乙二醇检测系统底层系统设计

2012-10-25曾力，黄劼，杨艳

中国测试 2012年2期

曾力，黄劼，杨艳

（四川大学制造学院，四川成都 610065）

0 引言

乙二醇是一种化学性质稳定的液体，要直接进行检测，手段比较复杂，费用较高，目前市面上的传感器均难以满足检测需求，在无人值守的现场实现起来比较困难。因此，采用测量乙二醇液位的办法，同时针对乙二醇吸收水分和对温度有影响的性质，可以采用检测乙二醇周围空气的温度和湿度的办法进行检测，测量值通过GSM MODEM实现传输[1-2]。这种方式免去了铺设大量通信电缆的工序，成本低廉，稳定性好，可节约大量人力物力资源。

1 硬件设计

1.1 硬件选择

系统控制器采用STC12C5410AD型单片机，该型号带有8路10位精度的ADC。

温湿度的测量采用SHT71型传感器，该型号传感器输出经过标定的数字信号，通过I2C总线与单片机实现通信。液位传感器采用LMP633系列缆式静压传感器，测量范围是0～1 m，供电电压12.5～36 V，输出信号4～20mA。

1.2 检测装置设计

通常在管道的连接处发生泄露的几率大于管道其他部位，因此液位传感器应该安装在此处。如图1所示，检测容器与管道的连接处通过漏斗相连，一旦发生泄露，乙二醇通过漏斗进入容器内。检测容器应该尽量做到密封，防止其他液体进入容器影响测量。液位传感器安装在检测容器底部，温湿度传感器、GSM MODEM、信号处理电路安装在检测容器壁上。系统上电之后，首先进行系统初始化，之后系统处于等待状态，此时可以发送检测命令或者休眠命令。如果发送检测命令，系统把液位传感器和温湿度传感器测量值通过GSM MODEM送至控制器，处理完成之后，通过GSM MODEM把测量值发送至操作员处[3-4]。如果发送休眠指令，GSM MODEM、液位传感器和温湿度传感器断电，只有控制器处于通电状态，系统进入休眠。

图1 检测装置设计

1.3 硬件电路构成

如图2所示，系统采用24V电池供电。24V电压通过LM2576稳压芯片降压之后可获得9，12，5 V电压，分别给GSM MODEM、液位传感器、单片机及其外围器件供电。同时，24，9，12，5V电压分别送入CN1185电压检测芯片进行检测，以获取当前电池电压信息。电池电压低于19 V时，太阳能充电器自动给电池充电，同时GSM MODEM把将电压过低信息发送出去。液位传感器输出4～20mA模拟量，送入单片机经过A/D转换得到8位数字量，温湿度传感器直接输出经过标定的8位数字信号至单片机。液位值和温湿度值通过GSM MODEM发送出去，实现数据交互。这里LM2576芯片是稳压芯片，通过控制其使能端来使其停止工作，从而实现对后续电路的通断电操作，以达到节能的目的[5-6]。

2 软件设计

2.1 主程序设计

主程序结构图如图3所示，上电之后，系统进行初始化，之后程序进入主循环。控制器在主循环程序中等待接收GSM MODEM传来的数据，判断是否有新指令到。没有新指令，返回继续等待接收；有新指令则分析指令内容，并根据内容作进一步处理。

主循环程序对判断GSM MODEM返回值进行判断，不同的返回值代表的含义如下：返回值是ERROR，代表GSM MODEM接收指令出错，程序返回，ERROR丢弃；返回值是 CMTI，代表 GSM MODEM接收到新的短信息等待读取，此时调用读取指令，读取并保存GSM MODEM中的内容，同时判断该指令是否为控制命令，是控制命令则提取命令内容和发送端电话号码，完成后删除本条信息，不是控制命令，作为干扰短信处理，删除信息；返回值是CMGR，代表GSM MODEM成功读取一条短信息，程序返回；返回值是CMGS，代表GSM MODEM成功发送短信息，程序返回[7]。

图2 系统硬件电路

图3 主程序结构图

2.2 中断程序设计

在乙二醇输送过程中，如果采用GSM MODEM连续发送测量值的方式，不光提高了通信费用，增加电池耗电量，而且对于乙二醇发生泄露这种偶然情况并不适用，只需要间隔一定的时间发送一次测量值便可知道现场的情况，即设定一个检测周期，当设定的周期时间到，系统才会发送检测值。另外，由于系统是电池供电，从节约电池耗电量方面考虑，在没有输送乙二醇时，可使GSM MODEM、液位传感器、温湿度传感器和其他一些芯片断电，使系统处于休眠状态。待休眠一段时间之后系统苏醒，开机4min检测是否收到控制命令，如果没有则重新进入休眠状态，此时单片机必须保持供电，以便休眠结束能够唤醒断电的传感器和芯片。同样，当系统处于检测状态时，使GSM MODEM和液位传感器断电，当检测周期时间到时，给GSM MODEM通电，发送测量值。因此，系统的程序需要实现GSM MODEM断电和通电，设定定时周期和休眠周期等功能。

假设中断时间为60ms，单片机每间隔60ms执行中断程序一次。为了达到需要的定时周期，可以通过设定循环变量的办法实现。例如设定LOOPL、LOOPH作为2个循环变量，可实现一基本定时单位，然后设定另一循环变量TIME，TIME为基本定时单位的倍数。如果不能满足定时长度，可适当增加循环变量。

需要注意的是，GSM MODEM收发数据时存在垃圾短信干扰的问题。为了解决这一问题，设定一个特殊格式来发送数据。例如，采用SCZZXXXX55的格式，其中SCZZ和55是数据传输的固定格式，XXXX为有效数据，任何非此格式的短信皆作干扰短信处理，通过程序直接丢弃。

图4所示为中断程序流程图，60 ms定时时间到，程序进入中断执行程序，首先判断定时时间单位是否到，其次判断要求实现的定时时间是否到。如果定时时间到，下一步接下来就判断系统的当前状态，设定一变量SYSSTOP来表示系统工作状态，如果为0则表示系统工作，为1表示系统停止工作。

SYSSTOP为1时，系统处于休眠状态，根据前面可以知道，此时GSM MODEM有通电和未通电两种状态，因此接下来判断GSM MODEM是否通电。没有通电，表示系统的休眠周期结束，接下来需要给GSM MODEM上电，开机4 min判断是否有新的控制命令到。如果GSM MODEM处于通电状态，表示4 min开机时间到，GSM MODEM断电，系统重新进入休眠状态。

SYSSTOP为0时，系统处于工作状态，同样需要判断GSM MODEM是否通电，设定CATSTA表示GSM MODEM状态，为1表示通电，为0则表示断电。CATSTA为1时，表示GSM MODEM已发送检测数据至操作员处，GSM MODEM和传感器断电；CATSTA为0时，表示检测周期时间到，应该给GSM MODEM和传感器上电、采集和发送数据。但GSM MODEM上电之后，在发送数据之前应该设定一段延时时间，使其完成自检和初始化[8]。