智能流量測量系統(tǒng)及測量方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種智能流量測量系統(tǒng)及測量方法。所述智能流量測量系統(tǒng)包括控制器、與控制器連接的轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器、以及分別連接至所述控制器上的顯示屏、USB芯片和鐵電存儲器芯片；所述鐵電存儲器芯片內(nèi)包含時(shí)鐘模塊和存儲模塊，所述轉(zhuǎn)子流速儀的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動五次便向控制器發(fā)出一次脈沖信號；所述控制器分別獲取來自轉(zhuǎn)子流速儀和所述壓力變送器的流速數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，并計(jì)算出流量。與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明智能化程度明顯提高，且操作方便，利用壓力變送器、轉(zhuǎn)子流速儀及控制器等之間的通訊連接，能夠精準(zhǔn)的測得明渠的流量，同時(shí)能對測試結(jié)果通過顯示屏進(jìn)行展示，更加人性化。
【專利說明】
智能流量測量系統(tǒng)及測量方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及流體測量技術(shù)，尤其涉及一種智能流量測量系統(tǒng)及其測量方法。
【背景技術(shù)】
[0002]非滿管狀態(tài)流動的水路稱作明渠(OpenChannel)，測量明渠中水流流量的儀表稱作明渠流量計(jì)。明渠流通剖面除圓形外，還有U形、梯形、矩形等多種形狀，日常生活中主要的明渠有:城市供水引水渠、火電廠冷卻水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工礦企業(yè)廢水排放以及水利工程和農(nóng)業(yè)灌溉用渠道，這些明渠是明渠流量計(jì)的主要應(yīng)用場所。目前國內(nèi)外用于明渠流量測量的儀器仍然是以普通轉(zhuǎn)子式為主，這種測流方法一般停留在現(xiàn)場人工記錄、人工計(jì)算、校核、復(fù)核的低水平上，難以適應(yīng)水文測量快速、準(zhǔn)確的巡測要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、電子技術(shù)和通信技術(shù)的迅猛發(fā)展，尤其是超大規(guī)模集成電路的問世，功能日趨完善，成本不斷降低，使得各種智能化儀器應(yīng)用越來越多，以單片機(jī)為核心的智能流量儀，具有智能化、操作方便、硬件電路簡單的特點(diǎn)，使得現(xiàn)有的轉(zhuǎn)子式流量測量儀器的劣勢越發(fā)明顯。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明所解決的技術(shù)問題在于提供一種智能流量測量系統(tǒng)及測量方法，以提高智能化程度和使用便捷性。
[0004]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提供一種智能流量測量系統(tǒng)，其包括控制器、與控制器連接的轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器、以及分別連接至所述控制器上的顯示屏、USB芯片和鐵電存儲器芯片;所述鐵電存儲器芯片內(nèi)包含時(shí)鐘模塊和存儲模塊，所述轉(zhuǎn)子流速儀的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動五次便向控制器發(fā)出一次脈沖信號;所述控制器分別獲取來自轉(zhuǎn)子流速儀和所述壓力變送器的流速數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，并計(jì)算出流量。
[0005]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述壓力變送器和控制器通過RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述控制器將所述壓力變送器傳送過來的水位數(shù)據(jù)通過所述顯示屏顯示出來。
[0006]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述控制器為單片機(jī)，其具備看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、定時(shí)器、以及脈沖寬度調(diào)制器;所述USB芯片與外部U盤設(shè)備連接。
[0007]本發(fā)明還采用一種智能流量測量方法，其包括如下步驟:
測量明渠寬度，并根據(jù)寬度確定需要測量的垂線數(shù)量；
用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線的平均流速；
確定相鄰兩條垂線間截面的流量；
將前述截面的流量相加，得到明渠的流量。
[0008]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，所述明渠寬度與所述垂線數(shù)量的關(guān)系為:當(dāng)寬度小于10米時(shí)垂線為3條，當(dāng)寬度為10-20米時(shí)，垂線為6條。
[0009]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線的平均流速，包括:利用壓力變送器測量被測垂線的水位數(shù)據(jù)，根據(jù)該水位數(shù)據(jù)來確定該垂線上所需測量的測量點(diǎn)；利用轉(zhuǎn)子流速儀測量每個(gè)測量點(diǎn)上的流速，取其平均值得到該被測垂線的平均流速。
[0010]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，根據(jù)該水位數(shù)據(jù)來確定該垂線上所需測量的測量點(diǎn)，具體包括:當(dāng)垂線的水深為5-10米時(shí)，選取三個(gè)測量點(diǎn)，其分別位于垂線水深的0.2倍處、0.5倍處、0.8倍處的位置；當(dāng)垂線水深小于5米時(shí)，選取兩個(gè)測量點(diǎn)，其分別位于垂線水深的0.3倍處及0.6倍處位置。
[0011 ]作為本技術(shù)方案的進(jìn)一步改進(jìn)，確定相鄰兩條垂線間截面的流量，具體過程為:根據(jù)相鄰兩條垂線的平均流速，取其平均值作為該相鄰兩條垂線間截面的平均流速;將該截面的平均流速乘以該截面的面積，得到該截面的流量。
[0012]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明智能化程度明顯提高，且操作方便，利用壓力變送器、轉(zhuǎn)子流速儀及控制器等之間的通訊連接，能夠精準(zhǔn)的測得明渠的流量，同時(shí)能對測試結(jié)果通過顯示屏進(jìn)行展示，更加人性化。
【附圖說明】
[0013]圖1為本發(fā)明所述智能流量測量系統(tǒng)的架構(gòu)圖。
[0014]圖2為本發(fā)明所述智能流量測量方法的流程圖。
[0015]圖3為本發(fā)明所述智能流量測量方法的應(yīng)用場景示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]請參閱圖1所示，本發(fā)明提供一種智能流量測量系統(tǒng)，其包括控制器、與控制器連接的轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器、以及分別連接至所述控制器上的電源、鍵盤、顯示屏、USB(Universal Serial Bus)芯片和鐵電存儲器芯片。
[0017]在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述控制器優(yōu)選為C8051單片機(jī)，其完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片(378七6111-011-&-0^?，300，具有與此3-51完全兼容的指令內(nèi)核，所述08051單片機(jī)采用流水線處理(pipe line)技術(shù)，不再區(qū)分時(shí)鐘周期和機(jī)械周期，能在執(zhí)行指令期間預(yù)處理下一條指令，提高了指令執(zhí)行效率，而且C8051單片機(jī)具備看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器(Analog-to-digital converter，ADC)、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(Digital-to-analog converter，DAC)、電壓比較器、電壓基準(zhǔn)輸出、定時(shí)器、脈沖寬度調(diào)制(Pulse Width Modulat1n,PffM)器、定時(shí)器捕捉和方波輸出等，并具備多種總線接口，包括通用異步收發(fā)傳輸器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口、串行外設(shè)接口(Serial PeripheralInterface，SPI)、系統(tǒng)管理總線(System Management Bus，SMBUS)接口以及控制器局域網(wǎng)總線(Controller Area Network，CAN)接口。另外，所述C8051 單片機(jī)米用Flash ROM技術(shù)，集成JTAG，支持在線編程。
[0018]所述轉(zhuǎn)子流速儀用于測量流速，且轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動5次就發(fā)出一次脈沖信號，因此只需測出脈沖周期即可計(jì)算出當(dāng)前的流速。所述壓力變送器用于測量水深(即水位數(shù)據(jù))，其內(nèi)含壓力傳感器，利用壓力傳感器的原理將液位轉(zhuǎn)換成電信號顯示出來，為了便于后續(xù)的計(jì)算，需要將壓力變送器和單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊(采用RS485接口連接)，便于單片機(jī)控制數(shù)據(jù)的存儲和顯示，所述單片機(jī)需要將所述壓力變送器傳送過來的數(shù)據(jù)通過顯示屏顯示出來，其中，所述單片機(jī)與所述顯示屏內(nèi)的顯示芯片LM19264通訊連接，所述顯示屏可直觀顯示測量及查詢結(jié)果，并可方便的設(shè)定參數(shù)及修改時(shí)間值。
[0019]所述USB芯片優(yōu)選為SL811芯片，用于連接外部的U盤設(shè)備，使得單片機(jī)能夠?qū)崿F(xiàn)讀寫U盤的功能，且所述SL811芯片內(nèi)部有256字節(jié)的存儲器(RAM)，開始的16個(gè)RAM用作控制和狀態(tài)寄存器，用來控制SL811的輸入輸出操作，其余的用作數(shù)據(jù)緩沖(DATA BUFFING)，所述單片機(jī)通過寄存器來控制SL811芯片的操作，其中，所述單片機(jī)對SL811芯片的訪問分為兩個(gè)階段:寫地址和寫/讀數(shù)據(jù)。
[0020]所述鐵電存儲器芯片優(yōu)選為FM3164，其內(nèi)包含時(shí)鐘模塊和存儲模塊，所述時(shí)鐘模塊用于精準(zhǔn)顯示當(dāng)前的時(shí)間，所述存儲模塊用于滿足大批量測量數(shù)據(jù)的存儲，由于兩個(gè)模塊的獨(dú)立存在，需要由所述單片機(jī)編程來控制FM3164芯片的工作模式。
[0021]運(yùn)行時(shí)，所述單片機(jī)將采集來的水位、流速信號通過USB芯片(S卩SL811芯片)將數(shù)據(jù)存入到U盤設(shè)備中，USB是一種輪詢方式的總線，其主機(jī)控制器將初始化所有的數(shù)據(jù)傳送并啟動所有的數(shù)據(jù)傳輸，每次傳送開始，主機(jī)控制器將發(fā)送一個(gè)描述傳輸動作的種類、方向、U盤設(shè)備地址和端口號的USB數(shù)據(jù)包，由U盤設(shè)備從解碼后的數(shù)據(jù)包中取出屬于自己的數(shù)據(jù)。在本發(fā)明較佳實(shí)施例中，所述SL811芯片對一個(gè)接入的U盤設(shè)備的啟動過程為:
I )、SL81IHS檢測到有外部U盤設(shè)備接入；
2)、對這個(gè)U盤設(shè)備進(jìn)行Reset操作，檢測該U盤設(shè)備是高速設(shè)備還是低速設(shè)備，并設(shè)置好SL811IE中對應(yīng)的寄存器位；
3)、通過O號端點(diǎn)讀取該U盤設(shè)備的描述符信息如廠商ID產(chǎn)品ID設(shè)備類、設(shè)備子類、設(shè)備協(xié)議；
4)、SL811IE固件驅(qū)動程序?qū)υ揢盤設(shè)備進(jìn)行初始化:讀取該U盤設(shè)備的設(shè)備描述符，為該設(shè)備指定地址，讀取該設(shè)備的配置描述符信息、接口描述符信息、端點(diǎn)描述符信息，為該U盤設(shè)備設(shè)置選擇配置描述符；
5)、對該U盤設(shè)備的初始化完成后，按照應(yīng)用要求與該設(shè)備進(jìn)行通信。
[0022]如圖2所示，本發(fā)明還提供一種智能流量測量方法，其包括如下步驟:
Stepl:測量明渠寬度，并根據(jù)寬度確定需要測量的垂線數(shù)量；
Step2:用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線的平均流速；
Step3:確定相鄰兩條垂線間截面的流量；
Step4:將前述截面的流量相加，得到明渠的流量。
[0023]請配合參閱圖3所示，其中，Stepl中所述明渠寬度與所述垂線數(shù)量的關(guān)系為，寬度小于10米時(shí)垂線為3條，寬度為10-20米時(shí)，垂線為6條。
[0024]Step2中用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線(如LI和L2)的平均流速的具體過程為:先用壓力變送器測量被測垂線的水深，根據(jù)水深數(shù)據(jù)來確定該垂線上需要測量的測量點(diǎn)，然后利用轉(zhuǎn)子流速儀測量每個(gè)測量點(diǎn)上的流速，取其平均值得到被測垂線的平均流速。其中，所述測量點(diǎn)一般選取兩點(diǎn)或三點(diǎn)，當(dāng)垂線的水深H為5-10米時(shí)，則所述測量點(diǎn)選取3個(gè)點(diǎn)(如A、B、C)，其深度分別為0.2H，0.5H及0.8H，當(dāng)垂線水深H為小于5米時(shí)，則所述測量點(diǎn)選取2個(gè)點(diǎn)，其深度分別為0.3H及0.6H。
[0025]Step3中確定相鄰兩條垂線間截面的流量，具體過程為:根據(jù)Step2中測得的每條垂線的平均流速Vl和V2，取相鄰兩條垂線平均流速的平均值，得到相鄰兩條垂線間截面的平均流速V=(Vl+V2)/2，然后，將該截面的平均流速V乘以截面的面積S，即可得到該截面的流量Ql =V*S ο以此類推，可計(jì)算得到多個(gè)截面的流量Q2、Q3、Q4、Q5……。
[0026]本測量方法中，采用壓力變送器和轉(zhuǎn)子流速儀可分別獲得明渠的垂線的深度及垂線上測量點(diǎn)的流速，并將深度數(shù)據(jù)和流速數(shù)據(jù)傳送至控制器，經(jīng)由控制器在顯示屏上進(jìn)行展示，并可將數(shù)據(jù)存儲在所述鐵電存儲器芯片中，利用本方法測得的流量較為精準(zhǔn)，且測量過程智能化程度較高，操作也十分方便，在單片機(jī)、壓力變送器、轉(zhuǎn)子流速儀等硬件的配合下，使得測量過程和測量結(jié)果更加符合現(xiàn)代化生產(chǎn)的需求。
[0027]以上所述，僅是本發(fā)明的最佳實(shí)施例而已，并非對本發(fā)明作任何形式上的限制，任何熟悉本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案范圍情況下，利用上述揭示的方法內(nèi)容對本發(fā)明技術(shù)方案做出許多可能的變動和修飾，均屬于權(quán)利要求書保護(hù)的范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種智能流量測量系統(tǒng)，其特征在于，包括控制器、與控制器連接的轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器、以及分別連接至所述控制器上的顯示屏、USB芯片和鐵電存儲器芯片；所述鐵電存儲器芯片內(nèi)包含時(shí)鐘模塊和存儲模塊，所述轉(zhuǎn)子流速儀的轉(zhuǎn)子每轉(zhuǎn)動五次便向控制器發(fā)出一次脈沖信號;所述控制器分別獲取來自轉(zhuǎn)子流速儀和所述壓力變送器的流速數(shù)據(jù)和水位數(shù)據(jù)，并計(jì)算出流量。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的智能流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述壓力變送器和控制器通過RS485接口進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊，所述控制器將所述壓力變送器傳送過來的水位數(shù)據(jù)通過所述顯示屏顯示出來。3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的智能流量測量系統(tǒng)，其特征在于:所述控制器為單片機(jī)，其具備看門狗、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、電壓比較器、定時(shí)器、以及脈沖寬度調(diào)制器;所述USB芯片與外部U盤設(shè)備連接。4.一種智能流量測量方法，其特征在于，包括如下步驟: 測量明渠寬度，并根據(jù)寬度確定需要測量的垂線數(shù)量； 用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線的平均流速； 確定相鄰兩條垂線間截面的流量； 將前述截面的流量相加，得到明渠的流量。5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的智能流量測量方法，其特征在于:所述明渠寬度與所述垂線數(shù)量的關(guān)系為:當(dāng)寬度小于10米時(shí)垂線為3條，當(dāng)寬度為10-20米時(shí)，垂線為6條。6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的智能流量測量方法，其特征在于:用轉(zhuǎn)子流速儀和壓力變送器測得每條垂線的平均流速，包括:利用壓力變送器測量被測垂線的水位數(shù)據(jù)，根據(jù)該水位數(shù)據(jù)來確定該垂線上所需測量的測量點(diǎn)；利用轉(zhuǎn)子流速儀測量每個(gè)測量點(diǎn)上的流速，取其平均值得到該被測垂線的平均流速。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的智能流量測量方法，其特征在于:根據(jù)該水位數(shù)據(jù)來確定該垂線上所需測量的測量點(diǎn)，具體包括:當(dāng)垂線的水深為5-10米時(shí)，選取三個(gè)測量點(diǎn)，其分別位于垂線水深的0.2倍處、0.5倍處、0.8倍處的位置；當(dāng)垂線水深小于5米時(shí)，選取兩個(gè)測量點(diǎn)，其分別位于垂線水深的0.3倍處及0.6倍處位置。8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的智能流量測量方法，其特征在于:確定相鄰兩條垂線間截面的流量，具體過程為:根據(jù)相鄰兩條垂線的平均流速，取其平均值作為該相鄰兩條垂線間截面的平均流速;將該截面的平均流速乘以該截面的面積，得到該截面的流量。
【文檔編號】G05B19/042GK105890676SQ201610188030
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月29日
【發(fā)明人】薛建峰, 曹新宇, 梁萬雷, 趙鵬
【申請人】北華航天工業(yè)學(xué)院