4G远程阀门控制器

一、 【项目名称】

        4G远程阀门控制器

二、 【开发团队简介】（选填，填写了可以让客户更多了解您，接单机会更多）

1、天津理工大学硕士研究生，工作8年，一直从事硬件开发设计领域；

2、4年物联网开发经验，侧重智能水务领域，开发过智能消火栓、各类型智能阀门、压力计、流量计等；4年水下声学设备开发经验，水听器、声纳等设备数字控制板，模拟控制板等；

3、熟悉各类单片机平台，ESP32平台，ARM平台、FPGA等相关主板设计，可进行单片机代码开发，Linux驱动代码开发、Linux应用程序代码开发。

三、 【项目亮点】

1、个人能力层面：在物联网领域，有各类型主控板的开发经验，对于低功耗有较高的经验，在模拟采集方向，有较深的设计功底，有过nV级别电压特征信号的采集经验。

2、本项目层面：

（1）一板兼容开关型阀门与4-20mA电流控制型阀门两类主流执行机构，覆盖绝大多数阀门应用场景；

（2）集4-20mA电流输出、回路电流监测、电机堵转监测、阀位采集于一体，控制、监测与故障保护闭环设计；

（3）4G无线组网对接OneNET平台，远程控制与本地显示屏、触摸按键，NFC刷卡操作双通道并行，断网时仍可本地值守；

（4）低功耗设计，适配电池、太阳能供电的无市电户外管网场景。

四、 【作品简介 】

1. 作品的整机外观图片或焊接组装好的PCBA图片

2. 作品的研究背景、目的和功能、市场应用前景

研究背景：智慧水务、城市生命线工程建设持续推进，阀门是供水管网、消火栓等场景中最关键的执行末端。传统阀门依赖人工现场操作，存在巡检成本高、响应慢、状态不可见、偏远点位无市电供电等痛点，行业对“远程可控、状态可知、低功耗运行”的智能阀门控制器需求迫切。

目的和功能：研发一款集远程控制、状态监测、本地操作于一体的4G远程阀门控制器。设备自带显示屏与本地触摸按键，可现场查看阀位与运行状态并直接操作；支持开关型阀门与4-20mA电流控制型阀门两类主流执行机构；内置电流监测与堵转监测，可实时感知电机运行状态并在堵转时及时保护；支持采集阀门阀位反馈，实现阀门开度闭环管理；通过4G网络对接OneNET平台，实现设备上云、远程指令下发与数据上报，并针对无市电场景完成低功耗设计，延长电池续航。

市场应用前景：可广泛应用于智能消火栓、供水管网阀门远程调度、智慧灌溉、泵站与工业管网监控等领域，契合智慧水务与城市生命线工程建设方向，具备明确的批量应用前景与可复制性。

3. 作品的应用场景

（1）智能消火栓：远程开阀、关阀与状态监测，防止误开、盗用，异常及时告警；

（2）供水管网：分区阀门远程调度、管网压力调节，减少人工巡检；

（3）智慧灌溉：田间阀门定时、按需远程控制，节水增效；

（4）泵站与工业管网：阀门集中远程监控，故障快速定位。

4. 用了什么新技术，新方案

（1）4G无线通信+OneNET云平台：免布线、即装即用，设备状态与远程指令实时可达；

（2）开关型/电流型阀门双兼容驱动方案：一套主板适配两类执行机构，降低备货与维护成本；

（3）多维状态感知：电流监测、堵转监测、阀位采集协同，实现阀门运行状态闭环管理与故障预判；

（4）低功耗方案：低功耗MCU选型、休眠唤醒机制、4G模组低功耗模式与按需上报策略结合，适配电池供电场景。

六、【硬件部分的描述 】

1. 原理图&PCB实物图的图片

2. 系统的工作原理

（1）主控单元：以低功耗32位MCU为核心，统一调度各功能模块，实现控制逻辑、故障保护与低功耗状态管理；

（2）阀门驱动：开关型阀门通过电机驱动电路控制电动阀正反转，实现开阀、关阀与到位停止；4-20mA电流控制型阀门通过高精度恒流输出电路产生4-20mA控制电流，配合阀位采集实现调节阀开度闭环控制；

（3）电流监测与堵转监测：对电机回路/输出回路电流进行采样放大与ADC采集，实时判断运行电流是否异常升高；当检测到电机堵转时立即切断驱动并告警，避免烧毁电机与阀门；

（4）阀位采集：采集阀位反馈信号（如电位器分压或4-20mA反馈），经ADC转换后用于本地显示、开度控制与远程上报；

（5）显示与交互：显示屏实时显示阀位、开度、运行状态、告警信息等，触摸按键支持本地手动操作与参数设置；

（6）4G通信：4G模组通过SIM卡接入网络，采用MQTT等协议对接OneNET平台，完成设备注册、数据上报与远程指令接收；

（7）电源与低功耗：支持外部供电与电池供电，通过DC-DC/LDO分级供电、休眠唤醒、4G模组低功耗模式及按需上报策略，降低整机功耗，延长电池续航。

系统工作过程：

本地操作：用户通过触摸按键发出开阀、关阀或调节指令，主控校验后驱动阀门执行，并实时采集阀位与电流状态回显显示屏；

远程操作：管理后台下发指令→OneNET平台→4G模组→主控执行，执行结果与最新状态经4G回传平台；

故障保护：运行中电流异常、堵转、超时等异常触发保护动作（停机、告警），并同步上报平台。

3. EDA工具软件名称

设计工具：AD

七、【主要器件】

以下为按功能模块划分的主要器件参考清单，关键器件即可，具体型号可按实际方案补充调整。

八、【软件部分的描述 】

1. 软件功能描述

（1）主控程序：系统初始化与自检、低功耗状态管理、触摸按键与显示屏交互、阀门控制逻辑（开关型/电流型）、堵转检测与故障保护、电流与阀位采集处理；

（2）通信程序：4G模组驱动、OneNET平台接入（设备注册、MQTT连接、心跳保活）、数据上报与远程指令解析执行；

（3）本地与远程联动：本地操作与远程指令的冲突仲裁、状态同步与告警处理。

2. 团队软件能力

具备单片机代码开发、Linux驱动开发与Linux应用程序开发能力，可承接从底层驱动到应用层的完整软件配套开发。