水电站水位单片微机检测仪的制作方法

文档序号:6134612阅读:269来源:国知局
专利名称:水电站水位单片微机检测仪的制作方法
技术领域
本实用新型是一种水电站或水库的水位单片微机检测仪,属自动检测仪器仪表技术,特别涉及水位参数自动检测仪器仪表。
水位和水头的测量是水电站水力监测的重要内容之一,其中上、下游水位测量是指上游水库水位和下游水尾水位的测量。为保证水电站的安全运行并实现经济运行,就必须对水电站及机组的有关水力参数进行测量和监视。可以说水位监测装置所提供的数据是水电站安全、经济运行的基本依据,所以必须要求它对被测参数状态予以及时和准确的反应。然而,现有的水电站基本上是靠人工操作来进行水位监视。这样,不但操作工人劳动强度大,而且很难测量到水位的实时变化,难于预防突发事故的发生。现有的一些浮标式液位计、超声波液位计等水位测量仪存在着测量精度低、价格贵、操作不便、无法准确测量实时水位变化等的缺点和问题,基本上难于在水电站中得到使用。
本实用新型的目的就是为了克服和解决现有由人工监视水位劳动强度大、难于测量到实时水位变化、无法预防突发事故发生以及现有液位计测量精度低、价格贵、操作不便等的缺点和问题,研制设计一种采用了精度高、稳定性好的水位传感器,能远距离把水位参数传输到控制室进行自动、精确、实时测量水位,减轻操作人员劳动强度、预防突发事故发生的智能型水电站水位单片微机检测仪。
本实用新型是通过下述结构技术方案来实现的本水电站水位单片微机检测仪的外型结构示意图如

图1所示,本检测仪的电路方框图如图2所示。它由机壳、面板、电路板共同连接构成,其中面板上安装有水位显示屏1、操作指示灯2、报警指示灯3、上限指示灯4、上限设定电位器5、下限设定电位器6、操作/设定按钮7、打印/参数选择按钮8、BCD拨码盘9;其电路由BCD拨码盘9、水位传感器10、模拟放大电路11、多路转换器12、A/D转换器13、I/O并行接口14、16,单片微机15、显示译码器17、操作显示电路18、基准电源19、打印/通讯接口20共同电气连接构成;其相互连接关系为面板及电路板固定在机壳内支架上,面板上的水位显示屏1、操作指示灯2、报警指示灯3、上限指示灯4、操作/设定按钮7、打印/参数选择按钮8分别通过各自信号传输线分别与电路板上相对应位置相连接,上限设定电位器5、下限设定电位器6分别通过各自信号传输线与电路板上多路转换器12的多路转换开关的相应点相连接,BCD拨码盘9通过I/O并行接口14与单片微机15相电气连接,水位传感器10通过水位信号传输线分别与模拟放大电路11、基准电源19相电气连接,模拟放大电路11通过信号传输线与多路转换器12的多路转换开关相电气连接,多路转换器12的多路转换开关通过信号传输线与A/D转换器13相电气连接,A/D转换器13通过I/O并行接口14与单片微机15相电气连接。显示译码器17通过I/O并行接口16与单片微机15相电气连接,单片微机15分别通过操作显示信号传输线、打印通讯信号传输线分别与操作显示电路18、打印/通讯接口20相电气连接。其工作作用原理如下水位传感器10把水位参数转换为电参数并通过防水信号传输电缆远距离传输到本检测仪电路板中的模拟放大电路11进行线性放大,再经多路转换器12的多路转换开关进行选择并切换到A/D转换器13,经A/D转换器进行模/数转换成数字信号后经I/O并行接口14输送到单片微机15,单片微机把水位检测值进行运算后与上、下限设定值进行比较,判断是否发出报警信号,最后把运算处理后的水位值经I/O并行接口16送至显示译码器进行数字译码显示,在上述检测过程中,单片微机通过软件自动产生实时时钟,用软件编制出来的BCD拨码盘用来设定打印时间,打印/通讯接口根据BCD拨码盘所设定的时间定时把单片微机存贮器内的水位数值及实时值进行列表打印或传输到上位计算机以便把数据汇总及进行远距离监控;本检测仪的基本电路原理图如图3所示。本检测仪的水位检测元件为YCW水位传感器10,模拟放大电路11由集成件U15~U16、电阻R1~R8、电位器W1~W3共同通过电路板敷铜膜带或导线并串联连接构成,基准电源19由集成件U17、电阻R9~R10、电位器W3通过电路敷铜膜带或导线并串联连接构成,W4为上限设定电位器,W5为下限设定电位器,多路转换器由模拟转换电子集成件U14构成,A/D转换器13由转换器集成件U4、恒压电路集成件U5、电容C1~C3、电阻R11、电位器W6共同通过电路板敷铜膜带或导线串并联连接构成,I/O并行接口14、16由I/O并行接口集成件U2、U3通过电路板敷铜膜带并联连接构成,单片微计15由CPU集成件U1构成,显示译码器17由显示译码集成件U10~U13与数码管通过电路板敷铜膜带并联连接构成,操作显示电路18由缓冲器集成件U6、U9、电阻R12~R16、发光二极管D1~D3、按钮T1~T2及扬声器共同通过电路板敷铜膜带或导线并串联连接构成,打印/通讯接口20由串行打印/通讯接口电路集成件U7、U8、电容C4、二极管D4共同通过电路板敷铜膜带并串联连接构成。电路基本工作原理为水位传感器10把测得的水位参数变为电参数后,由模拟放大电路进行放大,然后由U14构成的多路转换器进行选择并输送到U4~U5等构成的A/D转换器进行模数转换后,经U3构成的I/O并行接口输送到单片微机,由CPU对输进的水位参数进行运算处理,并对上限设定值与下限设定值进行比较,比较结果经U2构成的I/O并行接口送到U9~U13构成的显示译码器进行译码,再送到数码管进行显示。U17构成的基准电源提供水位传感器的基准电源,BCD拨码盘9用于设定打印时间,使U7、U8构成的打印/通讯接口根据BCD拨码盘设定的打印时间定时把水位值及测量时间进行列表打印或远距离传送到上位计算机进行远距离监控,由U6、U9构成的操作显示电路控制及显示检测仪的设定、操作、打印、报警状态。
本实用新型与现有人工监测水位或现有液位计测量水位相比,有如下的优点和有益效果(1)由于本检测仪是单片微机控制的智能仪表,能对水电站的水位参数进行全自动实时检测,并能对水位上下限报警。同时,可根据实际需要设置不同的打印时间,通过打印/通讯接口实时把水位数据及测量时间进行列表打印或远距离传送到上位计算机;(2)本检测仪采用硅压集成电路检测元件作为水位传感器,具有测量精度高、稳定性好、价格便宜等优点,固此,便于推广应用;(3)本检测仪结构简单、工作稳定、可靠,检测结果精确,不需要专门的维护保养;(4)本检测仪操作方便、自动检测程度高,能大大减轻操作人员劳动强度,能自动监控水电站的水位,有效地预防突发事故的发生。
下面对说明书附图进一步说明如下图1为水电站水位单片微机检测仪的外形结构示意图;图2为水电站水位单片微机检测仪的电路方框图;图3为水电站水位单片微机检测仪的基本电路原理图。各图中1为水位显示屏,2为操作指示灯(D1),3为报警指示灯(D2),4为水位上限指示灯(D3),5为上限设定电位器(W4),6为下限设定电位器(W5),7为操作/设定按钮(T1),8为打印/参数选择按钮(T2),9为BCD拨码盘,W1、W2分别为水位传感器的满量程调节电位器及调零电位器,W3为基准电源输出幅值调节电位器,CYW为水位传感器,CZ1、CZ2为打印/通讯接口。
本实用新型的实施方式可按以下方式进行(1)用一般的机加工方法加工机壳和面板,发明人曾按图1所示加工出本检测仪的样机的机壳及面板,其机壳尺寸为160×80×250mm,面板尺寸为160×80mm,然后再按图1所示排列、加工、安装水位显示屏1、操作指示灯D1、报警指示灯D2、上限指示灯D3、上限设定电位器W4、下限设定电位器W5、操作/设定按钮T1、打印/参数选择按钮T2、BCD拨码盘等;(2)按图3所示绘制印刷电路板并筛选电子元器件,其中集成件U1可选用MCS-51型单片微机,U2、U3可选用8155型I/O并行接口,U4可选用ICL7135型A/D转换器,U5可选用MC1403型恒压电路集成件,U6、U9可选用7406缓冲器集成件,U7、U8可分别选用1488、1489型串行打印/通讯接口,U10~U13可选用74LS247型显示译码器,U14可选用4051型电子模拟转换器,U15~U17可选用OP07型运算放大器;(3)按图3所示安装好电路板并固定于机壳内,再用导线与面板上的水位显示屏、指示灯、按钮、BCD拨码盘进行电气连接,然后经加电和简单调试,便能较好地实施本实用新型。发明人按上述实施方式制作的样机可在0~50℃的环境温度下工作,水位的测量范围为0~10m的水位量程范围内,其分辨率为0.001m,测量误差为最后1位数字≤±5,在0~100m的水位量程范围内,其分辨率为0.01m,测量误差为最后1位数字≤±2。使用本检测仪时,应预先按图3所示把水电站的水位传感器与本检测仪进行电气连接,其操作步骤为(1)开启电源后,检测仪处于设定状态,操作指示灯2熄灭,报警指示灯3及上限指示灯4亮,水位显示屏1显示上限报警值信号,此时可通过调节上限设定电位器5来确定水位上限报警值,调整BCD拨码盘来设定月、日日期,其中千、百两位拨码盘设定月,十、个两位拨码盘设定日;(2)按压打印/参数选择按钮8,报警指示灯3亮,操作指示灯2及上限指示灯4熄灭,水位显示屏1显示下限报警信号。此时,可调节下限设定电位器6来确定水位下限报警值,调整BCD拨码盘来设定时、分。其中千、百两位拨码盘设定小时,十、个两位拨码盘设定分钟;(3)按压操作/设定按钮,操作指示灯2亮,报警指示灯3及上限指示灯4熄灭。本检测仪通过软件把上述设定的月、日、时、分初始值输入,并启动实时时钟,产生实时时间,此时BCD拨码盘设定打印时间(a)若千、百位拨码盘设定为00,十、个位拨码盘可设为0~59,表示间隔多少分钟打印一个数据;(b)若千、百位拨码盘设定为30,十、个位拨码盘可设定为1~23,表示间隔多少个小时打印一个数据;(c)若千、百位拨码盘设定为00~23,十、个为拨码盘设定为00~59,表示每天定时打印时间;在检测过程中,只要按压打印/参数选择按钮T2,即可把水位值及测量时间列表打印,若水位值大于上限设定值,报警指示灯3及上限指示灯4亮,并驱动扬声器发声报警;若水位值小于下限设定值,报警指示灯3亮,下限指示灯4熄灭,并驱动扬声器发声报警;若检测过程中,按压操作/设定按压钮,操作指示灯2熄灭,报警指示灯3及上限指示灯4亮,重新回到设定状态。
权利要求1.一种水电站水位单片微机检测仪,其特征在于它由机壳、面板、电路板共同连接构成,其中面板上安装有水位显示屏(1)、操作指示灯(2)、报警指示灯(3)、上限指示灯(4)、上限设定电位器(5)、下限设定电位器(6)、操作/设定按钮(7)、打印/参数选择按钮(8)、BCD拨盘码(9);其电路由BCD拨盘码(9)、水位传感器(10)、模拟放大电路(11)、多路转换器(12)、A/D转换器(13)、I/O并行接口(14)、(16),单片微机(15)、显示译码器(17)、操作显示电路(18)、基准电源(19)、打印/通讯接口(20)共同电气连接构成;其相互连接关系为面板及电路板固定在机壳内支架上,面板上的水位显示屏(1)、操作指示灯(2)、报警指示灯(3)、上限指示灯(4)、操作/设定按钮(7)、打印/参数选择按钮(8)分别通过各自信号传输线分别与电路板上相对位置点相连接,上限设定电位器(5)、下限设定电位器(6)分别通过各自信号传输线与电路板上多路转换器(12)的多路转换开关的相应点相电气连接,BCD拨码盘(9)通过I/O并行接口(14)与单片微机(15)相电气连接,水位传感器(10)通过水位信号传输线分别与模拟放大电路(11)、基准电源(19)相电气连接,模拟放大电路(11)通过信号传输线与多路转换器(12)的多路转换开关相电气连接,多路转换器(12)的多路转换开关通过信号传输线与A/D转换器(13)相电气连接,A/D转换器(13)通过I/O并行接口(14)与单片微机(15)相电气连接,显示译码器(17)通过I/O并行接口(16)与单片微机(15)相电气连接,单片微机(15)分别通过操作显示信号传输线、打印通讯信号传输线分别与操作显示电路(18)、打印/通讯接口(20)相电气连接。
2.按权利要求1所述的水电站水位单片微机检测仪,其特征在于所述的模拟放大电路(11)由集成件U15~U16、电阻R1~R8、电位器W1~W3共同通过电路板敷铜膜带或导线并串联连接构成,基准电源(19)由集成件U17、电阻R9~R10、电位器W3通过电路敷铜膜带或导线并串联连接构成,多路转换器由模拟转换电子集成件U14构成,A/D转换器(13)由转换器集成件U4、恒压电路集成件U5、电容C1~C3、电阻R11、电位器W6共同通过电路板敷铜膜带或导线串并联连接构成,I/O并行接口(14)、(16)由I/O并行接口集成件U2、U3通过电路板敷铜膜带并联连接构成,单片微计(15)由CPU集成件U1构成,显示译码器(17)由显示译码集成件U10~U13与数码管通过电路板敷铜膜带并联连接构成,操作显示电路(18)由缓冲器集成件U6、U9,电阻R12~R16、发光二极管D1~D3、按钮T1~T2及扬声器共同通过电路板敷铜膜带或导线并串联连接构成,打印/通讯接口(20)由串行打印/通讯接口电路集成件U7、U8,电容C4、二极管D4共同通过电路板敷铜膜带并串联连接构成。
专利摘要本实用新型是水电站水位单片微机检测仪,它由面板及电路板机固装机壳内构成,面板装有水位显示屏、操作、报警及上限指示灯,上、下限设定电位器,操作/设定及打印/参数选择按钮,BCD拨码盘,它们通过各自信号线与电路板相连接;电路由水位传感器、基准电源、模拟放大电路、多路转换器、A/D转换器、BCD拨码盘、显示译码器、操作显示电路、打印/通讯接口、单片微机等通过信号线或I/O并行接口相互连接构成。本检测结构简单、操作方便、工作稳定、可靠、精确,自动控制检测监控程度高。
文档编号G01F23/24GK2300093SQ9720537
公开日1998年12月9日 申请日期1997年6月9日 优先权日1997年6月9日
发明者黄为民, 徐锦钊, 黄少先, 周洁莲, 刘春生 申请人:华南理工大学
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