基于单片机的流速流量测量无线远程控制系统的制作方法

本发明属于流量流速测量领域，具体涉及一种基于单片机的流速流量测量无线远程控制系统。

背景技术：

流量、流速测量是水文、厂矿、环保污水监测、农田排灌、水文地质调查等部门最主要、最基本的工作之一。转子式流速仪因结构简单、惯性力矩小、流速测量准确、性能可靠，广泛应用于流量测验中。但传统的转子式流速仪信号的传输都离不开信号线(电线或钢索)，结构复杂，传输不稳定，线路布设复杂等困难。而流速的测量方法上大部分是采用几十年来一直使用的传统音响、停表配合方法：转子流速仪接上讯响器（或电铃），人工计数、计时、再手工计算出流速，不仅时效低而且极容易受洪水风浪、人为等因素影响造成误差，有采用流速仪计数器解决流速测量时计数问题的方式，也收到了较好的效果，但因数据传输不方便和信号处理、水体漏电阻的考虑不够全面等因素也影响了推广。

中国专利CN 201838162 U公开了一种流速远距离无线测控系统，包括多功能智能流速仪和主控计算机，多功能智能流速仪通过无线收发模块与主控计算机连接，该系统中流速仪采集的信号直接通过远距离的无线传输到主控计算机再进行处理，这种处理方式的不足之处在于经过远距离的无线传输有可能会造成信号的大幅度减弱甚至失真，影响了数据处理的准确性。

中国专利CN 201886034 U公开了一种流速流量测算仪表，该仪表包括微处理器、存储器及辅助电路构成的CPU核心电路，CPU核心电路上连接有人机交互模块、通信模块及电源模块，还包括接收转子式流速仪输出信号的信号采集处理接口电路，通信模块包括通信接口模块和由GPRS数据传输单元构成的无线通信模块，通过该无线通信模块实现远程数据传输。该仪表的不足之处在于流速仪的测量使用只能由CPU核心电路进行控制，而水文中心站只能对测算仪表发送的数据进行接收处理，而不能直接控制测算仪表进行工作。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种基于单片机的流速流量测量无线远程控制系统，以解决现有测量系统无法实现远程控制且信号传输温度的问题。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：基于单片机的流速流量测量无线远程控制系统，包括本地执行单元和与其无线连接的远程控制单元，所述本地执行单元包括用于通过信号采集处理电路接收流速仪信号的单片机，单片机上连接有液晶显示屏、按键模块、存储模块及与远程控制单元进行双向通讯的无线通信模块，所述远程控制单元用于通过该无线通信模块远程控制本地执行单元，该无线通信模块为Wi-Fi或蓝牙模块。

所述远程控制单元为智能手机或平板电脑。

所述单片机上连接有声光提示模块。

所述本地执行单元还包括用于对流速仪信号进行消抖处理的消抖电路。

所述本地执行单元采用延时方式对流速仪信号进行消抖处理。

所述延时时间为30~40ms。

所述延时时间为35ms。

所述本地执行单元还包括用于判断转子式流速仪信号是否接通的比较器电路。

本发明的无线远程控制系统采用无线方式将本地执行单元和远程控制单元这两个组成部分进行连接，使其可以相互配合完成无线方式的流速测算、储存等功能，本地执行单元也可以独立使用。远程控制单元控制本地执行单元完成流速的测算、数据储存、导入电脑计算流量功能，由远程控制单元通过时时模拟按键控制，进行各种操作。本地执行单元和远程控制单元采用无线Wi-Fi模式进行信息传输可靠，双工快速，使流量监测测控远程化，方便了测流操作，同时也解决了缆道等测流设备流速信号传输采用“有线”方式，故障率高，故障查找困难，线路布设困难等弊端。

该控制系统的抗干扰能力强，能适应不同类型的转子流速仪，稳定可靠且集计时、计数、计算处理、显示、查询等功能于一体。

附图说明

图1是本发明的原理框图；

图2是本地执行单元的运行流程图；

图3是远程控制单元的运行流程图。

具体实施方式

如图1所示为本发明基于单片机的流速流量测量无线远程控制系统原理框图，由图可知，该系统包括本地执行单元和与其无线连接的远程控制单元，本地执行单元包括用于通过信号采集处理电路接收转子式流速仪信号的单片机，单片机上连接有液晶显示屏、按键模块、存储模块及与远程控制单元进行双向通讯的无线通信模块，所述远程控制单元用于通过该无线通信模块远程控制本地执行单元，该无线通信模块为Wi-Fi或蓝牙模块。

本实施例的远程控制单元采用安装有模拟按键模块和相应测量软件的智能手机或平板电脑等安卓设备，智能手机或平板电脑等设备一般采用Android系统，该系统采用开放式代码，可以开发相应测控和计算软件，与本地执行单元实时通讯，达到远程监控本地执行单元和计算结果的功能。该远程控制单元除了安卓设备自身功能外，测流软件采用模拟按键。

进一步地，本实施例的单片机上连接有声光指示模块、用于对该本地执行单元供电的电源模块、用于对相关参数进行设置的按键模块、对相关数据进行显示的液晶显示屏以及用于指示测量时间及日期的时钟模块（带有日历功能）。

另外，由于流速仪属于计数型机械开关设备，机械开关会存在像按键一样的抖动现象，在触点即将接触到完全接触这段时间里，接通状态很可能已经改变了多次，造成计数误差。为了解决这个问题，可以采用两种方式：一种采用RS消抖电路解决，这种方式可以节约系统资源，提高系统处理能力；另一种采用软件延时消抖，降低输入端口的采样频率，将高频抖动略掉，逃过高频抖动区间。由于流速仪的最大测速一般不大于8m/s，输低频计数器，可以采用软件消抖，按键消抖程序的延时一般采用10~20ms，我们通过试验比较，采用35ms延时效果较好。

其次，流速仪在入水前，两个接线柱电阻接近绝缘，但流速仪入水后，两个接线柱间因水体导电性而造成电阻降低很多，一般水质在几千欧姆。如果不进行处理，容易造成信号采集不稳定。本实施例采用两种方式解决该问题，一种是采用接线柱绝缘（用绝缘胶布对接线柱进行绝缘处理可以，另加接绝缘专用接头，方便安装拆卸），另一种方式是在流速仪的信号输出端加设比较器电路，当电阻小于某一数值时，就认为流速仪信号接通。

该控制系统的本地执行单元通过有线方式与转子式流速仪连接，本地执行单元的外接连线全部集中在一个航空防水插头上，具有较好的防水效果，在功能上除了具有常规流速仪信号处理系统功能外，还具有常规音响器的声音和灯光提示功能。单片机自动对信号进行记录、计算，并有声光指示，保证了流速仪信号准确无误的采集。测速过程操作简单，根据信号直接显示流速仪转子的转数和测速历时；测速完毕，长鸣两声，显示流速；方便查询测点的流速、转数n、实测历时T和设定信息。

远程控制端采用无线方式和本地执行单元实时通信，具有远程操控显示和查询等功能，避免了有线连接的不便。该控制单元除了具有手机和平板电脑的常规功能外，还可以采用模拟按键远程操控本地执行单元进行接发数据、参数设定等。

本地执行单元的运行流程如图2所示，首先进行开机初始化，之后可以按照垂线号和测点号查询流速、历时、转数等历时数据，也可以对历时、每响转数、流速仪常数、水力螺距等参数进行设置；测量时首先根据端口状态进行转数、历时的记录，如果测速正常，则在测速结束后在显示屏上显示流速、历时、转速等数据，同时进行保存；此时测量程序中的垂线号自动加1，进行测流开始的界面继续进行测量，修改垂线号或测点号返回继续测量。本地执行单元的主要功能有：

（1）根据转子流速仪的特性，设定流速仪的流速计算公式：v=K·N/T+C=K·na/T+C（米/秒），上述公式中，N=na，为在测量时间T内转子流速仪的总转数，n为信号数，a为每信号的转数；K、C、a对每一个流速仪都为一固定常数；K、C、a参数和测流时间T数值；

（2）根据测点编号查询历史数据（转数、历时、流速等数据）；

（3）与电脑相连，拷贝历史数据；

（4）与智能手机和平板电脑等安卓设备通讯，可以将本地执行单元的功能键和常用功能移位安卓设备上；

（5）接收流速仪信号，并对信号进行处理；

（6）采用测流时间（30s、100s或自定义时间）控制，对每个信号时间间隔合理性进行判断（如果时间间隔太久，可能是杂草缠绕流速仪等故障，仪器就会报警）。

远程控制单元的运行流程如图3所示，与本地执行单元的测量流程不同之处在于：首先远程控制单元要连接被控端（即本地执行单元），这里既可以查询本地（远程控制单元）存档的历史数据，也可以读取被控端的数据或查询被控端的历史数据，同时通过远程控制单元设置参数进行测量，其测量过程与图2中所示的本地执行单元的运行过程相同。

本地执行单元与远程控制单元之间优选Wi-Fi无线模式进行信息传输。Wi-Fi是一种能够将个人电脑、手持设备（如Pad、手机）等终端以无线方式互相连接的技术。Wi-Fi上网可以简单的理解为无线上网，2010年不少智能手机与多数平板电脑都支持Wi-Fi上网，Wi-Fi全称Wireless Fidelity，是当今使用最广的一种无线网络传输技术，实际上就是把有线网络信号转换成无线信号，使用无线路由器供支持其技术的相关电脑，手机，平板等接收。一般Wi-Fi信号接收半径约100米，但会受墙壁等影响，实际距离会小一些，传输速度非常快，可以达到54Mbps，符合个人和社会信息化的需求。Wi-Fi最主要的优势在于不需要布线，可以不受布线条件的限制，因此非常适合移动办公用户的需要，并且由于发射信号功率低于100mw，低于手机发射功率，所以Wi-Fi上网相对也是最安全健康的。Wi-Fi无线传输是数据透明通讯，数据传输可靠性高，摆脱桥测车、缆道等对信号传输的限制。另外，Wi-Fi无线传输有成熟的模块程序，方便开发，减少错误等优点。

该控制系统主要可以用在以下几种方式流量施测：

（1）用巡测车或测流船的中小河流测流：本地执行单元安装在绞车上，通过铠装电缆与流速仪相连；远程控制单元采用无线Wi-Fi与本地执行单元进行信号连接，可以在驾驶室、船舱内或其他地方进行操作。

（2）缆道测流：本地执行单元安装在拉偏索或起重索，通过电缆线与流速仪相连；远程控制单元采用无线Wi-Fi与本地执行单元进行信号连接，可以在缆道房内外操作。

（3）涉水或其他突发事件测流：本地执行单元安装在测杆上部，通过电缆线与流速仪相连；远程控制单元采用无线Wi-Fi与本地执行单元进行信号连接，可以在岸边操作，也可以由涉水施测人员直接在本地执行端操作。

也就是说，在使用时，该控制系统用在测流车、测流船和测杆上，本地执行单元直接安装在相应位置，远程控制单元只要附近地方就可以进行各种操作。另外，该控制系统用在缆道及其他远程控制单元距离本地执行单元较远的测流环境中时，需要加设无线路由器进行信号加强，本地执行单元需要安装在拉偏索上或起重索上（在水流速较大测流断面，缆道一般设有拉偏索，要首选拉偏索），使本地执行单元处于水面以上。当然，如果条件允许，本地执行单元与远程控制单元也可以采用有线方式连接。

以上实施例仅用于帮助理解本发明的核心思想，不能以此限制本发明，对于本领域的技术人员，凡是依据本发明的思想，对本发明进行修改或者等同替换，在具体实施方式及应用范围上所做的任何改动，均应包含在本发明的保护范围之内。