橋洞積水水位警報器

趙耕新 李勇杰 羅康 歐俊臣 張朝民

摘要：為了讓行人了解橋洞積水的深度，本文設計了一個報警器，報警器包括五個模塊：電源模塊、傳感器、放大電路、信號比較模塊、報警模塊，利用放大電路和比較電路將傳感器的輸出信號經過放大電路后進入比較電路進行信號比較，利用液位變送器實現了報警功能。該警報器可以在積水水深到達一定深度時發(fā)出警報，從而讓行人意識到危險。

關鍵詞：液位變送器 比較電路 壓力傳感器

中圖分類號：TM763 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0170-01

1 引言

當前，許多城市的橋洞、隧道在遇到大雨時由于地勢低，排水系統(tǒng)堵塞或水流太大來不及排水就會產生嚴重的積水，積水的深度到一定程度時會造成通行車輛的熄火和損壞，甚至會照成車毀人亡，2014年11月成都龍泉驛隧道積水致一小車熄火 車內兩人被困；2012年7月北京一高速嚴重積水路段車被淹，造成3人遇難。造成事故的主要原因是開車司機通過橋洞時不知道隧道內積水深度，誤以為車輛通過沒有問題。如果在隧道外有一個水深報警裝置，對積水達到一定的深度進行報警則可避免許多意外的災難。

2 設計方案

投入式靜壓液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴散硅的壓阻效應，將靜壓轉成電信號。設計一個放大電路將傳感器收集的信號進行放大，然后模擬轉化，實現信號傳輸，最后連接報警電路實現自動報警。

報警器分為五個模塊：（1）電源模塊。（2）傳感器。（3）放大電路。 （4）信號比較模塊。（5）報警模塊。傳感器采用擴散硅壓阻式壓力傳感器，放大電路輸出電壓值故信號比較模塊采用了雙限電壓比較電路。報警電路采用繼電器與蜂鳴器實現，功能流程如圖1下所示。

2.1 根據傳感器的特性設計需要的放大電路（如圖2所示）

2.2 報警原理

采用LM393專用比較器芯片的集成電路，對兩個輸入電壓進行比較，并根據比較結果輸出高電平或低電平電壓，據此來判斷輸入信號的大小和極性。根據實驗需求，設定閾值電壓在大于設定的電壓的時候電路報警（使用蜂鳴器）。利用繼電器具有開關的作用，電路在高電平時繼電器常開端口閉合，蜂鳴器震動實現報警。

（1）當比較器引腳輸出高電平時，三極管飽和導通，+5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，繼電器的常開觸電閉合，相當于開關閉合。

（2）當比較器的IO引腳輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，繼電器的常開觸點釋放，相當于開關斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱?，繼電器線圈兩端會產生一個較高電壓的感應電動勢，線圈產生的感應電動勢則可以通過二極管釋放，從而保護了三極管免被擊穿，也消除了感應電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護作用。

3 結語

制作了一個水位警報器，該警報器是采用液位變送器作為信號采集，通過放大電路處理采集的信號，再通過信號比較模塊將測量信號與預設值進行比較，通過調節(jié)電阻的方式來調節(jié)閾值電壓，進而改變不同水位時的報警電壓，該報警器實現了水深0～1m范圍內任意設定的高度的報警。

參考文獻：

[1]王楊.淺談在民航甚高頻通信中互調干擾的對策中國新技術新產品，2011，21（21）：19-19.

[2]張宗陽.基于厚膜工藝的不銹鋼壓力傳感器設計與制造技術研究[D].華中科技大學，2012.