本實用新型涉及水利閘門自動控制領域，具體是一種水利閘門開度測量裝置。

背景技術：

各類型閘門作為水利設施最基層的工程之一在防洪抗災中扮演了重要角色，除了滿足水利部門的用水需求外，防洪、保護工農業(yè)生產和人民生命財產安全以及環(huán)境保護等諸多方面都發(fā)揮了巨大的積極作用。目前，很多閘門在調度運行時，還存在安全問題：一是有的閘門沒有開度電子測量裝置，還在使用觀察油漆刻度的方法，開度控制完全靠肉眼觀察和手動操作，檢測精度和控制效率都很難保證；二是雖然有些閘門使用了電子式開度檢測設備，但開度傳感器使用的是接觸式的編碼器，圈數較少，測量精度較低，而且金屬刷絲和碼盤摩擦久了以后容易出現接觸故障，也很難保證閘門的安全穩(wěn)定運行。

技術實現要素：

本實用新型要解決的技術問題是提供一種水利閘門開度測量裝置，通過非接觸式光電編碼器檢測閘門開度信息，并利用單片機主控模塊處理開度數據，增強了閘門運行調控過程的科學性、可靠性和穩(wěn)定性。

本實用新型的技術方案為：

一種水利閘門開度測量裝置，包括有連接于水利閘門的啟閉機主軸上的開度檢測傳感器，輸入端與開度檢測傳感器的輸出端連接的格雷碼解碼電路，以及與格雷碼解碼電路的輸出端連接的單片機主控模塊；所述的開度檢測傳感器選用非接觸式光電編碼器，非接觸式光電編碼器的旋轉軸與水利閘門的啟閉機主軸通過減速機構連接；所述的格雷碼解碼電路包括有解碼芯片、以及與解碼芯片連接的25芯串口插座，所述的開度檢測傳感器與25芯串口插座連接；所述的單片機主控模塊包括有單片機芯片、編程接口、復位電路和退耦電路，所述的解碼芯片通過SPI接口與單片機芯片連接，所述的復位電路包括有鉭電容C29和電阻R4，鉭電容C29的一端與單片機芯片的電源引腳VCC連接，電阻R4的一端與接地，鉭電容C29的另一端、電阻R4的另一端均與單片機芯片的RST引腳連接，所述的退耦電路包括有退耦電容，退耦電容的兩端分別連接單片機芯片的電源引腳VCC和接地。

所述的解碼芯片的每位格雷碼的IO口都通過一個上拉電阻連接到電源VCC。

所述的解碼芯片的引腳15與單片機芯片的引腳8連接，解碼芯片的引腳16與單片機芯片的引腳12連接，解碼芯片的引腳17與單片機芯片的引腳13連接，解碼芯片的引腳18與單片機芯片的引腳14連接。

所述的編程接口包括有編程芯片,其包括有電源引腳VCC、地引腳GND、以及RXD1和TXD1兩個串口信號通信引腳,RXD1和TXD1兩個串口信號通信引腳分別與單片機芯片對應的引腳連接。

所述的單片機芯片上還連接有RS485串口通信模塊和4-20mA電流輸出模塊，所述的RS485串口通信模塊包括有與單片機芯片連接的型號為ADM485的串口通信芯片，所述的4-20mA電流輸出模塊包括有與單片機芯片連接的型號為AD5420的電流轉換芯片。

所述的單片機主控模塊還包括有連接于單片機芯片上的顯示屏。

所述的單片機芯片與啟閉機的繼電器驅動電路連接。

本實用新型的優(yōu)點：

本實用新型結構簡單、安裝方便，由于采用了格雷碼輸出的非接觸式光電編碼器，檢測精度很高、帶有斷電記憶功能、不會出現錯碼亂碼的情況，而且非接觸式編碼器的使用壽命很長。本實用新型的單片機主控模塊實時顯示閘門的開度信息，并實現閘門運行的自動控制，還能將閘門開度信息通過RS485串口通信模塊和4-20mA電流輸出模塊傳到其它聯機設備，實現多孔閘門的遠程集中控制，增強了水利閘門運行控制的科學性和可靠性，而且簡化了現場布線難度，日常維護更加方便。

附圖說明

圖1是本實用新型的原理框圖。

圖2是本實用新型解碼芯片U8的電路圖。

圖3是本實用新型25芯串口插座JP18的電路圖。

圖4是本實用新型格雷碼解碼電路中上拉電阻的電路圖。

圖5是本實用新型單片機芯片U1、復位電路和退耦電路的電路圖。

圖6是本實用新型編程接口的電路圖。

圖7是本實用新型RS485串口通信模塊的電路圖。

圖8是本實用新型4-20mA電流輸出模塊的電路圖。

具體實施方式

下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒緦嵱眯滦椭械膶嵤├绢I域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本實用新型保護的范圍。

見圖1，一種水利閘門開度測量裝置，包括有連接于水利閘門的啟閉機主軸上的開度檢測傳感器01，輸入端與開度檢測傳感器01的輸出端連接的格雷碼解碼電路02，以及與格雷碼解碼電路02的輸出端連接的單片機主控模塊03；開度檢測傳感器選用非接觸式光電編碼器，非接觸式光電編碼器的旋轉軸與水利閘門的啟閉機主軸通過減速機構連接；

啟閉機的主軸轉動時，開度檢測傳感器01的碼盤跟著一起同向旋轉，因此閘門的開度改變時，碼盤輸出的編碼也會相應發(fā)生變化；開度檢測傳感器01輸出的格雷碼傳輸給格雷碼解碼電路02，格雷碼解碼電路02將格雷碼形式的開度值轉換為二進制自然碼，最后發(fā)送給單片機主控模塊03，單片機主控模塊03接收到自然碼后，進行數據處理得到精確的開度值。非接觸式光電編碼器的碼盤采用格雷碼進行編碼，是一種絕對編碼方式，是一種具有反射特性和循環(huán)特性的單步自補碼，它的循環(huán)、單步特性消除了隨機取數時出現重大誤差的可能，它的反射、自補特性使得求反非常方便。而且格雷碼屬于可靠性編碼，是一種錯誤最小化的編碼方式，它在相鄰位間轉換時，只有一位產生變化。大大地減少了由一個狀態(tài)到下一個狀態(tài)時邏輯的混淆，當發(fā)生微小變化時，格雷碼僅改變一位，這樣與其它編碼同時改變兩位或多位的情況相比更為可靠，即可減少出錯的可能性。由于格雷碼不利于直接讀取，所以設計了格雷碼解碼電路02，將格雷碼形式的開度值轉換為二進制自然碼。

見圖2-圖4，格雷碼解碼電路包括有解碼芯片U8、以及與解碼芯片U8連接的25芯串口插座JP18，開度檢測傳感器與25芯串口插座JP18連接，17位格雷碼通過25芯串口插座JP18接入，加上電源VCC和地GND引腳，一共占用19個IO口；格雷碼信號輸入后，為了增強信號的穩(wěn)定性，減少外界干擾信號產生的串擾，解碼芯片U8的每位格雷碼的IO口都通過一個上拉電阻(R23-R42)連接到電源VCC，確保在沒有信號輸入時，IO口為確定的高電平；

見圖5，單片機主控模塊包括有單片機芯片U1、編程接口、復位電路、退耦電路和顯示屏；解碼芯片U8通過四個SPI接口與單片機芯片U1連接，即解碼芯片U8的引腳15與單片機芯片的引腳8連接，解碼芯片U8的引腳16與單片機芯片的引腳12連接，解碼芯片U8的引腳17與單片機芯片的引腳13連接，解碼芯片U8的引腳18與單片機芯片的引腳14連接；見圖6，編程接口包括有編程芯片JP8,其包括有電源引腳VCC、地引腳GND、以及RXD1和TXD1兩個串口信號通信引腳，通過這個4針接口，就可以將主控計算機中編譯好的程序下載到單片機芯片U1中，其中，RXD1串口信號通信引腳與單片機芯片U1的引腳10連接，TXD1串口信號通信引腳與單片機芯片U1的引腳11連接；復位電路包括有鉭電容C29和電阻R4，鉭電容C29的一端與單片機芯片U1的電源引腳VCC連接，電阻R4的一端與接地，鉭電容C29的另一端、電阻R4的另一端均與單片機芯片U1的RST引腳連接，實現單片機的上電自動復位；退耦電路包括有退耦電容C1，是一個容量為0.1uF的陶瓷電容，退耦電容C1的兩端分別連接單片機芯片U1的電源引腳VCC和接地，起到隔離噪聲信號的作用。

其中，單片機芯片U1上還連接有RS485串口通信模塊(見圖7)和4-20mA電流輸出模塊(見圖8)；RS485串口通信模塊包括有與單片機芯片連接的型號為ADM485的串口通信芯片U7，其中，R21和R2均為偏置電阻，目的是讓485總線在沒有輸出信號時保持確定的電平，不至于出現誤碼，串口通信芯片U7的引腳2和引腳3為讀寫控制端，由單片機芯片U1的P2.0引腳控制，因為RS485一般為半雙工通信方式，所以讀寫信號分別由該引腳的高低電平控制；4-20mA電流輸出模塊包括有與單片機芯片連接的型號為AD5420電流轉換芯片U8，將單片機芯片U1輸入的開度信息轉換成16位精度的4-20mA電流信號進行輸出，在電流輸出端加了一個瞬態(tài)抑制二極管D1，型號為P6KE24CA，能對電流輸出口起一定的保護作用；單片機芯片U1與啟閉機的繼電器驅動電路連接。

顯示屏顯示當前的實時開度值；在閘門運行過程中，單片機芯片U1預設一個預定的開度值，讓閘門自動運行到該處并停止，如果沒有達到預定開度值的位置，就等待下一次位置判斷，而如果達到預定開度值的位置，則控制啟閉機的繼電器驅動電路，斷開啟閉機的動力源，讓閘門停止運行，此時閘門正好停止在預定開啟的位置，從而達到精確檢測閘門開度和精準控制閘門運行的目的。其中，單片機芯片U1上還連接有RS485串口通信模塊和4-20mA電流輸出模塊，可以將檢測得到的實時閘門開度值通過數字信號或模擬信號方式遠傳到其它的聯機控制設備，比如主控計算機或PLC等，達到遠程集中控制的目的。

盡管已經示出和描述了本實用新型的實施例，對于本領域的普通技術人員而言，可以理解在不脫離本實用新型的原理和精神的情況下可以對這些實施例進行多種變化、修改、替換和變型，本實用新型的范圍由所附權利要求及其等同物限定。