基于DSP的管道漏点快速定位系统的设计与实现

设 Ａ和 间距 离为 Ｄ， Ａ和 Ｂ到漏 点 的距离 为 和 ， 水 声 速度 为 ， 漏 到达 Ａ， Ｂ两 点 的 时 间为
。 和 Ｂ 两者 的时间差 为 Ａ ＝Ｉ 一 ＝ ＝ ：＝Ｌ ｔ ￡Ｉ ｆ
，
图 ２ 系统硬件 组成
２ １ 传 感器 的选 择 ．
本 系统 选用 的传 感器 为 Ｄ Ｐ ＭＥ ０ Ｋ声 波 传 Ｙ － ４０
收 稿 日期 ：０ ２一 ２～１ ２１ Ｏ ５
基金项 目： 国家 自然科 学基金项 目（ １０ ０ ７ ６０ ２ ０ ） 作者 简介 ： 闫艳 霞（９ Ｏ ） 女 ， 南省郑州 市人 ， 州轻 工业 学院讲师 ， 士 ， １８一 ， 河 郑 硕 主要研 究方向为 电子测量
第 ４期
闫 艳 霞 ， ： 于 Ｄ Ｐ 的管道 漏 点快 速 定 位 系统 的设 计 与实 现 等 基 Ｓ
“ ”
、
２１ ０２链
“
” 、
“ 出” “ 退 、输入 ” “ 、 退格 ” “ 测 ” 为 和 重 ．
口． ｆ一 １ ａＳ 一 １ （ ） ２ （ ２ ＋ ｒ ｄ ， ｓ ）
使用 ２ ４位的 Ａ Ｄ转换器 Ｃ ５６ ／ Ｓ３０插入传感器
输 出信号 进行 量化 ， Ｃ ５６ 因 Ｓ３０为 差 动模 拟 输 入 ， 因 此送 入 Ａ Ｄ前需 对其 进行单 一 双极性 转 换 ， ／ 转换 电
、
ｍｏ ｅ ｄ ｔ ｏｌｃｉ ｎ， ｅ ｂ ａ ｄ ａ ｄ ｄ ｓ ｌ ｙ ｃｒ ｕ ｔｗ ｒ ｅ ｉｎ ｄ Ｔ ｅ ｔ ｓ ｒ ｓ ｌ ｈ ｗ ｄ ｔ ａ ｈ ｙ ｔｍ ｒ ａ ａ ｃ ｌ ｔ ｅ ｏ ｋ ｙ ｏ ｒ ｎ ｉ ａ ｉｃ ｉ ｅ ｅ ｄ ｓ ｅ ． ｈ ｅ ｔ ｅ ｕ ｔ ｓ ｏ ｅ ｈ ｔｔ ｅ ｓ ｓｅ ｐ ｇ ｓ ｈ ｄ ｈ ｇ ｃ ｕ ａ ｙ， ｗ ｃ ｓ ａ ｄ ｐ ｗｅ ｏ ｓ ｍｐ ｉｎ Ｔ ｅ ｄ ｔ ｃｏ ａ ａ ｙ ｔ ｐ ｒ ｔ ． ａ ｉ ｈ ａ ｃ ｒ ｃ ｌ ｏ ｔ ｎ ｏ ｒ ｃ ｎ ｕ ｔ ． ｈ ｅｅ ｔ ｒｗ ｓｅ ｓ ｏ ｏ ｅ ａｅ ｏ ｏ Ｋｅ ｒ ｓ ｐ ｐ ｌ ｅ ｌ ａ ｏｎ ａ ｉ ｏ ｉ ｏ ｉ ｇ ｓ ｓ ｍ ； ｏ ｒ ｌｔ ｎ ｄ ｔｃｉ ｎ ｍｅｈ ｄ ＤＳ ｐ ｅ ｏ ｌ ｃｒ ｙ ｗｏ ｄ ： ｉ ｅ ｉ ｅ ｋ ｐ ｉ ｔｒ ｐ ｄ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｙ ｔ ｎ ｉ ｅ ｃ ｒ ａｉ ｅｅ ｔ ｔ ｏ ； Ｐ； ｉｚ ｅｅ ｔ ｃ ｅ ｏ ｏ ｉ
第２ ７卷 第 ４期 ２１ ０ ２年 ８月
郑 州！ 业 学 院 学 报 （自 Ｄ ＳＲ （ａｒ ｉｃ｝ 轻垦 然ＴＹ Ｎｔ版 ｃ 曼 圣 工 兰 ！ ！ Ｕ 科 学 ａＳ ）ｅ ｕｌ ｅ ｎ
Ｖ １ ７ ｏ４ ０ ２ Ｎ ． ．
Ａｕｇ ２ ２ ． ０１
文 章 编 号 ：０ ４—１７ （０ ２ ０ ００ ０ １０ ４ ８ ２ １ ）４— ０ ６— ３
ｐｒｎ ｉ ｌ ａ ｄ ｔｏ ｄ ａ ａ ｅｏ ｉｈ—ｐ ｅ ｌ ｗ ｐ ｗ ｒ Ｓ ｉ ｃｎ ｏ ａｄｐ ｃｓ ｎ ｒ． ｕ ｈｒ ｉ ｃｐ ｅ， ｎ ｏ ｋ ａ ｖ ｎｔｇ ｆｈｇ ｓ ｅ ｄ，ｏ ｏ ｅ Ｐｃ ｐ ａ ａ ｏ ｔ ｌ ｎ ｒ ｅｓ ｇ ｏｅ Ｆ ｒ ｅ－ Ｄ ｈ ｓ ｓ ｒ ｏ ｉ ｃ ｔ
Ｄ Ｐ内部 经滤 波 、 Ｓ 相关 处 理 得 到 ２路 信号 的时 延估 计 ， 后根 据声音 在 管 道传 输 的速 度 和传 感 器 间距 最 离 ， 算 出管 道 上 漏 点 的具 体 位 置． 用 键 盘对 系 计 利
２ ３ 程序存 储 空 间和 数据存 储 空 间 ．
系统 选 用 的程 序 存 储 Ｆ Ａ Ｈ 是 Ａ Ｍ 公 司 的 ＬＳ Ｄ Ａ ２ Ｌ ６ Ｄ， 用 的 数 据存 储 Ｒ Ｍ 是 Ｃ ｐｅｓ公 ｍ ９ Ｖ１０ 选 Ａ ｙｒｓ
Ａｂ ｔ ａ ｔ Ａ ｒ ｓ ｎ ， ｈ ｎ ｎ ｅ ｇ ｏ ｎ ａｅ ｉ ｅ ｌ ａ ｅｅ ｔ ｎ ｍｅｈ ｄ ｄ ｐ ｈ ｒ ｄｔ ｎ ｌｐ ｓ ｉｅ ｓ ｒ ｃ ： ｔｐ ｅ ｅ ｔ Ｃ ｉ ａ Ｓ ｕ ｄ ｒ ｒ ｕ ｄ ｗ ｔ ｒｐ ｐ ｅ ｋ ｄ ｔｃｉ ｔ ｏ ｓ ａ ｏ ｔ ｅ ｔ ｉ ｏ ａ ａ ｓ ｏ ｔ ａ ｉ ｖ ｄ ｔｃ ｉｎ ｍｅ ｈ ｄ ａ ｄ ｌ ｔｎ ｎ ｔ ｏ ． ｈ ｓ ｔ ｏ ｓｈ ｖ ｏ ｍｉ ｔ ｎ ｕ ｈ ａ ｗ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ Ａ ａ ｉ ｅ ｅ ｔ ｔ ｏ ｎ ｓｅ ｉ ｇ ｍｅｈ ｄ Ｔ ｅ ｅｍｅｈ ｄ ａ ｅ ｓ ｍｅｌ ｔ ｉ ｓｓ ｃ ｓｌ ｅ ｉ ｉ ｔ ． ｒ ｐ ｄ ｏ ｉ ｉ ａｏ ｏ ａ ｉ ｐ ｓｔ ｎ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆｕ ｄ ｒｒ ｕ ｄ ｐ ｐ ｌ ｅ ｌ ａ ｏｎ ｓ ｄ ｓ ｎ ｄ Ｔ ｅ ｓ ｓ ｍ ｓ ｄ ｃ ｒ ｌｔ ｎ ｄ ｔ ｃｉ ｎ ｏｉｏ ｉｇｓ ｓ ｉ ｅ ｏ ｎ ｅ ｇ ｏ ｎ ｉ ｅｉ ｅ ｋ ｐ ｉｔｗａ ｅ ｉ ｅ ． ｈ ｙ ｔ ｕ ｅ ｏ ｒ ａｉ ｅｅ ｔ ｎ ｇ ｅ ｅ ｏ ｏ
司 的 Ｃ ７ １２ ． Ｙ Ｃ０１
统进行控制并输入需要的参数 ，Ｃ Ｌ Ｄ显示提示信息
以及最 终 的运算 结果 和相关 波形插 人 ．
２ ４ 键盘 电路 的设计 ．
本系统 中键 盘 主 要 键 码 信 息 有 ０ ＿ －９数 字 键 、
郑 州 轻 工 业 学 院 学 报 （自 然 科 学 版 ｌ
ＹＡＮ Ｙａ －ｉ ， Ｚ ＮＧ Ｘｉｏ ｗ ｎ， ＪＡＮＧ Ｌ —ｉｇ ｎ ｘａ ＨＥ ａ — ａ Ｉ ｉ ｎ ｙ
（ ｏｌ ｅｆＥ ｃ ． ｎ ｆｒＥ ｇ，ｈｎｚｏ ｎｖｏ ｉ ｔｎ ．Ｚ ｅｇｈ ｕ４０ ０ ，ｈｎ ） Ｃ ｌｇ ｌ ｔ ａｄＩ ｏ． ｎ ．Ｚ ｅｇｈｕＵ ｉ ｆＬｇ ｄ ，ｈｎｚｏ ５ ０ ２ Ｃ ｉ ｅ ｏ ｅ ｒ ｎ ． ｈＩ ａ
路见 图 ３ ．
Ｒ （ 在 ｒ＝ Ｉ ） ： ＝Ａ 处有极大值． ｔ 一ｔ１ ｔ 因此 ， 由
互相关函数 Ｒ ， 可求出 值 ， （ ） 从而可确定漏点
位置 ． 漏点 在 Ａ， 若 曰两 测 试 点外 ， 相 对 时延 满 足 则
Ｉ ｆ ＝Ｄ ｖ △ ／ ． Ｉ
Ｖ
响了城市水 资源的利用率． 据统计 ， 管道 的滴流漏
水量 约为 ３６Ｌ ｈ 线流漏 水 量 约为 １ ／ ， 大线 ． ／ ， ７Ｌ ｈ 较 流漏水 量 为 ６０Ｌ ｈ在 我 国城 市 给水 系统 中 ， 年 ７ ／ ． 每 有数 十亿 吨 自来 水 白 白流 失 ， 成 水 资 源 的严 重 浪 造
图 ３ 单一 双极性 转换 电路
Ｃ ５６ Ｓ３０的输 出 可 直 接 与 Ｄ Ｐ的 Ｍｃ Ｓ Ｓ Ｂ Ｐ相 连 ， 但 因 Ｃ ５６ Ｓ３０为 ５ Ｖ 电 平 ， 以需 要 增 加 缓 冲 器 所 ７Ｌ Ｃ６４ ４ Ｖ １２５来 实 现 电 平 转 换 ， ／ 转 换 模 块 见 ＡＤ
点快速 定位 系统 ． 测试 结果表 明 ， 该方 法具有精 度 高、 成本低 、 功耗低 和操作 方便 等优 点． 关键词 ： 管道 快速 定位 漏点 ； 关检 测 法 ；Ｓ 压 电式声 波传感 器 相 Ｄ Ｐ；
中 图分 类号 ：Ｎ ４ ． Ｔ ２８４ 文献 标志 码 ： Ａ Ｄ Ｉ １ ．９ ９ ｊｉ ｎ １０ Ｏ ：０ ３ ６ ／．ｓ ．０ ４—１７ ．０ ２ ０ ．０ ｓ ４ ８ ２ １ ．４ ０ ２
１ 相 关 检 测原 理
管道漏 点定 位 相 关 检 测 原 理 见 图 １漏 点 处 声 ．
信号 Ｓ ｔ 到 Ａ 两点 的信号分 别为 。 ｆ （） ， （）＝ｎＳ 。 （ — 。和 ２ ｔ ｔ ｔ） （）＝ａＳ ｔ ，ｔ， 为 声 波 自漏 点 ２ （ —ｔ） ｌｔ ２
传播 到点 Ａ和 所 需要 的时 间 ， 。０ 为 衰减 因子． 口 ，：
图 １ 管道 漏点 定位相 关检 测原理
检测时 ， 在 ， Ｂ点分别放置 ２个压 电传感器 ，
把 微弱 漏水声 信号 转 换 成 电信 号 ． 过 电缆送 到与 通 传 感器 阻抗相 匹 配 的前 端放 大 ， 过 带 通 滤 波器 进 通 行 预处 理 ， 减少 噪 音 的干 扰 ． 信 号 再 经 过 电压 以 该 放大 ， 经数 据 采集 并 进 行 采 样 和量 化 ， 后 对 数 据 然 进行处 理 ， 出 △ ， 而确定 漏点 的具 体位 置． 得 从
ａ ｏ ｓｉ ｅ ｏ ｃ ｕ ｔｃ ｓ ｎｓ ｒ
０ 引 言
地 下 管道 的渗 漏 ， 别 是管 道 暗漏 已经 严 重影 特
费 ， 见地下 管道 漏点 检测 非常 重要 … ． 可 目前 我 国普 遍 采 用 的 管 道 泄 漏 检 测 方 法 是 音 听法 ， 然而 埋 在 地 下 较 深 的管 道 ， 别 是 比较 小 的 特 泄漏 ， 产生 的泄漏 噪声 是 很 小 的 ， 耳 很 难 分 辨 ， 人 所 以这 种方 法 很 不 可 靠 ． 于 此 ， 文 拟 使 用 相 关 鉴 本 时延 漏点 检测 技术 与 原理 ＩＪ并 以 Ｄ Ｐ为核 心 数 ４， Ｓ 据处 理器 ， 计 一种地 下管 道漏 点快 速定 位系统 ． 设
Ｄｅ ｉｎ ｎ ｉ ｐｌｍ ｅ ｔ ｔｏ ｆｒ ｐｉ ｓｔｏ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆ ｓｇ ａ ｄ．ｍ ｅ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ａ ｄ ｐｏ ｉｉｎｉ ｇ ｓ ｓｅ ｏ ｕｎ ｒ ｒ ｕ ｉ ｅｉ ｅ ｋ ｐｏｎ ｓ ｄ ｏ Ｐ ｄｅ ｇ ｏ ｎｄ ｐ ｐ ｌ ｎｅ ｌａ ｉ ｔｂａ ｅ ｎ ＤＳ
Ａ Ｄ 换 Ｓ Ａ Ａ ，转 Ｄ Ｔ
缓 冲器
ＢＤＲＯ
ＤＰ Ｓ
ＦＲＡＭ Ｅ
ＢＦ Ｒ ０ Ｓ
示 电路 ． 过压 电式 声波 传 感 器 将漏 水 处 产 生 的声 通 波转换 为 ２路 电信 号 ， 过放 大后直 接 由 ２ 经 ４位 Ａ Ｄ ／
图 ４ Ａ Ｄ转换 模块 ／
转换器转换为数字信号 ， 送人 Ｄ Ｐ处理器 ； Ｓ 信号在
感器 ， 声音信号经压 电式传感 器转换为 电信号 后 ， 直接在传感 器部分 放 大 ２ ０倍 以提 高传感 器 的灵
敏度 ． ２ ２ Ａ Ｄ 与 Ｄ Ｐ的接 口连接 ． ／ Ｓ
Ｉ
Ｒ （） ： 丁
。
＝ ．
可 由 （）和 ：ｔ 的互 相 关 函 数 确 定 ， ｔ （）
图 ４ ．
Ｍ ＣＬ Ｋ ＣＬＫＸ
２ 系统 硬 件设 计
该 系 统 硬 件 组 成 见 图 ２ 系 统 以 Ｄ Ｐ 芯 片 ． Ｓ Ｔ ３ ０ Ｃ ４ ２为核 心 ， 以数据 采集 、 盘 和显 ＭＳ ２ Ｖ ５ ０ 辅 键
输 入 通道 Ｂ
Ｓ ＣＬＫ
Ｃ ５３ ０ Ｓ ６
ＢＣＬ ＫＲＯ ７ ＶＣ １ ２ ４Ｌ ６ ４５
基 于 Ｄ Ｐ的 管 道漏 点快 速 Ｓ 定位系统 的设计与实现
闫艳 霞， 郑晓婉 ， 姜利英
（ 州轻 工业 学院 电气信 息工程 学 院 ，河 南 郑 州 ４００ ） 郑 ５０ ２
摘要 ： 针对我 国地下 自来水管道漏水检测 中传统的听音法可靠性差等 问题 ， 利用相关检测原理 ， 以高 速 、 功耗 的 Ｄ Ｐ芯 片作 为控 制和 处理核 心 ， 低 Ｓ 并辅 以数 据 采 集、 盘 和显 示 电路 ， 键 设计 了地 下 管道 漏