水泥土攪拌樁監(jiān)測系統(tǒng)多設(shè)計方案及對比

1、- 1 - / 20 文檔可自由編輯打印水泥土攪拌樁監(jiān)測系統(tǒng)多設(shè)計方案及對比(版本：1.0)設(shè)計公司：廊坊市博富電子技術(shù)有限公司設(shè)計人：孫寶武日期：2014.6- 2 - / 20 文檔可自由編輯打印目目 錄錄1、前言22、引論33、目錄54、正文74.1.1、設(shè)計目的74.1.2、系統(tǒng)實現(xiàn)功能74.2、系統(tǒng)總體方案設(shè)計84.2.1、系統(tǒng)總體設(shè)計框圖84.2.2、系統(tǒng)硬件設(shè)計方案84.2.3、系統(tǒng)軟件設(shè)計方案84.3、系統(tǒng)各個模塊設(shè)計94.3.1、單片機(jī)最小系統(tǒng)94.3.2、顯示電路114.3.3、串行通信電路134.3.4、DS18B20溫度傳感器電路134.3.5、電源電路154.3.6、

2、單片機(jī)與 PC 機(jī)串口連接電路154.4、系統(tǒng)軟件設(shè)計174.4.1、單片機(jī)軟件設(shè)計174.4.2、上位機(jī)軟件設(shè)計174.5、系統(tǒng)調(diào)試195、結(jié)論206、致謝207、參考文獻(xiàn)218、附錄22附錄1、系統(tǒng)總體電路圖22附錄二、單片機(jī)程序22附錄三、PC 機(jī)程序28- 1 - / 20 文檔可自由編輯打印一、一、前言前言廊坊市博富電子技術(shù)有限公司長期致力于各類控制監(jiān)測類電子產(chǎn)品的研發(fā)、生產(chǎn)和銷售，創(chuàng)業(yè)以來，在中國科學(xué)電池研究院的技術(shù)支持下，憑著多年豐富的市場管理經(jīng)驗和雄厚的綜合實力，公司生產(chǎn)的各類控制器在國內(nèi)外享有較高的知名度。其中臺球類的控制器更是取得市場占有率達(dá)到 25%,全國銷量第一的成績。

3、 公司擁有一批精干的研發(fā)、生產(chǎn)技術(shù)人員和先進(jìn)的生產(chǎn)、檢測設(shè)備，運(yùn)用精密的測試技術(shù)和完善的管理體系，嚴(yán)格對產(chǎn)品質(zhì)量進(jìn)行多重把關(guān)。通過公司全體員工的不斷努力，積累了大量寶貴經(jīng)驗。自 2010 年起公司開始推行標(biāo)準(zhǔn)化操作，規(guī)范公司管理生產(chǎn)體制。生產(chǎn)的各類控制器出廠達(dá)到 0 缺陷廣受新老用戶好評。公司產(chǎn)品包括：以下四個方面：軟件類產(chǎn)品鰲科臺球計費燈控系統(tǒng)、軍遙臺球計費燈控系統(tǒng)、北京鐵路局分房計價系統(tǒng)、鰲科健身娛樂收費系統(tǒng)等。硬件產(chǎn)品鰲科系列計時電控計費器、JY/HZ/TY 系列燈光控制器、升降機(jī)重量限制儀、比賽計時計分顯示器、通用打樁控制器等。- 2 - / 20 文檔可自由編輯打印公司生產(chǎn)的各系列產(chǎn)

4、品規(guī)格多樣化，以滿足客戶的不同需求，并且我們可以根據(jù)客戶的要求設(shè)計生產(chǎn)。公司執(zhí)著地追求產(chǎn)品的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)型和實用性，銷售網(wǎng)絡(luò)遍布全國、竭誠為廣大客戶提供完善的技術(shù)支持和售后服務(wù)。我們以優(yōu)質(zhì)的產(chǎn)品和技術(shù)做后盾，用服務(wù)實現(xiàn)增值，立足市場，以實際行動來滿足客戶需求，回報社會。 公司創(chuàng)建以來，一直堅持“以人為本、質(zhì)量為根、品牌興企”的發(fā)展戰(zhàn)略，以“誠信、拼搏、務(wù)實、創(chuàng)新”為核心的優(yōu)秀企業(yè)文化，全力以赴跟進(jìn)時代的步伐，滿足客戶的需求。廊坊市博富電子技術(shù)有限公司與國內(nèi)外各界朋友精誠合作，幫助企業(yè)解決問題攜手企業(yè)共創(chuàng)未來。- 3 - / 20 文檔可自由編輯打印一、項目需求分析一、項目需求分析依照甲

5、方對系統(tǒng)的需求，本著架構(gòu)合理、安全可靠、操作簡易、降低成本、低維護(hù)量作為出發(fā)點，提供先進(jìn)、安全、可靠、高效的系統(tǒng)解決方案。系統(tǒng)建成后將達(dá)到如下功能： 實時對工區(qū)、樁機(jī)施工情況進(jìn)行監(jiān)測。 記錄樁機(jī)施工過程中產(chǎn)生的各種數(shù)據(jù)并保存。 對廠區(qū)樁機(jī)施工異常進(jìn)行實時報警，有效保證廠內(nèi)生產(chǎn)的安全。 通過互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)將施工數(shù)據(jù)共享。全球任何接入互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備可即時查看。- 4 - / 20 文檔可自由編輯打印項目總體規(guī)劃 整套監(jiān)控系統(tǒng)由前端采集部分、信號傳輸部分、中心儲存控制部分、互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分享部分和電源、防雷四大部分組成。前端采集部分前端采集部分 前端采集部分通過傳感模塊對樁機(jī)工作情況進(jìn)行監(jiān)控，采集監(jiān)控的變量主要

6、有以下幾項:1 鉆樁深度2 內(nèi)鉆桿電流3 外鉆桿電流4 前后傾角5 左右傾角6 水泥漿密度7 泥漿流速8 噴漿狀態(tài)或壓力9 鉆桿狀態(tài)通過以上變量結(jié)合系統(tǒng)時間變量可以計算出以下參數(shù)：1 累計漿量2 累計灰量3 平均漿量4 平均灰量5 鉆速6 提鉆速度以上參數(shù)可以分段分時計量根據(jù)分段情況可以計算以下參數(shù)：1 下部樁體累計漿量2 下部樁體累計灰量3 下部樁體平均漿量4 下部樁體平均灰量5 擴(kuò)大頭累計漿量6 擴(kuò)大頭累計灰量- 5 - / 20 文檔可自由編輯打印7 擴(kuò)大頭平均漿量8 擴(kuò)大頭平均灰量其它有還應(yīng)記錄的整體參數(shù)和其它較有意義的數(shù)據(jù)有：1 實際樁長2 擴(kuò)大頭樁長3 下部樁體樁長4 最大斜度5

7、最大鉆速6 最大提速7 最大外鉆桿電流8 最大內(nèi)鉆桿電流信號傳輸部分信號傳輸部分信號經(jīng)傳感器采集后通過傳輸部分將數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)到數(shù)據(jù)儲存中心。數(shù)據(jù)傳輸方法甚多。參照國內(nèi)外工業(yè)總線系統(tǒng)和國內(nèi)應(yīng)用現(xiàn)況，我處設(shè)計了以下幾種傳輸方案，客戶可以根據(jù)具體情況時行選擇。方案一在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)立數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。在施工現(xiàn)在設(shè)立現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)中心。在樁機(jī)上- 6 - / 20 文檔可自由編輯打印安裝的傳感器和相對簡單的只起到數(shù)據(jù)采集中轉(zhuǎn)功能的記錄儀,采集的信號先傳輸?shù)浆F(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心對現(xiàn)場數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心再通過電信的無線網(wǎng)絡(luò)將處理好的數(shù)據(jù)上傳到互聯(lián)網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)場數(shù)據(jù)中心可以集中查看打印輸出現(xiàn)場采集的

8、數(shù)據(jù)。同時現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心也有施工異常監(jiān)控作用。能對現(xiàn)場發(fā)生的異常進(jìn)行實時報警響應(yīng)。其中現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心電腦起關(guān)鍵作用需 24 小時開機(jī)。對運(yùn)行穩(wěn)定性有需求應(yīng)為工業(yè)級電腦。方案二在互聯(lián)網(wǎng)設(shè)立數(shù)據(jù)中心服務(wù)器。在施工現(xiàn)在設(shè)立現(xiàn)現(xiàn)數(shù)據(jù)監(jiān)控中心。在樁機(jī)上安裝的傳感器采集的信號通過現(xiàn)場的數(shù)據(jù)記錄儀進(jìn)行初步處理存臨時存儲。然后現(xiàn)場記錄儀再將初步處理的現(xiàn)場的數(shù)據(jù)通過電信的無線網(wǎng)絡(luò)上傳到互聯(lián)網(wǎng)中心的數(shù)據(jù)中心?，F(xiàn)場可以設(shè)立現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心也可以不設(shè)立。現(xiàn)場數(shù)據(jù)中心主要起到集中查看打印輸出現(xiàn)場采集的數(shù)據(jù)的作用。同時現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心也有施工異常監(jiān)控作用能對現(xiàn)場發(fā)生的異常進(jìn)行實時報警響應(yīng)。但由于電信網(wǎng)絡(luò)的延遲和網(wǎng)況影響實時性有

9、所下降。現(xiàn)場的記錄儀可聯(lián)網(wǎng)工作或是脫機(jī)工作均可。其中現(xiàn)場的數(shù)據(jù)中心電腦開不開機(jī)不影響系統(tǒng)工常工作一般 PC 即可上勝任。- 7 - / 20 文檔可自由編輯打印2.3.3 中中心儲存控制部分心儲存控制部分中心儲存控制部分主要作用為儲存全國各地上傳來的施工數(shù)據(jù)。需 24 小時在線。根據(jù)用戶對數(shù)據(jù)儲存安全性的需求有以下幾個方案：方案一在互聯(lián)網(wǎng) IDC 租用兩臺云主機(jī)。兩臺主機(jī)上安裝數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)。兩個服務(wù)器對數(shù)據(jù)進(jìn)行實時熱備。當(dāng)一臺主機(jī)感染病毒或是被攻擊癱患時另一臺服務(wù)器仍可正常工作。不影響系統(tǒng)正常工作。方案二在互聯(lián)網(wǎng) IDC 租用一臺云主機(jī)。主機(jī)采用 RAD 方式儲存數(shù)據(jù)。主機(jī)有感染病毒或是被攻擊癱

10、患的幾率。但可以防止硬盤物理損壞而丟失數(shù)據(jù)。系統(tǒng)管理員可以通過定時備份防止數(shù)據(jù)損失。互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分享部分互聯(lián)網(wǎng)數(shù)據(jù)分享部分在互聯(lián)網(wǎng)上建立 WEB 站點。工作人員和客戶可以通過對 WEB 站點的訪問查看下載施工數(shù)據(jù)。Web 服務(wù)器接到工作人員或客戶需求對數(shù)據(jù)中心儲存的數(shù)據(jù)進(jìn)行的讀取并顯示出要查看的數(shù)據(jù)。2.3.42.3.4 電源、其它及防雷部分電源、其它及防雷部分由于監(jiān)控點比較分散且距離較遠(yuǎn)，宜采用分布式供電方式；由于各傳感器和模塊對電壓需求不甚相同。根據(jù)統(tǒng)計 80%以上的硬件故障均是電源系統(tǒng)引起的。系統(tǒng)采用多電壓輸出高頻電源，并且根據(jù)實際功率進(jìn)行在冗余設(shè)計。輸入采用寬電壓輸入。設(shè)備間通過光電模塊

11、進(jìn)行分離。在適當(dāng)?shù)攸c安裝防雷器對電源、視頻、信號進(jìn)行保護(hù)。 - 8 - / 20 文檔可自由編輯打印系統(tǒng)硬件設(shè)計方案系統(tǒng)硬件設(shè)計方案前端采集部分前端采集部分 傳感器傳感器前端采集部分通過傳感模塊對樁機(jī)工作情況進(jìn)行監(jiān)控，采集監(jiān)控的變量主要有以下幾項:1 鉆樁深度、2 內(nèi)鉆桿電流、3 外鉆桿電流、4 前后傾角、5 左右傾角、6 水泥漿密度、7 泥漿流速、8 噴漿狀態(tài)或壓力、9 鉆桿狀態(tài)其中模擬量采集的有 2 內(nèi)鉆桿電流、3 外鉆桿電流、6 水泥漿密度、7 泥漿流速、8 噴漿狀態(tài)或壓力、數(shù)字量采集的有 1 鉆樁深度、4 前后傾角、5 左右傾角、9 鉆桿狀態(tài)開關(guān)量采集的有分項設(shè)計1 1 鉆樁深度鉆樁深

12、度鉆樁深度可以通過鉆臺下降的位移進(jìn)行測量，目前成熟的測量方法較多，主要有位移標(biāo)尺測量，超聲測量，和激光測量。標(biāo)尺法安裝標(biāo)尺較麻煩。超聲測量精度受溫濕度影響較大精度在 1CM 范圍內(nèi)。國內(nèi)的傳感器一般量程在 20M 以內(nèi)通過對發(fā)謝和接收頭改造?？梢赃_(dá)到 40M 但隨著距離的增大聲波反射面變大測量精度受影響大。建議可以采用分段測量的方法進(jìn)行測量。激光測量精度可以控制在 1MM 內(nèi)。現(xiàn)在市面上成熟傳感器測量距離在 100M 以內(nèi)。精度高測量距離長。制約其應(yīng)用主要的因素主要是價格。雖然量長的激光測距儀價格不高但是激光測距傳感器一個探頭的價格都在千元以上。距離超過 40 米的價格一般都在幾千元。設(shè)備選型

13、：GLS-B60 激光距離傳感器GLS-B60 是新一代簡約高性價比的一款測距傳感器,尺寸很小，適合集成到客戶的設(shè)備中；性能還好，精度穩(wěn)定度較好。產(chǎn)品圖片：- 9 - / 20 文檔可自由編輯打印產(chǎn)品特點：體積更小，更易安裝；穩(wěn)定性更高；高性價比；溫控大，散熱效果好；- 10 - / 20 文檔可自由編輯打印產(chǎn)品參數(shù)： 品名品名GLS-B60GLS-B60量程量程60m60m精度精度1.5mm1.5mm端口端口RSRS 232232輸出量輸出量數(shù)字量輸出數(shù)字量輸出工作溫度工作溫度-20+50-20+50工作電壓工作電壓3V3V體積體積81*60*24mm81*60*24mm 2-32-3 內(nèi)鉆

14、桿、外鉆桿電流內(nèi)鉆桿、外鉆桿電流因工作電流較大電流測量必須采用互感器進(jìn)行轉(zhuǎn)換電流互感器原理是依據(jù)電磁感應(yīng)原理的。電流互感器是由閉合的鐵心和繞組組成。它的一次繞組匝數(shù)很少，串在需要測量的電流的線路中，因此它經(jīng)常有線路的全部電流流過，二次繞組匝數(shù)比較多，串接在測量儀表和保護(hù)回路中，電流互感器在工作時，它的 2 次回路始終是閉合的，因此測量儀表和保護(hù)回路串聯(lián)線圈的阻抗很小，電流互感器的工作狀態(tài)接近短路。電流互感器是有一次高電壓轉(zhuǎn)換成二次低電壓來使用 二次不可開路產(chǎn)品選型：HWCT（20A）微型精密電流互感器產(chǎn)品圖片：- 11 - / 20 文檔可自由編輯打印產(chǎn)品特點：1、輸入線圈為內(nèi)置式；小巧輕便。

15、2、全封閉，機(jī)械和耐環(huán)境性能好，電壓隔離能力強(qiáng)，安全可靠。產(chǎn)品參數(shù)：4-5 前后傾角、左右傾角產(chǎn)品選型：產(chǎn)品選型：進(jìn)口 Nti NEC2 單軸傾角傳感器主要技術(shù)指標(biāo)：- 12 - / 20 文檔可自由編輯打印產(chǎn)品圖片：產(chǎn)品特點：產(chǎn)品參數(shù)：測量分辨率：0.005 度測量范圍：30 度（即 60 度），NEC2 型溫度漂移：0.020mV/，Max.輸出信號：模擬信號，引出線 3 根（紅色線:Vcc，黑色線:Gnd，白色線:信號）靈敏度：6.0mV/度（NEC2 型）線性度：0.2%FS供電電壓：3V6VDC，標(biāo)準(zhǔn) 5V使用溫度：40+85產(chǎn)品尺寸：外徑 27mm，厚度 13mm產(chǎn)品組成：傳感器本

16、體，固定環(huán)重量：21.5g，含固定環(huán)- 13 - / 20 文檔可自由編輯打印6 水泥漿密度水泥密度傳感器分為在線式和非在線式產(chǎn)品選型：自行開發(fā)產(chǎn)品圖片：產(chǎn)品特點：產(chǎn)品參數(shù)：7 泥漿流速產(chǎn)品選型：LD6000 系列智能電磁流量計LD6000 系列智能電磁流量計是我公司采用國內(nèi)外最先進(jìn)技術(shù)研制開發(fā)的全智能型電磁流量計，全中文電磁轉(zhuǎn)換器內(nèi)核采用高速中央處理器。計算速度非?？?、精度高、測量性能可靠。轉(zhuǎn)換器電路設(shè)計采用國際先進(jìn)技術(shù)，輸入阻抗高達(dá) 1015 歐姆，共模抑制比優(yōu)于 100db，對于外來干擾以及 60Hz/50Hz 干擾抑制能力優(yōu)于 90db,可以測量更低的電導(dǎo)率的流體介質(zhì)流量。其傳感器采用

17、非均勻磁場技術(shù)及特殊的磁路結(jié)構(gòu)，磁場穩(wěn)定可靠，而且大的縮小了體積，減輕了重復(fù)，使流量計小型流量化的特點。使客戶“買的放心，用的省心，服務(wù)稱心”是我公司的宗旨。 1.產(chǎn)品特點：產(chǎn)品特點：管道內(nèi)無可動部件，無阻流部件，測量中幾乎沒有附加壓力損失。測量結(jié)果與流速分布，流體壓力，溫度、密度、粘度等物理參數(shù)無關(guān)。在現(xiàn)場可根據(jù)用戶實際需要在線修改量程。高清晰度背光 LCD 顯示，全中文菜單操作，使用方便，操作簡單，易學(xué)易懂。采用 SMD 器件和表面貼裝（SMT 電路可靠性高。采用 16 位嵌入式微處理器，運(yùn)算速度快，精度高，可編程頻率低頻矩形波勵磁，提高了流測量的穩(wěn)定性，功耗低。全數(shù)字量的處理，抗干擾能力

18、強(qiáng)，測量可靠，精度高，流量測量范圍可達(dá)150:1超低 EMI 開關(guān)電源，使用電源電壓變化范圍大，抗 EMC 好內(nèi)部具有三個積算器可分別顯示正向累計量及差值積算量，內(nèi)部設(shè)有不掉電時鐘，可記錄 16 次掉電時間具有 RS485、RS232、Hart 和 Modbus 等數(shù)字通訊信號輸出。具有自檢與自論功能- 14 - / 20 文檔可自由編輯打印產(chǎn)品圖片：產(chǎn)品參數(shù)：1).公稱通經(jīng) ND(mm):管道式四氟襯里:10、15、20、25、32、40、50、65、80、100、125、150、200、300、350、400、450、500管道式橡膠襯里：40、50、65、80、100、125、150、2

19、00、300、350、400、450、500、600、700、800、900、1000、1100、1200注：特殊規(guī)格可以定制2).流動方向:正、反、凈流量;量程比:150:1;重復(fù)性誤差:測量值的0.1%3)精度等級:管道式:0.5 級,1.0 級4)被測介質(zhì)溫度:- 15 - / 20 文檔可自由編輯打印普通橡膠襯里:-20+60;高溫橡膠襯里:-20+90聚四氟乙烯襯里:-20+100;高溫型四氟襯里:-20+1805)額定工作壓力管道式:DN6-DN80:1.6MPa,DN100-DN250:1MPa,:DN300-DN1200:0.6MPa 高壓可定制6)流量測量范圍:流量測量范圍對

20、應(yīng)流速范圍是 0.1-15m/s7)電導(dǎo)率范圍:被測流體電導(dǎo)率5us/cm(一體式),大多數(shù)以水為成分的介質(zhì),其電導(dǎo)率在 200-800 us/cm 范圍內(nèi),均可選用電磁流量計來測量其流量計.8)電流輸出:負(fù)載電阻:0-10mA 時,0-1.5k,4-20mA 時,0-750k,9)數(shù)字頻率輸出:輸出頻率上限可在 1-5000HZ 內(nèi)設(shè)定帶光電隔離的晶體管集電極開路雙向輸出.外接電源35V 導(dǎo)通時集電極最大電流為 250mA10)供電電源:85-265V,45-63HZ電磁流量計默認(rèn)工作電源為交流 220V。如需其他電源供電訂貨時需要注明。精度為 0.5%FS。11)直管段長度:管道式:上游5

21、DN,下游2DN12)連接方式:流量計與配管之間均采用法蘭連接,法蘭連接尺寸應(yīng)符合 GB11988的規(guī)定.13)防爆標(biāo)志:MDIIBT414)環(huán)境溫度濕度:-25-+60;5%-95%.15)消耗總功率:小于 20W8 噴漿狀態(tài)或壓力產(chǎn)品選型：產(chǎn)品圖片：產(chǎn)品特點：工作溫度范圍-40125 度重工業(yè) CE 認(rèn)證反向極性保護(hù)- 16 - / 20 文檔可自由編輯打印3700BAR 測量范圍100V/W 電磁干擾保護(hù)0.25%綜合精度17-4PH 鋼材產(chǎn)品參數(shù)：壓力范圍0200700BAR精度0.25%(可選 0.1%)介質(zhì)兼容性17-4PH 鋼(若需其他材質(zhì)，請與廠家聯(lián)系)壓力接口G1/4,1/4NPT 等過載壓力100BAR(15 倍),200BAR(7 倍),300700BAR(5 倍)注:額定破壞壓力100BAR(35 倍),200BAR(18 倍),300700BAR(10 倍)注:額定長期穩(wěn)定性(一年)0.25%供電電源1028VDC供電電流15mA輸出信號420mA 05V 15V 0.54.5V 等電氣連接電纜線，航空插頭，赫思曼插頭零點偏差0.2%量程偏差0.25%噪音2mVRMS頻帶寬7 直流至 1kHz防爆等級有防護(hù)等級IP679 鉆桿狀態(tài)產(chǎn)品選型：產(chǎn)品圖片：產(chǎn)品特點：產(chǎn)品參數(shù)：灌漿記錄儀部分灌漿記錄儀部分- 17 - / 20 文檔可自由編輯打印1.利用