132微電子學與計算機2004年第21卷第6期智能污水液位儀的研制李云飛1顏友鈞2(1蘇州大學計算機科學與技術(shù)學院，蘇州215006) (2蘇州市職業(yè)大學,蘇州215004)摘要:本文介紹了智能污水液位儀的設計原理和基于在線校正技術(shù)解決電極結(jié)垢問題的方法。對類似的儀器研制和解決實時信號測量轉(zhuǎn)換中的動態(tài)非線性誤差有一定的參考價值。關(guān)鍵詞:液位儀,在線校正,污水監(jiān)測中圖法分類號: TP31文獻標識碼: A文章編號: 1000-7180(2004)06-132-03The Development of Intelligent Sewage Level InstrumentLI Yun-Fei, Yan You-Jun2(1 Suzhou University, Suzhou 215006 China) (2 Suzhou Vocational University, Suzhou, 215009 China)Abstract:This paper introduces the design principle of the intelligent sewage level instrument and the implementationtechnology of solving the problem of electrode scaling formation based on online calibration technique ，This paper is ofdefinite value to solving the problem of dynamic nonlinear error real-time sign measurement conversion. .Key words: level instrument, Online calibration, Sewage monitoring1引言當兩個電極-部分浸在污水中,另一部分暴露近幾年,生活和工業(yè)污水已嚴重影響城市的水在空氣中時，電極浸入污水的深度隨液位的變化而質(zhì)。如何有效地監(jiān)測、監(jiān)控、處理生活和工業(yè)污水已變化。這時,電極間的電阻由兩部分共同作用形成,成為環(huán)境保護的重要課題。為了診斷排污管道通暢但是空氣的電介質(zhì)系數(shù)遠遠大于污水的電介質(zhì)系狀況、準確統(tǒng)計每天的排污量、監(jiān)控各重點污染單數(shù),所以，可以認為電極間的電阻只由浸入污水的部位。必須對每條管道中的污水液位、流量進行實時分產(chǎn)生。從而可根據(jù)該電阻值計算出污水的液位。監(jiān)測。由此,研制了智能污水液位儀。但是,污水成分的是不斷變化的,使得污水的電介質(zhì)系數(shù)p不是定值,解決方法是:增加一組標準2智能污水液位儀的測量原理校驗電極對,使其浸入污水的深度固定,通過測量智能污水液位儀利用污水的導電特性采用基電極電阻值R,與標準校驗電極電阻值R。的比值避于電介質(zhì)測量的原理設計"。基本原理如下:免對ρ的計算。將兩個電極完全浸入污水中,設電極間的電阻為R,則:3智能污水液位儀的電路原理介紹按照上述原理，我們設計了基于單片機技術(shù)的R,=ρ號智能污水液位儀(如圖1所示),主要功能說明如下:式中:L為電極間的距離;p為污水的電介質(zhì)系數(shù);S為電極間液體的面積。Ro=>L放人電器]= >[ 采樣電路]- t多路由于S與電極浸入污水的深度h,成正比,設其.轉(zhuǎn)換Rx->[放大電器]-=>采樣電路]={開關(guān)比例系數(shù)為k,由此可得:-[ 全波整流電路R,=ρτ_,即: R,∞jCPUCYGNAL C8051F120 + C AD基準因此只需要測量出電極間的電阻R,的值,即可單片機得到電極浸入污水的深度h。中國煤化工5接口收稿日期: 2003-07-28 .MHCN MH G作面極基金項目:江蘇省科技廳項目資金資助(02KJB520001)圖1智能污水液位儀原理圖江蘇省高校自然科學基金資助(BK2002040)2004年第21卷第6期微電子學與計算機1333.1單片機進行線性校正，使用后不能滿足要求。為進一步提智能污水液位儀中的處理器采用美國CYG-高測量精度,我們使用了三次曲線校正124,介紹如NAL的C8051F120,MIPS 達到100,Flash 存儲器下:128K,RAM8448Bytes , ADC的精度為12 位轉(zhuǎn)換速度三次曲線參數(shù)方程:為100Ksps,內(nèi)置4個16位定時器,自帶外部存儲(x(u)=aqu2+b,u2+c ,u+d,(1)器監(jiān)控。該單片機配置了通訊接口,而通訊協(xié)議由ly(u)=a,u'+b,1u'+c,u+d,用戶定義。u為參數(shù),a,b,c,d,,,d,為待定系數(shù)。3.2 信號采集(1)式可表示為向量方程:求和放大后，由多路轉(zhuǎn)換開關(guān)控制采用電路采E(u)=au'+bu+cu+d .(2)集,經(jīng)全波整流濾波,ADC電路完成模/數(shù)轉(zhuǎn)換。式中a,b,c ,d為待定常向量,其中:3.3 通訊接口[ x(u)「b._[dE(u)=, a=, b=, c=d=|"采用RS485串行總線,使用Modbus協(xié)議。上位ly(u)a,」b, 'lc,~ld,監(jiān)控計算機可對多臺(最多256臺)智能污水液位或以下式表示:儀進行遙測和遙控。3.4 顯示操作面板.E(u)=[u3 u2 u 1](3)插拔式顯示操作面板,方便用戶對智能污水液位儀的設置和調(diào)試。E(u)的導數(shù)為:，b4測量誤差的校正算法E'(u)=[3u? 2u 1 0]g4.1 測量誤差電極在污水中會不斷結(jié)垢,結(jié)垢后的電極間的對n個樣本點p(i=1, ..)必須用n-1段三次樣條曲電阻變化值取決于電極的插入深度和在污水中的線來表示。如圖2所示，對每-段三次樣條曲線E(u)浸泡(使用)時間。表1、表2、表3是一個智能污水定義邊界條件如下:液位儀在三個不同時間的測量電極電阻值與標準E(4)校驗電極電阻值及污水液位值的對照表。表1產(chǎn)品出廠時R,IR。與h,的對照表+P.R,/IR。0.9970.4120.2560.125E,(u)h, (em)0150250350P.| E(u)表2產(chǎn)品使用三個月后R,/R。與h,的對照表R,IRo0.6350.1300.073 .0.052Ph, (cm)工程量x .表3產(chǎn)品使用六個月R,/Ro與hx的對照表圖2三次樣條曲線R,/Ro0.3420.0530.041E(0)=P: , E(1)=PH, E' (0)=DP; , E'(1)=DPuD是常向量,DP;和DP是在樣本點P和P:處從表1,表2,表3中可以看出電極結(jié)垢對液位相應的導數(shù)值。以0,1代替式(3)和式(4)中的u得:測量的影響,如不定期清洗電極或?qū),/R。和h,轉(zhuǎn).「0001換曲線進行校正,就會造成較大的測量誤差。由于(5)污水(主要是生活污水)成分很復雜和智能污水液位. DP4儀特殊的安裝環(huán)境,目前還找不到合適有效的清洗b1 1 1[P:電極的方法。中國煤化工城(6)4.2 軟件校正cMYHCNMHGP在污水測量中,流量通過液位間接計算,流量根據(jù)式(6)可求出a,b,c,d。測量n個樣本點的誤差是液位誤差103倍。在第-代產(chǎn)品中,對誤差P(x, y)(i=l, ... m川), 建立初步的轉(zhuǎn)換曲線E(x)后,根134微電子學與計算機2004年第21卷第6期據(jù)測:量誤差不斷對E()進行校正，算法如下:5結(jié)束語①輸入校驗信號或標準信號(x, y)基于電極原理的污水液位儀的成本低廉、電極②(x, y)與(x, E()比較安裝簡單、可實現(xiàn)對污水液位和流量的遙測,但電若|y-E(x)ke則轉(zhuǎn)⑤,(ε為誤差控制常數(shù))極的結(jié)垢及定期清洗一直是該儀器的使用障礙,本③用(x, y;)取代離它最近的樣本點(x, yn)文介紹的智能污水液位儀,有效地解決了電極的結(jié)④如果(x, y)是第-點則重新擬合E(x)垢引起的誤差,也使電極連續(xù)使用時間的增加。如果(xm, y)是第n點則重新擬合E_-(x)本文采用三次曲線校正方法,利用曲線可局部否則重新擬合Ex(x)和E(x)調(diào)整的特性,只在局部超差時,才對曲線進行在線⑤繼續(xù)校正轉(zhuǎn)①,否則返回。校正，將計算時間分散到各個采樣周期中。該方法將算法嵌入在單片機程序中，不斷建立R,/R。對解決實時信號測量轉(zhuǎn)換中存在動態(tài)非線性誤差與h,轉(zhuǎn)換曲線(如圖3所示),實現(xiàn)在線校正。校正問題有-定的參考價值。-次計算時間為0.48秒。R/R。 s參考文獻出廠時[1] 王洪業(yè)編著傳感器工程[M].長沙:國防科技大學出版社, 1997.[2] 蔣平、陳于萍.園度誤差測量數(shù)據(jù)的自動采集與處理機使用6個月后械設計與制造工程.2002,2:76-77.0.5-[3] 姜曉峰、李云飛.計算機數(shù)控加工仿真中誤差檢測技術(shù)的研究與實現(xiàn)，小型微型計算機系統(tǒng).2002,7:886--889.使用3個月后[4] Donald Hearm & M.Pauline Baker著,蔡士杰等譯,計算機0.25圖形學[M],北京:電子工業(yè)出版社, 1998:240-245.0.125 t0.052525050 h,李云飛男,(1958-),碩士 ,副教授。 研究方向為計算機軟件圖3局部控制二三次樣條曲線生成的RvRo與x轉(zhuǎn)換曲線與工業(yè)自動化。(上接第131頁)從以上的數(shù)據(jù)可以看出:我們的網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)在高速大流量的真實網(wǎng)絡環(huán)境中能夠高效地[1]唐正軍.網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)的設計與實現(xiàn).北京:電子工業(yè)運行,檢測出針對各種平臺、各種服務類型的服務出版社.2002.4.器的攻擊行為。我們下-步需要做的工作是通過和[2] 張惠敏,何軍、黃厚寬.一個基于免疫系統(tǒng)的網(wǎng)絡入侵檢其它IDS產(chǎn)品進行比較并分析這些上報的攻擊事測模型.計算機工程與應用, 2002,6.件中的誤報事件和漏報事件，降低誤報率和漏報[3] 林曼筠,錢華林.入侵檢測系統(tǒng):原理、入侵隱藏與對策.微電子學與計算機,2002, 1.54-59.率,進一步的完善整個系統(tǒng)。[4] 吳新民基于網(wǎng)絡的入侵檢測系統(tǒng)與基于主機的入侵檢測系統(tǒng)的比較分析,微型電腦應用,2002,18,6.[5] 呂士健,韓崇昭.基于BRO的網(wǎng)絡入侵檢測系統(tǒng)研究與入侵檢測系統(tǒng)已成為保護網(wǎng)絡安全的重要手實現(xiàn).碩士研究生論文,西安交通大學,2001.段。目前已經(jīng)有很多人工智能技術(shù)(如人工神經(jīng)網(wǎng)[6] Robert Graham. NIDS- -Pattern Search vs. Protocol Decode,絡和數(shù)據(jù)挖掘技術(shù))在入侵檢測系統(tǒng)中得以應用,Computers & Security, 2001,20(1)近來還出現(xiàn)了免疫模型在入侵檢測的應用。同時,7] Eugene H. Spa●ord, Diego Zamboni. Intrusion detectionusing autonomous agents. Computer Networks,2000, Vol34.基于網(wǎng)絡的入侵檢測應該和基于主機的入侵檢測結(jié)合起來,提供集成化的攻擊簽名檢測、報告和事空生。本兩四究方向為網(wǎng)絡安全。件關(guān)聯(lián)功能。通常還可以將IDS與防火墻等安全機李衛(wèi)中國煤化工制結(jié)合使用,形成入侵檢測、網(wǎng)絡管理、網(wǎng)絡監(jiān)控多管曉宏教MYHCNMHG方位-體的完備的安全體系。祝春華碩士研究生 。