基于地鐵給排水模擬系統(tǒng)中水位測控系統(tǒng)的設(shè)計(jì)

楊朝歌

摘 要：水進(jìn)到纜井里，水的深度，電纜檢查員是不能下井正常巡邏的，對電纜的質(zhì)量巡邏有很大的障礙，導(dǎo)致電纜的運(yùn)行的問題沒有很快的發(fā)現(xiàn)。這不僅不能讓電纜得到正確的運(yùn)行，并且讓電纜故障繼續(xù)增大的危險(xiǎn)，容易發(fā)生電纜頭開裂的問題，而且電纜頭的更換或做中間接頭，導(dǎo)致停電時(shí)間長。

關(guān)鍵詞：水位傳感器；水位監(jiān)測；檢測報(bào)警；數(shù)據(jù)記錄

中圖分類號：TP273.5 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1004-7344（2018）20-0290-01

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

1.1 主程序設(shè)計(jì)

主控制單元的軟件設(shè)計(jì)主要包括數(shù)據(jù)采集模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和執(zhí)行模塊。運(yùn)行機(jī)制確保了程序執(zhí)行的安全準(zhǔn)確，特別是對需要定期周期的采樣系統(tǒng)。

1.2 數(shù)據(jù)采集子程序

數(shù)據(jù)采集主程序的子程序接收到啟動(dòng)數(shù)據(jù)收集過程命令時(shí)，就會(huì)啟動(dòng)。為了提高水位采樣信號的準(zhǔn)確性，本系統(tǒng)就會(huì)使用水位信息的程序在每10min取樣連續(xù)5次，然后采樣值由小到大，再取平均值為準(zhǔn)確的信號。

1.3 實(shí)時(shí)采集功能

智能溫濕度采集器實(shí)時(shí)采集低功耗數(shù)字溫度傳感器的溫度值，并顯示在液晶大屏上，遠(yuǎn)程控制器采集液位及泵的運(yùn)行狀態(tài)和啟停泵的控制，當(dāng)液位超過設(shè)定值的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)啟動(dòng)抽水泵，當(dāng)液位低于設(shè)定值的時(shí)候，就會(huì)自動(dòng)停泵，B型發(fā)送模塊通過RS485接口對智能溫濕度采集器進(jìn)行抄表，將采集的溫濕度上傳到后臺，同時(shí)B型發(fā)送模塊通過RS232接口對遠(yuǎn)程控制器進(jìn)行抄表，將采集的液位及泵的運(yùn)行狀態(tài)上傳到后臺，后臺可通過組態(tài)軟件進(jìn)行泵的遠(yuǎn)程控制。

2 系統(tǒng)工作原理

目前單片機(jī)控制是水位監(jiān)測系統(tǒng)的主要技術(shù)，結(jié)合擴(kuò)散硅壓阻壓力傳感器，根據(jù)水位的不同導(dǎo)致產(chǎn)生的壓力也不同，水位的變化通過水位傳感器轉(zhuǎn)化成電流的變化，再通過A/D轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成數(shù)字量傳遞給單片機(jī)，并讓單片機(jī)做出回應(yīng)。通過水位傳感器來測試水位，被測量液體的水位達(dá)到最高危險(xiǎn)點(diǎn)的時(shí)候，電流的變化通過傳感器的輸出表現(xiàn)出來。模擬電流變化放大后進(jìn)入A/D轉(zhuǎn)換器，過濾成4～20mA模擬信號轉(zhuǎn)變成1024數(shù)字量。單片機(jī)收到相應(yīng)數(shù)字信號的變化時(shí)，會(huì)作出報(bào)警。

3 系統(tǒng)主要特點(diǎn)

系統(tǒng)主要特點(diǎn)如下：信號采集部分采用壓力式水位傳感器監(jiān)測水位的變化，壓力式水位傳感器輸出4～20mA電流信號，只需要二芯電纜就可以傳遞信號了?？刂浦行膯纹瑱C(jī)采用AT89S51，AT89S51是一個(gè)低功耗，高性能CMOS8位單片機(jī)。片內(nèi)含4k Bytes ISP（In-system pro grammable）的可反復(fù)擦寫1000次的Flash只讀程序存儲器，并集成了通用8位中央處理器和ISPFlash存儲單元。兩個(gè)線串行E2PROM是一種非易失存儲器，有占用空間小、能耗小、操作簡單方便、成本效益好和準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)存儲和許多其他非常好的特點(diǎn)，是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)易失存儲器的選擇。AT89S52的實(shí)現(xiàn)是在使用I2C總線協(xié)議基礎(chǔ)上，讀寫操作是在兩個(gè)線制串行E2PROM上很簡單的進(jìn)行實(shí)現(xiàn)的。

電纜井水位監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)在一種無人自動(dòng)化的智能監(jiān)控系統(tǒng)。使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片作為記錄的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。不僅減少工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，操作和維護(hù)人員也能夠更準(zhǔn)確、更及時(shí)的報(bào)警和排水處理。

4 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)

水位傳感器多點(diǎn)分布可以用來防止錯(cuò)誤信號一次。三個(gè)運(yùn)放電路被信號測量通道所包含，當(dāng)溫漂和時(shí)漂非常小時(shí)。當(dāng)模擬量通過測量放大后、過濾之后，到達(dá)A/D轉(zhuǎn)換器，將4～20mA信號模擬轉(zhuǎn)化的數(shù)字量為0～1024。A/D轉(zhuǎn)換器、數(shù)據(jù)存儲芯片高集成、低功耗、準(zhǔn)確性高等良好的特點(diǎn)。針對上述系統(tǒng)選擇和方案實(shí)現(xiàn)，可以通過以下的模塊來規(guī)劃。方案總體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)框架包括電源模塊、復(fù)位電路、時(shí)鐘電路、數(shù)據(jù)存儲電路等。

振蕩電路在某個(gè)角度來說就是時(shí)鐘電路，時(shí)鐘電路可以向單片機(jī)提供一個(gè)正弦波信號作為標(biāo)準(zhǔn)，單片機(jī)的執(zhí)行速度由此確定。單片機(jī)AT89S52的時(shí)鐘頻率是11.0592MHz。反向放大系統(tǒng)的振蕩電路使用的是自動(dòng)激蕩振蕩器。

復(fù)位的信號由復(fù)位的電路所產(chǎn)生，讓單片機(jī)從一個(gè)固定的初始狀態(tài)開始正常工作，“開始”過程是單片機(jī)所執(zhí)行。重置引腳連接到一個(gè)施密特觸發(fā)器上，是為了降低噪音的污染，RST腳為低水平lm是在電振蕩器使用后的前提下所產(chǎn)生的。通過這樣就完成了一個(gè)復(fù)位。

I2C的總線協(xié)議所使用的是主/從雙向溝通。從設(shè)備和主要設(shè)備都是在發(fā)射裝置和接收裝置狀態(tài)開始工作的，但是總線一定是由主設(shè)備（通常是一個(gè)微處理器）控制的，串行時(shí)鐘（SCL）被主要設(shè)備所產(chǎn)生?？偩€從啟動(dòng)條件下生產(chǎn)的主要設(shè)備是在有效期間停止條件的前提上，微處理器的讀和寫操作的開始在串行E2PROM開始位控制下開始的，結(jié)束時(shí)是受停止位控制的。在開始條件以后，SDA上的數(shù)據(jù)的變化一定在SCL低電平開始期間所產(chǎn)生的，在SCL高電平這個(gè)時(shí)間段，SDA一定需要持續(xù)的穩(wěn)定下去。每一位數(shù)據(jù)的發(fā)送，主設(shè)備一定需要發(fā)出時(shí)鐘脈沖一個(gè)。

5 系統(tǒng)優(yōu)點(diǎn)

5.1 專網(wǎng)組網(wǎng)，無線遠(yuǎn)傳

針對公司有內(nèi)網(wǎng)，無外網(wǎng)和網(wǎng)絡(luò)安全管理的現(xiàn)狀，不采用GPRS公網(wǎng)組網(wǎng)方式，而是采用VPN專網(wǎng)組網(wǎng)方式，A、B型GPRS模塊均有獨(dú)立的卡號和對應(yīng)的IP地址，形成一個(gè)獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)，與其他網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)互不干擾，系統(tǒng)通過GPRS或短信功能完成采集數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)傳。

5.2 防水封裝，裝置可靠

針對電纜井環(huán)境惡劣的特點(diǎn)，有積水及腐蝕性氣體等工況，我們隊(duì)傳感器、采集器進(jìn)行防水封裝，以滿足現(xiàn)場工況需求，裝置能在上述惡劣環(huán)境下可靠運(yùn)行。

6 總 結(jié)

電纜井水位監(jiān)測系統(tǒng)是現(xiàn)在一種無人自動(dòng)化的智能監(jiān)控系統(tǒng)。使用實(shí)時(shí)時(shí)鐘芯片作為記錄的數(shù)據(jù)監(jiān)測系統(tǒng)。不僅減少工作量和勞動(dòng)強(qiáng)度，操作和維護(hù)人員也能夠更準(zhǔn)確、更及時(shí)的報(bào)警和排水處理。

電纜井進(jìn)行封堵好后還是會(huì)有有水滲入，該系統(tǒng)能有效的對電纜井的積水進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測，防止因積水而影響工作人員正常工作的開展和電纜的安全運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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收稿日期：2018-6-2