一种管网压力控制电路以及系统论文和设计-邓立群

全文摘要

一种管网压力控制电路以及系统，通过加入控制模块、压力检测模块、通信模块、驱动模块来实现对调节过程和压力精度的控制，控制模块根据从压力检测模块得到的管网实际压力值或者根据从通信模块得到的数字流量计的数据来控制驱动模块，进而实现实时获取管网压力变化进而调整管网压力；通过加入电源管理模块，实现了低能耗管理、通过加入了压力检测模块和驱动模块，实时获取下游压力变化进而调整管网压力，避免造成下游因压力过大而爆管或者压力过低而没水用的问题，解决了传统技术方案上存在的耗费人力、调节过程和压力精度难以控制、不能根据下游压力需要变化而实时调节下游管道的压力以及无法对电源集中管理而造成能耗浪费的问题。

主设计要求

1.一种管网压力控制电路，其特征在于，与电源、数字流量计以及执行器连接，所述执行器包括电机，所述管网压力控制电路包括：控制模块；电源管理模块，所述电源管理模块与所述电源连接，所述电源管理模块被配置为对所述管网压力控制电路的各个模块进行电源管理；压力检测模块，所述压力检测模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述压力检测模块被配置为检测所述管网的压力值并将所述压力值反馈到所述控制模块；通信模块，所述通信模块与所述控制模块、所述数字流量计以及所述电源管理模块连接，所述通信模块被配置为将所述数字流量计的数据输送到所述控制模块；驱动模块，所述驱动模块与所述控制模块、所述执行器以及所述电源管理模块连接，所述控制模块根据所述压力值或者所述数字流量计的数据来控制所述驱动模块驱动所述执行器动作进而调节所述管网的压力；以及网络及定位模块，所述网络及定位模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述网络及定位模块被配置为将所述数字流量计的数据、所述压力值以及地理定位信息中至少一种上传到上位机。

设计方案

1.一种管网压力控制电路，其特征在于，与电源、数字流量计以及执行器连接，所述执行器包括电机，所述管网压力控制电路包括：

控制模块；

电源管理模块，所述电源管理模块与所述电源连接，所述电源管理模块被配置为对所述管网压力控制电路的各个模块进行电源管理；

压力检测模块，所述压力检测模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述压力检测模块被配置为检测所述管网的压力值并将所述压力值反馈到所述控制模块；

通信模块，所述通信模块与所述控制模块、所述数字流量计以及所述电源管理模块连接，所述通信模块被配置为将所述数字流量计的数据输送到所述控制模块；

驱动模块，所述驱动模块与所述控制模块、所述执行器以及所述电源管理模块连接，所述控制模块根据所述压力值或者所述数字流量计的数据来控制所述驱动模块驱动所述执行器动作进而调节所述管网的压力；以及

网络及定位模块，所述网络及定位模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述网络及定位模块被配置为将所述数字流量计的数据、所述压力值以及地理定位信息中至少一种上传到上位机。

2.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，所述显示模块被配置为实时显示所述控制模块接收到的压力值以及调节后的当前压力值。

3.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，还包括存储模块，所述存储模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述存储模块被配置为记录预设时间点的压力数据和控制参数。

4.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，还包括输入模块，所述输入模块与所述控制模块连接，所述输入模块被配置为配置所述管网压力控制电路的运行参数。

5.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，所述电源管理模块包括多个电源管理单元，各个所述电源管理单元的输入端分别接入工作电源，所述控制模块根据所述压力检测模块、所述通信模块、所述驱动模块和所述网络及定位模块的上\/断电需求控制各个所述电源管理单元通断。

6.如权利要求5所述的管网压力控制电路，其特征在于，所述电源管理单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻以及第二电阻，所述第一开关管的输入端与所述第一电阻的第一端共接于所述工作电源，所述第一开关管的控制端与所述第一电阻共接于所述第二开关管的输入端，所述第一开关管的输出端与所述压力检测模块、所述通信模块、所述驱动模块或者所述网络及定位模块连接，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管通过第二电阻接于所述控制模块的第一使能端口。

7.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，所述通信模块包括RS485芯片、第一电容，所述RS485芯片的非反相端与反相端与所述数字流量计连接，所述RS485芯片的驱动输入端与所述控制模块的串行输出端口连接，所述RS485芯片的接收输出端与所述控制模块的接收端连接，所述RS485芯片的驱动使能端和接收使能端共接于与所述控制模块的使能端，所述RS485芯片的地端接地，所述RS485芯片的电源端接于所述电源管理模块。

8.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，所述压力检测模块包括第一压力变送器和第二压力变送器，所述第一压力变送器和所述第二压力变送器安装在管网的阀体上，所述第一压力变送器的信号输出端接于所述控制模块的第一信号输入端，所述第二压力变送器的信号输出端接于所述控制模块的第二信号输入端，所述第一压力变送器的电源端和所述第二压力变送器的电源端接于所述电源管理模块。

9.如权利要求1所述的管网压力控制电路，其特征在于，所述驱动模块包括电机驱动芯片、第一电容，所述电机驱动芯片的第一输入端接于所述控制模块的第一输出端、所述电机驱动芯片的第二输入端接于所述控制模块的第二输出端、所述电机驱动芯片的第三输入端接于所述控制模块的第三输出端、所述电机驱动芯片的第四输入端接于所述控制模块的第四输出端、所述电机驱动芯片的第一输出端接于所述执行器的第一输入端、所述电机驱动芯片的第二输出端接于所述执行器的第二输入端、所述电机驱动芯片的第三输出端接于所述执行器的第三输入端、所述电机驱动芯片的第四输出端接于所述执行器的第四输入端、所述电机驱动芯片的电源端接于所述电源管理模块。

10.一种管网压力控制系统，其特征在于，包括权利要求1-9任意一项所述的管网压力控制电路、电源、压力变送器、数字流量计、执行器以及上位机，所述上位机通过所述网络及定位模块与所述管网压力控制电路进行数据输送，所述上位机在接收到所述压力值和所述数字流量计的数据后进行建模得到调压参数，并将所述调压参数发送给所述管网压力控制电路，所述管网压力控制电路根据所述调压参数进行压力调节。

设计说明书

技术领域

本发明属于控制技术领域，尤其涉及一种管网压力控制电路以及系统。

背景技术

目前，传统的管网压力控制管理主要是通过调节分布在水管网中的减压阀门出口压力来实现，其调节方式有两种：

一种是手动调节，通过人工调节减压阀门满足水管网要求，但是手动调节方式需要人员值守，调节过程和压力精度难以控制；

另一种是定时调节，通过预设固定时间和压力进行管网压力调节，但是定时调节方式不能随着下游压力需求变化而实时调节下游管道的压力，造成下游因压力过大而爆管或压力过低而没水用，而且传统的定时调节方式还要接入市电电源，无法对电源集中管理，造成能耗浪费。

因此，传统的技术方案中存在耗费人力、调节过程和压力精度难以控制、不能根据下游压力需要变化而实时调节下游管道的压力以及无法对电源集中管理而造成能耗浪费的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供了一种管网压力控制电路，旨在解决传统的技术方案中存在的耗费人力、调节过程和压力精度难以控制、不能根据下游压力需要变化而实时调节下游管道的压力以及无法对电源集中管理而造成能耗浪费的问题。

本发明实施例的第一方面提供了一种管网压力控制电路与电源、数字流量计以及执行器连接，所述执行器包括电机，所述管网压力控制电路包括：

控制模块；

电源管理模块，所述电源管理模块与所述电源连接，所述电源管理模块被配置为对所述管网压力控制电路的各个模块进行电源管理；

通信模块，所述通信模块与所述控制模块和所述数字流量计连接，所述通信模块被配置为将所述数字流量计的数据输送到所述控制模块；

驱动模块，所述驱动模块与所述控制模块和所述执行器连接，所述控制模块根据所述压力值或者所述数字流量计的数据来控制所述驱动模块驱动所述执行器动作进而调节所述管网的压力；以及

在一个实施例中，还包括显示模块，所述显示模块与所述控制模块连接，所述显示模块被配置为实时显示所述控制模块接收到的压力值以及调节后的当前压力值。

在一个实施例中，还包括存储模块，所述存储模块与所述控制模块和所述电源管理模块连接，所述存储模块被配置为记录预设时间点的压力数据和控制参数。

在一个实施例中，还包括输入模块，所述输入模块与所述控制模块连接，所述输入模块被配置为配置所述管网压力控制电路的运行参数。

在一个实施例中，所述电源管理模块包括多个电源管理单元，各个所述电源管理单元的输入端分别接入工作电源，所述控制模块根据所述压力检测模块、所述通信模块、所述驱动模块和所述网络及定位模块的上\/断电需求控制各个所述电源管理单元通断。

在一个实施例中，所述电源管理单元包括第一开关管、第二开关管、第一电阻以及第二电阻，所述第一开关管的输入端与所述第一电阻的第一端共接于所述工作电源，所述第一开关管的控制端与所述第一电阻共接于所述第二开关管的输入端，所述第一开关管的输出端与所述压力检测模块、所述通信模块、所述驱动模块或者所述网络及定位模块连接，所述第二开关管的输出端接地，所述第二开关管通过第二电阻接于所述控制模块的第一使能端口。

在一个实施例中，所述通信模块包括RS485芯片、第一电容，所述RS485 芯片的非反相端与反相端与所述数字流量计连接,所述RS485芯片的驱动输入端与所述控制模块的串行输出端口连接，所述RS485芯片的接收输出端与所述控制模块的接收端连接，所述RS485芯片的驱动使能端和接收使能端共接于与所述控制模块的使能端，所述RS485芯片的地端接地，所述RS485芯片的电源端接于所述电源管理模块。

在一个实施例中，所述压力检测模块包括第一压力变送器和第二压力变送器，所述第一压力变送器和所述第二压力变送器安装在管网的阀体上，所述第一压力变送器的信号输出端接于所述控制模块的第一信号输入端，所述第二压力变送器的信号输出端接于所述控制模块的第二信号输入端，所述第一压力变送器的电源端和所述第二压力变送器的电源端接于所述电源管理模块。

在一个实施例中，所述驱动模块包括电机驱动芯片、第一电容，所述电机驱动芯片的第一输入端接于所述控制模块的第一输出端、所述电机驱动芯片的第二输入端接于所述控制模块的第二输出端、所述电机驱动芯片的第三输入端接于所述控制模块的第三输出端、所述电机驱动芯片的第四输入端接于所述控制模块的第四输出端、所述电机驱动芯片的第一输出端接于所述执行器的第一输入端、所述电机驱动芯片的第二输出端接于所述执行器的第二输入端、所述电机驱动芯片的第三输出端接于所述执行器的第三输入端、所述电机驱动芯片的第四输出端接于所述执行器的第四输入端、所述电机驱动芯片的电源端接于所述电源管理模块。

本发明实施例的第二方面提供了一种管网压力控制系统，包括上述的管网压力控制电路、电源、压力变送器、数字流量计、执行器以及上位机，所述上位机通过所述网络及定位模块与所述管网压力控制电路进行数据输送，所述上位机在接收到所述压力值和所述数字流量计的数据后进行建模得到调压参数，并将所述调压参数发送给所述管网压力控制电路，所述管网压力控制电路根据所述调压参数进行压力调节。

上述的管网压力控制电路，通过加入控制模块、压力检测模块、通信模块、驱动模块来实现对调节过程和压力精度的控制，控制模块根据从压力检测模块得到的管网实际压力值或者根据从通信模块得到的数字流量计的数据来控制驱动模块，进而实现实时获取管网压力变化进而调整管网压力；通过加入电源管理模块，实现了低能耗管理、通过加入了压力检测模块和驱动模块，实时获取下游压力变化进而调整管网压力，避免造成下游因压力过大而爆管或者压力过低而没水用的问题，解决了传统技术方案上存在的耗费人力、调节过程和压力精度难以控制、不能根据下游压力需要变化而实时调节下游管道的压力以及无法对电源集中管理而造成能耗浪费的问题。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明一实施例提供的管网压力控制电路的电路示意图；

图2为本发明另一实施例提供的管网压力控制电路的电路示意图；

图3为本发明另一实施例提供的管网压力控制电路的电路示意图；

图4为本发明另一实施例提供的管网压力控制电路的电路示意图；

图5为图1所示的管网压力控制电路的电源管理模块的电路示意图；

图6为图5所示的电源管理模块的电源管理单元的电路示意图；

图7为图6所示的电源管理模块的DC-DC转换单元的电路示意图；

图8为图1所示的管网压力控制电路的通信模块的电路示意图；

图9为图1所示的管网压力控制电路的压力检测模块的电路示意图；

图10为图1所示的管网压力控制电路的驱动模块的电路示意图；

图11为图2所示的管网压力控制电路的显示模块的电路示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1，本发明第一实施例提供的管网压力控制电路的结构示意图，为了便于说明，仅示出了与本实施例相关的部分，详述如下：

在一个实施例中，管网压力控制电路与电源100、数字流量计200以及执行器300连接，电源100可以采用蓄电容量大的电池，例如锂电池，无需外接市用电源100，从而方便安装以及管理，也能适用于位置偏远难以接入市电的管网，执行器300可以由电机构成。

管网压力控制电路包括控制模块400、电源管理模块410、压力检测模块 420、通信模块430、驱动模块440以及网络及定位模块450，控制模块400被配置为根据压力值或者数字流量计200的数据来控制驱动模块440驱动执行器 300动作进而调节管网的压力以及配置为根据各模块的上电\/断电需求控制电源管理模块410对外供电情况，控制模块400可以由微处理器构成，比如单片机；电源管理模块410被配置为对管网压力控制电路的各个模块进行电源100管理，电源管理模块410由具备通断功能开关管构成，能根据各个模块的上电\/断电需求进行供电\/断电，避免造成能耗浪费，电源管理模块410还可以包括DC-DC 转换器以及其外围电路，用以提供各模块所需的工作电压；压力检测模块420 被配置为检测管网的压力值并将压力值反馈到控制模块400，压力检测模块420 可以由具备压力检测功能的元件构成，比如压力传感器或者压力变送器；通信模块430被配置为将数字流量计200的数据输送到控制模块400，通信模块430 可以由具备数据接收和发送功能的元件构成，比如差动总线收发器；驱动模块 440被配置为驱动执行器300动作，进而调节管网压力，驱动模块440可以具备电机驱动功能的电路构成，比如电机驱动芯片；网络及定位模块450被配置为将数字流量计200的数据、压力值以及地理定位信息中至少一种上传到上位机，网络及定位模块450可以采用GPRS、NB-IOT或者4G模组，实现管网压力控制电路的数据上传，可以采用GPS或者北斗定位模组，实现地理位置定位功能。

电源管理模块410与电源100、控制模块400、压力检测模块420、通信模块430、驱动模块440以及网络及定位模块450连接，压力检测模块420与控制模块400和电源管理模块410连接，通信模块430与控制模块400、数字流量计200以及电源管理模块410连接，驱动模块440与控制模块400、执行器 300以及电源管理模块410连接，网络及定位模块450与控制模块400和电源管理模块410连接。

本实施例中的管网压力控制电路，通过加入控制模块400、压力检测模块 420、通信模块430、驱动模块440来实现对调节过程和压力精度的控制，控制模块400根据从压力检测模块420得到的管网实际压力值或者根据从通信模块 430得到的数字流量计200的数据来控制驱动模块440，进而实现实时获取管网压力变化进而调整管网压力；通过加入电源管理模块410，实现了低能耗管理、通过加入了压力检测模块420和驱动模块440，实时获取下游压力变化进而调整管网压力，避免造成下游因压力过大而爆管或者压力过低而没水用的问题，解决了传统技术方案上存在的耗费人力、调节过程和压力精度难以控制、不能根据下游压力需要变化而实时调节下游管道的压力以及无法对电源100集中管理而造成能耗浪费的问题。

请参阅图2，在一个实施例中，管网压力控制电路还包括显示模块460，显示模块460与控制模块400连接，显示模块460被配置为实时显示控制模块400 接收到的压力值以及调节后的当前压力值，显示模块460可以由具备显示功能的芯片构成，比如芯片LCD1602。

请参阅图3，在一个实施例中，管网压力控制电路还包括存储模块470，存储模块470与控制模块400和电源管理模块410连接，存储模块470被配置为记录预设时间点的压力数据和控制参数，存储模块470可以采用具备数据存储功能的芯片，例如FLASH存储芯片。

请参阅图4，在一个实施例中，管网压力控制电路还包括输入模块480，输入模块480与控制模块400连接，输入模块480被配置为配置管网压力控制电路的运行参数。

请参阅图5，在一个实施例中，电源管理模块410包括多个电源管理单元 411，各个电源管理单元411的输入端分别接入工作电源，各个电源管理单元 411的使能控制端分别接到控制模块400，各个电源管理单元411的输出端分别接到压力检测模块420、通信模块430、驱动模块440、网络及定位模块450、显示模块460、存储模块470以及输入模块480，控制模块400根据压力检测模块420、通信模块430、驱动模块440和网络及定位模块450的上\/断电需求控制各个电源管理单元411通断。

请参阅图5和图6，在一个实施例中，电源管理单元411包括开关管Q3、开关管Q4、电阻R9以及电阻R10，开关管Q3的输入端与电阻R9的第一端共接于电源100的正极，开关管Q3的控制端与电阻R9共接于开关管Q4的输入端，开关管Q3的输出端与控制模块400的电源端口，开关管Q4的输出端接地，开关管Q4通过电阻R10接于控制模块400的使能端口PWER。

可以理解的是，电源管理单元411的数量与管网压力控制电路中不需要长期保持工作状态的模块的数量相对应，以对各模块进行低能耗管理，在需要模块工作时进行供电，在模块不需要工作时断电，避免造成能源浪费，在本实施例中，电源管理模块410包括有五个电源管理单元，分别对应于显示模块、网络及定位模块、驱动模块、存储模块以及压力检测模块。

电源管理模块410还包括有多个不同DC-DC转换单元412，请参阅图7， DC-DC转换单元412可以包括电感L1、电容C1、电容C2、电容C3、电容C4、开关管Q1、二极管D1、电阻R1、电阻R6以及DC-DC芯片U1,电感L1的第一端和电容C3的第一端接于电源100的正极以及控制模块400的VBAT端，电感L1的第二端与二极管D1的阳极和开关管Q1的输入端连接，二极管D1的阴极、DC-DC芯片U1的VDD端、电容C1的第一端、电阻R1的第一端、电容C4的第一端以及电容C2的第一端共接于DC-DC转换单元412的输出端，输出端输出上述工作电源，开关管Q1的控制端接于DC-DC芯片U1的EXT端， DC-DC芯片U1的FB端接于电容C1的第二端以及电阻R1的第二端，电阻R1 的第二端与电阻R6的第一端连接，开关管Q1的输出端、电容C3的第二端、DC-DC芯片U1的GND端、电阻R6的第二端、电容C4的第二端以及电容C2 的第二端共接于地。

可以理解的是，DC-DC转换单元412采用的芯片会根据各模块需要的工作电源电压不同而不同。

请参阅图8，在一个实施例中，通信模块430包括RS485芯片U8、电容 C26，RS485芯片的非反相端A与反相端B与数字流量计200连接,RS485芯片的驱动输入端DI与控制模块400的串行输出端口UTXD0连接，RS485芯片的接收输出端RO与控制模块400的接收端URXD0连接，RS485芯片的驱动使能端DE和接收使能端设计图

一种管网压力控制电路以及系统论文和设计

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