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        基于紅外傳感器的噴泉安全智能控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)

        2016-12-23 17:21:06宋宗峰蔡小燕謝光裕
        山東工業(yè)技術(shù) 2016年23期
        關(guān)鍵詞:智能控制

        宋宗峰 蔡小燕 謝光裕

        摘 要:本文針對(duì)噴泉傷人事件,設(shè)計(jì)了一個(gè)基于紅外傳感器的噴泉安全智能控制系統(tǒng),該系統(tǒng)可以通過紅外傳感器檢測是否有游客進(jìn)入噴水區(qū),如有游客進(jìn)入則調(diào)整輸出,將水壓控制在安全范圍內(nèi),或直接終止噴水,從而實(shí)現(xiàn)噴泉的安全控制。

        關(guān)鍵詞:紅外傳感器;噴泉安全性能;智能控制;PLC

        DOI:10.16640/j.cnki.37-1222/t.2016.23.111

        1 背景

        隨著城市化進(jìn)程的加速,在廣場、小區(qū)、酒店、校園等地方都可以看到各種噴泉。泉水可以隨音樂翩翩起舞,如與園林藝術(shù)結(jié)合起來,觀眾在欣賞美妙音樂、自然美景的同時(shí),又可以享受到噴泉的舞蹈,為生活增添了不少樂趣。但噴泉傷人的事件時(shí)有發(fā)生,2008年六一兒童節(jié)北京植物園音樂噴泉發(fā)生傷人事件,致使小女孩受傷嚴(yán)重[1];2013年 8月1日恩施一名小男孩在州文化中心廣場被噴泉擊傷 [2]。

        噴泉之所以能夠傷人,是由于水柱噴出時(shí)壓強(qiáng)較大,利用式1計(jì)算噴泉底部的壓強(qiáng),式中P是壓強(qiáng),ρ是水的密度,取ρ=1.0×10?kg/m3,h是噴泉高度g為重力加速度,取g=9.8N/kg。

        式1

        當(dāng)噴泉高度為20m時(shí),可計(jì)算出噴泉底部的壓強(qiáng)為P=1.96×105Pa,而人體內(nèi)部氣壓約等于大氣壓約,即1.013×105Pa。所以高度為20m的噴泉底部的壓強(qiáng)超過人體內(nèi)部壓強(qiáng)約0.96Pa,會(huì)對(duì)人體造成嚴(yán)重的傷害。

        噴泉的管理人員為了提高其安全性,多采取圍蔽的措施,如采用綠化帶、警戒線等設(shè)施,或者增加安保人員來組織、管理游客。

        2 噴泉控制系統(tǒng)的硬件組成

        為從技術(shù)層面提高噴泉的安全性,讓觀眾放心的享受這賞心悅目的公共設(shè)施,本文設(shè)計(jì)了一種利用紅外傳感器(Infrared Sensor)的智能噴泉控制系統(tǒng),其布局框圖如圖1所示。在噴水區(qū)的四個(gè)角安裝可以檢測人體信號(hào)的紅外傳感器,當(dāng)有游客由外部穿過紅外感應(yīng)區(qū)進(jìn)入噴水區(qū)時(shí),紅外傳感器即可采集人體的紅外信號(hào),進(jìn)而將采集到的信號(hào)處理后傳送給微處理器,之后處理器按照設(shè)定好的程序運(yùn)行低水壓噴水模式或直接關(guān)閉噴水系統(tǒng)。在實(shí)際應(yīng)用施工時(shí),為增加系統(tǒng)的穩(wěn)定性與可靠性,可以增加傳感器的個(gè)數(shù),尤其是比較大的噴水區(qū),在其周邊每隔一定的距離都要安裝紅外感應(yīng)器(其間的距離不能超過傳感器的工作范圍),以確保紅外信號(hào)正常采集。

        根據(jù)設(shè)計(jì)要求,可畫出該音樂噴泉控制系統(tǒng)的框圖,如圖2所示。系統(tǒng)中采用PLC作為中心控制器,目前,PLC技術(shù)相當(dāng)成熟,應(yīng)用的范圍也越來越廣泛,幾乎滲透到了各行各業(yè),許多噴泉采用PLC作為控制器。PLC的硬件系統(tǒng)由CPU板、輸入接口電路、輸出接口電路、電源及外圍接口等組成。選取PLC型號(hào)之前要根據(jù)實(shí)際要求計(jì)算出I/O點(diǎn)數(shù),以滿足通信與擴(kuò)展模塊的需求,另外需考慮存儲(chǔ)容量與運(yùn)算能力,綜合以上參數(shù),本控制系統(tǒng)采用的控制器為三菱FX2N—48MR。

        由圖2可以看出音樂噴泉控制系統(tǒng)的硬件包括微處理器PLC、音頻采集器、紅外傳感器、變頻器組、揚(yáng)聲器等。

        為實(shí)現(xiàn)噴泉安全性的要求,利用的硬件資源,可以繪制出該控制系統(tǒng)的工作流程圖,如圖3所示。系統(tǒng)啟動(dòng)后,首先檢測紅外傳感器傳來的人體信號(hào),如有采集到人體紅外信號(hào),則將噴水模式調(diào)制低水壓噴水模式,并發(fā)出聲音示警,請(qǐng)游客離開噴水區(qū),低水壓模式運(yùn)行30s后,若在噴水區(qū)仍然可以檢測到有人存在,則終止噴水,若已無游人存在與噴水區(qū)則進(jìn)入正常噴水模式。

        而系統(tǒng)開啟后,若檢測無人體紅外信號(hào)則進(jìn)入正常噴水模式。正常噴水過程包括,采集音樂噴泉的背景音樂,音強(qiáng)分析,經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換后輸入中心控制器PLC,PLC經(jīng)分析后輸出相應(yīng)的控制信號(hào)至變頻器,以便控制水泵噴水。

        3 模擬實(shí)驗(yàn)與結(jié)論

        根據(jù)上述流程,編輯梯

        形圖,連接PLC與變頻器,測量變頻器的輸出,測量值與理論值一致,理論上可以使得噴泉水柱噴出要求的高度。經(jīng)實(shí)驗(yàn)證明,該控制系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)噴泉水柱高度的控制;并能夠通過紅外傳感器檢測是否有游客進(jìn)入噴水區(qū),如有,則將噴水系統(tǒng)調(diào)至低水壓噴水狀態(tài)然后關(guān)閉??梢钥闯鲈摽刂葡到y(tǒng)能夠很好的提高噴泉的安全性。

        參考文獻(xiàn):

        [1]http://hi.blog.sina.com.cn/blog/lawonline/show.php?id=77330[EB/OL].

        [2]http://www.s1979.com/house/20130823/2398851723.shtml[EB/OL].

        [3]華滿香.電氣控制及PLC應(yīng)用[M].人民郵電出版社,2009(05).

        [4]電工新技術(shù)教程[S].廣東省職業(yè)技能鑒定指導(dǎo)中心.

        [5]周昕.基于PLC的中頻感應(yīng)加熱溫度控制系統(tǒng)[J].煤礦機(jī)電, 2015(01).

        作者簡介:宋宗峰(1983-),女,山東臨沂人,講師,研究方向:模糊控制應(yīng)用。

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