橋洞積水水位警報器

趙耕新 李勇杰 羅康 歐俊臣 張朝民

摘要：為了讓行人了解橋洞積水的深度，本文設(shè)計了一個報警器，報警器包括五個模塊：電源模塊、傳感器、放大電路、信號比較模塊、報警模塊，利用放大電路和比較電路將傳感器的輸出信號經(jīng)過放大電路后進(jìn)入比較電路進(jìn)行信號比較，利用液位變送器實(shí)現(xiàn)了報警功能。該警報器可以在積水水深到達(dá)一定深度時發(fā)出警報，從而讓行人意識到危險。

關(guān)鍵詞：液位變送器 比較電路 壓力傳感器

中圖分類號：TM763 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）07-0170-01

1 引言

當(dāng)前，許多城市的橋洞、隧道在遇到大雨時由于地勢低，排水系統(tǒng)堵塞或水流太大來不及排水就會產(chǎn)生嚴(yán)重的積水，積水的深度到一定程度時會造成通行車輛的熄火和損壞，甚至?xí)粘绍嚉送觯?014年11月成都龍泉驛隧道積水致一小車熄火 車內(nèi)兩人被困；2012年7月北京一高速嚴(yán)重積水路段車被淹，造成3人遇難。造成事故的主要原因是開車司機(jī)通過橋洞時不知道隧道內(nèi)積水深度，誤以為車輛通過沒有問題。如果在隧道外有一個水深報警裝置，對積水達(dá)到一定的深度進(jìn)行報警則可避免許多意外的災(zāi)難。

2 設(shè)計方案

投入式靜壓液位變送器是基于所測液體靜壓與該液體高度成正比的原理，采用擴(kuò)散硅的壓阻效應(yīng)，將靜壓轉(zhuǎn)成電信號。設(shè)計一個放大電路將傳感器收集的信號進(jìn)行放大，然后模擬轉(zhuǎn)化，實(shí)現(xiàn)信號傳輸，最后連接報警電路實(shí)現(xiàn)自動報警。

報警器分為五個模塊：（1）電源模塊。（2）傳感器。（3）放大電路。 （4）信號比較模塊。（5）報警模塊。傳感器采用擴(kuò)散硅壓阻式壓力傳感器，放大電路輸出電壓值故信號比較模塊采用了雙限電壓比較電路。報警電路采用繼電器與蜂鳴器實(shí)現(xiàn)，功能流程如圖1下所示。

2.1 根據(jù)傳感器的特性設(shè)計需要的放大電路（如圖2所示）

2.2 報警原理

采用LM393專用比較器芯片的集成電路，對兩個輸入電壓進(jìn)行比較，并根據(jù)比較結(jié)果輸出高電平或低電平電壓，據(jù)此來判斷輸入信號的大小和極性。根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求，設(shè)定閾值電壓在大于設(shè)定的電壓的時候電路報警（使用蜂鳴器）。利用繼電器具有開關(guān)的作用，電路在高電平時繼電器常開端口閉合，蜂鳴器震動實(shí)現(xiàn)報警。

（1）當(dāng)比較器引腳輸出高電平時，三極管飽和導(dǎo)通，+5V電源加到繼電器線圈兩端，繼電器吸合，繼電器的常開觸電閉合，相當(dāng)于開關(guān)閉合。

（2）當(dāng)比較器的IO引腳輸出低電平時，三極管截止，繼電器線圈兩端沒有電位差，繼電器銜鐵釋放，繼電器的常開觸點(diǎn)釋放，相當(dāng)于開關(guān)斷開。注：在三極管截止的瞬間，由于線圈中的電流不能突變?yōu)榱悖^電器線圈兩端會產(chǎn)生一個較高電壓的感應(yīng)電動勢，線圈產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢則可以通過二極管釋放，從而保護(hù)了三極管免被擊穿，也消除了感應(yīng)電動勢對其他電路的干擾，這就是二極管的保護(hù)作用。

3 結(jié)語

制作了一個水位警報器，該警報器是采用液位變送器作為信號采集，通過放大電路處理采集的信號，再通過信號比較模塊將測量信號與預(yù)設(shè)值進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)電阻的方式來調(diào)節(jié)閾值電壓，進(jìn)而改變不同水位時的報警電壓，該報警器實(shí)現(xiàn)了水深0～1m范圍內(nèi)任意設(shè)定的高度的報警。

參考文獻(xiàn)：

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