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現(xiàn)場總線式漏水檢測智能傳感器的研制

放大字體  縮小字體 發(fā)布日期:2014-10-22     來源:[標(biāo)簽:出處]     作者:[標(biāo)簽:作者]     瀏覽次數(shù):116
核心提示:

0 前 言
  對火災(zāi)、有害氣體和水的泄漏的監(jiān)控對國民經(jīng)濟有著十分重大的意義;馂(zāi)和有害氣體泄漏的報警監(jiān)控在國內(nèi)已有不少成果,而對水泄漏的監(jiān)控卻基本屬于空白[1]。在美國漏水報警系統(tǒng)的應(yīng)用已有20多年的歷史,如同煙霧報警系統(tǒng)一樣已廣泛應(yīng)用在造紙、紡織、糧食儲藏、圖書館、計算機房、辦公樓、實驗室、醫(yī)院、電子、化工企業(yè)、商店等領(lǐng)域。尤其在北方地區(qū),冬季漫長,供暖時間長,暖氣水壓高,時常由于漏水而造成重大損失,因而應(yīng)用前景尤為廣闊。但以往的漏水報警傳感器多為獨立式,不能有效的控制警情,在構(gòu)成系統(tǒng)時也僅為傳統(tǒng)的DCS體系,需要大量的電纜和獨立電源[2]。
  本文設(shè)計一種現(xiàn)場總線式的漏水報警智能傳感器,將智能化功能結(jié)合到傳感器中,能夠可靠地發(fā)現(xiàn)漏水警情,并通過總線接口將自身地址以純數(shù)字信號發(fā)送出去,具有很強的抗干擾能力[3]。如有必要,可直接完成對電磁閥的控制,在最短的時間內(nèi)控制住水的泄漏?偩長度可達到千米以上,若干個傳感器串接即可監(jiān)控較大范圍,節(jié)省了大量的導(dǎo)線。同時,傳感器和總線接口工作時的電源,也由總線上取得,節(jié)省了大量的獨立電源。

1 電路設(shè)計
  智能傳感器主要由水感知電路和數(shù)據(jù)發(fā)送電路兩部分組成:兩者緊密結(jié)合,完成對漏水的智能化監(jiān)控。電路設(shè)計如圖1所示。

 

1.1 水感知電路
  據(jù)試驗測定,水的電阻在30~600 kΩ之間,感知電路核心部分采用一片LM311電壓比較器芯片,R11(10 kΩ),R10(300 kΩ)、R12、R14(均為200 kΩ),R13(400 kΩ),C5(1 μF),構(gòu)成外圍電路。當(dāng)探頭1與探頭2之間無水時,由于R10<R13,2腳電平高于3腳電平,此時7腳輸出為高電平。當(dāng)探頭之間有水時,相當(dāng)于在R13兩端并入一個30~600 kΩ的電阻,由于R10>R并,2腳電平低于3腳電平,7腳輸出翻為低電平。這樣,根據(jù)LM311芯片7腳電平的高低,即可判斷探頭之間是否有水。
1.2 數(shù)據(jù)發(fā)送電路
  在智能傳感器中,采用了一片PIC12C508單片機,它是數(shù)據(jù)發(fā)送的控制者,也是傳感器智能化的核心。美國Mirochip公司的PIC12C508單片機是目前功耗最低、體積最小(8腳)的單片機之一[4],可方便地嵌入各種儀表、傳感器中,實現(xiàn)其智能化。
  D1~D4(IN4003)構(gòu)成整流橋,以實現(xiàn)無極性連接,T1為三端穩(wěn)壓管78L05,與R1(200 kΩ),C1(22 μF),C2(10 nF),構(gòu)成5 V直流電源電路,為整個傳感器供電?偩上的控制信號經(jīng)C3(10 nF),R6(200 kΩ)耦合到三極管T3(C9014)經(jīng)T3整形后送入PIC12C508的5腳。R7(10 kΩ)、R8(300 kΩ)、R9(4.7 kΩ)為T3的偏置電阻,C4(47 pF)為濾波電容,去除信號中的高頻干擾。
  單片機由7腳發(fā)出的TTL信號,經(jīng)由T2(C9014)向總線上的50 Ω終端負載發(fā)送20 mA的電流脈沖,在總線上形成0.7~1.0 Vpp的信號波形。該電流大小可由R4(50 Ω)和R5(330 kΩ)調(diào)整,R3(1 kΩ)為限流電阻。
  單片機監(jiān)視著6腳電平的變化。當(dāng)電平發(fā)生變化時,單片機進行三次重復(fù)檢查,以防止誤報。確認有警情后,即向總線上發(fā)送自己的地址碼,并報告警情,同時關(guān)閉相應(yīng)的電磁閥,將泄漏控制住。
  當(dāng)通訊波特率定為9 600 bit/s時,單片機每 104 μs發(fā)送或接收一位數(shù)據(jù)。因此當(dāng)信息中含8位地址和8位命令及一位起始位和一位停止位共18位數(shù)據(jù)時,系統(tǒng)響應(yīng)時間少于8 ms。

2 結(jié) 論
  本智能漏水報警傳感器結(jié)構(gòu)簡單,可靠性高,成本低,現(xiàn)已用于現(xiàn)場總線式漏水報警監(jiān)控系統(tǒng)中,效果良好。

參考文獻
1 朱才來. Fieldbus在乙腈污水處理裝置上應(yīng)用.化工自動化表,1998,25(1):15~18
2高景平. 現(xiàn)場總線控制系統(tǒng)的特點及應(yīng)用.儀表技術(shù)與傳感器,1997,(12):13~14
3 周云波. 現(xiàn)場總線智能變送器的研制.PAI,1997,18(9):8~12
5 王殊.利用PIC12系列單片機實現(xiàn)火災(zāi)探測系統(tǒng)總線.微計算機應(yīng)用,1998,19(2):109~110 

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