新型智能流速流量儀系統(tǒng)設(shè)計.docxVIP

1、第3期2010年8月水利信息化WaterResourcesInformatization新型智能流速流量儀系統(tǒng)設(shè)計孟兵，田樂，龍金平，潘學(xué)民，武樺（新旅水文水資源局，新烏誓木齊830000）摘要：為滿足水文部門對河流流速流量測量多種的要求，在轉(zhuǎn)子式流速儀基礎(chǔ)上，設(shè)計了1款智能流速流量儀系統(tǒng)，介紹了該儀表的原理.軟硬件設(shè)計方法，設(shè)計了上位機系統(tǒng).應(yīng)用表明，該流速流量儀提高了測童的度和測量數(shù)據(jù)的時效性，實現(xiàn)了水丈數(shù)據(jù)的無紙記錄，提高了工作效率和水丈敗據(jù)信息化管理水平.關(guān)鍵詞：流速；流量；智能；流速儀；通信；敷據(jù)庫；報表中圖分類號：P335文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文童編號：1674-9405（2010）02-

2、0070-03收稿日期：2009-12-20作者簡介：孟兵（1956），男，甘肅華亭人，高級1：程師，從事水文測驗及水資源研究。0引言流速流量測量是水利、水文及環(huán)保等部門的一項重要工作，隨著信息和網(wǎng)絡(luò)化技術(shù)的迅速發(fā)展，對數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度和時效性、儀表功耗、通信、數(shù)據(jù)存貯和管理等提出了新的要求。轉(zhuǎn)子式流速儀是用于明渠流速測量的主要儀器。在轉(zhuǎn)子式流速儀基礎(chǔ)上開發(fā)設(shè)計的智能流速流量儀系統(tǒng)（以下簡稱系統(tǒng)），既可用于明渠流速流量測量計算，也可用于管道流速流量測危。能夠在流速測量完畢后自動進(jìn)行流量的計算和相關(guān)數(shù)據(jù)的保存，并將數(shù)據(jù)上傳至計算機，存貯到已經(jīng)建立好的Acess數(shù)據(jù)庫中，并自動生成打印報表，提高了

3、工作效率和管理水平。1 流速、流量測量原理流速儀測流的基本原理是通過采集流速儀脈沖信息后計算得到測點流速，測點流速u可用式（1）計算得出：v=KAn/T*C（1）式中：K為水力螺距；為每信號轉(zhuǎn)數(shù)，K和為流速儀固有的2個參數(shù)；C為流速儀系數(shù)，是流速儀檢定部門在對給定的流速儀檢定后給出的校正量；7為單次測量的實際延時；/為在實際測量過程中流速儀發(fā)出的信號脈沖數(shù)。在實際的河流流量測量中，測點流速一般不等于截面平均流速，河道的截面積也不是規(guī)則的矩形或梯形，用1個測點的流速取代整個河道截面的平均流速直接計算時誤差很大。通過部分平均流速與部分面積相乘，可得部分流量。部分面積法計算明渠流量示意圖如圖1所示圖

4、1部分面積法計算明渠流量示意圖部分平均流速Vl七*V5部靂（0%f財（0）i上（0）普通岸邊姬畛ta11陡扇邊部昇死汞邊部分空部分、'陡邊普通岸邊)1I1fl1111加7u邊11水深r,hh%h；Hr7HH9HlQHn間距qd2dAd,部分面積4,3A系統(tǒng)功能及組成結(jié)構(gòu)2.1系統(tǒng)功能針對目前市場新型流速儀基本都可通過配置2次儀表解決流速直讀的問題，但對直接流量計算，在便攜式流速儀中還不多見的現(xiàn)狀，我們確定研發(fā)了既可直讀流速，又可通過對已知斷面參數(shù)手工置數(shù)的方式直接在2次儀表中計算并顯示流量的便攜式智能流速流量儀。智能流速流量儀是一種利用流速儀法測流時能自動快速顯示測點流速和全斷面流量的

5、儀器。系統(tǒng)測量過程如下：1）將流速流量儀與流速儀聯(lián)結(jié)：2）把事先測量到的測驗斷面各類參數(shù)（各起點距、水深）及流速儀公式輸入流速流量儀；3）在用流速儀測量各測點流速時，流速流量儀就會自動顯示該測點的流速；4）每個測次所有測點流速測完之后，流速流量儀就會自動顯示該測次全斷面的流量。系統(tǒng)主要功能如下：1）直讀功能?？芍苯幼x出各垂線測點流速（1點法時為垂線平均流速）：在將斷面相關(guān)參數(shù)通過直接款數(shù)到2次儀表后，可直接讀出該斷面流量。2）交互功能?？稍跍y量過程中實現(xiàn)對儀表和明渠測驗斷面等參數(shù)的邊測量邊設(shè)置，可以通過鍵盤來選擇不同的儀表用戶界面。3）通訊功能。儀器增設(shè)通用型USB接口，能方便與上位機連接和通

6、訊。4）多組測量數(shù)據(jù)的保存功能。1組測量指完成1次河道截面流量測最中所產(chǎn)生的所有參數(shù)設(shè)置和原始數(shù)據(jù)，系統(tǒng)可實現(xiàn)10份測量結(jié)果的數(shù)據(jù)保存。5）人機界面及數(shù)據(jù)管理功能。在上位機中開發(fā)設(shè)計人機界面，實現(xiàn)與儀表的通訊，儀表內(nèi)數(shù)據(jù)讀取、顯示，生成站測深、測速記載及流量計算表見數(shù)據(jù)報表。數(shù)據(jù)報表能夠自動對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行計算。6）明集流量計算（部分面積法），在2測速點間增加間距不等的測深垂線。提高了測量準(zhǔn)確度及精度，流速、流量顯示小數(shù)點后4位有效數(shù)字。水力螺距K、阻力系數(shù)C,保留4位有效數(shù)字?？稍谒鎸捫∮?0m的明渠測驗中使用。2.2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)主要由儀表、上位機及數(shù)據(jù)庫Excel表等部分組成。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖

7、如圖2所示。儀表部分主要由信號采集、按鍵、漢字顯示等電路組成。2.3流速儀信號的處理智能儀表適用于轉(zhuǎn)子式流速儀，這種儀器內(nèi)部為機械式觸點，由于觸點閉合時，存在抖動現(xiàn)象，1次動作會引起若干次電平信號變化，從而產(chǎn)生誤記信號次數(shù)的現(xiàn)象。系統(tǒng)采用硬件、軟件雙重濾波方式消除抖動現(xiàn)象。LS25LS10圖2系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖硬件方面由信號轉(zhuǎn)換、光電隔離、電平轉(zhuǎn)換、信號濾波和放大電路組成。信號調(diào)理最大限度地抑制由于水電阻變化而引起的電信號的變化；高質(zhì)量的光電隔離將流速儀的電信號與2次儀表在電氣上完全隔離；硬件濾波實現(xiàn)濾除高頻擾動信號和觸點抖動信號。軟件濾波采用變系數(shù)濾波方法。不同型號的儀器，按下式?jīng)Q定濾波系數(shù)：（di

8、-RQXI000卜Cs-Ci式中：Rv為流速儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)率；Cs為流速因子；di、Ci分別為流速儀的水力螺距系數(shù)和儀器常數(shù)。所測水流速度不同時，軟件濾波的脈沖寬度隨之改變，從而得到準(zhǔn)確且不失真的信號脈沖序列。2 通信與上位機軟件通信部分主要指數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換和串口通信。數(shù)據(jù)在單片機Flash中的存貯格式以BCD碼和浮點數(shù)方式存貯，數(shù)據(jù)以ASCII碼格式送單片機發(fā)送緩沖區(qū)，通過USB總線依次將數(shù)據(jù)發(fā)送到計算機中。傳送過程中數(shù)據(jù)是以1組測雖結(jié)果為單位上傳，依次傳送，這樣便于上位機數(shù)據(jù)處理，方便編程。當(dāng)將儀表與計算機連接好之后，打開計算機通信界面后，將儀表切換到通信界面下，此時按下確認(rèn)鍵，便可將儀表內(nèi)大量:

9、數(shù)據(jù)上傳計算機，數(shù)據(jù)會顯示在下圖所示窗口中，當(dāng)點擊Access按鈕時，數(shù)據(jù)便會自動錄入數(shù)據(jù)庫，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的保存，當(dāng)依次點擊Excel輸入按鈕時數(shù)據(jù)將會自動水文部門規(guī)定的數(shù)據(jù)報表格式，并將數(shù)據(jù)添加到報表中。系統(tǒng)采用ADO數(shù)據(jù)庫訪問技術(shù)。在VB的控件窗口中用ADOData控件來實現(xiàn)VB與Access數(shù)據(jù)庫的連接。ADOData控件是使用ADO技術(shù)訪問數(shù)據(jù)庫的具體實現(xiàn)，用戶可以使用ADOData控件快速創(chuàng)建1個到數(shù)據(jù)庫的連接。連接后在系統(tǒng)中的體現(xiàn)如圖3所示。圖3數(shù)據(jù)庫操作窗口系統(tǒng)中具有添加、修改、刪除等按紐，可以隨時對數(shù)據(jù)庫中的參數(shù)和數(shù)據(jù)進(jìn)行修改等操作。在報表生成時，將采集到的數(shù)據(jù)導(dǎo)入到事先制作好的E

10、xcel表中，然后將所得到的數(shù)據(jù)在表中用編輯公式進(jìn)行計算，得到所需的結(jié)果。具體報表如圖4所示。圖4數(shù)據(jù)報表圖儀表推廣應(yīng)用由于新張是以灌溉農(nóng)業(yè)為主，各地區(qū)、州的水文和水管部門基木上都是使用流速儀法核定水量，而旦是以20轉(zhuǎn)1個信號的流速儀為主，該產(chǎn)品在流速流量儀1型的基礎(chǔ)上，又將流速流量儀II型開發(fā)為漢字顯示，并且新增了通信接口和測量:數(shù)據(jù)傳遞到計算機管理，操作起來比流速流量儀I型更為直觀、方便。這樣將更好地解決廣大水管部門和農(nóng)民用水用尸用水計量和流量計算難的問題，對其他科研、工礦、環(huán)保等單位也可以普遍使用此系統(tǒng)。由于該系統(tǒng)價格適中，又屬于配套產(chǎn)品，老舊流速儀器仍能使用，因此，市場潛力巨大，極具市

11、場競爭力，有廣闊的應(yīng)用前景。3 結(jié)語高性能低功耗智能流速流量儀系統(tǒng)，成本低，體積小、重量輕，功耗低、便于隨身攜帶，穩(wěn)定性高、抗干擾能力強，提高了數(shù)據(jù)測量精度采用USB總線通信提了數(shù)據(jù)傳輸?shù)臏?zhǔn)確度和速度，可保存多組數(shù)據(jù)，并生成相關(guān)報表，大大增加了實測流景使用的時效性，提高了數(shù)據(jù)管理質(zhì)量。參考文獻(xiàn)：1 水利部.GB50179-93河流流量測驗規(guī)范S.北京：中國計劃出版社，1993.2 梁嵐珍，陳志軍，南新元.流速儀信號計算機采集系統(tǒng)的設(shè)vlJ).自動化儀表，2002,23(9)：38-41.3 李江全，張麗，岑紅If.VisualBasic串口通信與測控應(yīng)用技術(shù)實戰(zhàn)詳解M.北京：人民郵電出版社，2

12、007.SystemDesignofaNewTypeIntelligentInstrumentforFlowVelocityandDischargeMENGBin,TIANLe,LONGJinping,PANXuemin,WUHua(Hydrology&WaterResourcesBureauofXinjiangUygurAutonomousRegion,Urumchi830000,China)AbstractForthesakeofsatisfyingmultiplerequirementsforflowvelocityanddischargemeasurement,anintelligentinstrumentwasdevelopedonthebasisofrotating-elementcurrentmeter.Thethesisintroducesitsprinciple,designmethodofsoftware&hardwarc.Itsapplicationindicatesthattheinstrumentsystemincreasesmeasurementprecisionandtimelinessofmeasureddata,realize