乙二醇檢測系統底層系統設計

曾 力，黃 劼，楊 艷

（四川大學制造學院，四川 成都 610065）

0 引 言

乙二醇是一種化學性質穩定的液體，要直接進行檢測，手段比較復雜，費用較高，目前市面上的傳感器均難以滿足檢測需求，在無人值守的現場實現起來比較困難。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，可以采用檢測乙二醇周圍空氣的溫度和濕度的辦法進行檢測，測量值通過GSM MODEM實現傳輸[1-2]。這種方式免去了鋪設大量通信電纜的工序，成本低廉，穩定性好，可節約大量人力物力資源。

1 硬件設計

1.1 硬件選擇

系統控制器采用STC12C5410AD型單片機，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過標定的數字信號，通過I2C總線與單片機實現通信。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 檢測裝置設計

通常在管道的連接處發生泄露的幾率大于管道其他部位，因此液位傳感器應該安裝在此處。如圖1所示，檢測容器與管道的連接處通過漏斗相連，一旦發生泄露，乙二醇通過漏斗進入容器內。檢測容器應該盡量做到密封，防止其他液體進入容器影響測量。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。系統上電之后，首先進行系統初始化，之后系統處于等待狀態，此時可以發送檢測命令或者休眠命令。如果發送檢測命令，系統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把測量值發送至操作員處[3-4]。如果發送休眠指令，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，系統進入休眠。

圖1 檢測裝置設計

1.3 硬件電路構成

如圖2所示，系統采用24V電池供電。24V電壓通過LM2576穩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電壓檢測芯片進行檢測，以獲取當前電池電壓信息。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送出去。液位傳感器輸出4～20mA模擬量，送入單片機經過A/D轉換得到8位數字量，溫濕度傳感器直接輸出經過標定的8位數字信號至單片機。液位值和溫濕度值通過GSM MODEM發送出去，實現數據交互。這里LM2576芯片是穩壓芯片，通過控制其使能端來使其停止工作，從而實現對后續電路的通斷電操作，以達到節能的目的[5-6]。

2 軟件設計

2.1 主程序設計

主程序結構圖如圖3所示，上電之后，系統進行初始化，之后程序進入主循環。控制器在主循環程序中等待接收GSM MODEM傳來的數據，判斷是否有新指令到。沒有新指令，返回繼續等待接收；有新指令則分析指令內容，并根據內容作進一步處理。

主循環程序對判斷GSM MODEM返回值進行判斷，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，此時調用讀取指令，讀取并保存GSM MODEM中的內容，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容和發送端電話號碼，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成功發送短信息，程序返回[7]。

圖2 系統硬件電路

圖3 主程序結構圖

2.2 中斷程序設計

在乙二醇輸送過程中，如果采用GSM MODEM連續發送測量值的方式，不光提高了通信費用，增加電池耗電量，而且對于乙二醇發生泄露這種偶然情況并不適用，只需要間隔一定的時間發送一次測量值便可知道現場的情況，即設定一個檢測周期，當設定的周期時間到，系統才會發送檢測值。另外，由于系統是電池供電，從節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，使系統處于休眠狀態。待休眠一段時間之后系統蘇醒，開機4min檢測是否收到控制命令，如果沒有則重新進入休眠狀態，此時單片機必須保持供電，以便休眠結束能夠喚醒斷電的傳感器和芯片。同樣，當系統處于檢測狀態時，使GSM MODEM和液位傳感器斷電，當檢測周期時間到時，給GSM MODEM通電，發送測量值。因此，系統的程序需要實現GSM MODEM斷電和通電，設定定時周期和休眠周期等功能。

假設中斷時間為60ms，單片機每間隔60ms執行中斷程序一次。為了達到需要的定時周期，可以通過設定循環變量的辦法實現。例如設定LOOPL、LOOPH作為2個循環變量，可實現一基本定時單位，然后設定另一循環變量TIME，TIME為基本定時單位的倍數。如果不能滿足定時長度，可適當增加循環變量。

需要注意的是，GSM MODEM收發數據時存在垃圾短信干擾的問題。為了解決這一問題，設定一個特殊格式來發送數據。例如，采用SCZZXXXX55的格式，其中SCZZ和55是數據傳輸的固定格式，XXXX為有效數據，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，程序進入中斷執行程序，首先判斷定時時間單位是否到，其次判斷要求實現的定時時間是否到。如果定時時間到，下一步接下來就判斷系統的當前狀態，設定一變量SYSSTOP來表示系統工作狀態，如果為0則表示系統工作，為1表示系統停止工作。

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

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

圖4 中斷流程圖

3 結束語

本系統實現了乙二醇傳輸過程中的無人值守檢測，經濟適用，性能穩定，且采用無線傳輸的方式，適合數據的遠距離傳輸。目前實驗室調試階段已經成功，對于類似的具有穩定化學性質的液體和氣體檢測具有廣泛的適用性。

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[7]楊建華，劉皓，劉文琦.基于GSM/SMS的分布式測控系統的通訊實現[J].控制工程，2005（1）：33-58.

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