曾 力，黃 劼，楊 艷

（四川大學(xué)制造學(xué)院，四川 成都 610065）

0 引 言

乙二醇是一種化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定的液體，要直接進(jìn)行檢測，手段比較復(fù)雜，費(fèi)用較高，目前市面上的傳感器均難以滿足檢測需求，在無人值守的現(xiàn)場實(shí)現(xiàn)起來比較困難。因此，采用測量乙二醇液位的辦法，同時針對乙二醇吸收水分和對溫度有影響的性質(zhì)，可以采用檢測乙二醇周圍空氣的溫度和濕度的辦法進(jìn)行檢測，測量值通過GSM MODEM實(shí)現(xiàn)傳輸[1-2]。這種方式免去了鋪設(shè)大量通信電纜的工序，成本低廉，穩(wěn)定性好，可節(jié)約大量人力物力資源。

1 硬件設(shè)計

1.1 硬件選擇

系統(tǒng)控制器采用STC12C5410AD型單片機(jī)，該型號帶有8路10位精度的ADC。

溫濕度的測量采用SHT71型傳感器，該型號傳感器輸出經(jīng)過標(biāo)定的數(shù)字信號，通過I2C總線與單片機(jī)實(shí)現(xiàn)通信。液位傳感器采用LMP633系列纜式靜壓傳感器，測量范圍是0～1 m，供電電壓12.5～36 V，輸出信號4～20mA。

1.2 檢測裝置設(shè)計

通常在管道的連接處發(fā)生泄露的幾率大于管道其他部位，因此液位傳感器應(yīng)該安裝在此處。如圖1所示，檢測容器與管道的連接處通過漏斗相連，一旦發(fā)生泄露，乙二醇通過漏斗進(jìn)入容器內(nèi)。檢測容器應(yīng)該盡量做到密封，防止其他液體進(jìn)入容器影響測量。液位傳感器安裝在檢測容器底部，溫濕度傳感器、GSM MODEM、信號處理電路安裝在檢測容器壁上。系統(tǒng)上電之后，首先進(jìn)行系統(tǒng)初始化，之后系統(tǒng)處于等待狀態(tài)，此時可以發(fā)送檢測命令或者休眠命令。如果發(fā)送檢測命令，系統(tǒng)把液位傳感器和溫濕度傳感器測量值通過GSM MODEM送至控制器，處理完成之后，通過GSM MODEM把測量值發(fā)送至操作員處[3-4]。如果發(fā)送休眠指令，GSM MODEM、液位傳感器和溫濕度傳感器斷電，只有控制器處于通電狀態(tài)，系統(tǒng)進(jìn)入休眠。

圖1 檢測裝置設(shè)計

1.3 硬件電路構(gòu)成

如圖2所示，系統(tǒng)采用24V電池供電。24V電壓通過LM2576穩(wěn)壓芯片降壓之后可獲得9，12，5 V電壓，分別給GSM MODEM、液位傳感器、單片機(jī)及其外圍器件供電。同時，24，9，12，5V電壓分別送入CN1185電壓檢測芯片進(jìn)行檢測，以獲取當(dāng)前電池電壓信息。電池電壓低于19 V時，太陽能充電器自動給電池充電，同時GSM MODEM把將電壓過低信息發(fā)送出去。液位傳感器輸出4～20mA模擬量，送入單片機(jī)經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換得到8位數(shù)字量，溫濕度傳感器直接輸出經(jīng)過標(biāo)定的8位數(shù)字信號至單片機(jī)。液位值和溫濕度值通過GSM MODEM發(fā)送出去，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)交互。這里L(fēng)M2576芯片是穩(wěn)壓芯片，通過控制其使能端來使其停止工作，從而實(shí)現(xiàn)對后續(xù)電路的通斷電操作，以達(dá)到節(jié)能的目的[5-6]。

2 軟件設(shè)計

2.1 主程序設(shè)計

主程序結(jié)構(gòu)圖如圖3所示，上電之后，系統(tǒng)進(jìn)行初始化，之后程序進(jìn)入主循環(huán)?？刂破髟谥餮h(huán)程序中等待接收GSM MODEM傳來的數(shù)據(jù)，判斷是否有新指令到。沒有新指令，返回繼續(xù)等待接收；有新指令則分析指令內(nèi)容，并根據(jù)內(nèi)容作進(jìn)一步處理。

主循環(huán)程序?qū)ε袛郍SM MODEM返回值進(jìn)行判斷，不同的返回值代表的含義如下：返回值是ERROR，代表GSM MODEM接收指令出錯，程序返回，ERROR丟棄；返回值是 CMTI，代表 GSM MODEM接收到新的短信息等待讀取，此時調(diào)用讀取指令，讀取并保存GSM MODEM中的內(nèi)容，同時判斷該指令是否為控制命令，是控制命令則提取命令內(nèi)容和發(fā)送端電話號碼，完成后刪除本條信息，不是控制命令，作為干擾短信處理，刪除信息；返回值是CMGR，代表GSM MODEM成功讀取一條短信息，程序返回；返回值是CMGS，代表GSM MODEM成功發(fā)送短信息，程序返回[7]。

圖2 系統(tǒng)硬件電路

圖3 主程序結(jié)構(gòu)圖

2.2 中斷程序設(shè)計

在乙二醇輸送過程中，如果采用GSM MODEM連續(xù)發(fā)送測量值的方式，不光提高了通信費(fèi)用，增加電池耗電量，而且對于乙二醇發(fā)生泄露這種偶然情況并不適用，只需要間隔一定的時間發(fā)送一次測量值便可知道現(xiàn)場的情況，即設(shè)定一個檢測周期，當(dāng)設(shè)定的周期時間到，系統(tǒng)才會發(fā)送檢測值。另外，由于系統(tǒng)是電池供電，從節(jié)約電池耗電量方面考慮，在沒有輸送乙二醇時，可使GSM MODEM、液位傳感器、溫濕度傳感器和其他一些芯片斷電，使系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)。待休眠一段時間之后系統(tǒng)蘇醒，開機(jī)4min檢測是否收到控制命令，如果沒有則重新進(jìn)入休眠狀態(tài)，此時單片機(jī)必須保持供電，以便休眠結(jié)束能夠喚醒斷電的傳感器和芯片。同樣，當(dāng)系統(tǒng)處于檢測狀態(tài)時，使GSM MODEM和液位傳感器斷電，當(dāng)檢測周期時間到時，給GSM MODEM通電，發(fā)送測量值。因此，系統(tǒng)的程序需要實(shí)現(xiàn)GSM MODEM斷電和通電，設(shè)定定時周期和休眠周期等功能。

假設(shè)中斷時間為60ms，單片機(jī)每間隔60ms執(zhí)行中斷程序一次。為了達(dá)到需要的定時周期，可以通過設(shè)定循環(huán)變量的辦法實(shí)現(xiàn)。例如設(shè)定LOOPL、LOOPH作為2個循環(huán)變量，可實(shí)現(xiàn)一基本定時單位，然后設(shè)定另一循環(huán)變量TIME，TIME為基本定時單位的倍數(shù)。如果不能滿足定時長度，可適當(dāng)增加循環(huán)變量。

需要注意的是，GSM MODEM收發(fā)數(shù)據(jù)時存在垃圾短信干擾的問題。為了解決這一問題，設(shè)定一個特殊格式來發(fā)送數(shù)據(jù)。例如，采用SCZZXXXX55的格式，其中SCZZ和55是數(shù)據(jù)傳輸?shù)墓潭ǜ袷?，XXXX為有效數(shù)據(jù)，任何非此格式的短信皆作干擾短信處理，通過程序直接丟棄。

圖4所示為中斷程序流程圖，60 ms定時時間到，程序進(jìn)入中斷執(zhí)行程序，首先判斷定時時間單位是否到，其次判斷要求實(shí)現(xiàn)的定時時間是否到。如果定時時間到，下一步接下來就判斷系統(tǒng)的當(dāng)前狀態(tài)，設(shè)定一變量SYSSTOP來表示系統(tǒng)工作狀態(tài)，如果為0則表示系統(tǒng)工作，為1表示系統(tǒng)停止工作。

SYSSTOP為1時，系統(tǒng)處于休眠狀態(tài)，根據(jù)前面可以知道，此時GSM MODEM有通電和未通電兩種狀態(tài)，因此接下來判斷GSM MODEM是否通電。沒有通電，表示系統(tǒng)的休眠周期結(jié)束，接下來需要給GSM MODEM上電，開機(jī)4 min判斷是否有新的控制命令到。如果GSM MODEM處于通電狀態(tài)，表示4 min開機(jī)時間到，GSM MODEM斷電，系統(tǒng)重新進(jìn)入休眠狀態(tài)。

SYSSTOP為0時，系統(tǒng)處于工作狀態(tài)，同樣需要判斷GSM MODEM是否通電，設(shè)定CATSTA表示GSM MODEM狀態(tài)，為1表示通電，為0則表示斷電。CATSTA為1時，表示GSM MODEM已發(fā)送檢測數(shù)據(jù)至操作員處，GSM MODEM和傳感器斷電；CATSTA為0時，表示檢測周期時間到，應(yīng)該給GSM MODEM和傳感器上電、采集和發(fā)送數(shù)據(jù)。但GSM MODEM上電之后，在發(fā)送數(shù)據(jù)之前應(yīng)該設(shè)定一段延時時間，使其完成自檢和初始化[8]。

圖4 中斷流程圖

3 結(jié)束語

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了乙二醇傳輸過程中的無人值守檢測，經(jīng)濟(jì)適用，性能穩(wěn)定，且采用無線傳輸?shù)姆绞?，適合數(shù)據(jù)的遠(yuǎn)距離傳輸。目前實(shí)驗室調(diào)試階段已經(jīng)成功，對于類似的具有穩(wěn)定化學(xué)性質(zhì)的液體和氣體檢測具有廣泛的適用性。

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