作者/代清,北京林業大學理學院
泥沙在引水渠系中的淤積會導致引水流量不足,供水效益降低,并耗費大量清淤的人力和物力。在平原河道中累積性的泥沙淤積會抬高洪水位,降低河道宣泄洪水的能力,增加洪水的災害和損失[1]。在水土保持和環境污染問題中,懸移質泥沙含量也有很大的影響。大量的懸移質和推移質泥沙,是美國一個最為重大的污染問題,這樣不但大量的土壤流失影響到當地的生產,而且泥沙顆粒所吸附的電離物質在很長時間后還能釋放在河道中,這就會破壞水生植物的生態環境[2]。林地是懸移質泥沙的主要非點源污染源之一。
由于STM32屬于高性能的單片機,并且其內部具有豐富的資源,故采用STM32單片機作為本系統主控制芯片。系統框圖如圖1所示。
圖1 系統框圖
單點稱重壓力傳感器,實驗方案采用浮力法時可選用稱重壓力傳感器。壓力傳感器由鋁合金制成,精度高,量程范圍大0~2kg。其測量數據可以通過I/O端口傳輸到任意終端,如CP或單片機最小系統。
浮力法測量泥沙含量。將物塊浸入清水中得到此時的拉力示數,再將物塊浸入不同泥沙含量的泥水中,得到一系列拉力示數,通過公式推導可以得到對應的河水泥沙含量[3]:
公式中m為物塊在空氣中的傳感器示數,F1為清水中的示數,F2為在不同泥沙含量的泥水中的示數。公式2左側為泥沙含量,單位g/L,d為常數,表示泥沙比重。
在硬件方面,單片機泥與外設連接的端口需要設計隔離電路實現抗干擾效果,未使用的單片機I/O管腳設置為輸入模式并接地。其中,隔離電路采用光耦繼電器電路,外設信號傳入信號首先經過光耦和三極管,觸發繼電器開關,從而將數據傳入單片機I/O口,從而實現隔離效果。如圖2所示。
圖2 光耦隔離電路
本軟件系統名稱為懸移質泥沙自動監測系統,為嵌入式系統軟件,可以用于STM32等單片機最小系統,具有高度的兼容性。懸移質泥沙自動檢測系統主要用于野外實時監測水土情況。實現河水懸移質泥沙從采樣、稱量到數據傳輸的過程。本款軟件的創新特色在于融合了小信號放大電路作為校正電路,實現了設備測量時的整體校準。融合了ADS1256數模轉換模塊,實現數字量到模擬量的精確轉換,最終顯示在液晶屏幕上呈現給用戶。
設計主程序實現以下功能:系統初始化,包括初始化單片機定時器、寄存器、內存等;啟動水泵、電磁閥、水位計;液晶屏初始化;數據儲存與繪圖;數據顯示。具體流程圖如圖3所示。
圖3 系統流程圖
系統工作于循環模式,循環周期25s。主程序初始化內容主要有單片機定時器初始化、觸摸液晶屏顯示初始化以及液晶屏顯示模式設置等。初始化結束后,進行各個參量數據采集、處理和顯示。接著進行AD數據轉換,輸出4~20mA傳輸電流。最后進行數據校準和圖像繪制,將最終結果顯示在液晶屏上。
濕度采集子程序以單片機STM32為控制核心,由ADC0832、電位器、電阻等組成。通過軟件設置達到具體動作實現。濕度通過單片機的I/O口把檢測到的周圍環境濕度值用LCD液晶顯示屏顯示出來。
數據存儲子程序的實現如下:先向FLASH閃存芯片中寫入當前時間,然后寫入一分鐘內濕度采集程序得出的溫度、濕度、水位參數。當檢測到有鍵盤輸入時,按照鍵碼跳轉到查詢程序,由鍵盤輸入準確的月、日、時、分后,顯示此時刻的歷史數據。
顯示程序的流程為初始化,指針指向首地址,寫入數據,清屏。初始化過程中,觸摸液晶顯示屏上會顯示“抽水”,“停止”和“排水”三個按鈕,來控制水泵的啟停和電磁閥的開關。通過在顯示初始化子程序中首先要進行功能設定,關閉顯示指令,清屏,再開啟顯示指令,最終將時間、測量數據和歷史數據圖像顯示在液晶屏上。
數據傳輸子程序的流程大致如下:首先發送讀狀態指令,使能有效,進行忙判斷。接著發送數據指令,使能信號打開,最終關閉使能信號,完成一次數據傳輸。
經過三個月的野外懸移質泥沙監測儀的試用,綜合結果證明監測儀可以實現自動讀取環境參數,進行環境監測、預警。通過GPRS信號進行遠程傳輸,可在客戶終端獲取實時數據。
* [1]陳利華.未破壞林地懸移質泥沙產生的潛力[J].水土保持科技情報,1983,04∶30—32.
* [2]張尚權,吳衛,盧春生,鄭發科.AYX2—1型調壓式懸移質采樣器的設計與開發[J].水文水資源,2008,08∶8—10.
* [3]張瑞瑾. 河流泥沙動力學[M] .武漢水利電力大學:中國水利水電出版社,2002:76—79.
Vishay擴充其 ENYCAP電力雙層儲能電容器的容值范圍和外形尺寸
Vishay宣布,擴展其用于能量采集、備用電源和UPS電源的220 EDLC ENYCAP系列電力雙層儲能電容器。Vishay BCcomponents器件具有功率和儲能版本,穩定性好,容值范圍寬,有16mm x 20mm到18mm x 40mm的8種小外形尺寸。此次發布的極化儲能電容器可用于工業、通信和PC市場,功率密度達4.1Wh/kg,容值從15F到60F,+65℃下的額定電壓為2.7V。220 EDLC ENYCAP系列器件的內阻非常低,能夠快速充電和放電。這些通孔電容器有長引線,符合RoHS。