山溪性河流液位测量机械计算机.doc

以下内容仅供参考，可以自己查阅资料了解背景山溪性河流水位自动测报测量系统设计方案（讨论稿）一、 概述在山溪性河流中，由于洪水突发性强、含沙量高，汇流时间短，暴涨暴落，接触式水位测量仪器的使用受限制，要实现河流水位的自动监测，必须采用非接触式水位测量仪器。水文遥测系统通常由终端机、中继站和中心站三部分组成。由于终端机是用来直接测量雨量、水位等水文数据，是整个遥测系统信息的来源，故其设计成为整个遥测系统的关键。遥测终端机一般处于河流上游或者湖泊边缘，分布分散，维护起来很不方便，需要长期工作在无人值守的环境中，并且往往无交流电源提供，需要靠太阳能浮充和免维护蓄电池供电，因此在终端机的设计过程中低功耗和高可靠性尤为重要。在山溪性河流中，由于洪水突发性强、含沙量高，汇流时间短，暴涨暴落，接触式水位测量仪器的使用受限制，要实现河流水位的自动监测，必须采用非接触式水位测量仪器。为了准确测量山溪性河流的水位变化，在被测河道上空安装钢索，将非接触超声波水位计置于其上，通过机械传动装置的手动摇把或步进电机驱动，可根据水流位置变化随时改变水位计测量位置，达到跟踪测量的目的。一方面，及时掌握断面内水位的变化情况并存档分析；另一方面，根据历史断面数据和水文参数可计算出水流流量。二、系统组成及原理系统主要由测试移动装置（包含：超声波水位传感器、终端机）、机械传动装置（含手动摇把或步进电机、屏蔽盒）、电源系统（太阳能充电）、中继站计算机系统等组成。如图所示测试移动装置机械传动装置太阳能电源系统无线通讯中继站计算机系统图、 非接触超声波水位计其原理是，当超声波在空气中传播遇到水面后被反射，仪器测得声波往返于传感器到水面之间的时间，根据声速计算距离，再用传感器安装高程减去所测至水面距离即得水位。由于声速是温度的函数，正确的修正声速是保证测量精度的关键，为此采用温度实时修正的方法实现声速校准，以使测量精度达到规范要求。因为是非接触测量，所以不受高速水流冲击，漂浮物的缠绕、堵塞或撞击以及水质电化反应的影响，设备安装基建投资小。超声波水位计安装不需要建测井，还可以借助于建筑物安装。设备无运动部件，不会因部件磨损锈蚀而产生故障，提高了无故障工作时间和运行的可靠性，所以应用非常广泛。、终端机TI 公司的MSP430 系列集成了大量的外围部件，是低工作电压、超低功耗、高性能的微控制器，在电池供电的便携式设备和仪器中有着广泛的应用。MPS430 具有很多优势：它能够工作在1.83.6V 的宽电压范围内；在1MHz 时钟、2.2V电压的典型工作条件下，静态电流仅为225A；具有5 种低功耗工作模式，在不同的模式下消耗电流为 0.1340A，用中断方式将微控制器从低功耗模式唤醒至激活模式下，仅需要6s。本设计以MSP430F435INP 作为控制芯片，是一种新型低功耗终端机的设计。无线通信采用CHIPCOM射频芯片CC1100，其主要技术指标： 、模块频率为433.1MHz（其他频率需要定制）。、高接收灵敏度（110dBm 在1.2 kbps下1% 的误码率）。、最高通信速率 500bps。、最大空地视距发射距离 200 m。 、低功耗（接受功耗：15.6 mA） 、可编程输出功率：最大10 dBm。 、可编程的数据包处理 、可选的前向纠错功能。、供电为3V或3.6V。、使用晶振：26 M Hz、机械传动装置 采用钢索（加黄油防锈）悬挂支撑测试移动装置，用手动摇把或步进电机（或直流电机）驱动滑轮绞盘使测试移动装置在被测断面移动，绞盘边缘加装限位保护装置。 图2、电源系统系统电源由两部分组成：一是为测试移动装置供电的蓄电池（V/500mA），它利用太阳能电源对蓄电池浮充；另一个是为步进电机供电的蓄电池（V/A），也由太阳能电源对蓄电池浮充，保证设备可常年正常使用。终端机由免维护蓄电池供电，该蓄电池除了给超声波水位计提供V 电源外，还给控制电路提供.3V的电源，这就需要电压转换电路。、中继站计算机系统中继站计算机一方面，通过无线通信模块接收测试移动装置发来的测试数据（M时可加装中继无线通信模块节点）在计算机中记录、存储、显示水位变化情况和数据分析；另一方面，可通过操作界面提供供的功能，设置测试移动装置的工作模式。同时，可通过无线GSM或有线电话MODE将数据汇总到中心站。三、硬件电路设计 终端机整个硬件电路由MSP430F435INP 微控制器、无线通信模块等组成，完成数据采集、无线数据收发工作，是整个电路主要的耗电部分，对它们的功耗控制主要是系统