流速流向仪的制作方法
【专利摘要】本发明提出了流速流向仪，包括：分别与微处理器电连接的时钟电路和电源电路，还包括与微处理器电连接的存储器电路、流速仪接口电路和电子罗盘接口电路，流速仪接口电路，与流速仪连接，用于将流速仪测得的流速信号传输至微处理器；微处理器，用于接收和处理流速信号，并进行处理；存储器电路，用于将微处理器处理后的流速信号数据进行存储；电子罗盘接口电路，用于接受和存储方向信号数据。本发明将高精度数字三维电子罗盘和旋浆式流速仪相结合，运用高速单片机实现了流速流向信息的实时测量、采集、显示，并应用固态存储技术，长期记录流速流向数据的变化。
【专利说明】流速流向仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种用于测量河口地区海水、河水流速和流向的装置，特别涉及一种用于水流速度和方向的智能化采集、存储的流速流向仪。
【背景技术】
[0002]流速流向测量是水文工作的重要内容，涉及防洪安全与管理、水资源开发与利用等多个方面。传统流速流向测量仪器存在着信号易受干扰、测量误差大、电路复杂且故障率闻的缺点。
【发明内容】
[0003]本发明针对以上不足，提供一种数据采集准确、装配灵活、使用方便的流速流向仪。
[0004]本发明的技术方案是这样实现的:
[0005]流速流向仪，包括:分别与微处理器电连接的时钟电路和电源电路，还包括分别与微处理器电连接的存储器电路、流速仪接口电路和电子罗盘接口电路；
[0006]流速仪接口电路，与流速仪连接，用于将流速仪测得的流速信号传输至微处理器；
[0007]微处理器，用于接收和处理流速信号，并进行处理；
[0008]存储器电路，用于将微处理器处理后的流速信号数据进行存储；
[0009]电子罗盘接口电路，用于接受和存储方向信号数据。
[0010]优选的，流速仪接口电路包括光电藕合器，光电藕合器的I端经电阻R5接电源VCC，光电藕合器的2端经电阻R6接电源VCC，光电藕合器的3端分别与电阻R4和电容C2连接，并接至微处理器的Pl.4端，光电藕合器的4端与电容C2 —端连接并接地。
[0011]优选的，光电稱合器的型号为TLP521。
[0012]优选的，存储器电路包括存储器，存储器的7端接微处理器的Pl.0端，存储器的6端接微处理器的P2.5端，存储器的5端接微处理器的P2.4端，存储器的6端和5端分别与电阻R3和电阻R7连接，并共同接电源VCC。
[0013]优选的，存储器的型号为FM24C1024。
[0014]优选的，电子罗盘接口电路包括电平转换芯片、三极管Q3和接线端子COM2，电容C6连接在电平转换芯片的Cl+端与Cl-端之间，电容C4连接在电平转换芯片的C2+端与C2-端之间，电容C7连接在电平转换芯片的VDD端与VCC端之间，电容C3的一端连接VCC端，另一端连接GND端并经电容Cl连接VEE端，电平转换芯片的TlIN端连接微处理器的P3.4端，T2IN端连接微处理器的P3.6端，RlOUT端连接微处理器的P3.5端，R20UT端连接微处理器的P3.7端。
[0015]优选的，电平转换芯片的型号为MAX232AM。
[0016]优选的，电源电路包括三端稳压器，电容Cll连接在三端稳压器的I端和2端之间，电容C13和ClO连接在三端稳压器的3端和2端之间。
[0017]优选的，三端稳压器的型号为SPX29300。
[0018]优选的，时钟电路包括时钟芯片，时钟芯片的I端和2端与晶体XLl的两端连接，时钟芯片的I端经电容C5分别与二极管D3和D5的负极连接，二极管D3的正极与电阻R8和R9连接，电阻R8与所述微处理器的P3.4端连接，电阻R9接微处理器的P3.5端，二极管D5的正极与扭扣电池BTl连接并接地，时钟芯片的7端接微处理器的P3.2端，时钟芯片的6端接微处理器的P3.4端，时钟芯片的5端接微处理器的P3.5端。
[0019]本发明解决了仪器水下工作的适应性、支撑系统的稳定性、自动平衡等问题，将当今先进的高精度数字三维电子罗盘和旋浆式流速仪相结合，运用高速单片机实现了流速流向信息的实时测量、采集、显示，并应用固态存储技术，长期记录流速流向数据的变化。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0021]图1为本发明流速流向仪的电路框图；
[0022]图2a-图2b为本发明中微处理器的电路结构图；
[0023]图3为本发明中流速仪接口电路的电路原理图；
[0024]图4为本发明中存储器电路的电路原理图；
[0025]图5为本发明中时钟电路的电路原理图；
[0026]图6为本发明中电子罗盘接口电路的电路原理图；
[0027]图7为本发明中电源电路的电路原理图。
[0028]图中:
[0029]1、微处理器；2、存储器电路；3、流速仪接口电路；4、时钟电路；5、电源电路；6、电
子罗盘接口电路；7、流速仪。
【具体实施方式】
[0030]下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
[0031]如图1所示，本发明的流速流向仪，包括分别与微处理器I电连接的存储器电路2、流速仪接口电路3、时钟电路4、电源电路5和电子罗盘接口电路6 ;流速仪接口电路3，用于连接流速仪7，将流速仪7所测流速信号传输至微处理器I ;存储器电路2，用于将微处理器I处理后的流速信号数据进行存储；电子罗盘接口电路6，用于设置参数或接受电子罗盘接口数据；电源电路5，用于对微处理器1、流速仪接口电路3、电子罗盘接口电路6和存储器电路2提供工作电源。
[0032]如图2a和图2b所示，微处理器U4的型号为STC12LE5A60S2，用于接收流速仪7的信号，并进行处理，微处理器U4的44端与蜂鸣器驱动电路连接，蜂鸣器驱动电路包括依次连接的电阻R10、三极管Ql和蜂鸣器LS1，电阻RlO的值为1K，三极管Ql用于驱动蜂鸣器LSl工作，微处理器U4的14端和15端与晶振电路连接，晶振电路包括电容C8、C9和晶振X12，电容C8、C9的值为30pf，晶振X12的频率为11.0592MHz, CZl是液晶屏接口端子，用于连接液晶显示屏，KEY-CZl是按键板接口端子，用于连接按键板，电阻R12、Rll和电容C14用于向液晶显示屏提供偏置电压，电阻R12的值为10K，Rll的值为5.1k,电容C14的值为
0.1uf，微处理器U4的Pl.1端依次与电阻R14、三极管Q2和电阻R13连接从而对液晶显示屏的电源进行开关控制以降低整机功耗，电阻R14的值为0.001K,电阻R13的值为1K。
[0033]如图3所示，流速仪接口电路包括光电藕合器U1，光电藕合器Ul的型号为TLP521，光电藕合器Ul的I端经电阻R5接电源VCC，光电藕合器Ul的2端经电阻R6接电源VCC，光电藕合器Ul输入端接流速传感器输出，光电藕合器Ul输出端3分别与电阻R4和电容C2连接，并接至微处理器U4的Pl.4端，光电藕合器Ul输出端4与电容C2 —端连接并接地，电阻R4和R6的值为10K，R5的值为1K，电容C2的值为0.1uf。
[0034]如图4所示，存储器电路包括存储器U2，存储器U2的型号为FM24C1024，存储器U2的7端接微处理器U4的Pl.0端，存储器U2的6端接微处理器U4的P2.5端，存储器U2的5端接微处理器U4的P2.4端，存储器U2的6端和5端分别与电阻R3和电阻R7连接，并共同接电源VCC，电阻R3和R7的值为10K。
[0035]如图5所示，时钟电路包括时钟芯片U3，时钟芯片U3的型号为PCF8583，时钟芯片U3的I端和2端与晶体XLl的两端连接，时钟芯片U3的I端经电容C5分别与二极管D3和D5的负极连接，二极管D3的正极与电阻R8和R9连接，电阻R8与微处理器U4的P3.4端连接，电阻R9接微处理器U4的P3.5端，二极管D5的正极与扭扣电池BTl连接并接地，电容C5的值为15PF，二极管D3和D5的型号为IN4148，电阻R8和R9的值为10K，晶体XLl的频率为32.768khz，扭扣电池BTl的型号为CR2032，时钟芯片U3的7端接微处理器U4的P3.2端，时钟芯片U3的6端接微处理器U4的P3.4端，时钟芯片U3的5端接微处理器U4的P3.5端。
[0036]如图6所示，电子罗盘接口电路包括电平转换芯片U5、三极管Q3和接线端子COM2，电平转换芯片U5的型号为MAX232AM，电容C6连接在电平转换芯片U5的Cl+端与Cl-端之间，电容C4连接在电平转换芯片U5的C2+端与C2-端之间，电容C7连接在电平转换芯片U5的VDD端与VCC端之间，电容C3的一端连接电平转换芯片U5的VCC端，另一端连接电平转换芯片U5的GND端并经电容Cl连接电平转换芯片U5的VEE端；电平转换芯片U5的TlIN端连接微处理器U4的P3.4端，电平转换芯片U5的T2IN端连接微处理器U4的P3.6端，电平转换芯片U5的RlOUT端连接微处理器U4的P3.5端，电平转换芯片U5的R20UT端连接微处理器Ul的P3.7端。电阻Rl与三极管Q3连接用于接收来自微处理器U4P1.5端的信号来控制电平转换芯片U5的电源以降低功耗，电容C1、C3、C4、C6和C7的值为Iuf，电阻Rl的值为1K。
[0037]如图7所示，电源电路包括三端稳压器U8，三端稳压器U8的型号为SPX29300，电容Cll连接在三端稳压器U8的I端和2端之间，电容C13和ClO连接在三端稳压器U8的3端和2端之间，电容ClO的值为0.1uf，电容Cl I的值为220uf，电容C13的值为IOOuf，三端稳压器U8输出端的3.3V电压供给微处理器U4，存储器U2、时钟芯片U3及其他接口电路。[0038]本发明以STC12LE5A60S2为核心单片机，采用可充电锂电池供电，实现各种型号的流速仪和电子罗盘信号的同时采集，并对数据进行处理、显示和存储。并可通过RS232通讯发到电子计算机，由计算机对流速流向数据进行进一步的分析处理。电路主要分为信号采集部分、主控部分、显示部分、时钟和存储部分和通讯部分。
[0039]主控部分实现电路整体的控制与模块间的通讯；信号采集部分实现对传感器数据的采集，并实现信号的隔离和滤波，其中流向是采集的电子罗盘的RS232信号，流速采集的是流速仪的脉冲信号；显示部分采用四行液晶屏，可实时显示当前流速流向并实现历史数据的查询，同时也显示时间、电压、设备地址、波特率等参数；存储采用铁电FRAM存储器，空间为IMbit ;通讯部分采用RS232方式，可方便的连接电子计算机。
[0040]本发明解决了仪器水下工作的适应性、支撑系统的稳定性和自动平衡等问题，将当今先进的高精度数字三维电子罗盘和旋浆式流速仪相结合，运用高速单片机实现了流速流向信息的实时测量、采集、显示，并应用固态存储技术，长期记录流速流向数据的变化。
[0041]以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【权利要求】
1.流速流向仪，包括:分别与微处理器电连接的时钟电路和电源电路，其特征在于，还包括分别与所述微处理器电连接的存储器电路、流速仪接口电路和电子罗盘接口电路； 所述流速仪接口电路，与流速仪连接，用于将所述流速仪测得的流速信号传输至所述微处理器； 所述微处理器，用于接收和处理流速信号，并进行处理； 所述存储器电路，用于将所述微处理器处理后的流速信号数据进行存储； 所述电子罗盘接口电路，用于接受和存储方向信号数据。
2.根据权利要求1所述的流速流向仪，其特征在于，所述流速仪接口电路包括光电藕合器，所述光电藕合器的I端经电阻R5接电源VCC，所述光电藕合器的2端经电阻R6接电源VCC，所述光电藕合器的3端分别与电阻R4和电容C2连接，并接至所述微处理器的Pl.4端，所述光电藕合器的4端与电容C2 —端连接并接地。
3.根据权利要求2所述的流速流向仪，其特征在于，所述光电耦合器的型号为TLP521。
4.根据权利要求1所述的流速流向仪，其特征在于，所述存储器电路包括存储器，所述存储器的7端接所述微处理器的Pl.0端，所述存储器的6端接所述微处理器的P2.5端，所述存储器的5端接所述微处理器的P2.4端，所述存储器的6端和5端分别与电阻R3和电阻R7连接，并共同接电源VCC。
5.根据权利要求4所述的流速流向仪，其特征在于，所述存储器的型号为FM24C1024。
6.根据权利要求1所述的流速流向仪，其特征在于，所述电子罗盘接口电路包括电平转换芯片、三极管Q3和接线端子COM2，电容C6连接在所述电平转换芯片的Cl+端与Cl-端之间，电容C4连接在所述电平转换芯片的C2+端与C2-端之间，电容C7连接在所述电平转换芯片的VDD端与VCC端之间，电容C3的一端连接VCC端，另一端连接GND端并经电容Cl连接VEE端，所述电平转换芯片的TlIN端连接所述微处理器的P3.4端，T2IN端连接所述微处理器的P3.6端，RlOUT端连接所述微处理器的P3.5端，R20UT端连接所述微处理器的P3.7 端。
7.根据权利要求6所述的流速流向仪，其特征在于，所述电平转换芯片的型号为MAX232AM。
8.根据权利要求1所述的流速流向仪，其特征在于，所述电源电路包括三端稳压器，电容Cll连接在所述三端稳压器的I端和2端之间，电容C13和ClO连接在所述三端稳压器的3端和2端之间。
9.根据权利要求8所述的流速流向仪，其特征在于，所述三端稳压器的型号为SPX29300。
10.根据权利要求1所述的流速流向仪，其特征在于，所述时钟电路包括时钟芯片，所述时钟芯片的I端和2端与晶体XLl的两端连接，所述时钟芯片的I端经电容C5分别与二极管D3和D5的负极连接，所述二极管D3的正极与电阻R8和R9连接，电阻R8与所述微处理器的P3.4端连接，电阻R9接所述微处理器的P3.5端，所述二极管D5的正极与扭扣电池BTl连接并接地，所述时钟芯片的7端接所述微处理器的P3.2端，所述时钟芯片的6端接所述微处理器的P3.4端，所述时钟芯片的5端接所述微处理器的P3.5端。
【文档编号】G01D21/02GK103852112SQ201410103876
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】刘志香 申请人:刘志香