本發(fā)明涉及一種監(jiān)測裝置，具體是指一種具有水位和流速同時測量的監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

水利監(jiān)測設(shè)備是水利建設(shè)中不可或缺的設(shè)備，而對河道的水位和流水速度進行監(jiān)測是水利防洪抗洪工作中不可缺少的部分。隨著自動化技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已出現(xiàn)了智能水位和流速監(jiān)測設(shè)備，通過智能水位和流速監(jiān)測設(shè)備對河道的水位及水流速度進行監(jiān)測可以節(jié)省大量的人力，其給水利監(jiān)測工作帶來了很大的便利。然而，目前所使用的水位和流速監(jiān)測設(shè)備還是存在較大的缺陷，即其對河道的水位和水流速度的測量誤差較大，嚴重妨礙了水利監(jiān)測工作的正常進行。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決目前所使用的水位和流速監(jiān)測設(shè)備對河道的水位和水流速度的測量誤差大的缺陷，提供一種具有水位和流速同時測量的監(jiān)測裝置。

本發(fā)明的目的通過下述技術(shù)方案現(xiàn)實：一種具有水位和流速同時測量的監(jiān)測裝置，主要由單片機，分別與單片機相連接的水位信號處理單元、流速信號處理電路以及顯示器，與水位信號處理單元相連接的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的水位傳感器，與流速信號處理電路相連接的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，以及與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的流速傳感器組成；所述水位信號處理單元由前端處理電路，和與前端處理電路相連接的反饋電路組成；所述前端處理電路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三極管VT1，負極與放大器P1的正極相連接、正極與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的電容C1，正極與放大器P1的正極相連接、負極與放大器P1的輸出端相連接的電容C2，與電容C2相并聯(lián)的電阻R2，串接在放大器P2的正極和放大器P1的輸出端之間的電阻R3，正極與放大器P2的正極相連接、負極與放大器P2的輸出端相連接的電容C3，串接在放大器P2的輸出端和放大器P3的正極之間的電阻R5，負極與放大器P3的輸出端相連接、正極經(jīng)電阻R6后與放大器P2的輸出端相連接的電容C4，N極與三極管VT1的基極相連接、P極與反饋電路相連接的二極管D1，以及N極與三極管VT1的發(fā)射極相連接、P極與反饋電路相連接的二極管D2組成；所述三極管VT1的集電極與放大器P2的負極相連接、發(fā)射極與放大器P3的負極相連接；所述放大器P1的正極分別與放大器P1的負極和反饋電路相連接；所述放大器P2的輸出端同時與單片機和反饋電路相連接。

進一步的，所述反饋電路由放大器P4，P極與放大器P4的正極相連接、N極與放大器P2的輸出端相連接的二極管D3，正極與放大器P4的負極相連接、負極接地的電容C6，以及負極與放大器P4的輸出端相連接、正極順次經(jīng)電阻R4和電阻R1后與放大器P1的負極相連接的電容C5組成；所述二極管D2的P極與電容C5的正極相連接；所述二極管D1的P極與電阻R1和電阻R4的連接點相連接。

所述流速信號處理電路由三極管VT2，三極管VT3，三極管VT4，放大器P5，負極與三極管VT2的集電極相連接、正極與電源相連接的電容C7，串接在三極管VT2的基極和發(fā)射極之間的電阻R7，一端與三極管VT2的發(fā)射極相連接、另一端接地的電阻R8，負極與放大器P5的負極相連接、正極經(jīng)電阻R9后與三極管VT2的發(fā)射極相連接的電容C8，正極與放大器P5的正極相連接、負極與放大器P5的輸出端相連接的電容C9，與電容C9相并聯(lián)的電阻R10，P極與放大器P5的負極相連接、N極與三極管VT3的基極相連接的二極管D4，P極與放大器P5的負極相連接、N極與三極管VT4的基極相連接的二極管D5，串接在三極管VT3的發(fā)射極和三極管VT4的集電極之間的電阻R11，正極與放大器P5的輸出端相連接、負極與單片機相連接的電容C10，與電容C10相并聯(lián)的電阻R12，以及一端與電容C10的負極相連接、另一端接地的電阻R13組成；所述三極管VT2的基極與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接；所述放大器P5的正極接地、其輸出端與三極管VT3的集電極相連接；所述三極管VT4的發(fā)射極接地。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點及有益效果：

(1)本發(fā)明可以準確的對河道的水位及水流速度進行測量，從而使水利監(jiān)測工作能夠更好的進行。

(2)本發(fā)明的水位信號處理單元可以對采集到的水位信號進行處理，濾除信號中的高頻干擾信號，排除高頻干擾信號的影響，使高水位信號更加穩(wěn)定，并且該水位信號處理單元形成一個閉環(huán)電路，極大的提高了高頻干擾信號的濾除效果，從而使本發(fā)明對河道水位的監(jiān)測更加準確。

(3)本發(fā)明的流速信號處理電路可以對流速信號進行不失真的放大，并且通過兩級濾波的形式對流速信號中的高頻干擾和尖峰毛刺進行消除，使流速信號更加穩(wěn)定，從而提高本發(fā)明對水流流速的監(jiān)測精度。

(4)本發(fā)明通過水位信號處理單元和流速信號處理電路對水位信號和流速信號進行處理，相較傳統(tǒng)的水位和流速監(jiān)測裝置，本發(fā)明對水位和流速的監(jiān)測精度提高了20％。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的水位信號處理單元的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的流速信號處理電路的結(jié)構(gòu)圖。

具體實施方式

下面結(jié)合實施例對本發(fā)明作進一步地詳細說明，但本發(fā)明的實施方式并不限于此。

實施例

如圖1所示，本發(fā)明主要由單片機，分別與單片機相連接的水位信號處理單元、流速信號處理電路以及顯示器，與水位信號處理單元相連接的第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的水位傳感器，與流速信號處理電路相連接的第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，以及與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的流速傳感器組成。

該水位傳感器用于采集河道內(nèi)的水位信號，其通過管道安裝在水中，水位傳感器通過管道安裝是為了防止水流動而影響水位測量的結(jié)果，該安裝方法已是成熟的技術(shù)，在這里不做過多贅述；該水位傳感器采用AL200W型壓阻式水位傳感器，該AL200W型壓阻式水位傳感器將與液位深度成正比的液體靜壓力準確測量出來，并轉(zhuǎn)換成標準模擬信號輸出，建立起輸出信號與液體深度的線性對應(yīng)關(guān)系，從而可以測量出水位傳感器末端到液面的液位高度。該流速傳感器用于采集河道內(nèi)的水流速度信號，其優(yōu)先采用FTB2004-C型流速傳感器，該流速傳感也被安裝于河道中。

該單片機、顯示器、水位信號處理單元、流速信號處理電路、第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片以及第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片則被集成在一個設(shè)備安裝箱內(nèi)，該設(shè)備安裝箱則設(shè)置在岸邊。該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可以將水位傳感器輸出的水位模擬信號轉(zhuǎn)換為水位數(shù)字信號。第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片則可以將流速傳感器輸出的流速模擬信號轉(zhuǎn)換為流速數(shù)字信號。該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片均采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來實現(xiàn)，該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模擬量輸入端IN0管腳與水位傳感器相連接，第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模擬量輸入端IN0管腳與流速傳感器相連接。該水位信號處理單元可以對水位數(shù)字信號進行處理，其輸入端與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字量輸出端21管腳相連接。該流速信號處理電路可以對流速數(shù)字信號進行處理，其輸入端與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字量21管腳相連接。該單片機則為本發(fā)明的控制處理中心，其采用AT89S51單片機來實現(xiàn)，該AT89S51單片機的P1.0信號輸入管腳與水位信號處理單元的輸出端相連接，該AT89S51單片機的P1.1信號輸入管腳則與流速信號處理電路的輸出端相連接，其信號輸出I/O接口則與顯示器相連接。

為了提高水位監(jiān)測的精度，該水位信號處理單元的結(jié)構(gòu)如圖2所示，其由前端處理電路，和與前端處理電路相連接的反饋電路組成。該前端處理電路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三極管VT1，電阻R2，電阻R3，電阻R5，電阻R6，電容C1，電容C2，電容C3，電容C4，二極管D1以及二極管D2組成。

連接時，電容C1的負極與放大器P1的正極相連接，正極與第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接。電容C2的正極與放大器P1的正極相連接，負極與放大器P1的輸出端相連接。電阻R2與電容C2相并聯(lián)。電阻R3串接在放大器P2的正極和放大器P1的輸出端之間。電容C3的正極與放大器P2的正極相連接，負極與放大器P2的輸出端相連接。電阻R5串接在放大器P2的輸出端和放大器P3的正極之間。電容C4的負極與放大器P3的輸出端相連接，正極經(jīng)電阻R6后與放大器P2的輸出端相連接。二極管D1的N極與三極管VT1的基極相連接，P極與反饋電路相連接。二極管D2的N極與三極管VT1的發(fā)射極相連接，P極與反饋電路相連接。所述三極管VT1的集電極與放大器P2的負極相連接，發(fā)射極與放大器P3的負極相連接。所述放大器P1的正極分別與放大器P1的負極和反饋電路相連接。所述放大器P2的輸出端同時與單片機和反饋電路相連接。

其中，放大器P1可以對水位數(shù)字信號進行放大處理，而電容C2和電阻R2則構(gòu)成一個低通濾波器，該濾波器可以濾除水位數(shù)字信號在的高頻干擾。該放大器P2和電容C3則形成另一個低通濾波器，該低通濾波器可以防止前一個低通濾波器對高頻干擾濾除不夠徹底而使水位數(shù)字信號受到高頻干擾影響。該放大器P3，三極管VT1，電容C4以及電阻R6則構(gòu)成整形電路，該整形電路可以將正弦波轉(zhuǎn)換成方波，并將幅值控制在穩(wěn)定范圍之內(nèi)，避免信號出現(xiàn)失真。

該反饋電路由放大器P4，P極與放大器P4的正極相連接、N極與放大器P2的輸出端相連接的二極管D3，正極與放大器P4的負極相連接、負極接地的電容C6，以及負極與放大器P4的輸出端相連接、正極順次經(jīng)電阻R4和電阻R1后與放大器P1的負極相連接的電容C5組成。所述二極管D2的P極與電容C5的正極相連接。所述二極管D1的P極與電阻R1和電阻R4的連接點相連接。該反饋電路可以將前端處理電路輸出的信號的一部分反饋回前端處理電路的輸入端與輸入信號進行比較，并用比較所得的有效輸入信號控制輸出，使前端處理電路輸出的信號更加穩(wěn)定，且濾波效果更好。

該水位信號處理單元形成一個閉環(huán)電路，因此可以更好的對采集到的水位信號進行處理，使高水位信號更加穩(wěn)定，從而使本發(fā)明對河道水位的監(jiān)測更加準確。

為了更好的監(jiān)測河道內(nèi)水流的流速，如圖3所示，該流速信號處理電路由三極管VT2，三極管VT3，三極管VT4，放大器P5，電阻R7，電阻R8，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R12，電阻R13，電容C7，電容C8，電容C9，電容C10，二極管D4以及二極管D5組成。

連接時，電容C7的負極與三極管VT2的集電極相連接，正極與電源相連接。電阻R7串接在三極管VT2的基極和發(fā)射極之間。電阻R8的一端與三極管VT2的發(fā)射極相連接，另一端接地。電容C8的負極與放大器P5的負極相連接，正極經(jīng)電阻R9后與三極管VT2的發(fā)射極相連接。電容C9的正極與放大器P5的正極相連接，負極與放大器P5的輸出端相連接。電阻R10與電容C9相并聯(lián)。二極管D4的P極與放大器P5的負極相連接，N極與三極管VT3的基極相連接。二極管D5的P極與放大器P5的負極相連接，N極與三極管VT4的基極相連接。電阻R11串接在三極管VT3的發(fā)射極和三極管VT4的集電極之間。電容C10的正極與放大器P5的輸出端相連接，負極與單片機相連接。電阻R12與電容C10相并聯(lián)。電阻R13的一端與電容C10的負極相連接，另一端接地。所述三極管VT2的基極與第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接。所述放大器P5的正極接地，其輸出端與三極管VT3的集電極相連接。所述三極管VT4的發(fā)射極接地。

其中，該三極管VT2，電容C7，電阻R7以及電阻R8構(gòu)成一個偏置電路，放大器P5，三極管VT3，三極管VT4，二極管D4，二極管D5以及電阻R11組成一個前置放大電路，該偏置電路和前置放大電路相結(jié)合可以不失真的對流速數(shù)字信號進行放大。該電容C8為隔直電容，該電容C9可以對前置放大電路的帶寬進行限制，以濾除流速數(shù)字信號中的高頻干擾和尖峰毛刺。該電容C10和電阻R12構(gòu)成一個濾波器，該濾波器可以進一步的對流速數(shù)字信號中的高頻干擾進行濾除，從而使流速數(shù)字信號更加穩(wěn)定。

該流速信號處理電路可以對流速信號進行不失真的放大，并且通過兩級濾波的形式對流速信號中的高頻干擾和尖峰毛刺進行消除，使流速信號更加穩(wěn)定，從而提高本發(fā)明對水流流速的監(jiān)測精度。

工作時，該水位傳感器采集河道中的水位信號并傳輸給第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，而流速傳感器則采集水流流速信號傳輸給第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片。該第一模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將水位信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號發(fā)送給水位信號處理單元，而第二模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片則將流速信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號并發(fā)送給流速信號處理電路，經(jīng)過處理后的水位數(shù)字信號和流速數(shù)字信號傳輸給單片機進行處理，最后通過顯示器將水位值和流速值顯示出來。

如上所述，便可很好的實現(xiàn)本發(fā)明。