现场总线式漏水检测智能传感器的研制

作者简介：
陈　刚,1993年毕业于齐齐哈尔轻工学院机电系,1993年至1997年任机械工业部哈尔滨电工仪表研究所助理工程师,1997年进入哈尔滨工业大学计电学院自动化测试与试制系攻读硕士学位。

　　摘　要　提出一种现场总线式的漏水检测智能传感器，能够可靠地发现漏水警情，并及时地将发生警情的地址发送出去，若干个智能传感器可构成漏水报警监控系统，实现对大范围区域的监控。
　　关键词　漏水报警　现场总线　智能传感器

0　前　言
　　对火灾、有害气体和水的泄漏的监控对国民经济有着十分重大的意义。火灾和有害气体泄漏的报警监控在国内已有不少成果，而对水泄漏的监控却基本属于空白［1］。在美国漏水报警系统的应用已有20多年的历史，如同烟雾报警系统一样已广泛应用在造纸、纺织、粮食储藏、图书馆、计算机房、办公楼、实验室、医院、电子、化工企业、商店等领域。尤其在北方地区，冬季漫长，供暖时间长，暖气水压高，时常由于漏水而造成重大损失，因而应用前景尤为广阔。但以往的漏水报警传感器多为独立式，不能有效的控制警情，在构成系统时也仅为传统的DCS体系，需要大量的电缆和独立电源［2］。
　　本文设计一种现场总线式的漏水报警智能传感器，将智能化功能结合到传感器中，能够可靠地发现漏水警情，并通过总线接口将自身地址以纯数字信号发送出去，具有很强的抗干扰能力［3］。如有必要，可直接完成对电磁阀的控制，在最短的时间内控制住水的泄漏。总线长度可达到千米以上，若干个传感器串接即可监控较大范围，节省了大量的导线。同时，传感器和总线接口工作时的电源，也由总线上取得，节省了大量的独立电源。

1　电路设计
　　智能传感器主要由水感知电路和数据发送电路两部分组成：两者紧密结合，完成对漏水的智能化监控。电路设计如图1所示。

图1　智能漏水报警传感器电路图

1.1　水感知电路
　　据试验测定，水的电阻在30～600 kΩ之间，感知电路核心部分采用一片LM311电压比较器芯片，R11（10 kΩ），R10（300 kΩ）、R12、R14（均为200 kΩ），R13（400 kΩ），C5（1　μF），构成外围电路。当探头1与探头2之间无水时，由于R10＜R13，2脚电平高于3脚电平，此时7脚输出为高电平。当探头之间有水时，相当于在R13两端并入一个30～600 kΩ的电阻，由于R10＞R并，2脚电平低于3脚电平，7脚输出翻为低电平。这样，根据LM311芯片7脚电平的高低，即可判断探头之间是否有水。
1.2　数据发送电路
　　在智能传感器中，采用了一片PIC12C508单片机，它是数据发送的控制者，也是传感器智能化的核心。美国Mirochip公司的PIC12C508单片机是目前功耗最低、体积最小（8脚）的单片机之一［4］，可方便地嵌入各种仪表、传感器中，实现其智能化。
　　D1～D4（IN4003）构成整流桥，以实现无极性连接，T1为三端稳压管78L05，与R1（200 kΩ），C1（22 μF），C2（10 nF）,构成5 V直流电源电路，为整个传感器供电。总线上的控制信号经C3(10 nF)，R6（200 kΩ）耦合到三极管T3（C9014）经T3整形后送入PIC12C508的5脚。R7（10 kΩ）、R8（300 kΩ）、R9（4.7 kΩ）为T3的偏置电阻，C4(47 pF)为滤波电容，去除信号中的高频干扰。
　　单片机由7脚发出的TTL信号，经由T2（C9014）向总线上的50 Ω终端负载发送20 mA的电流脉冲，在总线上形成0.7～1.0 Vpp的信号波形。该电流大小可由R4（50 Ω）和R5（330 kΩ）调整，R3（1 kΩ）为限流电阻。
　　单片机监视着6脚电平的变化。当电平发生变化时，单片机进行三次重复检查，以防止误报。确认有警情后，即向总线上发送自己的地址码，并报告警情，同时关闭相应的电磁阀，将泄漏控制住。
　　当通讯波特率定为9 600 bit/s时，单片机每 104 μs发送或接收一位数据。因此当信息中含8位地址和8位命令及一位起始位和一位停止位共18位数据时，系统响应时间少于8 ms。

2　结　论
　　本智能漏水报警传感器结构简单，可靠性高，成本低，现已用于现场总线式漏水报警监控系统中，效果良好。

参考文献
1　朱才来. Fieldbus在乙腈污水处理装置上应用.化工自动化表,1998,25(1):15～18
2高景平. 现场总线控制系统的特点及应用.仪表技术与传感器,1997,(12):13～14
3　周云波. 现场总线智能变送器的研制.PAI,1997,18(9):8～12
5　王殊.利用PIC12系列单片机实现火灾探测系统总线.微计算机应用,1998,19(2)：109～110