1、西黃村自動(dòng)噴淋降塵（防塵）系統(tǒng)施工方案目錄 1 工程概述. 1 2 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng)布置 . 1 2.1 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng) . . 1 2.1.1 水源. 2 2.1.2 泵房 . 2 2.1.3 管道及管道閥門. 4 2.2 給水器布置 . 6 2.2.1 噴頭.6 2.2.2 快速給水閥 . 7 2.3 控制系統(tǒng) . 8 2.3.1 分散式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) . 9 2.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) . 13 3 安裝方法及技術(shù)要求 . 16 3.1 定位放線 . 16 3.2 管溝開(kāi)挖 . 16 3.3 管線敷設(shè) . 17 3.4 噴頭組合 . 18 4 節(jié)能噴淋系統(tǒng)氣象站的設(shè)計(jì) . 20

2、 4.1 土壤水分 . 23 4.1.1 土壤含水量重要指標(biāo) . 24 4.1.2 土壤水勢(shì)可細(xì)分為重力勢(shì)、基模勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì) . 24 4.2 自動(dòng)氣象站的設(shè)計(jì) . 244.2.1 自動(dòng)氣象功能 . 25 4.2.2 自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集性能指標(biāo) . 26 4.2.3 傳感器的選擇及工作原理 . 26 4.3 主要傳感器電路的設(shè)計(jì) . 29 4.3.1 溫度測(cè)量電路 . 29 4.3.2 濕度測(cè)量電路 . 30 4.3.3 氣壓采集測(cè)量 . 32 4.3.4 風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量 .33 4.3.5 雨量信號(hào)采集 . 34 4.4 無(wú)線收發(fā)模塊選擇 . 35 4.4.1 串行通信 . 37 4.4.2 電

3、源設(shè)計(jì) . 39 4.5 印刷電路板設(shè)計(jì). 40 5 效益分析 . 42 1、工程概述本工程項(xiàng)目位于北京市西五環(huán)西黃村地區(qū)，須灑水降塵面積為441167.144，散布在9塊不規(guī)則的拆遷地塊。為了相應(yīng)國(guó)家及北京市防塵治理總體要求，本工程的噴淋系統(tǒng)確保在任何天氣情況下在34個(gè)小時(shí)內(nèi)完成一次整場(chǎng)的澆灌任務(wù)，使現(xiàn)場(chǎng)裸露土地不起塵、不揚(yáng)沙，保證現(xiàn)場(chǎng)土地濕潤(rùn)，土地表面含水率30%左右。本工程的噴淋系統(tǒng)采用全自動(dòng)全覆蓋噴淋系統(tǒng)，是一個(gè)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境的自動(dòng)氣象站（對(duì)多組氣象要素進(jìn)行監(jiān)測(cè)溫度、濕度、土壤濕度、風(fēng)向等），通過(guò)無(wú)線接收模塊把數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)街醒肟刂齐娔X進(jìn)而控制噴頭，即達(dá)到降塵、防塵又節(jié)能節(jié)水的

4、目的。 2、防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng)布置 本工程防塵、降塵的面積較大且分布不集中，這也決定了噴淋系統(tǒng)輸水距離較長(zhǎng)、管徑規(guī)格較多，這在同等面積的建筑給排水工程中也是少見(jiàn)的，所以在某些情況下需要考慮分區(qū)給水或增設(shè)加壓泵站，這又與高層建筑的給水類似，現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng)一般要求將全場(chǎng)均勻覆蓋其中噴頭的布置類似于建筑給排水中的消防噴頭的布置，為保證安全供水，現(xiàn)場(chǎng)的給水主管道通常設(shè)計(jì)成縱深排列管網(wǎng)，其管徑確定的過(guò)程又與市政管網(wǎng)的計(jì)算比較接近。 2.1 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng) 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋系統(tǒng)流程如圖2-1所示： 2.1.1 水源 對(duì)于需防塵、降塵的現(xiàn)場(chǎng)必須要有可靠的水量保證，能作噴淋水源的有：人工湖、池塘、

5、附近水庫(kù)、井水、溪流、河水、自來(lái)水或自建蓄水池。也就是地表水和地下水。（一）地表水作為水源時(shí)應(yīng)考慮：1、干旱期是否會(huì)出現(xiàn)斷流。2、枯水期水位及流量。 3、水質(zhì)是否滿足要求，上游是否有潛在污染源。 （二）地下水作為水源時(shí)應(yīng)考慮： 1、水質(zhì)是否滿足要求。 2、當(dāng)?shù)卣蛳嚓P(guān)部門對(duì)開(kāi)采地下水是否有法律法規(guī)限制。 當(dāng)一處防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)有較多水源可供選擇時(shí)，應(yīng)從長(zhǎng)遠(yuǎn)處著眼，了解相關(guān)信息，為現(xiàn)場(chǎng)提供一個(gè)真正可持續(xù)發(fā)展的水源。 2.1.2泵房 泵房占地面積通常較小，水泵多選用立式機(jī)組以節(jié)省空間。泵房通常建在水源充足可持續(xù)利用的地方。泵房?jī)?nèi)通常設(shè)有水泵、控制柜、過(guò)濾器、逆止閥、水表等設(shè)備，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)遵循泵站設(shè)計(jì)

6、規(guī)范中的相應(yīng)規(guī)定。另外由于現(xiàn)場(chǎng)為拆遷地塊，土質(zhì)差，容易被擾動(dòng)，噴淋系統(tǒng)通常使用的管材均為UPVC管材具有一定的彈性，在管道充水時(shí)會(huì)有一定的膨脹變形加速管材老化，所以為延緩管材老化延長(zhǎng)管道的使用壽命,現(xiàn)管材全部使用SDR11管系的PE管且全線敷鍍鋅保護(hù)管，而且通常會(huì)在泵房?jī)?nèi)設(shè)置一臺(tái)小流量的穩(wěn)壓泵，在主泵不開(kāi)啟時(shí)保持管道內(nèi)的壓力，減少管道膨脹變形的次數(shù)。同時(shí)避免在較小用水量的情況下啟動(dòng)主泵的次數(shù)。 泵站的位置對(duì)整個(gè)噴淋系統(tǒng)的造價(jià)有著直接的影響。泵站的高程決定了水泵的揚(yáng)程，在相同的流量下，較高位置的泵站可能會(huì)選用揚(yáng)程較小的水泵，低處的管路和噴頭處有著過(guò)高的壓力而較高的噴頭除卻沒(méi)有足夠的壓力來(lái)使其正常

7、工作，這點(diǎn)在防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)中體現(xiàn)的尤為明顯。泵房平面位置的確定需要注意為了使整個(gè)系統(tǒng)的工作壓力均衡，降低管道的尺寸規(guī)格，應(yīng)盡量將泵房布置在場(chǎng)地的中心位置。 泵站的壓力設(shè)定范圍為0.4-1.6MPa,管網(wǎng)壓力為.56MPa.當(dāng)流量小于Qmin時(shí),機(jī)組將周期地啟動(dòng)和停止,設(shè)滯后反映時(shí)間為10S,則壓力罐容積為V：2.1.3 管道及管道閥門 1、主管 主管管徑一般在110mm300mm之間，管徑的計(jì)算關(guān)鍵在于確定整個(gè)管網(wǎng)的工作狀態(tài)。防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)面積大，噴頭數(shù)量多，工作狀態(tài)復(fù)雜多變，因此在確定管徑時(shí)通常按23處最不利點(diǎn)同時(shí)工作考慮；同時(shí)，為滿現(xiàn)場(chǎng)局部的特殊供水要求，還應(yīng)考慮一處最遠(yuǎn)或最高點(diǎn)同時(shí)開(kāi)啟局

8、部的噴頭時(shí)的工作狀態(tài)。結(jié)合以上這兩種情況才能最終確定主管各管段的管徑。 主管在平面布置時(shí)應(yīng)遵循以下原則：(1) 盡量沿施工通道布置以利于日常的檢修和維護(hù)穿越施工通道的地方應(yīng)加鋼套管予以保護(hù)。 (2) 減少轉(zhuǎn)折點(diǎn)，減少不必要的水頭損失。 (3) 主管管道布置時(shí)，應(yīng)盡量縮短長(zhǎng)度，減少工程造價(jià)。 (4) 主管盡可能的布置在平緩地帶，降低施工難度。 (5) 主管盡量避免布置在水邊，以免出現(xiàn)故障時(shí)，增加損失和不必要的工作量。2、支管 支管從主管引出，連接灑水器，一般布置為支狀管網(wǎng)。為確保每條支管上的噴頭壓力均勻，任意兩個(gè)噴水器工作時(shí)的壓力差不得超過(guò)工作壓力的20%。 （一）支管在平面布置時(shí)應(yīng)遵循以下原則

9、 (1) 直線布置，便于管溝開(kāi)挖和運(yùn)營(yíng)中的檢修。 (2) 簡(jiǎn)化支路，減少管溝開(kāi)挖量，降低造價(jià)。 (3) 盡可能將不同功能的噴頭分開(kāi)在不同的支路里，方便管理操作。 3、支管保溫管道保溫的材料為巖棉材料。其中DN100管道應(yīng)采用保溫厚度為40MM材料，DN80-DN32之間的管道應(yīng)采用保溫厚度為35MM的材料，DN32-DN15之間的管道應(yīng)采用的保溫厚度為30MM。管道及設(shè)備的保溫應(yīng)在防腐及水壓試驗(yàn)合格后方可進(jìn)行，如需先做保溫層，應(yīng)將管道的接口及焊縫處留出，待水壓試驗(yàn)合格后再將接口處保溫。其操作方法一般由兩人配合，一人將管殼縫剖開(kāi)對(duì)包在管上，兩手用力擠住，另外一人纏裹保護(hù)殼，纏裹時(shí)用力要均勻，壓茬

10、要平整，粗細(xì)要一致，封口要嚴(yán)密。若采用不封邊的玻璃絲布作保護(hù)殼時(shí)，要將毛邊摺疊，不得外露。根據(jù)設(shè)計(jì)要求對(duì)所有的管道保溫層外標(biāo)識(shí)色環(huán)、水流指示，以區(qū)分管道內(nèi)流動(dòng)介質(zhì)、種類和水流方向。4、閥 （一）主管檢修閥 使發(fā)生事故的地點(diǎn)完全斷水以保證維修工作的進(jìn)行，而其它各處不受事故影響或少受其影響，減少事故對(duì)系統(tǒng)整體正常工作的影響。主管檢修閥應(yīng)設(shè)于：管道交叉處。管徑變化處，此處也可不設(shè)。 施工通道的側(cè)向上游處。 （二）支管檢修閥 應(yīng)設(shè)于任意支管與主管連接處。當(dāng)支管或噴頭出現(xiàn)事故時(shí)，使用支管檢修閥將事故管段與系統(tǒng)隔離開(kāi)，避免影響其它管段的工作。 （三）進(jìn)排氣閥 設(shè)于管路中較高的位置，作用主要是避免管路積氣，

11、影響管路過(guò)水能力。進(jìn)排氣閥與主管連接處應(yīng)設(shè)置閥門，以適應(yīng)冬季不同的泄水方式。進(jìn)排氣閥也可設(shè)于管路末端。 （四）泄水閥 設(shè)于管路中較低處，通向人工湖或指定的泄水地點(diǎn)。泄水閥主要用來(lái)排除主管內(nèi)的余水，支管和噴頭內(nèi)殘留的水應(yīng)在冬季上凍前用空氣壓縮機(jī)吹出。 2.2 給水器布置 2.2.1 噴頭 為防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)提供均勻一致的澆水強(qiáng)度。通常采用正三角形來(lái)取得最大程度的均勻度。但完美的正三角形不是萬(wàn)能的，在某些特殊的位置，變形的三角形和變形的正方形可更適合場(chǎng)地的不規(guī)則形狀。盡量避免使用四邊形以上的多邊形。噴頭設(shè)計(jì)間距一般為噴頭的工作射程，三角形布置時(shí)最大間距不得超過(guò)射程的1.6倍，正方形布置時(shí)不得超過(guò)1.

12、4倍。 1、噴頭的分類：（一）按品牌分：目前市場(chǎng)占主導(dǎo)地位的是TORO和RAIN BIRD（美國(guó)雨鳥(niǎo)）兩種，兩種品牌噴頭各有特點(diǎn)具體參數(shù)參見(jiàn)TORO產(chǎn)品目錄和RAIN BIRD產(chǎn)品目錄。 （二）按噴灑方式分為可調(diào)角度噴頭和全圓噴頭。 （三）按安裝位置分為地埋式噴頭和地上式噴頭。 （四）按壓力分為低壓噴頭，壓力小于0.3MPa,中壓噴頭，壓力為0.30.5MPa, 高壓噴頭，壓力大于0.5MPa。2、噴頭的選擇：噴頭在選擇上應(yīng)注意工作壓力和流量，避免選擇壓力過(guò)大，流量過(guò)大的，這都會(huì)使系統(tǒng)建造費(fèi)用增加。通常情況下，使用中壓噴頭，噴頭壓力過(guò)高會(huì)導(dǎo)致泵站壓力需求升高，也可能導(dǎo)致噴淋系統(tǒng)管路要求壓力等級(jí)

13、升高。造成整體費(fèi)用增加。在同等壓力條件下，流量大的噴頭，則要求水泵流量需求大，則水泵造價(jià)增高。 3、噴頭的布置方式 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴頭有單行交叉布置、三角帶狀布置、四方環(huán)形布置三種形式，每種方式都有可能使用，而且每種方式都有一定的適用條件和優(yōu)缺點(diǎn)。2.2.2 快速給水閥 快速給水閥覆蓋面積較大，用于噴淋噴頭不能覆蓋的區(qū)域或噴頭噴淋水量不足的區(qū)域。當(dāng)管段出現(xiàn)事故時(shí)，快速給水閥應(yīng)能夠替代噴頭為現(xiàn)場(chǎng)提供完整的澆水覆蓋面以及出現(xiàn)火災(zāi)等需大量給水的地方?？焖俳o水閥分為2種。 1、1寸快速給水器：覆蓋范圍在65m左右布置兩兩對(duì)澆。不易過(guò)長(zhǎng)，避免人工浪費(fèi)。 2、2寸快速給水器：布置時(shí)沿主管200m左右一個(gè)，

14、主要用于北方冬季凍期較長(zhǎng)的地區(qū)冬季補(bǔ)水。 2.3 控制系統(tǒng) 控制系統(tǒng)可根據(jù)操作方式分為手動(dòng)、半自動(dòng)、全自動(dòng)三種方式。 全自動(dòng)控制系統(tǒng)是一套完整的全自動(dòng)控制系統(tǒng)，包括氣象站、中央電腦、衛(wèi)星站和噴頭自帶的電磁閥。氣象站收集各種氣象、防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)資料反饋至中央電腦，中央電腦對(duì)氣象資料進(jìn)行分析后針對(duì)不同的氣象條件向衛(wèi)星站發(fā)布指令，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)的自動(dòng)化和精確控制，同時(shí)有利于節(jié)水。噴淋程序的修改只需在中央電腦上進(jìn)行。圖2-3為自動(dòng)控制系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)。 2.3.1 分散式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng) 工業(yè)過(guò)程控制系統(tǒng)己由集中式控制系統(tǒng)（FCS . Focal control system）向 DCS 方向發(fā)展，控制

15、結(jié)構(gòu)也由集中式走向分散式?，F(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)的特征是分散化、智能化及網(wǎng)絡(luò)化，是一種分散式智能化控制系統(tǒng)，每 1 層可以獨(dú)立工作也可以集中控制。DCS融合了自由拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)見(jiàn)文獻(xiàn)2?，F(xiàn)場(chǎng)節(jié)點(diǎn)，以分散自治，以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的通信方式，并通過(guò)各種智能網(wǎng)關(guān)、橋路器、路由器等實(shí)現(xiàn)兩者網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的分段成組，而且還實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)控制，分散式控制網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)是自動(dòng)控制走向智能控制的重要基礎(chǔ)，大面積的防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)由計(jì)算機(jī)分散自治、網(wǎng)絡(luò)信息系統(tǒng)集成控制，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)實(shí)施智能化相對(duì)要求較低，例如，各分散工作站控制系統(tǒng)有濕度、溫度、紅外等傳感器，可以不需要其它更復(fù)雜的傳感器。工作站點(diǎn)計(jì)算機(jī)也可少置或不設(shè)置復(fù)雜的智能傳感器，但是各工作站計(jì)算

16、機(jī)控制系統(tǒng)必須為其準(zhǔn)備和留有這些接口，所以要求控制系統(tǒng)結(jié)構(gòu)須建立在合適的“分解”與“集中”策略基礎(chǔ)上。因?yàn)榉缐m、降塵現(xiàn)場(chǎng)面積大、工作站點(diǎn)分散，各工作站是一個(gè)具有“自治”功能的主體，過(guò)程特性主要表現(xiàn)為自治的信息行為為“分散”與“系統(tǒng)化”。 1網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu) 防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)自動(dòng)化噴淋系統(tǒng)建立在一個(gè)4層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中。第1層在PC計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上，系統(tǒng)軟件的核心是數(shù)據(jù)庫(kù)，該數(shù)據(jù)庫(kù)是一個(gè)專家系統(tǒng)。它集中了植被、溫度、空氣濕度、數(shù)據(jù)處理等專業(yè)知識(shí)。硬件利用PC計(jì)算機(jī)的串行接口與第 2 層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及第3層工作站點(diǎn)進(jìn)行通信。第3層建立在單片計(jì)算機(jī)的系統(tǒng)上，該層計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以主動(dòng)與第1層及第2層通信，通報(bào)第1層

17、計(jì)算機(jī)系統(tǒng)當(dāng)前工作站點(diǎn)的工作數(shù)據(jù)情況，第4層是強(qiáng)電力中間繼電器控制電路，每個(gè)工作站可以分別獨(dú)立控制8路電磁閥噴灌裝置。4層計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如表2- 1 所示從表2-1中可以看到第1層與第2層之間是一般通用的串行RS - 232接口，其數(shù)據(jù)傳輸用常規(guī)方式。在第2層與第3層之間，由于防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)各工作站點(diǎn)距離幾百米左右，必須用調(diào)制解調(diào)器才能保證傳輸數(shù)據(jù)的正確性?；谶@種客戶機(jī) I 服務(wù)器工作模式的一種網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)，網(wǎng)絡(luò)技術(shù)成了電腦系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。因此，客戶枷服務(wù)器應(yīng)用必然涉及到網(wǎng)絡(luò)環(huán)境和網(wǎng)絡(luò)協(xié)議。防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)電腦局域網(wǎng)為v - Net網(wǎng)，是一種非標(biāo)準(zhǔn)的令牌總線型局部網(wǎng)絡(luò)，不能滿足開(kāi)放系統(tǒng)的

18、要求，但電腦系統(tǒng)提供了一個(gè)通信網(wǎng)關(guān)ACG接口，通過(guò)ACG接口可以Ethernet實(shí)現(xiàn)網(wǎng)與v - Net網(wǎng)的互聯(lián)。ACG 網(wǎng)關(guān)具有以下特點(diǎn)。 1 ）Ethernet 支持通信接口。 2 ）ACG 提供一個(gè)TCP , IP 協(xié)議的Socket通信編程接口。 3 ）通過(guò) ACG 命令方式訪問(wèn) ACG，可以對(duì) V- Net 網(wǎng)上的FCS進(jìn)行過(guò)程數(shù)據(jù)采集和給定質(zhì)，以實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程的監(jiān)控和管理。 針對(duì)DCS系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)特性，將ACG 作為DCS 系統(tǒng)V-Net 控制局域網(wǎng)Ethernet 網(wǎng)絡(luò)的網(wǎng)關(guān)將通進(jìn)PC 聯(lián)接在以太網(wǎng)上形成以工作站為客戶機(jī)，以DCS 系統(tǒng)為服務(wù)器的DCS 應(yīng)用模式其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖2-4。2

19、網(wǎng)絡(luò)協(xié)議網(wǎng)絡(luò)協(xié)議用于實(shí)現(xiàn)各種系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接和數(shù)據(jù)通信，目前可供選擇的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議很多，CP/IP 協(xié)議是當(dāng)今世界上應(yīng)用最廣而不基于任何特定硬件平臺(tái)的網(wǎng)絡(luò)通信協(xié)議，是一種用于廣泛異機(jī)互聯(lián)的網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，已成為事實(shí)上的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)標(biāo)準(zhǔn)。TCP/IP 協(xié)議的基本思想是通過(guò)網(wǎng)關(guān)將種不同的網(wǎng)絡(luò)聯(lián)接起來(lái)，在網(wǎng)絡(luò)的底層協(xié)議之上構(gòu)造一個(gè)虛擬網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)，使用戶與其它網(wǎng)絡(luò)通信就像與網(wǎng)上主機(jī)通信一樣方便。采用TCP/IP 協(xié)議關(guān)鍵是可以解決異種聯(lián)網(wǎng)和異種網(wǎng)互聯(lián)的問(wèn)題，它具有以下特點(diǎn)。 （一）網(wǎng)絡(luò)技術(shù)獨(dú)立性，支持不同操作系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)互聯(lián)，不依賴于任何廠商的硬件，多數(shù)公司的產(chǎn)品都支持這種協(xié)議。 （二）極強(qiáng)的通信能力，支持多種

20、信息傳輸介質(zhì)和網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，網(wǎng)際上的任何兩臺(tái)計(jì)算機(jī)都可以交換信息，實(shí)現(xiàn)端到端的透明聯(lián)接。 （三）支持標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用協(xié)議，電子郵件、文件傳送和遠(yuǎn)程登錄等。 （四）提供較強(qiáng)的應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)接口，為開(kāi)發(fā)數(shù)據(jù)采集程序提供了有效的保證。 鑒于DCS、ACG、TCP/IP支持協(xié)議以及基于PC的TCP/IP協(xié)議應(yīng)用廣泛的事實(shí)，選用TCP/IP協(xié)議作為 DCS 結(jié)構(gòu)中的網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)協(xié)議。 3 DCS 工作方式 為了降低成本，計(jì)算機(jī)硬件的服務(wù)器主機(jī)采用一般的PC - 四核機(jī)，工作站機(jī)采用單板機(jī)系統(tǒng)，該單板機(jī)CPU用16雙通道可編程接口、Mc1468 -CMOS 芯片實(shí)鐘存儲(chǔ)、9位數(shù)碼顯示器、8GRAM 存儲(chǔ)器、8通道3態(tài)控

21、制電路。外部接調(diào)制解調(diào)器接口以及三相大功率繼電器控制電路，客戶機(jī)服務(wù)器應(yīng)用技術(shù)的主要特點(diǎn)是增強(qiáng)數(shù)據(jù)共享能力和實(shí)現(xiàn)異結(jié)構(gòu)系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)交換與控制。TCP/IP 協(xié)議是目前最成熟、應(yīng)用最廣泛的互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，擁有完整的體系結(jié)構(gòu)和協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，它的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用程序接口（API）主要是Socket。在 TCP/IP 網(wǎng)絡(luò)中主要的進(jìn)程間通信模型是著名的客戶機(jī)服務(wù)器模型Socket 是面向模型設(shè)計(jì)服務(wù)器（ACG ）的對(duì)客戶機(jī)和服務(wù)器分別提供不同的系統(tǒng)調(diào)用，使網(wǎng)絡(luò)客戶機(jī)和服務(wù)器通過(guò)socket實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)之間的聯(lián)接和數(shù)據(jù)交換，我們選用 Socket3 種主要類型中的 stream socket型 PC 實(shí)現(xiàn)機(jī)與通道機(jī)及A

22、CG服務(wù)器的通信過(guò)程。Stream socket 接口定義了一種可靠的聯(lián)接服務(wù)，實(shí)現(xiàn)無(wú)差錯(cuò)無(wú)重復(fù)的順序數(shù)據(jù)傳輸，它通過(guò)內(nèi)置的流量控制解決了數(shù)據(jù)的阻塞，將數(shù)據(jù)當(dāng)作字節(jié)流，可以發(fā)送任意長(zhǎng)度的數(shù)據(jù)。 2.3.2 實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng) 在防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)控制系統(tǒng)中，我們開(kāi)發(fā)了第1層的實(shí)時(shí)控制數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)軟件。第1層充分利用 MS - DOS系統(tǒng)的 MODE 串行接口的通信能力，第2層是通道控制計(jì)算機(jī)，內(nèi)部為 8 - 16 的通道存儲(chǔ)器，第1層將各工作站，每個(gè)工作站點(diǎn)內(nèi)為816個(gè)噴灌頭，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在其中，按時(shí)鐘分別傳輸?shù)礁髡军c(diǎn)計(jì)算機(jī)。各站點(diǎn)內(nèi)部的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)可以接收到第1層數(shù)據(jù)庫(kù)脫機(jī)“自治”用戶可以在各站點(diǎn)計(jì)算機(jī)上設(shè)置

23、不同噴灌頭的工作日期、開(kāi)機(jī)時(shí)間、關(guān)機(jī)時(shí)間，最多可存儲(chǔ)兩個(gè)星期，每天可設(shè)置兩組開(kāi)l關(guān)機(jī)工作程序，當(dāng)設(shè)置完成后客戶機(jī)會(huì)申請(qǐng)向第2層及第1層通信，傳輸客戶機(jī)內(nèi)有工作程序，以便第1層服務(wù)器統(tǒng)計(jì)、決策。1服務(wù)器為主機(jī)：是一個(gè)實(shí)時(shí)的數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，數(shù)據(jù)庫(kù)內(nèi)的時(shí)鐘有用戶決策系統(tǒng)、控制系統(tǒng)、管理系統(tǒng)，系統(tǒng)最顯著的特點(diǎn)就是能雙向數(shù)據(jù)采集與通信，即可以預(yù)報(bào)，又可以實(shí)時(shí)顯示運(yùn)輸系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)。 2 數(shù)據(jù)采集功能：支持各實(shí)時(shí)網(wǎng)點(diǎn)噴淋過(guò)程的數(shù)據(jù)采集和發(fā)送，實(shí)現(xiàn)與網(wǎng)絡(luò)文件服務(wù)器和各監(jiān)控站的信息交換，生成實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)庫(kù)和噴淋記錄歷史數(shù)據(jù)庫(kù)，以便進(jìn)行噴淋過(guò)程控制實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)的動(dòng)態(tài)監(jiān)控和相應(yīng)的處理。 3 動(dòng)態(tài)監(jiān)控功能：自動(dòng)噴淋實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)提

24、供清晰完整的噴淋過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，支持噴淋過(guò)程實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收、各工作站點(diǎn)工作情況的動(dòng)態(tài)顯示、自動(dòng)噴淋過(guò)程數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)以及事件故障報(bào)替功能。 4 信息處理功能：自動(dòng)噴淋系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)不僅提供工作狀態(tài)監(jiān)控功能，還支持防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)狀態(tài)的數(shù)據(jù)庫(kù)歷史記錄，對(duì)現(xiàn)場(chǎng)維護(hù)提供不同季節(jié)，不同氣候，不同時(shí)間等，并產(chǎn)生報(bào)表和文件。 5 過(guò)程動(dòng)態(tài)功能：控制過(guò)程實(shí)時(shí)監(jiān)控系統(tǒng)為組態(tài)型應(yīng)用系統(tǒng)，通過(guò)組態(tài)系統(tǒng)軟件操作方便的特點(diǎn)，自動(dòng)組成維護(hù)環(huán)境。在充分考慮各功能特點(diǎn)和它們的相互關(guān)系，系統(tǒng)設(shè)計(jì)了以下 7 個(gè)功能模塊：實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送模塊、實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收模塊、過(guò)程動(dòng)態(tài)監(jiān)控模塊、系統(tǒng)過(guò)程記錄加工模塊、系統(tǒng)組態(tài)和圖形編輯模塊，

25、邏輯結(jié)構(gòu)見(jiàn)廠系統(tǒng)在使用中可以及時(shí)地增刪改變監(jiān)控對(duì)象及相應(yīng)的數(shù)據(jù)屬DCS實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)功能模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)采集模塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)發(fā)送摸塊實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)接收模塊系統(tǒng)過(guò)程圖 2-5。 圖2-5過(guò)程實(shí)時(shí)控制系統(tǒng)功能結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)中應(yīng)注意： 中控系統(tǒng)應(yīng)布置在管理室、泵房或監(jiān)控室，方便營(yíng)運(yùn)管理。 氣象站應(yīng)設(shè)于開(kāi)敞的位置，以便于收集真實(shí)的資料，應(yīng)避開(kāi)樹(shù)木、建筑的影響，氣象站的環(huán)境應(yīng)與防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)一致或相近。 連接時(shí)盡量減少支管長(zhǎng)度，降低造價(jià)。使支管連接方向保持一致，方便管溝開(kāi)挖。 做環(huán)路連接時(shí)，盡量使每個(gè)環(huán)路控制的噴淋范圍大致相等。 注意一條支路上同時(shí)開(kāi)啟的噴頭數(shù)量。 控制系統(tǒng)流程圖如圖2-6所示：3 安裝方法及技術(shù)要求 3.

26、1 定位放線施工前按照預(yù)定的施工順序按圖予以放樣并由監(jiān)理工程師確認(rèn)管溝、噴頭、快速取水器、混凝土鎮(zhèn)墩建議選用不同的石灰線分別表示。管線的基本布局按設(shè)計(jì)圖紙放線。噴頭的間距和布置間距不能變噴頭布置采取等邊三角形布設(shè)的原則。如果防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際布局與原設(shè)計(jì)中顯示的一致，則嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行放線。如果防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際布局與原設(shè)計(jì)中顯示的不一致，則根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的實(shí)際情況，在和甲方代表溝通商量，取得甲方代表的同意下，作合理的調(diào)整。放樣后對(duì)原設(shè)計(jì)的修改應(yīng)記錄在案，與設(shè)計(jì)師協(xié)商、核定無(wú)誤后進(jìn)行施工。 3.2 管溝開(kāi)挖 此項(xiàng)工程根據(jù)施工現(xiàn)場(chǎng)的土壤情況的狀況，決定主管溝開(kāi)挖采用挖溝機(jī)，支管溝開(kāi)挖采用人

27、工開(kāi)挖。 1、開(kāi)挖標(biāo)準(zhǔn) 支管溝：63以內(nèi)管線管溝：深700mm,寬400mm。干支管溝：75以外管線管溝：深800mm,寬500mm。在管道相交處采用人工開(kāi)挖。過(guò)路管應(yīng)使用套管處理，溝底寬以管徑兩側(cè)各留10cm空隙為準(zhǔn)。 2、管溝開(kāi)挖時(shí)注意事項(xiàng)及技術(shù)要求： 當(dāng)管溝開(kāi)挖時(shí)如遇到不同的土層結(jié)構(gòu)時(shí)，必須將每層土單獨(dú)堆放，已備回填管溝時(shí)所用，溝槽開(kāi)挖完成后，溝底要平整，且沒(méi)有堅(jiān)硬的土塊和石頭等雜物。 3、溝槽清理： 管溝開(kāi)挖時(shí)由專人負(fù)責(zé)保護(hù)現(xiàn)場(chǎng)定線標(biāo)示物，以免丟失，且不能隨意改變標(biāo)示物位置，力求開(kāi)挖后標(biāo)示物位置與放線結(jié)果一致，管溝開(kāi)挖后管道安裝前應(yīng)將溝底堅(jiān)硬銳利雜物清除。清理原則為人工清理，使溝槽盡量

28、平整，清除一些較大和較硬的土塊或石塊，如遇松軟或易塌陷的土質(zhì)除按規(guī)定處理辦法外，堆土應(yīng)離溝邊80cm以上，以減輕側(cè)土壓。3.3 管線敷設(shè) 敷設(shè)原則基本上按圖紙施工，局部可做一些變動(dòng)與調(diào)整。在管線安裝時(shí)，必須按照設(shè)計(jì)圖中標(biāo)注的尺寸及位置，在施工現(xiàn)場(chǎng)配以相應(yīng)的管件進(jìn)行連接。并且在每天工作結(jié)束或一段管線施工告一段落時(shí)及時(shí)將管口堵上，并且標(biāo)明位置，以防異物進(jìn)入管內(nèi)和管子移動(dòng)。 主管與支管均采用承插接口、膠圈密封的接管方式。支管管件采用膠粘連接方式。主管轉(zhuǎn)彎地方采用22.5、45和90彎頭，均為鋼塑彎頭。支管采用的45和90彎頭及其他配件均為PE配件。管道連接前要進(jìn)行外觀檢查，發(fā)現(xiàn)有破損、裂痕、明顯變形

29、、顏色不統(tǒng)一等異常現(xiàn)象的管道必須立即更換，并加以標(biāo)記另行保管。 支管上的彎頭配件，均采用膠接接口形式，要求在其部位務(wù)必墊實(shí)，以保護(hù)管道及配件。主管與支管的連接采用分水鞍分水，支管與千秋架的接口采用變徑三通，通過(guò)千秋架調(diào)節(jié)噴頭高度。穿過(guò)施工通道的管道均需采用適合管徑的套管及其它有效措施，使穿路部分的管道的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)達(dá)到設(shè)計(jì)要求。主管上的隔離閘閥及檢修閥均設(shè)置在鋼制配件附近。 1主管線安裝 主管線安裝均采用承插口連接，管件采用鋼塑管件。 連接程序清理工作面刷潤(rùn)滑劑對(duì)口插入塞口檢查。 a) 安裝前，首先檢查管材、管件及膠圈的質(zhì)量，并把承口和插口工作面擦拭干凈。 b) 將膠圈按規(guī)定的方向放入承口凹槽

30、內(nèi)，不得扭曲。 c) 膠圈和插入部分涂刷潤(rùn)滑劑。 d) 承插口對(duì)口并保持管線軸線平直。 e) 在插口上標(biāo)記插入深度的線。 3.4 噴頭組合 噴頭的組合形式也稱噴頭的布置形式，指在噴灌系統(tǒng)中的噴頭之間的相對(duì)位置而言。在全圓噴灑情況下，有正方形、正三角形、矩形和等腰三角形等4種組合形式，如圖3-1。噴頭組合的原則是：保證噴灑不留空白，并有較高的均勻度。噴頭布置的間距過(guò)大，造成噴灑不均勻，或留下空白處噴頭布置過(guò)密，噴頭和管道用量加大，增加了投資，且組合噴灌強(qiáng)度大。正確的選擇組合間距是噴灌系統(tǒng)設(shè)計(jì)中的重要問(wèn)題。根據(jù)圖3-1，能夠算出噴頭的間距l(xiāng)、支管的間距b以及噴頭的有效控制面積（圖中的陰影部分），如

31、表3-1所示：4 節(jié)能噴淋系統(tǒng)氣象站的設(shè)計(jì) 噴淋是彌補(bǔ)自然降水在數(shù)量上的不足與時(shí)空上的不均、保證適時(shí)適量地滿足防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)所需水分的重要措施?，F(xiàn)代化的自動(dòng)噴淋系統(tǒng)采用的是較為新進(jìn)的技術(shù)，其關(guān)鍵技術(shù)就是土壤水分含量信號(hào)的來(lái)源和信號(hào)的采集。傳感器的分布位置可以檢測(cè)整個(gè)地區(qū)的平均土壤含水量的情況。一般是采用一組上限和下限濕度傳感器分別控制噴淋系統(tǒng)觸點(diǎn)開(kāi)關(guān)，對(duì)等數(shù)量的上限傳感器和下限傳感器分別埋入防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)的各個(gè)濕度控制點(diǎn)。當(dāng)達(dá)到上限指標(biāo)時(shí)，表示防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)的土壤含水量已達(dá)到不積水且富有的標(biāo)準(zhǔn)。由于濕度傳感器在制造過(guò)程中有一定的離散性，不可能對(duì)濕度響應(yīng)時(shí)間完全一致。另一方面，一塊防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)

32、的土壤質(zhì)地分布也略有不同噴頭噴水的分布也部可能完全均勻，所以，一組上限和下限傳感器部可能再同一時(shí)間內(nèi)到定位的標(biāo)準(zhǔn)值。差異時(shí)間，時(shí)由傳感器的本身和測(cè)試點(diǎn)分布情況決定的，因此一組上限傳感器和下限傳感器要根據(jù)噴水的均勻程度，合理地選擇測(cè)試點(diǎn)。使差異時(shí)間越小越好。如果通過(guò)選擇分布點(diǎn)后，最先與最后達(dá)到定位標(biāo)準(zhǔn)值的傳感器，其時(shí)間差異不要過(guò)長(zhǎng)，最好的方法就是調(diào)節(jié)各個(gè)傳感器的定位標(biāo)準(zhǔn)值，但誤差不要太大，使達(dá)到定位標(biāo)準(zhǔn)值的差異，時(shí)間控制在短時(shí)間內(nèi)。還可以采用延長(zhǎng)保持采樣時(shí)間案的方法，將保持時(shí)間延長(zhǎng)，但不能過(guò)長(zhǎng)，否則各個(gè)測(cè)試點(diǎn)水分濕度分布差異將會(huì)明顯增大。 濕度感應(yīng)器的設(shè)計(jì)及工作原理的依據(jù)是來(lái)源于土壤水分的表示方

33、式和重要指標(biāo)。 4.1 土壤水分 土壤水存在于土壤孔隙中，尤其是中小孔隙中，大孔隙常被空氣所占據(jù)。蒸騰和蒸發(fā)的水加起來(lái)叫做蒸散，是土壤水進(jìn)入大氣的兩條途徑。表層的土壤水受到重力會(huì)向下滲漏，在地表有足夠水量補(bǔ)充的情況下，土壤水可以一直入滲到地下水位，繼而可能進(jìn)入江、河、湖、海等地表水。 土壤中水分的多少有兩種表示方法：一種是以土壤含水量表示，分重量含水量和容積含水量?jī)煞N，二者之間的關(guān)系由土壤容重來(lái)?yè)Q算。另一種是以土壤水勢(shì)表示，土壤水勢(shì)的負(fù)值是土壤水吸力。 1、土壤水的類型劃分及有效性，水分含量表示方法，水分含量測(cè)定方法 2、土水勢(shì)及其分勢(shì)，土壤水吸力，土壤水能態(tài)的定量表示，土水勢(shì)測(cè)定，水分特征曲

34、線 3、飽和土壤中的水流，非飽和土壤中的水流，土壤中的水汽運(yùn)動(dòng)。入滲、土壤水的再分布和土面蒸發(fā) 4、土壤中的溶質(zhì)運(yùn)移，包括對(duì)流、分子擴(kuò)散、機(jī)械彌散、水動(dòng)力彌散掌握土壤水含量的表示方法：重量百分?jǐn)?shù)，容積百分?jǐn)?shù)，土壤水貯量，壤水含量的測(cè)定方法，土壤水類型。著重掌握土水勢(shì)及其定量表示，土壤水吸力，土壤水吸力與土壤當(dāng)量孔徑，土壤水分特征曲線滯后現(xiàn)象等概念。掌握土壤水的飽和流動(dòng)（達(dá)西定律），飽和導(dǎo)水率。掌握土壤水的不飽和流動(dòng)，水汽運(yùn)動(dòng)規(guī)律。了解水進(jìn)入土壤的入滲過(guò)程，防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)持水量，土面蒸發(fā)等的概念。 4.1.1 土壤含水量重要指標(biāo) 1、一個(gè)是土壤飽和含水量，表明該土壤最多能含多少水，此時(shí)土壤水勢(shì)為

35、0。 4.1.2 土壤水勢(shì)可細(xì)分為重力勢(shì)、基模勢(shì)和溶質(zhì)勢(shì) 1、土壤水分重力勢(shì)以土壤水面與土表面相平時(shí)為0。水面高于土表面時(shí)為正值此時(shí)也稱為壓力勢(shì)。水面低于土表面時(shí)為負(fù)值，土壤水吸力為正值。 2、土壤基模勢(shì)指土壤中礦質(zhì)顆粒表面和有機(jī)質(zhì)顆粒表面對(duì)水所產(chǎn)生的張力。它的值永遠(yuǎn)是負(fù)值，即總是將土壤表面的水分向土體內(nèi)吸進(jìn)來(lái)。 3、土壤水分溶質(zhì)勢(shì)與土壤溶液中所含溶質(zhì)數(shù)量有關(guān)，溶質(zhì)越多，溶質(zhì)勢(shì)越小，即越負(fù)。點(diǎn)水源入滲時(shí)，水沿濕度梯度從高水勢(shì)處向低水勢(shì)處流動(dòng)，逐漸形成一個(gè)干濕交界分明的橢球體形狀，稱為濕潤(rùn)球，球面各處土壤水勢(shì)相等。該球面稱為入滲鋒，在水頭固定不變時(shí)入滲鋒的前進(jìn)速度隨著時(shí)間的延長(zhǎng)而減慢。 4.2

36、自動(dòng)氣象站的設(shè)計(jì) 本自動(dòng)氣象站是基于zigBee技術(shù)而設(shè)計(jì)的zigBee技術(shù)作為新一代無(wú)線通訊技術(shù)的稱。zigBee是基于IEEE802.15.4的無(wú)線通信協(xié)議，專用于小型設(shè)備如溫度調(diào)節(jié)裝置、照明控制器、環(huán)境檢測(cè)傳感器與醫(yī)療設(shè)備等，其低功耗可使設(shè)備電池使用壽命達(dá)到6個(gè)月至2年。基于ZigBee的自動(dòng)氣象站系統(tǒng)要實(shí)現(xiàn)對(duì)氣象各要素的數(shù)據(jù)采集包括溫度、濕度、風(fēng)速、雨量和氣壓等信息，則其各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)根據(jù)需求使用不同的傳感器。傳感器節(jié)點(diǎn)和網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間利用zigBeee協(xié)議實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)收集各傳感器節(jié)點(diǎn)的數(shù)據(jù)，并可以通RS-232連接到PC的串口，或通過(guò)GSM/GPRS將數(shù)據(jù)傳輸?shù)絀nternet

37、。自動(dòng)氣象站的硬件設(shè)計(jì)包括傳感器的選擇和數(shù)據(jù)采集模塊的設(shè)計(jì)根據(jù)傳感器輸出信號(hào)類型設(shè)計(jì)硬件電路，包括模擬信號(hào)處理電路、數(shù)字信號(hào)處理電路、電源電路、無(wú)線通信電路以及印刷電路板設(shè)計(jì)。系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)圖如圖4-1所示。4.2.1 自動(dòng)氣象功能 自動(dòng)氣象站要完成常規(guī)地面氣象觀測(cè)任務(wù)應(yīng)具備的主要基本功能：數(shù)據(jù)采集 自動(dòng)氣象站的數(shù)據(jù)采集功能就是采集要觀測(cè)的氣象要素值，通常是由傳感器將氣象要素量感應(yīng)轉(zhuǎn)換成一種電參考信號(hào)(電壓、電流等)，再由采集器按一定的采集速度獲得代表這個(gè)采集時(shí)刻氣象要素量的電量信號(hào)值。 數(shù)據(jù)處理 這個(gè)功能就是將采集到的代表氣象要素量的電量信號(hào)值經(jīng)運(yùn)算處理轉(zhuǎn)換成要觀測(cè)的氣象要素值，一般包括測(cè)量

38、、計(jì)數(shù)、累加、平均、公式運(yùn)算、線性處理、選極值等，這些運(yùn)算處理都是由自動(dòng)氣象站的采集器來(lái)完成。 (3)數(shù)據(jù)存儲(chǔ) (4)數(shù)據(jù)傳輸 (5)數(shù)據(jù)質(zhì)量控制 (6)運(yùn)行監(jiān)控 4.2.2 自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集性能指標(biāo) 根據(jù)我國(guó)氣象部門制定的地面氣象觀測(cè)規(guī)范對(duì)于地面氣象觀測(cè)站使用的自動(dòng)氣象站基本技術(shù)性能應(yīng)符合表4-1的要求。4.2.3 傳感器的選擇及工作原理 自動(dòng)氣象站對(duì)各個(gè)氣象要素的采集，是通過(guò)傳感器獲取的，傳感器是接收信號(hào)或刺激并反應(yīng)的器件，以測(cè)量為目的，以一定精度把被測(cè)量信號(hào)轉(zhuǎn)換為與之有確定關(guān)系的、易于處理的電量信號(hào)輸出的裝置。因此傳感器選擇的恰當(dāng)與否，決定了采集到的氣象信息數(shù)據(jù)是否準(zhǔn)確。 本文選擇傳感

39、器的標(biāo)準(zhǔn)主要有以下三點(diǎn)：一、能否達(dá)到既定的測(cè)量精度要求(具體要求見(jiàn)表4-1)；二、在滿足測(cè)量精度的情況下盡量使用低功耗的傳感器，這是由于本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)電源是采用電池供電；三、傳感器要能滿足被測(cè)介質(zhì)和使用環(huán)境的特殊要求，例如在高溫、低溫下的工作情況以及防腐等。 根據(jù)以上的傳感器選擇標(biāo)準(zhǔn)本系統(tǒng)對(duì)各氣象要素進(jìn)行采集的傳感器選擇如下：1溫度測(cè)量 采用鉑電阻溫度傳感器PT100，其是根據(jù)鉑電阻的電阻值隨溫度變化的原理來(lái)測(cè)定溫度的鉑電阻絲燒制在細(xì)小的玻璃棒或磁板上，外面有金屬保護(hù)管。目前，國(guó)內(nèi)主要生產(chǎn)的兩種型號(hào)的鉑電阻RO=(460.046)和RO=(1000.10)，適用的溫度范圍是-200+650。當(dāng)溫

40、度t=0 650時(shí)，鉑電阻的電阻Rt與溫度t的關(guān)系接近于線性并有 2濕度測(cè)量 選擇美國(guó)Honeywell公司生產(chǎn)的相對(duì)濕度傳感器HIH-3610，利用高分子材料制成的濕敏元件，主要是利用它的吸濕性和澎潤(rùn)性，常用的有電容式和電阻式兩類。本系統(tǒng)采用電容式濕敏元件，原理是高分子薄膜在吸濕后，介電常數(shù)發(fā)生變化從而導(dǎo)致電容發(fā)生改變的特點(diǎn)，由于高分子薄膜可以做得極薄，所以元件可以很快的吸濕和脫濕，這就決定了其滯后誤差小和響應(yīng)速度快的特點(diǎn)，且易于實(shí)現(xiàn)小型化和輕量化。 3氣壓測(cè)量 采用美國(guó)ICS公司的擴(kuò)散硅壓力傳感器，是在單晶硅的基片上擴(kuò)散出P型或N型電阻條，接成電橋，在壓力作用下根據(jù)半導(dǎo)體的壓一阻效應(yīng)，把壓

41、力的變化轉(zhuǎn)換成電阻變化，經(jīng)過(guò)測(cè)量電路的輸出電壓值來(lái)反應(yīng)出壓力的大小。 4風(fēng)速、風(fēng)向測(cè)量 目前用于地面氣象觀測(cè)的風(fēng)速、風(fēng)向傳感器主要有以下幾種類型：一、小型風(fēng)杯配輕型單尾風(fēng)標(biāo)；二、機(jī)身型旋槳式風(fēng)向風(fēng)速傳感器；三、二維超聲風(fēng)速傳感器。根據(jù)本文涉及到的業(yè)務(wù)類型和性質(zhì)選擇第一種類型的三杯式風(fēng)傳感器。 風(fēng)速信號(hào)為一個(gè)脈沖信號(hào),其頻率與風(fēng)速成正比,通過(guò)單位時(shí)間內(nèi)計(jì)數(shù)器的值,即可完成風(fēng)速測(cè)量。 風(fēng)向傳感器輸出為7位格雷碼,通過(guò)程序計(jì)算可以得到相應(yīng)的風(fēng)向。 5雨量測(cè)量 采用翻斗雨量傳感器,主要由承水器、過(guò)濾漏斗、翻斗、干簧管和底座等組成。降水通過(guò)承水器,再通過(guò)一個(gè)過(guò)濾斗流入翻斗里，當(dāng)翻斗流入一定量的雨水后，翻

42、斗翻轉(zhuǎn)，倒空斗里的水，翻斗的另一個(gè)斗又開(kāi)始接水，翻斗的每次翻轉(zhuǎn)動(dòng)作通過(guò)干簧管轉(zhuǎn)成脈沖信號(hào)(1脈沖為0.1mm)傳輸?shù)讲杉到y(tǒng)。 4.3 主要傳感器電路的設(shè)計(jì) 4.3.1 溫度測(cè)量電路 利用上文選用的鉑電阻PT100進(jìn)行溫度測(cè)量，一般有兩線、三線和四線制的接線方式。線制的引線電阻可能產(chǎn)生較大的誤差，所以為了提高測(cè)量的精度，減少引線的誤差，本統(tǒng)采用四線制恒壓源的接法，這種電路在測(cè)量電壓時(shí)，漏電流很小，可用于溫度的精確量。 利用ADs1218,這樣一個(gè)具有24位分辨率的A心轉(zhuǎn)換芯片進(jìn)行溫度數(shù)據(jù)的采集并轉(zhuǎn)成數(shù)字信號(hào)。其Vrefou:端提供標(biāo)準(zhǔn)輸出的電壓用來(lái)激勵(lì)PT100，PT100的阻值在0時(shí)大為10

43、0為確保得到高的分辨率和靈敏度，R4和R5應(yīng)盡量大于Rt，且R4=R5。ADslZ18是一種精密的、寬動(dòng)態(tài)范圍的A心轉(zhuǎn)換器，具有24位分辨率，可工作在2.7-5.25V電壓下，8個(gè)輸入通道多路復(fù)用，其PGA(可編程增益放大器)提供1-128的可選增益，當(dāng)增益為128時(shí)，有效分辨率為19位，片內(nèi)基準(zhǔn)電壓可選為1.25V或2.5V，通過(guò)SETUP寄存器的(REFHI)位來(lái)選擇，該位為0時(shí)，內(nèi)部參考電壓=l.25V，該位為1時(shí)，內(nèi)部參考電壓2.5V(默認(rèn))，芯片的功耗90%RH的環(huán)境中會(huì)造成3%RH的可逆漂移。4.3.3 氣壓采集測(cè)量 氣壓測(cè)量利用擴(kuò)散硅壓力傳感器來(lái)設(shè)計(jì)電路，氣壓傳感器為四個(gè)壓敏元件

44、組成的橋式電路，采用恒流源激勵(lì)氣壓傳感器，輸出的差分電壓經(jīng)放大電路后實(shí)現(xiàn)A心轉(zhuǎn)換。如圖4-5所示，基準(zhǔn)電壓通過(guò)放大器和電阻組成的電路產(chǎn)生恒定電流，其中電阻關(guān)系，通過(guò)公式推導(dǎo)以及試驗(yàn)得到，進(jìn)過(guò)J3的電流，J3是壓力傳感器的接口端，在恒流源激勵(lì)下，輸出信號(hào)通過(guò)2個(gè)1kQ電阻接入ADSl218的AIN3和AIN4端。在焊接電路的時(shí)候，Rll，R12，R13，R14需要使用精密電阻，因?yàn)殡娮璧恼`差會(huì)導(dǎo)致正負(fù)反饋的不平衡，最終會(huì)使得電流隨負(fù)載變化而變化。 4.3.4 風(fēng)速風(fēng)向測(cè)量 使用單翼風(fēng)向傳感器和風(fēng)杯風(fēng)速傳感器用來(lái)測(cè)量風(fēng)向和風(fēng)速。 風(fēng)向感應(yīng)器為單翼風(fēng)標(biāo)，當(dāng)風(fēng)標(biāo)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)格雷碼盤(常用七位，分辨率為

45、2.80)，按照碼盤切槽的設(shè)計(jì)，碼盤每轉(zhuǎn)動(dòng)2.80光電管組就會(huì)產(chǎn)生新的七位并行格雷碼數(shù)字信號(hào)輸出。雖然數(shù)字信號(hào)具有測(cè)量精度高、抗千擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，但是為了防止數(shù)字信號(hào)接觸抖動(dòng)、瞬時(shí)高壓的現(xiàn)象，必須將整形處理成邏輯電平信號(hào)，所以采用具有施密特觸發(fā)的反相器74HC14進(jìn)行整形，獲得上下沿陡直、頂部平緩的方波。如圖4-6所示，本系統(tǒng)將風(fēng)向的7位格雷碼通過(guò)RC濾波電路抑制高頻噪聲的干擾后，用施密特觸發(fā)器74HC14芯片整形，整形后信號(hào)接到JN5121的DIO0-DIO6端。 風(fēng)速傳感器采用三杯式感應(yīng)器，風(fēng)杯由碳纖維增強(qiáng)塑料制成，當(dāng)風(fēng)杯轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，帶動(dòng)同軸的多齒截光盤轉(zhuǎn)動(dòng)，使下面的光敏三極管有時(shí)接收到上面發(fā)

46、光二極管發(fā)射的光線而導(dǎo)通，有時(shí)接收不到上面發(fā)光二極管照射來(lái)的光線而截止。這樣就能得到與風(fēng)杯轉(zhuǎn)速成正比的脈沖信號(hào)，該脈沖信號(hào)由MCU的定時(shí)/計(jì)數(shù)器端對(duì)其進(jìn)行計(jì)數(shù)，經(jīng)換算后就能得出實(shí)際風(fēng)速值。4.3.5 雨量信號(hào)采集 雨量傳感器的輸出信號(hào)是開(kāi)關(guān)信號(hào)，翻斗式雨量傳感器，在降水時(shí)由承水口承接的降水，經(jīng)過(guò)翻斗的翻轉(zhuǎn)，吸合干簧管，產(chǎn)生通斷信號(hào)，經(jīng)過(guò)計(jì)數(shù)器電路進(jìn)行計(jì)數(shù)處理，換算降雨量。雨量信號(hào)的采集中使用光隔離器，如圖4-7所示實(shí)現(xiàn)輸入信號(hào)和輸出信號(hào)之間的隔離，有效地抑制尖峰脈沖及各種噪聲干擾，從而使傳輸通道上的信噪比大大提高，R21為負(fù)載電阻，R22為限流電阻。 4.4 無(wú)線收發(fā)模塊選擇 經(jīng)過(guò)比較目前市場(chǎng)

47、上的幾款無(wú)線zigBee模塊，根據(jù)價(jià)格、功耗、性能等標(biāo)準(zhǔn)最終選定采用北京博科公司的JNS121-201-M00，這是一款表面貼片安裝的模塊，人們可以利用該模塊以最快的產(chǎn)品上市速度和較低的開(kāi)發(fā)成本創(chuàng)建IEEE802.15.4兼容的系統(tǒng)。采用該系統(tǒng)可以免去射頻設(shè)計(jì)環(huán)節(jié)階段復(fù)雜的，高成本的開(kāi)發(fā)和測(cè)試過(guò)程。該模塊采用Jenni。的JNS121無(wú)線控制微型器，集成了所有的射頻組件。對(duì)于開(kāi)發(fā)設(shè)計(jì)一個(gè)無(wú)線控制器或者無(wú)線傳感器的產(chǎn)品而言，用戶需要做的就是連接電源和外部設(shè)備比如撥碼器，動(dòng)作器或者傳感器等等，可以顯著的減小開(kāi)發(fā)的工作量。目前己經(jīng)有三種不同型號(hào)的模塊:JNS121-000-M00內(nèi)置天線JNS121

48、-000-M01內(nèi)置一個(gè)天線連接器，N5121-000-M02有一個(gè)電源放大器可以加大通訊距離。這三款模塊都可以通過(guò)對(duì)網(wǎng)絡(luò)協(xié)議棧預(yù)編程設(shè)定通訊距離，具體的價(jià)格取決于應(yīng)用程序。 1 技術(shù)優(yōu)勢(shì) (l)縮微的模塊化解決方案； (2)可以在客戶的產(chǎn)品中直接使用； (3)縮短產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)時(shí)間； (4)對(duì)于系統(tǒng)而言不需要做射頻測(cè)試； (5)兼容于FCCPart15，ETSIETS300-328和日本的A即BSTD-T16標(biāo)準(zhǔn)；(6)提供批量的預(yù)編程和應(yīng)用軟件。 2 技術(shù)特點(diǎn)： (l)2.4GHz頻段兼容于IEEE802.15.4； (2)模塊板載天線增益ldBm，傳輸距離大于100米，功耗小于7uA； (3

49、)接收靈敏度：-90dBm； (4)發(fā)送電流小于45InA；(5)尺寸18*30mm； (6)接收電流:小于6omA；(7)2.7V3.6V操作電壓；(8)休眠電流小于7uA(休眠定時(shí)器處于活動(dòng)狀態(tài))。 3 微型控制器的特性： (l)16MHz32位的RISC處理器； (2)96KRAM，64KROM；(3)四路12位模擬量輸入，2路11位模擬量輸出，2路比較器，一路溫度傳感； (4)2個(gè)應(yīng)用程序定時(shí)器；(5)3個(gè)系統(tǒng)定時(shí)器； (6)2個(gè)UART(其中一路用于系統(tǒng)調(diào)試)；(7)SPI接口，可以訪問(wèn)5個(gè)設(shè)備； (8)2線的串行接口； (9)21個(gè)通用的拍接口； (10)開(kāi)發(fā)套件提供完全的，不受限

50、制的軟件開(kāi)發(fā)包；(l1)工業(yè)的溫度范圍(-40+85)； (12)無(wú)鉛設(shè)計(jì)，符合歐盟RoHS指令規(guī)范。 本系統(tǒng)采用的JN5121-201-M00模塊能很好的滿足自動(dòng)氣象站數(shù)據(jù)采集的要求。典型的應(yīng)用電路圖如圖4-8所示。4.4.1 串行通信 為了實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)與網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)之間的通信，完成數(shù)據(jù)的傳輸，可以采用RS-232接口和GPRS兩種通信傳輸方式。 RS-232C是美國(guó)電子工業(yè)協(xié)會(huì)正式公布的串行總線標(biāo)準(zhǔn)，也是目前最常用的串行接口標(biāo)準(zhǔn)，用于計(jì)算機(jī)和計(jì)算機(jī)之間，計(jì)算機(jī)與外設(shè)之間的數(shù)據(jù)通信，最大傳輸速率為20KB/S，最大傳輸距離為15m。本系統(tǒng)選用9針D型插座和3線的連接方式完成網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)與上位PC機(jī)的硬

51、件連接。其主要端口功能如表4-3所示。 由于RS-232電路電平與TTL電平不同，因此兩者之間必須采用電平轉(zhuǎn)換。網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)通過(guò)JNS121的通用異步接收傳輸接口UARTO與電平轉(zhuǎn)換器相連，實(shí)現(xiàn)框圖如圖4-9所示其中電平轉(zhuǎn)換芯片采用MAXIM公司的MAX232，可把輸入的+5V電壓變換成RS-232輸出電平所需的-12+12v電壓。 在近距離有條件的情況下，自動(dòng)氣象站都以本地有線串行通訊模式與計(jì)算機(jī)連接，但是RS-232這種方式的通訊線路距離是有限的，要想實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信一般采用GPRS方式GPRs(通用無(wú)線分組業(yè)務(wù))，是現(xiàn)在廣泛使用的遠(yuǎn)距離無(wú)線傳輸技術(shù)，它在移動(dòng)用戶和數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)之間提供一種連接，給

52、移動(dòng)用戶提供高速無(wú)線IP或X25服務(wù)，其優(yōu)勢(shì)在于:數(shù)據(jù)傳輸費(fèi)用低(按照流量計(jì)費(fèi))、永遠(yuǎn)在線(用戶隨時(shí)與網(wǎng)絡(luò)保持聯(lián)系)、傳輸速度快等特點(diǎn)，這大大便捷了氣象資料的傳輸。GPRS通訊速率可以達(dá)到19200dPs，甚至更高，通訊范圍在國(guó)內(nèi)手機(jī)信號(hào)覆蓋的范圍內(nèi)，其通訊費(fèi)用以包月計(jì)算，一個(gè)自動(dòng)氣象站每月數(shù)據(jù)傳輸流量在幾十兆之內(nèi)，通訊費(fèi)用比較低。在使用GPRS通訊時(shí)，自動(dòng)氣象站需要配置一臺(tái)GPRS模塊，在模塊中插入移動(dòng)的SIM卡另外使用一臺(tái)有固定IP地址的服務(wù)器就能對(duì)數(shù)據(jù)實(shí)現(xiàn)無(wú)線通訊。 4.4.2 電源設(shè)計(jì) 本系統(tǒng)是采用電池供電，zigBee和IEEE802.15.4協(xié)議是特定為采用電池供電應(yīng)用而設(shè)計(jì)的，從

53、用戶的角度電池電源具有一定的優(yōu)勢(shì)：(l)易于實(shí)現(xiàn)，設(shè)備安裝成本低:不需要連接到獨(dú)立的電源供電。 (2)設(shè)備安裝地點(diǎn)靈活:設(shè)備能安裝在那些沒(méi)有獨(dú)立電源供電的地點(diǎn)，也能用于移動(dòng)設(shè)備。 (3)易于修改網(wǎng)絡(luò):設(shè)備能容易地添加到網(wǎng)絡(luò)或從網(wǎng)絡(luò)中移除。 系統(tǒng)中Jennic芯片的工作電壓是2.73.6V，A心轉(zhuǎn)換電路以及串口通信需要+5V的工作電壓，雨量、風(fēng)向、風(fēng)速傳感器則需要+l2V的供電電壓。本系統(tǒng)采用12V蓄電池供電，通過(guò)開(kāi)關(guān)穩(wěn)壓器件LM2576將12V轉(zhuǎn)變成5V給ADS1218串口通信芯片MAX232施密特觸發(fā)器74HC14供電，5V電壓經(jīng)過(guò)TI公司的低壓差穩(wěn)壓芯片既G711轉(zhuǎn)換成3.3V電壓，給主芯

54、片Jennic121供電，電源部分電路的設(shè)計(jì)如圖4-10所示。4.5 印刷電路板設(shè)計(jì) 整個(gè)系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)最終在一塊印刷電路板(PCB)上得以實(shí)現(xiàn)，在設(shè)計(jì)PCB板的時(shí)候要求根據(jù)電氣原理、芯片的封裝格式等安排最優(yōu)化的布線采用手動(dòng)布線和自動(dòng)布線相互結(jié)合的方式，其中主要的處理在于電源與接地部分、數(shù)?；旌想娐凡糠忠约癙CB板中的抗干擾處理部分。一般的布線規(guī)則有: (l)布局和走線一定要按照原理圖進(jìn)行，走線要短。 (2)地線，電源線盡量加粗，模、數(shù)地線分開(kāi)一點(diǎn)接線。 (3)每個(gè)lC元件的電源腳需要用電容進(jìn)行濾波，防止長(zhǎng)線干擾。 (4)CPU的品振走線一定要短，并盡量用地線包住。 鋪銅的作用:一是為了美觀;

55、二是把鋪銅和地線連接可以起到屏蔽作用;三、減少腐蝕液的浪費(fèi)。單面板時(shí)焊盤因盡量大，以增加附著力。 電阻、二極管的放置方式有兩種，分為平放和豎放兩種: (l)平放:當(dāng)電路元件數(shù)量不多，而且電路板尺寸較大的情況下，一般是采用平放較好;對(duì)于1/4W以下的電阻平放時(shí)，兩個(gè)焊盤間的距離一般取4/10英寸，1/2W的電阻平放時(shí)，兩焊盤的間距一般取5/10英寸;二極管平放時(shí)，IN400x系統(tǒng)整流管，一般取3/10英寸，IN540x系列整流管，一般取4-5/10英寸。 (2)豎放:當(dāng)電路元件數(shù)較多，而且電路尺寸不大的情況下，一般是采用豎放，豎放時(shí)兩個(gè)焊盤的間距一般取1-2/10英寸。 5 效益分析 進(jìn)入21世

56、紀(jì)，淡水資源的短缺越來(lái)越嚴(yán)重，人類在新的世紀(jì)將面臨更嚴(yán)峻的挑戰(zhàn)。噴淋系統(tǒng)向高度自動(dòng)化及高度智能化方向發(fā)展計(jì)算機(jī)控制，精量噴淋。噴淋技術(shù)將會(huì)以前所未有的速度發(fā)展，許多噴淋專家預(yù)測(cè)21世紀(jì)的噴淋將朝著能耗及造價(jià)越來(lái)越低，效率越來(lái)越高。噴淋系統(tǒng)在防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)中應(yīng)用達(dá)到以下幾個(gè)目的： 1系統(tǒng)實(shí)用化程度高，功能全面，流程化作業(yè)，能滿防塵、降塵現(xiàn)場(chǎng)噴淋的實(shí)際需要。 2多種數(shù)據(jù)交換方法，保證在不同情況下數(shù)據(jù)的正常交換。 3靈活的功能與權(quán)限控制，功能設(shè)置與權(quán)限控制有機(jī)結(jié)合分級(jí)管理，操作簡(jiǎn)便。 4豐富的采集手段，著重對(duì)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行查詢統(tǒng)計(jì)分析比較，為決策提供依據(jù)。 5資源數(shù)據(jù)更新自動(dòng)化程度較高，方便快捷。 6系統(tǒng)性能穩(wěn)定，兩套成熟系統(tǒng)的優(yōu)化組合。 7節(jié)能降耗，增效環(huán)保。