一种水利闸门开度测量装置的制作方法

本实用新型涉及水利闸门自动控制领域，具体是一种水利闸门开度测量装置。

背景技术：

各类型闸门作为水利设施最基层的工程之一在防洪抗灾中扮演了重要角色，除了满足水利部门的用水需求外，防洪、保护工农业生产和人民生命财产安全以及环境保护等诸多方面都发挥了巨大的积极作用。目前，很多闸门在调度运行时，还存在安全问题：一是有的闸门没有开度电子测量装置，还在使用观察油漆刻度的方法，开度控制完全靠肉眼观察和手动操作，检测精度和控制效率都很难保证；二是虽然有些闸门使用了电子式开度检测设备，但开度传感器使用的是接触式的编码器，圈数较少，测量精度较低，而且金属刷丝和码盘摩擦久了以后容易出现接触故障，也很难保证闸门的安全稳定运行。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提供一种水利闸门开度测量装置，通过非接触式光电编码器检测闸门开度信息，并利用单片机主控模块处理开度数据，增强了闸门运行调控过程的科学性、可靠性和稳定性。

本实用新型的技术方案为：

一种水利闸门开度测量装置，包括有连接于水利闸门的启闭机主轴上的开度检测传感器，输入端与开度检测传感器的输出端连接的格雷码解码电路，以及与格雷码解码电路的输出端连接的单片机主控模块；所述的开度检测传感器选用非接触式光电编码器，非接触式光电编码器的旋转轴与水利闸门的启闭机主轴通过减速机构连接；所述的格雷码解码电路包括有解码芯片、以及与解码芯片连接的25芯串口插座，所述的开度检测传感器与25芯串口插座连接；所述的单片机主控模块包括有单片机芯片、编程接口、复位电路和退耦电路，所述的解码芯片通过SPI接口与单片机芯片连接，所述的复位电路包括有钽电容C29和电阻R4，钽电容C29的一端与单片机芯片的电源引脚VCC连接，电阻R4的一端与接地，钽电容C29的另一端、电阻R4的另一端均与单片机芯片的RST引脚连接，所述的退耦电路包括有退耦电容，退耦电容的两端分别连接单片机芯片的电源引脚VCC和接地。

所述的解码芯片的每位格雷码的IO口都通过一个上拉电阻连接到电源VCC。

所述的解码芯片的引脚15与单片机芯片的引脚8连接，解码芯片的引脚16与单片机芯片的引脚12连接，解码芯片的引脚17与单片机芯片的引脚13连接，解码芯片的引脚18与单片机芯片的引脚14连接。

所述的编程接口包括有编程芯片,其包括有电源引脚VCC、地引脚GND、以及RXD1和TXD1两个串口信号通信引脚,RXD1和TXD1两个串口信号通信引脚分别与单片机芯片对应的引脚连接。

所述的单片机芯片上还连接有RS485串口通信模块和4-20mA电流输出模块，所述的RS485串口通信模块包括有与单片机芯片连接的型号为ADM485的串口通信芯片，所述的4-20mA电流输出模块包括有与单片机芯片连接的型号为AD5420的电流转换芯片。

所述的单片机主控模块还包括有连接于单片机芯片上的显示屏。

所述的单片机芯片与启闭机的继电器驱动电路连接。

本实用新型的优点：

本实用新型结构简单、安装方便，由于采用了格雷码输出的非接触式光电编码器，检测精度很高、带有断电记忆功能、不会出现错码乱码的情况，而且非接触式编码器的使用寿命很长。本实用新型的单片机主控模块实时显示闸门的开度信息，并实现闸门运行的自动控制，还能将闸门开度信息通过RS485串口通信模块和4-20mA电流输出模块传到其它联机设备，实现多孔闸门的远程集中控制，增强了水利闸门运行控制的科学性和可靠性，而且简化了现场布线难度，日常维护更加方便。

附图说明

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型解码芯片U8的电路图。

图3是本实用新型25芯串口插座JP18的电路图。

图4是本实用新型格雷码解码电路中上拉电阻的电路图。

图5是本实用新型单片机芯片U1、复位电路和退耦电路的电路图。

图6是本实用新型编程接口的电路图。

图7是本实用新型RS485串口通信模块的电路图。

图8是本实用新型4-20mA电流输出模块的电路图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

见图1，一种水利闸门开度测量装置，包括有连接于水利闸门的启闭机主轴上的开度检测传感器01，输入端与开度检测传感器01的输出端连接的格雷码解码电路02，以及与格雷码解码电路02的输出端连接的单片机主控模块03；开度检测传感器选用非接触式光电编码器，非接触式光电编码器的旋转轴与水利闸门的启闭机主轴通过减速机构连接；

启闭机的主轴转动时，开度检测传感器01的码盘跟着一起同向旋转，因此闸门的开度改变时，码盘输出的编码也会相应发生变化；开度检测传感器01输出的格雷码传输给格雷码解码电路02，格雷码解码电路02将格雷码形式的开度值转换为二进制自然码，最后发送给单片机主控模块03，单片机主控模块03接收到自然码后，进行数据处理得到精确的开度值。非接触式光电编码器的码盘采用格雷码进行编码，是一种绝对编码方式，是一种具有反射特性和循环特性的单步自补码，它的循环、单步特性消除了随机取数时出现重大误差的可能，它的反射、自补特性使得求反非常方便。而且格雷码属于可靠性编码，是一种错误最小化的编码方式，它在相邻位间转换时，只有一位产生变化。大大地减少了由一个状态到下一个状态时逻辑的混淆，当发生微小变化时，格雷码仅改变一位，这样与其它编码同时改变两位或多位的情况相比更为可靠，即可减少出错的可能性。由于格雷码不利于直接读取，所以设计了格雷码解码电路02，将格雷码形式的开度值转换为二进制自然码。

见图2-图4，格雷码解码电路包括有解码芯片U8、以及与解码芯片U8连接的25芯串口插座JP18，开度检测传感器与25芯串口插座JP18连接，17位格雷码通过25芯串口插座JP18接入，加上电源VCC和地GND引脚，一共占用19个IO口；格雷码信号输入后，为了增强信号的稳定性，减少外界干扰信号产生的串扰，解码芯片U8的每位格雷码的IO口都通过一个上拉电阻(R23-R42)连接到电源VCC，确保在没有信号输入时，IO口为确定的高电平；

见图5，单片机主控模块包括有单片机芯片U1、编程接口、复位电路、退耦电路和显示屏；解码芯片U8通过四个SPI接口与单片机芯片U1连接，即解码芯片U8的引脚15与单片机芯片的引脚8连接，解码芯片U8的引脚16与单片机芯片的引脚12连接，解码芯片U8的引脚17与单片机芯片的引脚13连接，解码芯片U8的引脚18与单片机芯片的引脚14连接；见图6，编程接口包括有编程芯片JP8,其包括有电源引脚VCC、地引脚GND、以及RXD1和TXD1两个串口信号通信引脚，通过这个4针接口，就可以将主控计算机中编译好的程序下载到单片机芯片U1中，其中，RXD1串口信号通信引脚与单片机芯片U1的引脚10连接，TXD1串口信号通信引脚与单片机芯片U1的引脚11连接；复位电路包括有钽电容C29和电阻R4，钽电容C29的一端与单片机芯片U1的电源引脚VCC连接，电阻R4的一端与接地，钽电容C29的另一端、电阻R4的另一端均与单片机芯片U1的RST引脚连接，实现单片机的上电自动复位；退耦电路包括有退耦电容C1，是一个容量为0.1uF的陶瓷电容，退耦电容C1的两端分别连接单片机芯片U1的电源引脚VCC和接地，起到隔离噪声信号的作用。

其中，单片机芯片U1上还连接有RS485串口通信模块(见图7)和4-20mA电流输出模块(见图8)；RS485串口通信模块包括有与单片机芯片连接的型号为ADM485的串口通信芯片U7，其中，R21和R2均为偏置电阻，目的是让485总线在没有输出信号时保持确定的电平，不至于出现误码，串口通信芯片U7的引脚2和引脚3为读写控制端，由单片机芯片U1的P2.0引脚控制，因为RS485一般为半双工通信方式，所以读写信号分别由该引脚的高低电平控制；4-20mA电流输出模块包括有与单片机芯片连接的型号为AD5420电流转换芯片U8，将单片机芯片U1输入的开度信息转换成16位精度的4-20mA电流信号进行输出，在电流输出端加了一个瞬态抑制二极管D1，型号为P6KE24CA，能对电流输出口起一定的保护作用；单片机芯片U1与启闭机的继电器驱动电路连接。

显示屏显示当前的实时开度值；在闸门运行过程中，单片机芯片U1预设一个预定的开度值，让闸门自动运行到该处并停止，如果没有达到预定开度值的位置，就等待下一次位置判断，而如果达到预定开度值的位置，则控制启闭机的继电器驱动电路，断开启闭机的动力源，让闸门停止运行，此时闸门正好停止在预定开启的位置，从而达到精确检测闸门开度和精准控制闸门运行的目的。其中，单片机芯片U1上还连接有RS485串口通信模块和4-20mA电流输出模块，可以将检测得到的实时闸门开度值通过数字信号或模拟信号方式远传到其它的联机控制设备，比如主控计算机或PLC等，达到远程集中控制的目的。

尽管已经示出和描述了本实用新型的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本实用新型的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本实用新型的范围由所附权利要求及其等同物限定。