数MQT特点MQ4应用MQH适用气体MQT规格探测范阚广家庭场景天然气探测-Ba30010000ppm灵故度高工厂环境沼气特

16、征气体5000Ppm甲烷快速响应快现市政检测甲烷灵敏度Rinair/Rintypica1.gas5优异的稳定性公共管道监测瓦斯气敏感体电阻1KQ2OKQin5000PPaI甲烷寿命长响应时间W1.OS驱动电路简单恢复时间W30s加热电阻31Q3C加熟电流W180mA2.3.2无腐蚀性液体压力传感器管道可视化系统正常运行后，通过对管道内水压强的感应检测,籽不同的水压模拟信号转换为数字信号，再及时将信号发送到树莓派，然后树盖派根据传感器发送来的信号与内部程序要求进行分析和处理，从而去控制电磁阀开关的断开和连接状态。无腐蚀性液体压力传感器参数如图27所示.工作原理：管道内部水压不同，输出电压不同（介

17、于05-4.5V）,模拟电压通过ADC转换成数字信号后送树隹派处理。再上传OnCNET云平台转换为图形与数字模式，以供用户实时监控。无腐蚀性液体压力传感罂实物如图2-5所示。图27无腐蚀性液体压力传楼器参数图2-5无腐蚀性液体压力传嬷器2. 3.3无腐蚀性液体流量传感器管道可视化系统正常运行后，通过对管道内水流量的感应检测，管道内的水流可使传感器产生脉冲信号，再进行脉冲计数计算出水的流量,再及时将流量：数据发送到树薛派主板，然后树愆派再根据内部程序要求对管道内的流豉数据进行分析和处理，从而去控制电磁阀开关的断开和连接状态。1：作原理：当有水通过传感器时，传感器会连续的发出占空比脉冲信号直至关水

18、。通过1升水产生330个脉冲，通过脉冲计数，计算水流量，上传OneNET云平台。实物如图2-6所示。图2-6无腐蚀性液体源量传感器2.4AD转换器RPiADS1115ADC模数转换器(ADC)是一款超小型的具有高转化效率适用范围广的模数转化模块，其中的ADS1.1.I5是能够提供16位采样精度的芯片，使用的封装类型为超小型MSOP-IO.数据传输采用小行接口传输.同时拥仃4路I2C地址可供选择，工作电源仅仅需要3.3V即可。它主要的功能是用来检测模拟信号，并将其转换为数字信号。可以把模拟信号的操纵摇杆或共他模拟传感器如NTc温度，粉尘传感器等设备通过这款RPi-ADS1.I1.5-ADC模块接

19、入树彘派，通过树鞋派读取设备采集的到模拟信号。实物图如图2-7所示。AD转换器参数如表2-2所示。衣2-2AD转换器参数参数值尺寸65.Ouim30.Onin18.Onm电源3.3V模拟输入电压VDD,GND可漏程数据速率8sps到860SPS内一PGA支持采样精度16位12c接11通过引脚选择地址通道数盘4个单端或者2个差分输入可编程比较器(PGA)2/316支持图2-7RPi-ADS1.I1.S-ADe传感器模块内部NTC2.5电磁阀电磁阀属于整个可视化系统的执行单元，它是一种利用电磁进行管道通闭状态控制的设备，在工业中系统中使用它来进行管道内介质的状态控制（速度、流量、流向等木系统之所以

20、选择2W200-20先导式电磁阀作为系统执行单元是因为它具有灵活性高、控制精度而、可适配电路类型多等特点。工作流程图如图2-8所示；实物图如图2-9所示。本课题采用2W2O（1.2O先导式电磁向，电盛阀参数如表2-3所示。表2-32W2OO-2O先导式电磴参数参数值型号2W200-20工作介质空气、水、油工作方式先导式型式常闭式流量孔径（1111）20CY值7.6接管口径VTiZV使用流体拈滞度20CST以下使用压力（Kg1.7cmi）空气0-7、水05、油：05展大耐压力Ofcmj）10.5工作温度（c）-5-80使用电压枪围10%图28电磁阀工作流程图图2-92常200-20先导式电侬阀2

21、.6光耦隔离继电器本课选采用光耦隔离继电器其产品特点如下：(1)传感器内没有形成机械接触点，进而不会因为机械触电产生器件磨损，极大的提升了元器件的使用寿命：(2)正常工作时产生音量小，音频环保效率高；(3)维电器元器件的性能安全可靠，体枳小质量轻：(4)CDC兼用同时可迅速切换,使用便利：(5)正常工作时潞件整体稳定，不会出现器件的施动，井且继电器材顺整体具有抗棒的特性;(6)继电器在静态状态下，在输入触点与输出触点之间保证了完全的绝缘:(7)低放电电压，低动作电流，低开路时的漏电电流：(8)可控制各种负载，适用范围广。光桐隔离维电器实物图如图2-10所示。当管道可视化系统正常运行时，继电器内

22、三极导管正向导通，维电器就会处于闭合状态，当三极导管反向截止时，维电器处于断开状态。木系统采用的光耦隔离维电器使用光作为媒介进行电信号的传输，在各个光耦隔离继电器的使用过程中可施加在控制端两端的电压根据实际情况变化而变化(一般电压I-1.2V,电流4-20mA)图2-10光耦隔离继电牌2. 7本章小结本章对本课题进行了概述，首先介绍了树再派平台的基本信息，其次从硬件方面，列举了压力传感器、流珏传感器、气体传感器、电磁阀、AD转换器等硬件设备，并调研列举出了硬件的参数信息，最后从硬件配置、性价比、实用性等方面考虑确定了本课题的硬件部分。第3章管道可视化系统软件设计本章根据智能气体液体输送管道可视

23、化系统的功能分析和硬件设计对控制系统的软件进行设计。本系统所采用的树寿派3代B型开发板可支持C、Python平台进行开发，本系统程序设计选择PyIhOn平台，在传感器采集数据并转换为二进制文件后，被Py1.hon的相关函数调用，以达到精确采集压强、流量、气体浓度等参数的目的。软件设计股分为三步：先进行划分可视化系统的功能模块，再完成设计可视化系统程序流程图，最后进行程序。在设计过程中，如果按照以上步骤进行软件编写和后期调试有以下优点：(1)在设计前将功能模块进行详细划分，不仅可以降低在软件设计过程中出现bug的几率，更能够提供明晰的思路；(2)设计流程图的明确,不仅可以细化设计任务，更能有效地

24、提高设计系统程序的效率。(3)程序编写时，适当的添加相关功能段或是程序段的注和，不仅有利于后期进行程序优化、功能更改、bug定位，更能够极大提升程序可读性。3.1软件总体设计智能气体液体输送管道可视化系统的若干传感器组是整个系统的下位机部分，中移OneNET平台控制树傣派作为上位机。串口通信是上位机跟卜.位机之间的联通渠道。通过串口通信可以实现上位机对下位机的监控，上位机可以实时获取下位机监控系统的数据，从而实时获取监测数据，对数据及时进行处理.整个可视化监控系统及最重要的部分就是下位机.下位机可以完成从管道数据的采集、模数转换、数据上传至上位机等一系列功能。MQTT通信协议是本设计的重点，M

25、QTr通信协议是轻量级、基于代理的“发布/订阅”模式的即时数据传输协议。同时具有协议信息简总、携带型强、可拓展性高、信息传输效率高等特点，同时支持多种编程语言如；PyIho1、C、C+、JAVA、PHP等。它支持多种编程语言，所以支持在所有的应用平台上使川MQrr即时通信协议，同时它在物联网方面具有决定性的作用，它可以将绝大多数的可联网物品进行数据链接，例如无人驾驶汽车、智能家电、人工智能也包括遥控设备等方面。因此本设计选择使用MQTT即时通信协议作为本系统中各个传感潞组与控制单元直接的即时通信协议.MQTT即时通信协议是为了满足需要进行大堂数据传输并无法完成大工作量计算的传感器与其控制单元之

26、间的通讯需求而产生的即时通讯协议，它的主要特性为：(1)使用“发布/订阅”消息模式，可提供一对多的消息发布，解除应用程序耦合的功能；(2)能够对负载内容屏蔽的消息传输；(3)可以使用TCP/IP提供网络连接：(4)有三种消息发布的方式对应三种服务质量：“至多一次”，消息发布完全依赖底层TCP/IP网络。会发生消息丢失或重竟。这一级别可用于如下情况，环境传感耦数据，丢失一次读记录无所谓，因为不久后还会有第二次发送。“至少次”，为确保消息到达会多次发布消息，但可能会造成消息重豆。“只有一次”，确保消息到达一次。即：=1.这一级别可用于要求比较精准的系统中，例如计费系统，若消息重复或丢失会导致不正确

27、计费的结果，造成直接经济损失。(5)小型传输，开箱会特别小(固定长度的头部是2字节)，协议交换最小化，以降低网络流量：(6)使用1.astWi1.1.和TeStamem特性通知有关各方客户端异常中断的机制：3. 2软件总体流程图设计树愆派控制整个气体液体输送管道可视化系统的正常运行，根据任务分析可以得到各个传感器组的工作任务，它负奏控制整个系统的多重传感器组数据采集、执行单元指令发送、传感器组数据上传等功能。本系统中的主要控制程序总体结构包括以卜四部分：存储功能模块、数据检测模块、控制执行年元设备、OnCNET端进行显示数据。主控软件的总体流程图如图3-1所示。I0IMCU如g*元压力传*MM

28、执行机构BMMMIiE力自同nftp-fihnS.图3T主控程序的工作流程图图37中，管道可视化系统的主函数工作流程为：系统进行上电处理后首先初始化若干GP1.ou、USB端口、传感器、电磁阀等底层元器件.然后电路开始正常工作，主程序调用数据采集程序使各个传感瑞组对管道内的气体液体流量和压强进行检测与数据采柒，并将采集到的管道数据经过特定的模式转换，转换为树饰派主板可识别的数字信号，再由数据传输程序将管道数据上传至树薛派主板以及OneNET平台,在上传至树莓派主板阶段树饰派会根据上传的管道数据与系统设定的程序阈值进行判断，并根据判断结果给执行单元发送指令，通过控制三极导管的导通和截止来控制电磁

29、阀的开关状态。最后用户也可根据OnCNET平台呈现的管道数据做出相应响应。3. 3中移OneNET物联网平台中移OneNET物联网平台是中国一定自主研发的服芬型物联网云终端平台，同时也是以“大连接、云平台、轻应用、大数据”为设计架构的物联网开放性平台。也是一种近年比较流行、使川范围比较广泛的物联网平台。功能非常强大，可覆盖多个领域，包括车联网、智越海洋、智慧社区、智能家居、智慧农业等诸多物联网远程控制行业。最大功能是云平台，可以享受云端大数据，在它的帮助下，开发者可以将新的设备与OnCNET平台进行快速、轻松的连接。其极高的产品开发效率可以为接入平台的联网设备，如：智能家居、智能汽车、智慈城市

30、、智徵交通等智能物联产物提供比较完善的股务，所以中移OneNET平台的广泛化使用是一个必然趋势。它可以让开发者们便利地对设备进行接入、连接，高效地对产品进行开发与配优，格完美的物联网解决方案输送至智能家居电潜设备中心。同时它将接入设符的数据进行交互分析，作为整个系统的数据交互中心，住各种传感器组、执行单元、控制单元之上进行数据交互并转换为用户可读的图形与数字模式，极大的展现了OnCNET平台的实用性。开发者可以通过此平台对智能设备进行实时监测。图3-2所示为OnCNET平台架构图。Et备图3-2OneNET平台架构图3.4数据采集程序设计数据采集部分程序是由主程序调用：其设计了各个传感器组对管

31、道设备进行数据监测、数据采集、数据存储入数据库的功能,数据采集程序流程图如图3-3所示。在对管道可视化系统进行系统上电处理后，执行主程序时将首先调用各个传感器组的子程序进行数据监测,然后将采集的数据进行数据运算和完成特定的模式转换，最后进行数据库连接，将数据存储入数据库操作，最终完成数据采集流程。图33数据采集程序流程图管道可视化系统完成上电处理以后，初始化流程结束.开始执行主程序调用数据采集函数进行管道数据采集上传，部分数据采集代码如下：defpressure():用读水压adc=Adafruit.ADSIx1.5.ADSI115(GAIN=IChanne1.AIN1.adc.sart-ad

32、c(I,gain=GAIN)#ChanndAIN1.gainpressure=adc.get_1.ast_resu1.t()#readWaterpressurereturnpressureadc.stop_adc()m1.usegpio21.receivewaterf1.owpu1.seIIGPIO.setmode(GPIO.BCM)GP1.O.setup(21.GP1.O.1.N)GPI0.setup(21.GPI0.IN.pu1.1._up_down=GP10.PUD_UP)#viaGP1O2Ireadpu1.se.GPIO21setaspu1.1.upGP1.O.setup(25,GP1

33、.O.1.N.pu1.1._up_down=GPIO.PUD_UP)GPIO.setup(18,GPIO.OUT)pu1.se=GPIO.PWM(18,1.00)#GPIO1.8setasPWM,f=1HZpu1.se.start(50)#dutyratio=50%Councer=O#脉冲初值CountcrI=O-升数#gasinspectGP10.setup(16.GP10.0UT)#contro1.re1.ayGPIO.setu|X26,GPIO.IN)#statusinputinspectGP1.O.setup(26.GP1.O.1.N.pu1.1._up_down=GP1.O.PUD_

34、UP)#defau1.tpu1.1.upg1.oba1.status3. 5数据传输程序设计上位机软件以USB驱动调用的方式进行输入/输出指令(IRPJ2RequestPaCket)的发送。部分数据传输代码如下：*当客户端收到来自服务涔的CONNACK响应时的回调。也就是申请连接，服务涔返回结果是否成功等defon-connect(c1.ient.userdata.f1.agsjc):Prin1(连接结果:*+mqtt.connack_3tring(rc)#上传数据json_body=json.dunps(body)packet=bui1.d_pay1.oad(TYPE_JSON.json_b

35、(x1.y)c1.ien1.pub1.ish(Sdp,packet,qos=1.)#qos代表服务质量才从服务器接收发布消息时的回调。defon_message(c1.ieni,userdata,msg):Printe温度:+str(msg.pay1.oad.,utf-8)+C)*当消息已经被发送给中间人,On-PUb1.ishO回调将会被触发defOn-PUb1.iSh(CIient.userdata,mid):Print(mid:+Strfmid)defnain():c1.ient=mqtt.C1.ient(c1.ient_id=DEV_ID,protoco1.=mqtt.MQTTv3J1

36、)C1.ien1.On_ConnCCt=On.connectc1.ient.on_pub1.ish=on_pub1.ishc1.icnt.on_mcssagc=on_mcssagcc1.iein.usernanie_pw_sei(usernaine=PRO_ID,password=AUTII_INFO)c1.ient.connec(183.230.40.39,port=6002,keepa1.ive=120)c1.ient.1.oop_forever()3.6其他程序设计1 .系统初始化智能气体液体输送管道可视化系统在工作时首先需要展开系统的初始化配置操作。系统初始化是系统在正常工作前必须要开

37、展的限置.，需要完成电源、时钟、1/0、定时器等初始化任务。可视化初始化流程图3-3所示。图37可视化系统初始化流程图I/O端口初始化的任务是配良开关控制寄存器，1.O端口初始化的任务是配置开关控制寄存器，把SPIO、SMBus,UATRO等总线端E殳置成可以正常工作的模式。在配置.寄存器时序的时候，把EMIF地址的建立时间、持续时间及脉冲宽度设置成0、1、9个时钟周期.把所有K)口的输出方式都设苴成推挽。SP1.出口初始化的主要任务是把SP1.o内部的寄存器SP1.oCFG配置成一个系统时钟的上升沿采样,从而可以把SPI串口配设成主工作模式，时钟2分频是SP1.的工作频率。2 .串口通信程序

38、设计在可视化系统完成WU通信的过程中需要完成的基本流程如下：(1)将数据完成格式化：在下行器件进行数据传输时是采用比较常见的并行数据进行传输，因此，在下行器件进行并行数据传输时接口应该完成将不同小行传输模式下的数据格式化。(2)实现数据的串行/并行转换：在数据的串行传输过程中，数据的传输是类似于排队的成列的紧密传输，但是在计算机的数据处理模式中均采川的是类似于并排站立的并行数据处理.当下行数据传输至计算机时必须要先经过数据的出行/并行转换，才能够让计算机准确有效的识别并处理下位机上传的数据。因此串并转换是进行数据处理的必须步骤。(3)实现数据传输速率的控制：在实现串行通信时串行通信接口应该对接

39、入的数据源进行波特率选择以及速率控制。(4)完成数据包的错误监测：在卜.位机进行数据打包发送时对需要进行传输的数据包生成奇偶校验码或其他形苴的校验码，使其在接收时可以根据对比发送阶段生成的奇偶校验码或共他校验码来确定是否在传输过程中发生错误。智能气体液体输送管道可视化系统上位机与下位机之间通过USB连接，OnCNET平台与树鞋派之间通过无线连接。3. 7本章小结本章展示了智能气体液体输送管道可视化系统的工作流程，完成了智能气体液体输送管道可视化系统软件部分的设计与实现。系统软件部分主要包括管道气体液体压力、流量、气体浓度检测程序的设计，数据采集、数据上传、指令传输的程序设计，同时介绍了数据传输

40、模块使用的MQTr协议，串口通信的基本流程。第4章管道可视化系统调试验证管道可视化系统的调试验证主要分为硬件调试和软件调试。硬件的调试主要包含：各传感器模块测试、AD转换器测试、电磁阀测试：软件的测试主要包含：数据采集测试、数据上传测试、指令发送测试、平台运行结果测试。我们将管道可视化系统的测试地点选择在方便使用水源的教师宿舍。4.1软件调试在没有完整的硬件系统条件这一前提卜进行软件调试，然后对各个模块功能程序逐进行运行仿真测试，找出系统程序中存在的问题，并将其完善，从而提高研发效率并节约开发时间，尽量的去规避有问题的系统程序下载到硬件系统中后导致系统零件损坏的问题。软件调试主要通过Py1.h

41、On仿真软件开发工具进行在线程序的仿真测试，通过观查每一个功能的返回数据来判断程序是否处于正常的工作状态.软件调试的主要步骤如下：(D苜先在kci1.4上打开系统程序，检查程序是否完整：(2)运行系统程序，检查反馈的数据参数是否合理且正常。4. 2硬件调试硬件调试一般分为通电前测试和通电后测试，主要是对整个系统的器件进行可靠性的调试以及功能性的调试。还需要对整个系统的焊接电路进行电路调试，确保整个系统的电路完整无误。因为整体功能只有通过结合拷贝程序才能体现所以硬件调试智能杳看系统硬件是否能工作。硬件调试的主要步骤如下：对这个智能气体液体输送管道可视化系统的调试按照不同功能模块来进行，主要分为以

42、下几个步骤：(1) 通电之后，首先利用万用表查看每个元器件的接口是否供电正常：(2) 检杳电磁阀是否处于通电后的打开状态；(3) 将树蒋派连接上WIF1.网络：(4) 观察系统指示灯是否处于正常的绿色状态：(5)利用相应的软件将系统程序导入树莓派中：(6)将系统捆绑的管道接到宿舍水管：(7) 开水观测中移OnCNET平台图形数据变化：(8) 再用未打火但是在放气的打火机代替燃气泄漏，靠近MQK甲烷、一氧化碳传感器，观察电磁阀是否在达到程序设定阈值时关闭，并观察中移OonNET平台的图形数据：(9)通过手机端观察图形数据变化，并在手机端远程控制电磁阀开关，观察电磁阀是否能接收远程命令。最终在进行

43、软件硬件调试后的智能气体液体输送管道可视化系统实物图如图4-1.图4-1智能气体液体输送菅道可祝化系统实物图4. 3系统实现4.1.1 场站浏览和地下管网子系统以储油罐为例,进行设备信息查询时弹框中可以显示设备编号、设备名称、设备型号和类别等众多属性数据信息.图4-2设备信息查询（场站浏览）图4-3进入建筑物内部在这两个子系统中，以工具层中对模型的驱动为基础，双击某一建筑物时可进入此建筑物内部，这个功能的实现是通过改变当前摄像机的位置来实现的，换句话说，当双击事件发生时，触发摄像机位置变化的事件，从而使摄像机由当前位置变为筑物内部的位置达到杳看屋内设备信息的目的。场站浏览的过程中，双击可进入的

44、建筑物，视景经过切换进入到内部，同时将建筑物内部的场景实时调取出来并在页面上显示.定位及测距功能地下管网子系统除提供J与场站浏览子系统相同的功能设置外，还可以对建筑物及地面进行透明、不透明和隐藏模式的设置.图，-4旋转图4-5测距（地下管网结构）场站浏览和地下管M子系统中三种浏览模式相互切换有利于分清管网地上地下及建筑物内外部分。尤其在地下管网子模块中，在建筑透明状态结合测距功能可分别测量地上物体之间距离和地下物体之间距离、埋深等。4.4问题及解决措施在系统调试的过程中，可能遇到的问题及其对应的解决措施：(1)系统通电以后发现系统指示灯异常，且没有听到电磁阀正常工作发出的声音，判断会是电磁阀焊

45、接失误，导致电磁阀没有通上电。断电后对电磁阀连接主板的导线进行检杳并重新焊接，同时完善J其他器件的线路焊接，再次通电后，发现指示灯正常，电磁同处于正常的工作状态。(2)系统程序下载到主板后，接入水管进行数据测试观测中移OneNET平台的图形数据时发现图形显示比例偏小,不利于用户直观的观测，我们将系统程序的参数做微调以后发现中移OneNET平台数据变化相对较明显，变得更加直观。在进行燃气检测时，打火机K：时间对准MQ1甲烷一氧化碳传感器模拟燃气泄漏，但电磁阀并没有自动关用,分析系统程序中设置的阈值过高。将系统阈值重新设置以后,再进行模拟燃气泄漏检测,电磁阀成功自行关用。并可住浓度降低恢电到阈值以

46、F后自动打开。4. 5本章小结本章对智能气体液体检送管道可视化系统进行了软硬件的测试，展示了智能气体液体输送管道可视化系统的实现成果，从测试结果看，智能气体液体输送管道可视化系统已经达到本论文的设计要求，各个功能模块运行正常，馔件在通电以后均能正常精确的工作，手机端和中移OnCNET平台均可对智能气体液体输送管道可视化系统进行远程监测和控制，系统能然实现用户对管道状态的实时监测与监控。第5章总结与展望4.1 总结本文实现了一套功能齐全、可以通过手机，OneNET平台端远程控制、观测界面美观，检测数据直观且低成本的智能气体液体输送管道可视化系统。智能气体液体输送管道可视化系统采用树便派平台作为主

47、控，是系统的控制中枢，涵盖了硬件电路的设计、实现了软件的功能、存储数据信息、相关数据传输等。本文还完成了电磁阀、温度传感器、压力传感器、一氧化碳甲烷浓度传感器、AD转换器等硬件的选型：完成了管道压力监控系统、管道流量监控系统、管道气体监控系统的程序设计，实现了各家各户所需要的对于输送管道的可视化这一需求，经一段时间测试，在对家庭气体液体管道的工作状态进行实时的数据采维和监控方面，整个智能气体液体输送管道可视化系统所检测数据准确，系统稔定性较高，性能可靠。本文所实现的智能气体液体输送管道可视化系统完成了以下工作：(1)对系统功能进行分析，通过数据，总结得到系统的总设计框架，这将为系统的软硬件设计打下坚实的基础。(2)完成智能气体液体输送管道可视化系统的传感器、AD转换器、电磁阀等硬件的选型和硬件连接设计.(3)设计并完成了智能气体液体输送管道可视化系统的管道压力监控、管道流量监控、管道气体浓度监控三大功能的软硬件设计方案、流程、实现方式。同时本论文所实现的系统具有以下的特点：(1)系统所实现的管道压力监控、管道流量监控