新型智能流速流量仪系统设计.docx

1、第3期2010年8月水利信息化WaterResourcesInformatization新型智能流速流量仪系统设计孟兵，田乐，龙金平，潘学民，武桦（新旅水文水资源局，新乌誓木齐830000）摘要：为满足水文部门对河流流速流量测量多种的要求，在转子式流速仪基础上，设计了1款智能流速流量仪系统，介绍了该仪表的原理.软硬件设计方法，设计了上位机系统.应用表明，该流速流量仪提高了测童的度和测量数据的时效性，实现了水丈数据的无纸记录，提高了工作效率和水丈败据信息化管理水平.关键词：流速；流量；智能；流速仪；通信；敷据库；报表中图分类号：P335文献标识码：B文童编号：1674-9405（2010）02-

2、0070-03收稿日期：2009-12-20作者简介：孟兵（1956），男，甘肃华亭人，高级1：程师，从事水文测验及水资源研究。0引言流速流量测量是水利、水文及环保等部门的一项重要工作，随着信息和网络化技术的迅速发展，对数据测量的准确度和时效性、仪表功耗、通信、数据存贮和管理等提出了新的要求。转子式流速仪是用于明渠流速测量的主要仪器。在转子式流速仪基础上开发设计的智能流速流量仪系统（以下简称系统），既可用于明渠流速流量测量计算，也可用于管道流速流量测危。能够在流速测量完毕后自动进行流量的计算和相关数据的保存，并将数据上传至计算机，存贮到已经建立好的Acess数据库中，并自动生成打印报表，提高了

3、工作效率和管理水平。1 流速、流量测量原理流速仪测流的基本原理是通过采集流速仪脉冲信息后计算得到测点流速，测点流速u可用式（1）计算得出：v=KAn/T*C（1）式中：K为水力螺距；为每信号转数，K和为流速仪固有的2个参数；C为流速仪系数，是流速仪检定部门在对给定的流速仪检定后给出的校正量；7为单次测量的实际延时；/为在实际测量过程中流速仪发出的信号脉冲数。在实际的河流流量测量中，测点流速一般不等于截面平均流速，河道的截面积也不是规则的矩形或梯形，用1个测点的流速取代整个河道截面的平均流速直接计算时误差很大。通过部分平均流速与部分面积相乘，可得部分流量。部分面积法计算明渠流量示意图如图1所示图

4、1部分面积法计算明渠流量示意图部分平均流速Vl七*V5部雳（0%f财（0）i上（0）普通岸边姬畛ta11陡扇边部昇死汞边部分空部分、'陡边普通岸边)1I1fl1111加7u边11水深r,hh%h；Hr7HH9HlQHn间距qd2dAd,部分面积4,3A系统功能及组成结构2.1系统功能针对目前市场新型流速仪基本都可通过配置2次仪表解决流速直读的问题，但对直接流量计算，在便携式流速仪中还不多见的现状，我们确定研发了既可直读流速，又可通过对已知断面参数手工置数的方式直接在2次仪表中计算并显示流量的便携式智能流速流量仪。智能流速流量仪是一种利用流速仪法测流时能自动快速显示测点流速和全断面流量的

5、仪器。系统测量过程如下：1）将流速流量仪与流速仪联结：2）把事先测量到的测验断面各类参数（各起点距、水深）及流速仪公式输入流速流量仪；3）在用流速仪测量各测点流速时，流速流量仪就会自动显示该测点的流速；4）每个测次所有测点流速测完之后，流速流量仪就会自动显示该测次全断面的流量。系统主要功能如下：1）直读功能。可直接读出各垂线测点流速（1点法时为垂线平均流速）：在将断面相关参数通过直接款数到2次仪表后，可直接读出该断面流量。2）交互功能。可在测量过程中实现对仪表和明渠测验断面等参数的边测量边设置，可以通过键盘来选择不同的仪表用户界面。3）通讯功能。仪器增设通用型USB接口，能方便与上位机连接和通

6、讯。4）多组测量数据的保存功能。1组测量指完成1次河道截面流量测最中所产生的所有参数设置和原始数据，系统可实现10份测量结果的数据保存。5）人机界面及数据管理功能。在上位机中开发设计人机界面，实现与仪表的通讯，仪表内数据读取、显示，生成站测深、测速记载及流量计算表见数据报表。数据报表能够自动对相关数据进行计算。6）明集流量计算（部分面积法），在2测速点间增加间距不等的测深垂线。提高了测量准确度及精度，流速、流量显示小数点后4位有效数字。水力螺距K、阻力系数C,保留4位有效数字。可在水面宽小于90m的明渠测验中使用。2.2系统结构系统主要由仪表、上位机及数据库Excel表等部分组成。系统结构框图

7、如图2所示。仪表部分主要由信号采集、按键、汉字显示等电路组成。2.3流速仪信号的处理智能仪表适用于转子式流速仪，这种仪器内部为机械式触点，由于触点闭合时，存在抖动现象，1次动作会引起若干次电平信号变化，从而产生误记信号次数的现象。系统采用硬件、软件双重滤波方式消除抖动现象。LS25LS10图2系统结构图硬件方面由信号转换、光电隔离、电平转换、信号滤波和放大电路组成。信号调理最大限度地抑制由于水电阻变化而引起的电信号的变化；高质量的光电隔离将流速仪的电信号与2次仪表在电气上完全隔离；硬件滤波实现滤除高频扰动信号和触点抖动信号。软件滤波采用变系数滤波方法。不同型号的仪器，按下式决定滤波系数：（di

8、-RQXI000卜Cs-Ci式中：Rv为流速仪转子转率；Cs为流速因子；di、Ci分别为流速仪的水力螺距系数和仪器常数。所测水流速度不同时，软件滤波的脉冲宽度随之改变，从而得到准确且不失真的信号脉冲序列。2 通信与上位机软件通信部分主要指数据格式转换和串口通信。数据在单片机Flash中的存贮格式以BCD码和浮点数方式存贮，数据以ASCII码格式送单片机发送缓冲区，通过USB总线依次将数据发送到计算机中。传送过程中数据是以1组测虽结果为单位上传，依次传送，这样便于上位机数据处理，方便编程。当将仪表与计算机连接好之后，打开计算机通信界面后，将仪表切换到通信界面下，此时按下确认键，便可将仪表内大量:

9、数据上传计算机，数据会显示在下图所示窗口中，当点击Access按钮时，数据便会自动录入数据库，实现数据的保存，当依次点击Excel输入按钮时数据将会自动水文部门规定的数据报表格式，并将数据添加到报表中。系统采用ADO数据库访问技术。在VB的控件窗口中用ADOData控件来实现VB与Access数据库的连接。ADOData控件是使用ADO技术访问数据库的具体实现，用户可以使用ADOData控件快速创建1个到数据库的连接。连接后在系统中的体现如图3所示。图3数据库操作窗口系统中具有添加、修改、删除等按纽，可以随时对数据库中的参数和数据进行修改等操作。在报表生成时，将采集到的数据导入到事先制作好的E

10、xcel表中，然后将所得到的数据在表中用编辑公式进行计算，得到所需的结果。具体报表如图4所示。图4数据报表图仪表推广应用由于新张是以灌溉农业为主，各地区、州的水文和水管部门基木上都是使用流速仪法核定水量，而旦是以20转1个信号的流速仪为主，该产品在流速流量仪1型的基础上，又将流速流量仪II型开发为汉字显示，并且新增了通信接口和测量:数据传递到计算机管理，操作起来比流速流量仪I型更为直观、方便。这样将更好地解决广大水管部门和农民用水用尸用水计量和流量计算难的问题，对其他科研、工矿、环保等单位也可以普遍使用此系统。由于该系统价格适中，又属于配套产品，老旧流速仪器仍能使用，因此，市场潜力巨大，极具市

11、场竞争力，有广阔的应用前景。3 结语高性能低功耗智能流速流量仪系统，成本低，体积小、重量轻，功耗低、便于随身携带，稳定性高、抗干扰能力强，提高了数据测量精度采用USB总线通信提了数据传输的准确度和速度，可保存多组数据，并生成相关报表，大大增加了实测流景使用的时效性，提高了数据管理质量。参考文献：1 水利部.GB50179-93河流流量测验规范S.北京：中国计划出版社，1993.2 梁岚珍，陈志军，南新元.流速仪信号计算机采集系统的设vlJ).自动化仪表，2002,23(9)：38-41.3 李江全，张丽，岑红If.VisualBasic串口通信与测控应用技术实战详解M.北京：人民邮电出版社，2

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