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LSX-1智能流速測(cè)算儀

發(fā)布時(shí)間:2008/5/27 0:00:00 訪問次數(shù):493

        作者:黃河水利委員會(huì)河南水文水資源局

     李德貴 陶金榮 來(lái)源:《電子產(chǎn)品世界》

     摘要:介紹了水文測(cè)量中流速測(cè)量的現(xiàn)狀、意義、及原理,針對(duì)水文測(cè)量工作需要論述了儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及硬件電路組成,對(duì)儀器的軟件設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用情況都分別作了介紹。

    

    

     關(guān)鍵詞:單片機(jī)

     流速測(cè)量

     概述

     在我國(guó)的江、河水文測(cè)驗(yàn)工作中,流量測(cè)驗(yàn)是最主要、最基本的工作之一,是國(guó)家防汛抗旱、防止水源污梁的耳目。目前在江河的過水流量測(cè)驗(yàn)中其測(cè)量方法大都是采用機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀測(cè)量水的流速,再根據(jù)所測(cè)的過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)算出流量來(lái)。而在流速的測(cè)量方法上大部分是采用幾十年來(lái)一直使用的傳統(tǒng)方法:轉(zhuǎn)子流速儀接上訊響器(或電鈴)人工計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、再手工計(jì)算出流速。不僅時(shí)效低而且在大洪水期間由于存在風(fēng)雨聲、水浪聲,極容易造成成人為誤差。

     為解決測(cè)量流速時(shí)的計(jì)數(shù)問題,國(guó)內(nèi)一些廠家先后研制出了多種電子計(jì)數(shù)器,經(jīng)不同的用戶試用后,都沒有得到推廣應(yīng)用,其主要原因有兩個(gè):一是不適應(yīng)機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀的特性,不能正確去除接觸絲的抖動(dòng)現(xiàn)象,產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù)信號(hào);二時(shí)對(duì)水體漏電阻的考慮不夠全面,從而影響計(jì)數(shù)信號(hào)的正確性。lsx-1流速測(cè)量?jī)x就是針對(duì)目前流速測(cè)量的現(xiàn)狀,研制開發(fā)出的抗干擾能力強(qiáng),能適應(yīng)不同類型的轉(zhuǎn)子流速儀、穩(wěn)定可靠且有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)算處理、顯示等功能于一體的流速測(cè)算儀器。

     測(cè)量原理

     根據(jù)轉(zhuǎn)子流速儀的特性,機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀的計(jì)算公式為:

     v=k·n/t+c=k·na/t+c(米/秒)

     式中:n=na,為在測(cè)量時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)子流速儀的總轉(zhuǎn)數(shù),n為信號(hào)數(shù),a為每信號(hào)的轉(zhuǎn)數(shù);k、c、a對(duì)每一個(gè)流速儀都為一固定常數(shù)。

     根據(jù)流速儀的計(jì)量公式,設(shè)計(jì)儀器使其能正確測(cè)量出流速儀的轉(zhuǎn)數(shù)n(即信號(hào)數(shù))和相應(yīng)時(shí)間t,并計(jì)算出流速輸出即可。lsx-1型智能流速測(cè)算儀的測(cè)量原理如框圖1所示。

     關(guān)鍵技術(shù)

     去抖動(dòng)電路

     轉(zhuǎn)子流速儀在測(cè)量水流速度時(shí),每轉(zhuǎn)過一定的圈數(shù)后其內(nèi)部的機(jī)械觸點(diǎn)(金屬接觸絲與金屬觸點(diǎn))接通一次,在接通與斷開時(shí)表現(xiàn)如圖2所示波形,即在將要接通和將要斷開時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象,而這些

     抖動(dòng)現(xiàn)象是一切機(jī)械接觸傳感器所無(wú)法避免的。在測(cè)量時(shí)若是人工秒表計(jì)數(shù),測(cè)量人員可以判斷真?zhèn)危羰遣捎酶哽`敏的電子計(jì)數(shù)器,就將產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù),因此設(shè)計(jì)電路時(shí)必須將干擾信號(hào)消除掉。消除方法是采用濾波電路,這就要求選擇合適的時(shí)間常數(shù),常數(shù)值大,濾波時(shí)間長(zhǎng),但當(dāng)流速較大時(shí),信號(hào)脈沖本身就較窄,易丟失信號(hào)。反之若時(shí)間常數(shù)小,在低流速時(shí),達(dá)不到濾波的目的計(jì)數(shù)器所難以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。而本測(cè)算儀采用單片機(jī)作處理器,軟件設(shè)計(jì)智能化,完全可以進(jìn)行高、低流速的自動(dòng)識(shí)別,以確定選擇合適的參數(shù)進(jìn)行濾波,即采用硬件和軟件的結(jié)合濾波來(lái)消除抖動(dòng)現(xiàn)象,保證正確計(jì)數(shù)。

     信號(hào)丟失問題

     水中某點(diǎn)的流速在一定時(shí)間內(nèi)變化不會(huì)太大,若因流速儀機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻發(fā)生突變使信號(hào)發(fā)生丟丟現(xiàn)象時(shí),如圖3所示在信號(hào)3與信號(hào)5之間丟失了信號(hào)4,單片機(jī)cpu可根據(jù)相鄰信號(hào)的時(shí)間差判斷是否丟信號(hào),若發(fā)生信號(hào)丟失可進(jìn)行自動(dòng)插補(bǔ),以進(jìn)一步保證正確計(jì)數(shù)、準(zhǔn)確測(cè)速。

     硬件電路組成

     根據(jù)流速測(cè)量原理及水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范的要求,智能流速測(cè)算儀的硬件電路框圖如圖4所示。

     單片機(jī)控制系數(shù)

     以美國(guó)atmel公司的at89c51單片機(jī)為核心控制元件(cpu),該器件內(nèi)部有8×4kb字節(jié)的eeprom,使得流速測(cè)算儀整個(gè)工作軟件能被固化在cpu芯片內(nèi)部。選用6mhz的時(shí)鐘振蕩頻率,保證內(nèi)部的高精度計(jì)時(shí)。顯示驅(qū)動(dòng)芯片采用icm7211,并用4位半lcd液晶大屏幕顯示器作為測(cè)量結(jié)果的輸出顯示器件;該部分電路還包括流速儀系數(shù)

        作者:黃河水利委員會(huì)河南水文水資源局

     李德貴 陶金榮 來(lái)源:《電子產(chǎn)品世界》

     摘要:介紹了水文測(cè)量中流速測(cè)量的現(xiàn)狀、意義、及原理,針對(duì)水文測(cè)量工作需要論述了儀器設(shè)計(jì)的關(guān)鍵技術(shù)及硬件電路組成,對(duì)儀器的軟件設(shè)計(jì)、技術(shù)指標(biāo)及應(yīng)用情況都分別作了介紹。

    

    

     關(guān)鍵詞:單片機(jī)

     流速測(cè)量

     概述

     在我國(guó)的江、河水文測(cè)驗(yàn)工作中,流量測(cè)驗(yàn)是最主要、最基本的工作之一,是國(guó)家防汛抗旱、防止水源污梁的耳目。目前在江河的過水流量測(cè)驗(yàn)中其測(cè)量方法大都是采用機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀測(cè)量水的流速,再根據(jù)所測(cè)的過水?dāng)嗝婷娣e計(jì)算出流量來(lái)。而在流速的測(cè)量方法上大部分是采用幾十年來(lái)一直使用的傳統(tǒng)方法:轉(zhuǎn)子流速儀接上訊響器(或電鈴)人工計(jì)數(shù)、計(jì)時(shí)、再手工計(jì)算出流速。不僅時(shí)效低而且在大洪水期間由于存在風(fēng)雨聲、水浪聲,極容易造成成人為誤差。

     為解決測(cè)量流速時(shí)的計(jì)數(shù)問題,國(guó)內(nèi)一些廠家先后研制出了多種電子計(jì)數(shù)器,經(jīng)不同的用戶試用后,都沒有得到推廣應(yīng)用,其主要原因有兩個(gè):一是不適應(yīng)機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀的特性,不能正確去除接觸絲的抖動(dòng)現(xiàn)象,產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù)信號(hào);二時(shí)對(duì)水體漏電阻的考慮不夠全面,從而影響計(jì)數(shù)信號(hào)的正確性。lsx-1流速測(cè)量?jī)x就是針對(duì)目前流速測(cè)量的現(xiàn)狀,研制開發(fā)出的抗干擾能力強(qiáng),能適應(yīng)不同類型的轉(zhuǎn)子流速儀、穩(wěn)定可靠且有計(jì)時(shí)、計(jì)數(shù)、計(jì)算處理、顯示等功能于一體的流速測(cè)算儀器。

     測(cè)量原理

     根據(jù)轉(zhuǎn)子流速儀的特性,機(jī)械轉(zhuǎn)子流速儀的計(jì)算公式為:

     v=k·n/t+c=k·na/t+c(米/秒)

     式中:n=na,為在測(cè)量時(shí)間t內(nèi)轉(zhuǎn)子流速儀的總轉(zhuǎn)數(shù),n為信號(hào)數(shù),a為每信號(hào)的轉(zhuǎn)數(shù);k、c、a對(duì)每一個(gè)流速儀都為一固定常數(shù)。

     根據(jù)流速儀的計(jì)量公式,設(shè)計(jì)儀器使其能正確測(cè)量出流速儀的轉(zhuǎn)數(shù)n(即信號(hào)數(shù))和相應(yīng)時(shí)間t,并計(jì)算出流速輸出即可。lsx-1型智能流速測(cè)算儀的測(cè)量原理如框圖1所示。

     關(guān)鍵技術(shù)

     去抖動(dòng)電路

     轉(zhuǎn)子流速儀在測(cè)量水流速度時(shí),每轉(zhuǎn)過一定的圈數(shù)后其內(nèi)部的機(jī)械觸點(diǎn)(金屬接觸絲與金屬觸點(diǎn))接通一次,在接通與斷開時(shí)表現(xiàn)如圖2所示波形,即在將要接通和將要斷開時(shí)產(chǎn)生抖動(dòng)現(xiàn)象,而這些

     抖動(dòng)現(xiàn)象是一切機(jī)械接觸傳感器所無(wú)法避免的。在測(cè)量時(shí)若是人工秒表計(jì)數(shù),測(cè)量人員可以判斷真?zhèn),但若是采用高靈敏的電子計(jì)數(shù)器,就將產(chǎn)生錯(cuò)誤計(jì)數(shù),因此設(shè)計(jì)電路時(shí)必須將干擾信號(hào)消除掉。消除方法是采用濾波電路,這就要求選擇合適的時(shí)間常數(shù),常數(shù)值大,濾波時(shí)間長(zhǎng),但當(dāng)流速較大時(shí),信號(hào)脈沖本身就較窄,易丟失信號(hào)。反之若時(shí)間常數(shù)小,在低流速時(shí),達(dá)不到濾波的目的計(jì)數(shù)器所難以推廣應(yīng)用的關(guān)鍵問題。而本測(cè)算儀采用單片機(jī)作處理器,軟件設(shè)計(jì)智能化,完全可以進(jìn)行高、低流速的自動(dòng)識(shí)別,以確定選擇合適的參數(shù)進(jìn)行濾波,即采用硬件和軟件的結(jié)合濾波來(lái)消除抖動(dòng)現(xiàn)象,保證正確計(jì)數(shù)。

     信號(hào)丟失問題

     水中某點(diǎn)的流速在一定時(shí)間內(nèi)變化不會(huì)太大,若因流速儀機(jī)械觸點(diǎn)的接觸電阻發(fā)生突變使信號(hào)發(fā)生丟丟現(xiàn)象時(shí),如圖3所示在信號(hào)3與信號(hào)5之間丟失了信號(hào)4,單片機(jī)cpu可根據(jù)相鄰信號(hào)的時(shí)間差判斷是否丟信號(hào),若發(fā)生信號(hào)丟失可進(jìn)行自動(dòng)插補(bǔ),以進(jìn)一步保證正確計(jì)數(shù)、準(zhǔn)確測(cè)速。

     硬件電路組成

     根據(jù)流速測(cè)量原理及水文測(cè)驗(yàn)規(guī)范的要求,智能流速測(cè)算儀的硬件電路框圖如圖4所示。

     單片機(jī)控制系數(shù)

     以美國(guó)atmel公司的at89c51單片機(jī)為核心控制元件(cpu),該器件內(nèi)部有8×4kb字節(jié)的eeprom,使得流速測(cè)算儀整個(gè)工作軟件能被固化在cpu芯片內(nèi)部。選用6mhz的時(shí)鐘振蕩頻率,保證內(nèi)部的高精度計(jì)時(shí)。顯示驅(qū)動(dòng)芯片采用icm7211,并用4位半lcd液晶大屏幕顯示器作為測(cè)量結(jié)果的輸出顯示器件;該部分電路還包括流速儀系數(shù)

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