智能流量测量系统及测量方法
【专利摘要】本发明提供了一种智能流量测量系统及测量方法。所述智能流量测量系统包括控制器、与控制器连接的转子流速仪和压力变送器、以及分别连接至所述控制器上的显示屏、USB芯片和铁电存储器芯片；所述铁电存储器芯片内包含时钟模块和存储模块，所述转子流速仪的转子每转动五次便向控制器发出一次脉冲信号；所述控制器分别获取来自转子流速仪和所述压力变送器的流速数据和水位数据，并计算出流量。与现有技术相比，本发明智能化程度明显提高，且操作方便，利用压力变送器、转子流速仪及控制器等之间的通讯连接，能够精准的测得明渠的流量，同时能对测试结果通过显示屏进行展示，更加人性化。
【专利说明】
智能流量测量系统及测量方法
技术领域
[0001]本发明涉及流体测量技术，尤其涉及一种智能流量测量系统及其测量方法。
【背景技术】
[0002]非满管状态流动的水路称作明渠(OpenChannel)，测量明渠中水流流量的仪表称作明渠流量计。明渠流通剖面除圆形外，还有U形、梯形、矩形等多种形状，日常生活中主要的明渠有:城市供水引水渠、火电厂冷却水引水和排水渠、污水治理流入和排放渠、工矿企业废水排放以及水利工程和农业灌溉用渠道，这些明渠是明渠流量计的主要应用场所。目前国内外用于明渠流量测量的仪器仍然是以普通转子式为主，这种测流方法一般停留在现场人工记录、人工计算、校核、复核的低水平上，难以适应水文测量快速、准确的巡测要求。随着计算机技术、电子技术和通信技术的迅猛发展，尤其是超大规模集成电路的问世，功能日趋完善，成本不断降低，使得各种智能化仪器应用越来越多，以单片机为核心的智能流量仪，具有智能化、操作方便、硬件电路简单的特点，使得现有的转子式流量测量仪器的劣势越发明显。
【发明内容】
[0003]本发明所解决的技术问题在于提供一种智能流量测量系统及测量方法，以提高智能化程度和使用便捷性。
[0004]为解决上述技术问题，本发明提供一种智能流量测量系统，其包括控制器、与控制器连接的转子流速仪和压力变送器、以及分别连接至所述控制器上的显示屏、USB芯片和铁电存储器芯片;所述铁电存储器芯片内包含时钟模块和存储模块，所述转子流速仪的转子每转动五次便向控制器发出一次脉冲信号;所述控制器分别获取来自转子流速仪和所述压力变送器的流速数据和水位数据，并计算出流量。
[0005]作为本技术方案的进一步改进，所述压力变送器和控制器通过RS485接口进行数据通讯，所述控制器将所述压力变送器传送过来的水位数据通过所述显示屏显示出来。
[0006]作为本技术方案的进一步改进，所述控制器为单片机，其具备看门狗、模数转换器、数模转换器、电压比较器、定时器、以及脉冲宽度调制器;所述USB芯片与外部U盘设备连接。
[0007]本发明还采用一种智能流量测量方法，其包括如下步骤:
测量明渠宽度，并根据宽度确定需要测量的垂线数量；
用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线的平均流速；
确定相邻两条垂线间截面的流量；
将前述截面的流量相加，得到明渠的流量。
[0008]作为本技术方案的进一步改进，所述明渠宽度与所述垂线数量的关系为:当宽度小于10米时垂线为3条，当宽度为10-20米时，垂线为6条。
[0009]作为本技术方案的进一步改进，用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线的平均流速，包括:利用压力变送器测量被测垂线的水位数据，根据该水位数据来确定该垂线上所需测量的测量点；利用转子流速仪测量每个测量点上的流速，取其平均值得到该被测垂线的平均流速。
[0010]作为本技术方案的进一步改进，根据该水位数据来确定该垂线上所需测量的测量点，具体包括:当垂线的水深为5-10米时，选取三个测量点，其分别位于垂线水深的0.2倍处、0.5倍处、0.8倍处的位置；当垂线水深小于5米时，选取两个测量点，其分别位于垂线水深的0.3倍处及0.6倍处位置。
[0011 ]作为本技术方案的进一步改进，确定相邻两条垂线间截面的流量，具体过程为:根据相邻两条垂线的平均流速，取其平均值作为该相邻两条垂线间截面的平均流速;将该截面的平均流速乘以该截面的面积，得到该截面的流量。
[0012]与现有技术相比，本发明智能化程度明显提高，且操作方便，利用压力变送器、转子流速仪及控制器等之间的通讯连接，能够精准的测得明渠的流量，同时能对测试结果通过显示屏进行展示，更加人性化。
【附图说明】
[0013]图1为本发明所述智能流量测量系统的架构图。
[0014]图2为本发明所述智能流量测量方法的流程图。
[0015]图3为本发明所述智能流量测量方法的应用场景示意图。
【具体实施方式】
[0016]请参阅图1所示，本发明提供一种智能流量测量系统，其包括控制器、与控制器连接的转子流速仪和压力变送器、以及分别连接至所述控制器上的电源、键盘、显示屏、USB(Universal Serial Bus)芯片和铁电存储器芯片。
[0017]在本发明较佳实施例中，所述控制器优选为C8051单片机，其完全集成的混合信号系统级芯片(378七6111-011-&-0^?，300，具有与此3-51完全兼容的指令内核，所述08051单片机采用流水线处理(pipe line)技术，不再区分时钟周期和机械周期，能在执行指令期间预处理下一条指令，提高了指令执行效率，而且C8051单片机具备看门狗、模数转换器(Analog-to-digital converter，ADC)、数模转换器(Digital-to-analog converter，DAC)、电压比较器、电压基准输出、定时器、脉冲宽度调制(Pulse Width Modulat1n,PffM)器、定时器捕捉和方波输出等，并具备多种总线接口，包括通用异步收发传输器(UniversalAsynchronous Receiver/Transmitter，UART)接口、串行外设接口(Serial PeripheralInterface，SPI)、系统管理总线(System Management Bus，SMBUS)接口以及控制器局域网总线(Controller Area Network，CAN)接口。另外，所述C8051 单片机米用Flash ROM技术，集成JTAG，支持在线编程。
[0018]所述转子流速仪用于测量流速，且转子每转动5次就发出一次脉冲信号，因此只需测出脉冲周期即可计算出当前的流速。所述压力变送器用于测量水深(即水位数据)，其内含压力传感器，利用压力传感器的原理将液位转换成电信号显示出来，为了便于后续的计算，需要将压力变送器和单片机进行数据通讯(采用RS485接口连接)，便于单片机控制数据的存储和显示，所述单片机需要将所述压力变送器传送过来的数据通过显示屏显示出来，其中，所述单片机与所述显示屏内的显示芯片LM19264通讯连接，所述显示屏可直观显示测量及查询结果，并可方便的设定参数及修改时间值。
[0019]所述USB芯片优选为SL811芯片，用于连接外部的U盘设备，使得单片机能够实现读写U盘的功能，且所述SL811芯片内部有256字节的存储器(RAM)，开始的16个RAM用作控制和状态寄存器，用来控制SL811的输入输出操作，其余的用作数据缓冲(DATA BUFFING)，所述单片机通过寄存器来控制SL811芯片的操作，其中，所述单片机对SL811芯片的访问分为两个阶段:写地址和写/读数据。
[0020]所述铁电存储器芯片优选为FM3164，其内包含时钟模块和存储模块，所述时钟模块用于精准显示当前的时间，所述存储模块用于满足大批量测量数据的存储，由于两个模块的独立存在，需要由所述单片机编程来控制FM3164芯片的工作模式。
[0021]运行时，所述单片机将采集来的水位、流速信号通过USB芯片(S卩SL811芯片)将数据存入到U盘设备中，USB是一种轮询方式的总线，其主机控制器将初始化所有的数据传送并启动所有的数据传输，每次传送开始，主机控制器将发送一个描述传输动作的种类、方向、U盘设备地址和端口号的USB数据包，由U盘设备从解码后的数据包中取出属于自己的数据。在本发明较佳实施例中，所述SL811芯片对一个接入的U盘设备的启动过程为:
I )、SL81IHS检测到有外部U盘设备接入；
2)、对这个U盘设备进行Reset操作，检测该U盘设备是高速设备还是低速设备，并设置好SL811IE中对应的寄存器位；
3)、通过O号端点读取该U盘设备的描述符信息如厂商ID产品ID设备类、设备子类、设备协议；
4)、SL811IE固件驱动程序对该U盘设备进行初始化:读取该U盘设备的设备描述符，为该设备指定地址，读取该设备的配置描述符信息、接口描述符信息、端点描述符信息，为该U盘设备设置选择配置描述符；
5)、对该U盘设备的初始化完成后，按照应用要求与该设备进行通信。
[0022]如图2所示，本发明还提供一种智能流量测量方法，其包括如下步骤:
Stepl:测量明渠宽度，并根据宽度确定需要测量的垂线数量；
Step2:用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线的平均流速；
Step3:确定相邻两条垂线间截面的流量；
Step4:将前述截面的流量相加，得到明渠的流量。
[0023]请配合参阅图3所示，其中，Stepl中所述明渠宽度与所述垂线数量的关系为，宽度小于10米时垂线为3条，宽度为10-20米时，垂线为6条。
[0024]Step2中用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线(如LI和L2)的平均流速的具体过程为:先用压力变送器测量被测垂线的水深，根据水深数据来确定该垂线上需要测量的测量点，然后利用转子流速仪测量每个测量点上的流速，取其平均值得到被测垂线的平均流速。其中，所述测量点一般选取两点或三点，当垂线的水深H为5-10米时，则所述测量点选取3个点(如A、B、C)，其深度分别为0.2H，0.5H及0.8H，当垂线水深H为小于5米时，则所述测量点选取2个点，其深度分别为0.3H及0.6H。
[0025]Step3中确定相邻两条垂线间截面的流量，具体过程为:根据Step2中测得的每条垂线的平均流速Vl和V2，取相邻两条垂线平均流速的平均值，得到相邻两条垂线间截面的平均流速V=(Vl+V2)/2，然后，将该截面的平均流速V乘以截面的面积S，即可得到该截面的流量Ql =V*S ο以此类推，可计算得到多个截面的流量Q2、Q3、Q4、Q5……。
[0026]本测量方法中，采用压力变送器和转子流速仪可分别获得明渠的垂线的深度及垂线上测量点的流速，并将深度数据和流速数据传送至控制器，经由控制器在显示屏上进行展示，并可将数据存储在所述铁电存储器芯片中，利用本方法测得的流量较为精准，且测量过程智能化程度较高，操作也十分方便，在单片机、压力变送器、转子流速仪等硬件的配合下，使得测量过程和测量结果更加符合现代化生产的需求。
[0027]以上所述，仅是本发明的最佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，利用上述揭示的方法内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，均属于权利要求书保护的范围。
【主权项】
1.一种智能流量测量系统，其特征在于，包括控制器、与控制器连接的转子流速仪和压力变送器、以及分别连接至所述控制器上的显示屏、USB芯片和铁电存储器芯片；所述铁电存储器芯片内包含时钟模块和存储模块，所述转子流速仪的转子每转动五次便向控制器发出一次脉冲信号;所述控制器分别获取来自转子流速仪和所述压力变送器的流速数据和水位数据，并计算出流量。2.根据权利要求1所述的智能流量测量系统，其特征在于:所述压力变送器和控制器通过RS485接口进行数据通讯，所述控制器将所述压力变送器传送过来的水位数据通过所述显示屏显示出来。3.根据权利要求2所述的智能流量测量系统，其特征在于:所述控制器为单片机，其具备看门狗、模数转换器、数模转换器、电压比较器、定时器、以及脉冲宽度调制器;所述USB芯片与外部U盘设备连接。4.一种智能流量测量方法，其特征在于，包括如下步骤: 测量明渠宽度，并根据宽度确定需要测量的垂线数量； 用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线的平均流速； 确定相邻两条垂线间截面的流量； 将前述截面的流量相加，得到明渠的流量。5.根据权利要求4所述的智能流量测量方法，其特征在于:所述明渠宽度与所述垂线数量的关系为:当宽度小于10米时垂线为3条，当宽度为10-20米时，垂线为6条。6.根据权利要求5所述的智能流量测量方法，其特征在于:用转子流速仪和压力变送器测得每条垂线的平均流速，包括:利用压力变送器测量被测垂线的水位数据，根据该水位数据来确定该垂线上所需测量的测量点；利用转子流速仪测量每个测量点上的流速，取其平均值得到该被测垂线的平均流速。7.根据权利要求6所述的智能流量测量方法，其特征在于:根据该水位数据来确定该垂线上所需测量的测量点，具体包括:当垂线的水深为5-10米时，选取三个测量点，其分别位于垂线水深的0.2倍处、0.5倍处、0.8倍处的位置；当垂线水深小于5米时，选取两个测量点，其分别位于垂线水深的0.3倍处及0.6倍处位置。8.根据权利要求7所述的智能流量测量方法，其特征在于:确定相邻两条垂线间截面的流量，具体过程为:根据相邻两条垂线的平均流速，取其平均值作为该相邻两条垂线间截面的平均流速;将该截面的平均流速乘以该截面的面积，得到该截面的流量。
【文档编号】G05B19/042GK105890676SQ201610188030
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年3月29日
【发明人】薛建峰, 曹新宇, 梁万雷, 赵鹏
【申请人】北华航天工业学院