PC机实时水位、流速检测系统.docx

1、1995年12月泥叶研究JournalofSedimentResearchPC机实时水位、流速检测系统Iz_方彦军赵兵赵旭东J切3/3本文针对三工模型试股中水位知疽速浏量需芟.开发研制了一套基于PC微机的水位和疏速检跳系统.该系统配套八路跟踪式tn玛水位仅、六路光电式和六略电阻式旋浆汉遗传。葬，经试用表明该检浏系统具有很好的造用性即抗干扰能力.并且用户界面友好，是一*具有推广价值的三工模型试睑中必备仪器.关,询水位、流速、理*系统.P匕印鼻京7援夕,在水工、河工、港工模型试验中，经常妥对水位、流速进行测试.过去的各种检测方法，测量的结果往往需要人工处理数据，既费时又费力且很容易出现是惜.这些检

2、测方法,存在下列缺点：1.多用手工进行止.多点测量无法同步,3检测速度慢；4.数据处理任务繁琐，效率低，5.可靠性差，测量结果精度低.鉴于上述原因，为了改进和提高实验研究的检测手段，我们研制了多路水位、流速微机(PC286)自动监测系统，僻决了多点水位、流速的检测及致据处理何题，从而大大提高了测址效率、精度以及可靠桂.二、系统总体设计系统主机采用PC-286机，配置有单色显示器,打印机(EPSON-LQ1600K),键盘(101键)，及12路流速传感器和8路水位仪.系统以PC286机为核心，通过扩展总线接口的方式，与6路电阻式旋浆流速传感器、6路光电式旋浆流速传感器、8路编码式跟踪水位仪相联接

3、,同时配备多功能的软件，从而实现了水工、港工、河工模型试验中流速、水位的多点同步自动检测、数据处理、打印报表等功能.考庖到实际使用中，用户往往将一根流速传感翁分时地用于多点的此速测量，这就蔓求仪器能反映不同测点号.为此，流速测量的设计具有下列特点"1能用码盘设量测点号0一99；(2)能用开关状态(ON/OFF)来设置流速仪是否在线工作；(3)可同步测量j(4)通过发光二极管可知每路流速仪的工作状况.在软件结构上，用户可以通过菜单选择和设置所有的功能项，如通过软件来控制某通道的状态以礴定是否溜关及濯*次数，设置打印报表，以及通过键盘输入传感器率定参数等.三、系统的硬件设计系统结构如图1

4、所示.ffil系筑结构据图SketchofthemeMurement（一）微机的选择考虚到目前实验室及科研单位的通用机型为PC系列机，为使本系统具有通用性、可养容性，以及数据处理所需的容:等，并兼顾辱济指标，我们选用PC286机作为系统核心，以便于用户进一步开发、维护和使用.*（二）水位仪的选择目前用于水位测:的传感器很多,但从使用的条件、测:范围、可靠性、精度及成本等方面综合考虚，我们选用了南京电子设备厂的编码式跟踪水位仪.该仪器能自动跟踪水位的变化,并将水位的变化经编码码盘转化为十一位二进制循环码（02047）输出.该仪器的主要技术性能如下I（1）检测范围I。40cm$（2）输出信号，十一

5、位二进制循环码；（3）输出形式，并行开关接点式，与仪器无电联系；4最大眼踪速度；55cm/s.仪器辎出循环码的优点在于：任何一个数转换到其相邻的数时，代码的各位数中仅有一位发生变化，从而消除了编码的非单值性，提高了测童的可靠性.（=）流速传感器的选择皿为了使研制的系统适合于清水模型和浑水模型两种情况的流速测量，我们选用了光龟式和电阻式两种旋浆流速传感器.这类传感器种类很多，但从实用性和可靠性方面媒合来看，在清水中测匮我们选用了南京水利科学研究院研制的光电式旋浆流速传感器，它具有前置电路简单可传感器间电信号干扰小等优点.基于同样的原因，在浑水中测量，我们选用了长江水利科学研究院研制的电阻式旋浆流

6、速传感器.（四）系统硬件设计1.扩展总线/译码设计本系统扩展总线接口设计成一个接口卡形式，以便于进行安装和调试.接口卡由一片2输入4正与非门（74LS00）、一片6倒相器（74LS04）、一片二输入四正或非缓冲器74LS28）、20片八输入正与非门74LS30）、二片八入缓冲器（74LS244）、一片八D锁存器（74LS373）等组成.译码器采用74LS154四线十六选一译码器.其电路图如图2所示.图2扩展总线接口电路图Interfaceoftheextendedbus当PC微机向端口写数时，其地址选择信号经译码后选中输出锁存器74LS373,如果没有重新对其操作,信息便始终保存在那里.此信号

7、通过总线插座DB25送到十六选一译码器74LS154上，就会使74LS154的某一输出有效,从而选通某一片数据输入缓冲器74LS244,以便PC微:机通过扩展总线读入数据.74LS154译码后片选信号分配如下，丫。匕有效，选通8台水位浏量通道中的一个；儿匕,有效选通12台流速仪中某一设置测点的码盘（每台二个BCD码盘,占8个bit；4y“有效.选通所有流速通道；Y”有效，选通流速通道投入与切除开关状态.本系统有8路水位仪，全部选用南京电子设备厂的编码跟踪式水位仪，鉴于该水位仪的特点及测量的要求，仪器输出为并行十一位二进制循环码，其编码信号通过排电阻及2片74LS244输入缓冲器接到扩展数据总线

8、上,数字逻辑采用正逻辑方式.3.流速测量电路基于测量对象的不同，分清水流速和浑水流速两种.由于所选择的传感器不同，故其前置电路也不相同，在清水中流速测量选用的是南京水科院生产的光电式旋浆流速传感器.其前置电路如图3所示.其原理为利用时基电路NE555将传感器输出的信号整形为矩形波,然后再将该信号送光电耦合器TLP521-4,再送入以74LS123为核心构成的调脉宽电路，供微机采集之用.同时输出信号又送至0C门74LS06,驱动发光二极管发光，用以表明测量通道的工况，便于传感器的率定、维修和调试.由集成块LM317组成的恒涟源电路W供给龟珠所需电源，以消除电压法供电豹电珠光S3清水流速测量前量电

9、路图Prr-circuitforcleanwuterflowmeasurement强的影响,并延长电珠使用寿命.在浑水中流速测屋采用的是长科院生产的电阻式旋浆流速传感器.其电路框图如图4.它由集成运放LM324.NE555等器件构成，LM324内含4个运放A1.A2M3,和A4.运故与阻容元件构成文氏正弦波振荡器.振荡频率为5kHZ左右，为稳定输出幅度，运放彳2工作为缓冲级，它的主要负载为变压器及传感器的极间电阻当传感器接入时，导致变压器输出一调幅波,经滤波解调出与极间电阻变化频率一致的电压信号,因其信号甚为微弱，送入运放热3,人4进行放大，并利用NE555进行整形，输出脉冲信号.供微机采集用

10、PC岫电名图4浑水流速测电路框图CircuitdiagramformuddywaterflowTncsurcmcnt在实际的测量中，考虑到各路传感器间输出信号的干扰问题噪声，本设计采用了：1光耦合的信号传输方式，使得信号与信号，传感器与主机完全分开，在实际测量中大大提高了河重的可靠性及溜量精度；2独立电源供电，保证各通道间地线独立.四、系统软件设计（一）主控程序的设计系统主控软件实现系统的初始化,各种测量参数设定，测崖仪器的投入与切除等，并利用两级菜单的方式，方便实现人机对话.同时还可按一定格式显示打印出测量结果及报表等.（二）水位测量模块由系统的裘件设计我们知道.水位数据处理的主要任务是将水

11、位仅输出的11位二进制tt环砰转化为十进制码然后进行处理并显示.由于PC286机系统硬件设计采用8位数据传输方式因此11位二进制循环码应分两次读取t低8位；匕=7尸(爵7301)高3位：HuINP(3300)ANDH07为了使高低位测量数据同时性，在硬件上我们已将8位数据总线扩展为16位数据总线,而该16位数据总线的顿存是在同一时刻完成的.然后，将HL循环码的转换为二进码然后再转换为十进数.最后针对传感器安装高程换算水位值.(三) 流速测量模块旋浆式流速传感器测童流速的关键在于测出旋浆的转速，也即测出传感输出僖号的频率.其流速则由计算公式V=(AXN)+b+6求得，这里N为T时间内传镭输出的脉

12、冲信号的个数，当传感器的系数人、与给定时，即可算出流速值.频率的测方法很多，但由于流速传感器输出的豚冲颇率不是很高，一般小于100Hz,因此可采取测高低电平跳变的方法来测频,总体方法I首先调用系统时钟设定定时初值为TlTIMER.然后读入流速通道的数据中的某一位，与前次比较，判断是否有跳变出现，如有则计数器加1,否则进入下一循环处理.当一次循环测试完毕后，再次调用系统时钟做TIME-T.运算，判断是否测量时间到,如时间到则终止循环去处理测量结果，否则继续，直至屋时时间到.记下每一路的计数值N'G-1,2,3.4,5,6，其频率则为N-N'./2.五、结语通过一年多研制和水工模型

13、试验表明，我们所研制的多路水位、流速微机检演系统,可满足常规性清水和浑水模型试验的要求,实现水位和流速的快速、高效以及满足一定精度要求的测会.同时装置在抗干扰设计以及实用性上均可满足试验研究要求.此外，装置在用户界面、数据文件接口方面做了较多的工作，易于用户所接收参璀.文献1J惊明才等,光纤式直读淀速仪.仅器位衰与工业自动化-No.1,1987.23王孝栋等，多点流速流向蓝瀚仪.武汉水利电力大学学报.No3.19873LinearDatabook,NationalSemiconductorCorporationJune,】982Acomputerbasedwaterlevelandwaterf

14、lowreal-timemeasurementsystemFangYanjunZhaoBingZhaoXudong(WuhanUntxcrhfy”HydraulicEltctncEngrfiefrittg)AbstractInthispaper(acomputerbasedwaterlevelendwaterflowreal-timemeasurementsystemformodeltestinhydraulic,riverandharbourengineeringswaspresented.Thissystemprovides8channelsofdynamicwaterlevelmeter

15、,6channelsofphotoelectricitypropellerand6channelsofresistancepropellerwaterflowmeter.Hydraulicmodeltestsshowthatthisisapowerfulmeasurementsystem.Keywordswaterleveltflowvelocity,measurementsystem.新书介绍明渠挟沙水流运动的力学和统计规御由中国水利水电科学研究院泥沙研究所胡春宏博士和清华大学水电系惠遇甲敦授痍写的专3H明渠挟沙水流运动的力学和统计规倬）一书系统地网述了作者近年来在明渠挟沙水流运动基本规律方

16、面的研究成果，线书以大,实测资料为基础,通过采用力学和统计分析相结合的研究方法，对明渠水流和泥沙运动的确定性的随机性规律进行了深入系统的研究全书共分六章,28万字.第一章重点介绍了二维均匀素流流速分布、曹切力分布和阻力规律，及宽、窄明渠的流速分布和阻力规律.第二章重点研究了明渠边壁对水流流速分布和阻力系数等的影响及边壁校正方法.第三章分析了明渠挟沙水流的随机特性.第四章探讨了明渠挟沙水流的阻力规律.第五章着重分析了近底流区内推移质泥沙运动的机理及其力学和统计规律.第六章对悬移质泥沙运动机理及其力学和统计规律进行了研究.在全书的最后为两个附录其中附录一详细介绍了高速摄影技术在泥沙研究中的应用,附录二则给出了作者利用高速摄影技术测量得到的系统的既移运动资料.本书可供从事泥沙运动和河床演变等新城研究工作的科技人员.以及大专院校有关专业的师生参