基于地鐵給排水模擬系統中水位測控系統的設計

楊朝歌

摘 要：水進到纜井里，水的深度，電纜檢查員是不能下井正常巡邏的，對電纜的質量巡邏有很大的障礙，導致電纜的運行的問題沒有很快的發現。這不僅不能讓電纜得到正確的運行，并且讓電纜故障繼續增大的危險，容易發生電纜頭開裂的問題，而且電纜頭的更換或做中間接頭，導致停電時間長。

關鍵詞：水位傳感器；水位監測；檢測報警；數據記錄

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

1 系統設計

1.1 主程序設計

主控制單元的軟件設計主要包括數據采集模塊、數據存儲模塊和執行模塊。運行機制確保了程序執行的安全準確，特別是對需要定期周期的采樣系統。

1.2 數據采集子程序

數據采集主程序的子程序接收到啟動數據收集過程命令時，就會啟動。為了提高水位采樣信號的準確性，本系統就會使用水位信息的程序在每10min取樣連續5次，然后采樣值由小到大，再取平均值為準確的信號。

1.3 實時采集功能

智能溫濕度采集器實時采集低功耗數字溫度傳感器的溫度值，并顯示在液晶大屏上，遠程控制器采集液位及泵的運行狀態和啟停泵的控制，當液位超過設定值的時候，就會自動啟動抽水泵，當液位低于設定值的時候，就會自動停泵，B型發送模塊通過RS485接口對智能溫濕度采集器進行抄表，將采集的溫濕度上傳到后臺，同時B型發送模塊通過RS232接口對遠程控制器進行抄表，將采集的液位及泵的運行狀態上傳到后臺，后臺可通過組態軟件進行泵的遠程控制。

2 系統工作原理

目前單片機控制是水位監測系統的主要技術，結合擴散硅壓阻壓力傳感器，根據水位的不同導致產生的壓力也不同，水位的變化通過水位傳感器轉化成電流的變化，再通過A/D轉換器轉換成數字量傳遞給單片機，并讓單片機做出回應。通過水位傳感器來測試水位，被測量液體的水位達到最高危險點的時候，電流的變化通過傳感器的輸出表現出來。模擬電流變化放大后進入A/D轉換器，過濾成4～20mA模擬信號轉變成1024數字量。單片機收到相應數字信號的變化時，會作出報警。

3 系統主要特點

系統主要特點如下：信號采集部分采用壓力式水位傳感器監測水位的變化，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。控制中心單片機采用AT89S51，AT89S51是一個低功耗，高性能CMOS8位單片機。片內含4k Bytes ISP（In-system pro grammable）的可反復擦寫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、成本效益好和準確的數據存儲和許多其他非常好的特點，是單片機應用系統易失存儲器的選擇。AT89S52的實現是在使用I2C總線協議基礎上，讀寫操作是在兩個線制串行E2PROM上很簡單的進行實現的。

電纜井水位監測系統是現在一種無人自動化的智能監控系統。使用實時時鐘芯片作為記錄的數據監測系統。不僅減少工作量和勞動強度，操作和維護人員也能夠更準確、更及時的報警和排水處理。

4 系統硬件電路設計

水位傳感器多點分布可以用來防止錯誤信號一次。三個運放電路被信號測量通道所包含，當溫漂和時漂非常小時。當模擬量通過測量放大后、過濾之后，到達A/D轉換器，將4～20mA信號模擬轉化的數字量為0～1024。A/D轉換器、數據存儲芯片高集成、低功耗、準確性高等良好的特點。針對上述系統選擇和方案實現，可以通過以下的模塊來規劃。方案總體設計的基礎框架包括電源模塊、復位電路、時鐘電路、數據存儲電路等。

振蕩電路在某個角度來說就是時鐘電路，時鐘電路可以向單片機提供一個正弦波信號作為標準，單片機的執行速度由此確定。單片機AT89S52的時鐘頻率是11.0592MHz。反向放大系統的振蕩電路使用的是自動激蕩振蕩器。

復位的信號由復位的電路所產生，讓單片機從一個固定的初始狀態開始正常工作，“開始”過程是單片機所執行。重置引腳連接到一個施密特觸發器上，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生的。通過這樣就完成了一個復位。

I2C的總線協議所使用的是主/從雙向溝通。從設備和主要設備都是在發射裝置和接收裝置狀態開始工作的，但是總線一定是由主設備（通常是一個微處理器）控制的，串行時鐘（SCL）被主要設備所產生。總線從啟動條件下生產的主要設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，結束時是受停止位控制的。在開始條件以后，SDA上的數據的變化一定在SCL低電平開始期間所產生的，在SCL高電平這個時間段，SDA一定需要持續的穩定下去。每一位數據的發送，主設備一定需要發出時鐘脈沖一個。

5 系統優點

5.1 專網組網，無線遠傳

針對公司有內網，無外網和網絡安全管理的現狀，不采用GPRS公網組網方式，而是采用VPN專網組網方式，A、B型GPRS模塊均有獨立的卡號和對應的IP地址，形成一個獨立的網絡，與其他網絡系統互不干擾，系統通過GPRS或短信功能完成采集數據的無線遠傳。

5.2 防水封裝，裝置可靠

針對電纜井環境惡劣的特點，有積水及腐蝕性氣體等工況，我們隊傳感器、采集器進行防水封裝，以滿足現場工況需求，裝置能在上述惡劣環境下可靠運行。

6 總 結

電纜井水位監測系統是現在一種無人自動化的智能監控系統。使用實時時鐘芯片作為記錄的數據監測系統。不僅減少工作量和勞動強度，操作和維護人員也能夠更準確、更及時的報警和排水處理。

電纜井進行封堵好后還是會有有水滲入，該系統能有效的對電纜井的積水進行實時的監測，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行。

參考文獻

[1]沈旭峰.淺談地鐵給排水系統的常見故障及解決對策[J].建材與裝飾，2017（08）：226～227.

[2]陳 沖.地鐵人談城市地鐵給排水設計[J].廣東建材，2015，31（08）：64～66.

[3]劉學志，耿廣晉.地鐵給排水設計中容易疏忽的細節[J].城市軌道交通研究，2011，14（10）：96～98+100.

收稿日期：2018-6-2