專(zhuān)利名稱(chēng)：渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種流量計(jì)量技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置。
背景技術(shù)：
人與自然是一對(duì)基本的哲學(xué)范疇，人與自然和諧相處是經(jīng)濟(jì)社會(huì)可持續(xù)發(fā)展的必 然訴求，人水關(guān)系是人與自然關(guān)系的核心。探求人與自然和諧相處的方式，以水資源可持續(xù) 利用保障經(jīng)濟(jì)社會(huì)的可持續(xù)發(fā)展成為當(dāng)代水利必須破解的命題。 無(wú)論是科學(xué)合理控制用水以提高水的利用率，還是水作為商品進(jìn)行資源有償使
用，都涉及到水量計(jì)量問(wèn)題，必須配之以相應(yīng)的科學(xué)計(jì)量手段。灌溉農(nóng)業(yè)是我國(guó)農(nóng)業(yè)和農(nóng)村
經(jīng)濟(jì)發(fā)展的基礎(chǔ)，渠系是灌區(qū)基礎(chǔ)設(shè)施的重要組成部分，渠道輸水是灌溉用水的主要引水
方式，準(zhǔn)確計(jì)量灌區(qū)渠道流量是向農(nóng)民提供優(yōu)質(zhì)服務(wù)的關(guān)鍵，是實(shí)行計(jì)劃用水、定額供水、
科學(xué)管理的基礎(chǔ)，也是各級(jí)領(lǐng)導(dǎo)正確決策的依據(jù)，因此，渠道流量管理至關(guān)重要。 目前，我國(guó)各地農(nóng)田灌排工程體系已初具規(guī)模，這些中小型灌區(qū)不僅是該區(qū)農(nóng)業(yè)
生產(chǎn)和農(nóng)村經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主力軍，也是糧食安全的重要保障，其在整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)和社會(huì)發(fā)展
中都具有舉足輕重的戰(zhàn)略地位。同時(shí)，中小型灌區(qū)還擔(dān)負(fù)著向城鎮(zhèn)生活和工礦企業(yè)供水的
任務(wù)。由于大部分中小型灌區(qū)都具有相對(duì)完善的水源系統(tǒng)、輸配水系統(tǒng)和調(diào)節(jié)系統(tǒng)，在水資 源的區(qū)域配置中也發(fā)揮著極其重要的作用。然而，由于自然條件和歷史原因，目前灌區(qū)渠 系管理大量資料和信息仍然以傳統(tǒng)的手工作業(yè)為主，既無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)各類(lèi)資料信息的有效管 理、維護(hù)，也無(wú)法做到信息共享，這不僅影響到灌區(qū)管理水平的提高，還導(dǎo)致各級(jí)水利行業(yè) 主管部門(mén)難以及時(shí)、準(zhǔn)確和全面了解掌握灌區(qū)及行業(yè)發(fā)展的狀況及變化趨勢(shì)。

實(shí)用新型內(nèi)容針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述不足之處，本實(shí)用新型要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種
能夠做出及時(shí)、準(zhǔn)確的反饋和預(yù)測(cè)的渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置。 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是 本實(shí)用新型一種渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置包括微型水流發(fā)電機(jī)、充電電池、多路數(shù) 據(jù)采集控制器、GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊以及上位機(jī)，其中多路數(shù)據(jù)采集控制器輸入端與水位傳感 器相連，通訊端通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，工作電源端接有充電 電池，該充電電池的電能輸入端與微型水流發(fā)電機(jī)相連。 所述多路數(shù)據(jù)采集控制器包括單片機(jī)控制單元和數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，其中單片 機(jī)控制單元通過(guò)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與水位傳感器相連，單片機(jī)控制單元通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳 輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊；所述微型水流發(fā)電機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速每分鐘不少于200轉(zhuǎn)， 輸出電壓為直流20伏，輸出電流為150毫安，渠道流量為2 3升/分；所述充電電池采用 高能鎳氫充電電池，輸出電壓為直流12 14伏，功率為2200mAh ;所述水位傳感器為利用 隔離型擴(kuò)散硅敏感元件的熱阻效應(yīng)將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的壓力傳感器。 本實(shí)用新型具有以下有益效果及優(yōu)點(diǎn)[0010] 1.解決了野外作業(yè)的電源問(wèn)題。本實(shí)用新型通過(guò)渠道水流為計(jì)量裝置提供能量， 不需另接電源。 2.自動(dòng)化程度高。本實(shí)用新型根據(jù)渠道上各測(cè)點(diǎn)的水位信號(hào)和測(cè)量時(shí)間，以及已 知渠道橫截面參數(shù)自動(dòng)計(jì)算出各渠道在水位測(cè)定時(shí)刻的流量以及特定時(shí)間段內(nèi)流過(guò)的水 量，通過(guò)單片機(jī)編程技術(shù)完成渠道水位信息數(shù)據(jù)的采集控制。 3.應(yīng)用前景廣泛。本實(shí)用新型將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、等應(yīng)用于 水管理，實(shí)現(xiàn)集信息采集_處理_監(jiān)控為一體的軟件系統(tǒng)，在精準(zhǔn)農(nóng)業(yè)及中小灌區(qū)渠道水 位、流量等信息監(jiān)控和灌區(qū)配水分析決策中，有廣闊的應(yīng)用前景。

圖1為本實(shí)用新型結(jié)構(gòu)框圖； 圖2為本實(shí)用新型電氣原理圖； 圖3為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器模擬信號(hào)接口電路圖； 圖4為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器供電電源電路圖； 圖5為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器地址及通信接口電路圖； 圖6為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器的單片機(jī)電路圖； 圖7為本實(shí)用新型上位機(jī)軟件系統(tǒng)界面圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本新型計(jì)量裝置作進(jìn)一步詳細(xì)描述 如圖l所示，為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框圖。本實(shí)用新型渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置基于
GSM技術(shù)實(shí)現(xiàn)，主要包括微型水流發(fā)電機(jī)、充電電池、多路數(shù)據(jù)采集控制器、GSM數(shù)據(jù)傳輸模
塊、壓力水位傳感器以及上位機(jī)軟件系統(tǒng)組成，其中多路數(shù)據(jù)采集控制器輸入端與水位傳
感器相連，通訊端通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，工作電源端接有充
電電池，該充電電池的電能輸入端與微型水流發(fā)電機(jī)相連。多路數(shù)據(jù)采集控制器由單片機(jī)
控制單元和數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換單元組成，單片機(jī)控制單元由可接受由水位傳感器發(fā)送的探測(cè)
信號(hào)的MCU和繼電器模塊構(gòu)成，MCU通過(guò)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換單元與水位傳感器相連，MCU通過(guò)
GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)通信，并可控制多達(dá)6路的繼電器模塊。 如圖2所示，為本實(shí)用新型電氣原理圖。充電電池和微型水流發(fā)電機(jī)構(gòu)成本實(shí)用
新型中的供電裝置，微型水流發(fā)電機(jī)利用水流驅(qū)動(dòng)渦輪發(fā)電原理，為多路數(shù)據(jù)采集控制器
提供能量補(bǔ)給，不需再外加供能系統(tǒng)；其技術(shù)參數(shù)為渠道流量為2 3升/分，葉輪轉(zhuǎn)速每
分鐘不少于200轉(zhuǎn)，輸出電壓為直流20伏，輸出電流為150毫安。 本實(shí)用新型中的充電電池采用高能鎳氫充電電池，本實(shí)施例中為10節(jié)可充電7號(hào) Ni-MH 2200mAh充電電池串聯(lián)而成，由微型水流發(fā)電機(jī)輸入電能，充電電池輸出電壓為直流 12 14伏，功率為2200mAh。 水位傳感器為利用隔離型擴(kuò)散硅敏感元件的熱阻效應(yīng)將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的壓 力水位傳感器，基于所測(cè)液體靜壓與該液體液位高度成比例的原理，將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)， 再經(jīng)過(guò)溫度補(bǔ)償和線(xiàn)性修正，轉(zhuǎn)化成標(biāo)準(zhǔn)電信號(hào)(為4-20mA)。 多路數(shù)據(jù)采集控制器包括單片機(jī)控制單元、A/D和D/A轉(zhuǎn)換電路、供電電路以及通
4信接口電路，其中單片機(jī)控制單元如圖6所示，其具有6路開(kāi)關(guān)量輸出，可以作為遙控、跳閘 或者告警；6路開(kāi)關(guān)量輸入，可以作為脈沖量輸入；8路直流采樣，可以接各種變送器(本實(shí) 施例為壓力水位傳感器)；1個(gè)標(biāo)準(zhǔn)485通信口，1個(gè)RS485/232接口，支持M0DBUS或其它 規(guī)約，擴(kuò)展更加容易；貼片安裝，無(wú)外部總線(xiàn)，可靠性高，抗干擾能力強(qiáng)。 如圖3所示，為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器模擬信號(hào)接口電路圖，采用2個(gè) 電阻并聯(lián)方式，作為采樣電阻，能夠同時(shí)采集電流、電壓信號(hào)，其輸入端All接有壓力水位 傳感器。輸出端AIN1接至A/D和D/A轉(zhuǎn)換單元中的A/D轉(zhuǎn)換部分。 如圖4所示，為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器的供電電源電路圖，采用 LM2575電壓轉(zhuǎn)換模塊和1117電壓轉(zhuǎn)換模塊，分別作為直流5伏和3. 3伏電源的供給模塊。 其中LM2575電壓轉(zhuǎn)換模塊的輸入端通過(guò)二極管Dl接至充電電池的輸出端。 圖5為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器的地址及通信接口電路圖，該控制器設(shè) 定地址可達(dá)32個(gè)，采用485或232總線(xiàn)進(jìn)行通信。本實(shí)施例采用MAX485模塊，在單片機(jī)處 理器的控制下其輸出端與GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊進(jìn)行連接；本實(shí)施例中GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊采用 MD TT60。 圖6為本實(shí)用新型中多路數(shù)據(jù)采集控制器的單片機(jī)處理器電路圖，處理器采用 C8051F410的8位處理器。 本實(shí)用新型中由上位機(jī)對(duì)采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行分析和處理。如圖7所示，為上位機(jī) 軟件系統(tǒng)界面圖，該軟件系統(tǒng)采用微軟ACCESS 2003數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)，作為渠道不同采集時(shí)間 水位、流量等信息管理庫(kù)。其短信菜單功能有即時(shí)短信查詢(xún)和每日3次定時(shí)查詢(xún)，如發(fā)送 SWCXO指令，便可采集此時(shí)的渠道水位信息，從而得到水量信息；還可通過(guò)短信開(kāi)關(guān)對(duì)采集 控制器進(jìn)行繼電器控制。 該軟件還集成了明渠恒定均勻流的計(jì)算公式 Q = AXV 式中，Q為渠道流量，A為渠道橫斷面積；V為渠道內(nèi)的水流速，V=C> V^J , J為
1丄
底坡，R為渠道的水利半徑，C為謝才系數(shù)，oiR6 ， n為渠道的糙率(經(jīng)查表得到)，R為
II
渠道的水利半徑。用戶(hù)可根據(jù)自己渠道的參數(shù)自行設(shè)定，即在如圖7中所示的畫(huà)面中設(shè)置 矩形坡底、梯形底寬及邊坡系數(shù)、圓形直徑、糙率以及底坡等參數(shù)。
權(quán)利要求一種渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，其特征在于包括微型水流發(fā)電機(jī)、充電電池、多路數(shù)據(jù)采集控制器、GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊以及上位機(jī)，其中多路數(shù)據(jù)采集控制器輸入端與水位傳感器相連，通訊端通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，工作電源端接有充電電池，該充電電池的電能輸入端與微型水流發(fā)電機(jī)相連。
2. 按權(quán)利要求1所述的渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，其特征在于所述多路數(shù)據(jù)采集控制 器包括單片機(jī)控制單元和數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換單元，其中單片機(jī)控制單元通過(guò)數(shù)模/模數(shù)轉(zhuǎn)換 單元與水位傳感器相連，單片機(jī)控制單元通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行 通訊。
3. 按權(quán)利要求1所述的渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，其特征在于所述微型水流發(fā)電機(jī)葉輪轉(zhuǎn)速每分鐘不少于200轉(zhuǎn)，輸出電壓為直流20伏，輸出電流為150毫安，渠道流量為2 3升/分。
4. 按權(quán)利要求1所述的渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，其特征在于所述充電電池采用高能鎳氫充電電池，輸出電壓為直流12 14伏，功率為2200mAh。
5. 按權(quán)利要求1所述的渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，其特征在于所述水位傳感器為利用 隔離型擴(kuò)散硅敏感元件的熱阻效應(yīng)將靜壓轉(zhuǎn)換為電信號(hào)的壓力傳感器。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及一種渠道流量自動(dòng)計(jì)量裝置，包括微型水流發(fā)電機(jī)、充電電池、多路數(shù)據(jù)采集控制器、GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊以及上位機(jī)，其中多路數(shù)據(jù)采集控制器輸入端與水位傳感器相連，通訊端通過(guò)GSM數(shù)據(jù)傳輸模塊經(jīng)GSM網(wǎng)絡(luò)與上位機(jī)進(jìn)行通訊，工作電源端接有充電電池，該充電電池的電能輸入端與微型水流發(fā)電機(jī)相連。本實(shí)用新型通過(guò)渠道水流為計(jì)量裝置提供能量，不需另接電源，將計(jì)算機(jī)技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、信息技術(shù)、等應(yīng)用于水管理，實(shí)現(xiàn)集信息采集-處理-監(jiān)控為一體的軟件系統(tǒng)，具有廣闊的應(yīng)用前景。
文檔編號(hào)G01C13/00GK201540127SQ200920203359
公開(kāi)日2010年8月4日 申請(qǐng)日期2009年9月16日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月16日
發(fā)明者張和喜, 方小宇, 李軍, 王振營(yíng), 王群, 蔣毛席, 袁楓 申請(qǐng)人:貴州省水利科學(xué)研究院;沈陽(yáng)巍圖農(nóng)業(yè)科技有限公司