基于地铁给排水模拟系统中水位测控系统的设计.pdf

DOI ： 1 0 3 9 6 9 j i s s n 1 0 0 9 - 9 4 9 2 2 0 1 2 0 5 0 0 8 基 于地铁给排水模拟 系统中水位测控 系统的设计 霍红，李文强 ( 中北大学 化工与环境学院， 山西太原0 3 0 0 5 1 ) 摘要 ：地铁 的给排水系统是地铁 系统的核心组成部分之一 ，从一定程度上 决定 了整个地铁系统的安全。但是 ，目前的地铁模拟 给排水系统 ，结构较 为复杂 ，成本较高 。针对这一现状提 出一种地铁 给排水模 拟系统中水位测控系统的设计。该水位测控系统 主要由水位测量模块、键盘模块、显示模块、通讯模块和给排水控制模块组成。实验表明，以A T m e g a 8 单片机为主控芯片，利 用电感式压力传感器实现水位测量，测量范围为0 3 0 c m，精度为 0 1 c m，效应时间小于1 s 。该水位测控系统电路简单、成本 低 ，且性 能稳定 。同时 ，该水 位测控系统也可为其它水位监控系统提供一些平 台，具有实际的参考意义。 关键词：A V R 单片机；水位；测控系统；电压力传感器 中图分类号 ：T P 2 7 3 文献标识码 ：A 文章编号 ：1 0 0 99 4 9 2( 2 o l 2 1 0 50 0 3 1 0 3 A De s i g n o f M e a s u r e me n t a n d Co n t r o l S y s t e m o n W a t e r Le v e l f o r W a t e r S u p p l y a n d Dr a i n a g e S i mu l a t i o n S y s t e m i n S u b wa y HUO Ho n g， LI W e n- qi a n g ( S c h o o l o f C h e mi c a l E n g i n e e r i n g a n d E n v i r o n m e n t ，N o r t h U n i v e r s i t y o f C h i n a ，T a i y u a n 0 3 0 0 5 1 ，C h i n a ) Ab s t r ac t ：T h e s u b wa y wa t e r s u p pl y a n d d r a i n a g e s y s t e m i s t h e c o r e o f t h e s ub wa y s y s t e m o n e c o mp o n e n t I n a c e r t a i n e x t e n t d e t e r mi n e t h e s u b wa y s y s t e m s e c u rit y Ho we v e r ， t h e s u b wa y s i mu l a t i o n wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e s y s t e m ， t h e s t r u c t u r e o f wh i c h i s r e l a t i v e l y c o mp l e x a n d c o s t i s h i g h e r a t pr e s e n t I n v i e w o f t h i s s i t u a t i o n p u t s f o r wa r d a s ub wa y i n wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e s i mu l a t i o n s y s t e m o f wa t e r l e v e l me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s y s t e m d e s i g n I t i s ma d e u p o f t e s t wa t e r l e v e l mo d u l e，k e y mo d u l e，d i s p l a y mo d u l e，c o mmu n i c a t i o n mo d u l e a n d c o n t r o l mo d u l e o n wa t e r s u p p l y a n d d r a i n a g e De s i g n s h o ws t h a t i t u s e s a ki n d o f MCU c a l l e d A Tme g a 8， a n d i n d uc t i v e f o r c e t r a ns d u c e r t o me a s u r e wa t e r l e v e 1 T he me a s u r i n g r a n g e i s f r o m 0 t o 3 0c m，t he me a s u ring a c c u r a c y i sO 1 c ma n d t h e r e s p o n s e t i me i s l e s s t h a n l s I t s c i r c u i t i s s i mp l e，c o s t i s l o w a n d t h e p e rfo r ma n c e i s s t a b l e a n d r e l i a b l e Me a n wh i l e，t h e wa t e r l e v e l me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s y s t e m c a n a l s o p r o v i d e s s o me p l a tfo r m for o t h e r wa t e r mo n i t o rin g s y s t e m ，wi t h p r a c t i c a l s i g n i fic a n c e Ke y wo r d s ：AVR mi c mc 0 n t r 0 l l e r ； wa t e r l e v e l ； me a s u r e me n t a n d c o n t r o l s y s t e m ； p r e s s u r e s e n s o r O引言 城市轨道交通给市 民的出行带来 了非常多的 便 利 ，由于地铁具有快 速 、准时 、安全等 特点 ， 已越来越多地被广大市 民所喜爱 ，为 了更好 地建 设 好地 铁 ，更 好 地管理 维护好 地铁 各种设 备设 施 ，让市 民舒适 、满意 ，是地铁建设者最关 心的 问题 ，也 是为实现运 营需 求最迫切要做 的事情 。 地铁的给排水系统 ，作为地铁系统的核心组成部 分之一 ，从一定程度上决定了整个地铁系统的安 全。地铁给排水系统主要包括：给水系统和排水 系统两大部分 。给水 系统 由生产 、生活给水系统 和水消防系统组成。在满足地铁生产 、生活和消 防对水量 、水质和水压要求 的前提下 ，应尽可能 利用城市供水管网来保证供水n 。排水系统由污 水 系统 、废水 系统和雨水 系统组成。水源主要来 自消 防废水 、结构渗漏废水 、车站冲洗废水 、各 出人 口和风道的雨水，以及卫生间的粪便污水、 盥洗污水等。生活污水经过排水泵提升后排人地 面化粪池 ，通过化粪池处理后排人城市污水管网 系统；废水和雨水经排水泵提升后 ，分别排入城 市污水和雨水管网系统。为了研究地铁的给排水 系统 ，一些科研 院所和高校建立了地铁模拟环境 监控实验室。但据作者查阅的资料分析，目前的 地 铁模 拟给排水 系统 ，结构 较为 复杂 ，成本 较 收稿 日期 ：2 0 1 2 0 2 2 9 圈 其振荡频率为 ： f = 0 5 a t 瓜 ( 3 ) 把 式( 1 )、 式( 2 ) 代 人 式( 3 )， 令 2 盯 C = ， 则 ( 1 T = m ， O R ： n ， ( 一1 ) 。 A r = ，贝 0 有 ： 厂 = m ( 4 ) U 1 A U 1 B i 水位传感器 ； L 一_ j 图4 水位检测电路原理图 由表 1 测试数据可见，当L C电路的输出频率 在水位为0 2 5 c m、2 5 3 0 e ra上 ，分段基本上呈 表 1 水位与频率值测试数据 实际水位， 频率值 k H 实际 水位 频率值 k H CI I 1 测点 测点 0 2 6 4 2 6 4 2 6 4 1 7 2 3 2 2 3 1 2 3 1 l 2 6 -2 2 6 2 2 6 1 l 8 2 3 0 2 2 9 2 2 9 2 2 5 9 2 6 0 2 6 O 1 9 2 2 8 2 2 8 2 2 8 3 2 5 7 2 5 7 2 5 7 2 O 2 2 7 2 2 6 2 2 6 4 2 5 5 2 5 5 2 5 5 2 1 2 2 5 2 2 4 2 2 4 5 2 5 3 2 5 l3 2 5 -4 2 2 2 2 - 3 2 2 3 2 2 3 6 2 5 2 2 5 1 2 5 _2 2 3 2 2 2 2 2 I 2 21 7 2 5 O 2 4 9 2 5 0 2 4 2 2 O 2 2 O 2 2 0 8 2 4 8 2 4 7 2 4 8 2 5 2 l ，9 2 l 9 2 1 9 9 2 4 6 2 4 6 2 4 6 2 6 2 1 7 2 1 7 2 1 7 l 0 2 4 4 2 4 3 2 4 4 2 7 2 1 6 2 1 6 2 1 6 l 1 2 4 2 2 4 2 2 4 2 2 8 2 1 5 2 1 5 2 1 5 1 2 2 4 O 2 3 9 2 4 0 2 9 2 1 4 2 1 4 2 1 4 1 3 2 3 8 2 3 2 3 8 3 O 2 1 3 2 1 3 2 l 3 l 4 2 3 7 2 3 6 2 3 6 3 1 2 1 2 2 1 2 2 1 2 1 5 2 3 5 2 3 4 2 3 4 3 2 2 1 1 2 1 1 2 1 1 1 6 2 3 l 3 2 3 2 2 3 1 3 3 2 1 1 2 1 1 2 1 1 线性变化。同时可见由电感式压力传感器组成的 L c振 荡 电路 ，具 有较强 的抗 干扰能力 、结构 灵 巧 、简单易于制造 ， ” 。另外 ，通过单片机测频 时 ，若采用 1 6 位定时计数器 ，系统时钟 6 4 分频的 计数频率，则计数可表示为： 1 ( 3 6 8 6 41 0 1 6 4 2 x 6 5 5 3 6 = NT N一2 2 7 6 f f 5 ) 4结论 本设计以 A T ME L 公 司生产的低功耗 C MO S 型 8 位单 片机 A T m e g a 8为主控 芯片 ，利用电感式 压 力传感器组成的L C 谐振电路实现水位测量，通过 键盘设置水位上下线 ，通过 L E D数码显示水位 ， 通过串口实现上下位机间的数据交换，通过给排 水控制模块控制水位 ，测量范围为0 3 0 e ra，精 度为 0 1 c m，效应时间小于 l s 。本 水位测控系统 电路简单 、成本低 ，且性能稳定 。另外本水位测 控系统也可为其 它水位监控 系统提供 一些平 台 ， 具有一定的参考意义。 参考文献 ： 1 冒宏军 污水提升装置应用于地铁排水设计的研究 J 浙江建筑，2 0 1 0 ，2 7( 1 2 ) ：5 1 5 3 2 陈再清 现代高层商住楼给排水系统设计的分析与应 用 J 广东建材，2 0 0 9( 1 2 ) ：8 6 8 9 3 马潮 A V R单片机嵌入式 系统原理与应用 M 北 京 ：北京航 空航天大 学出版社 ，2 0 0 7 4 曲立东 城市轨道交通环境与设备监控 系统设计与应 用 M 北京：电子工业出版社，2 0 0 8 5 张进高，卢琴芬，y ff , 0 ，等 基于S V P V c M的直线电机 地 铁 的驱 动 控 制 J 机 电工 程 ，2 0 1 1 ( 1 0 ) ： 1 2 6 0 - 1 2 6 3 6 孙宝鑫 关于地铁环控 系统节能的探讨 J 中国集 体经济 ，2 0 0 9 ( 0 7 ) ：5 - 8 7 王幸之 ，王雷，钟爱琴 单片机应用系统电磁干扰与 抗 干扰技 术 北京 ：北京航 空航 天 大学 出版社 ， 2 0 0 6 2 8 邓海龙 传感器与检测技术 M 北京：中国纺织出 版社 ，2 0 0 8 9 胡鸣镝 建筑工程给排水C A D辅助设计与绘图系统的 开发及应用研究 D 武汉：武汉理工大学，2 0 0 4 1 0 王沫楠 ，康维新 单片机原理及应用 M 北京 ： 中国计量出版社，2 0 0 7 1 1 雷思孝 ，冯育 长 单 片机 系统设计及 工程 应 用 M 西安：西安电子科技大学出版社，2 0 0 5 第一作者简介：霍红 ，女 ，1 9 6 8 年生 ，安徽萧县人，硕 士，高级实验师。研究领域：化工机械与控制技术。已发 表论文 1 0 篇。 ( 编辑： 阮毅)