邢瑞萍，孔濤，莊秀華

（山東省水文儀器研制中心，山東濰坊 261031）

LDH-A型綜合流量測算儀性能分析

邢瑞萍，孔濤，莊秀華

（山東省水文儀器研制中心，山東濰坊 261031）

介紹了LDH-A型綜合流量測算儀的技術(shù)指標及性能，闡述了該儀器的工作原理及優(yōu)點，為類似工程提供借鑒。

流量測算儀；性能指標；技術(shù)參數(shù)；功能

LDH-A型綜合流量測算儀是一種應用于水文測驗的專用儀器，并利用其延伸的數(shù)據(jù)處理、存儲、整編、打印和傳輸?shù)裙δ?，進行水資源調(diào)查評價、合理開發(fā)利用水資源的新型儀器?？捎糜谒睢⒘魉?、斷面面積、流量等各種水文數(shù)據(jù)的采集、傳輸、存儲、處理。廣泛應用于纜道、橋測、車測、船測等河道的水文測驗工作。

LDH-A型綜合流量測算儀由水上信號接收、數(shù)據(jù)處理部分（簡稱采集儀），水下信號生成、調(diào)制及無線發(fā)送部分（簡稱發(fā)射器），測深傳感器和微機程序四部分組成。

1 測算儀的主要技術(shù)性能分析

1.1 采集儀部分的技術(shù)性能特點

采用近幾年問世的快速、高集成度的PIC73單片微型計算機負責日歷時鐘的管理、參數(shù)的設(shè)定、信號的采集與處理、流速流量的計算與保存、測點的歷史記錄管理、測量結(jié)果的自動生成等。

1）接收系統(tǒng)。接收系統(tǒng)是無線數(shù)據(jù)采集儀的關(guān)鍵部分，其工作的可靠性將直接影響系統(tǒng)的測量精確度，它要求具有良好的選頻特性及穩(wěn)定性。

為此，設(shè)計中采用了載波頻率自動跟蹤及鎖相環(huán)技術(shù)，當載頻及調(diào)制信號發(fā)生部分偏移時，系統(tǒng)仍能可靠地接收。

2）測深、測距傳感器的研制。傳感器采用霍爾元件，其特點是抗干擾、耐濕，傳輸距離遠，環(huán)境適應能力強，電路設(shè)計中采用了編碼容錯技術(shù)，測量精確度＜1cm。

3）數(shù)據(jù)壓縮與存儲技術(shù)。鑒于數(shù)據(jù)量較大，設(shè)計中采用了大容量半導體存儲芯片以及設(shè)計容量48KB，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，存儲40個斷面，1000條垂線、5000個測點的歷史記錄，具有掉電數(shù)據(jù)保護功能，允許改寫次數(shù)100萬次。

4）日歷時鐘的管理與掉電保護技術(shù)。日歷時鐘采用高穩(wěn)定性的時鐘芯片DS1304，電路設(shè)計中采用了掉電保護及自動核準、補償電路，計時誤差不大于1s/d。

5）漢顯液晶接口技術(shù)。顯示驅(qū)動采用專用驅(qū)動芯片MSM6222B，其特點是速度快，自動管理液晶，漢顯屏采用128×64點陣，可顯示4行，每行16×16的漢字16個。

6）數(shù)據(jù)的歷史記錄查詢。斷面名稱、位置及測流的時間是歷史記錄的特征，歷史記錄顯示垂線的起點距、水深、測點的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)、測速歷時、流速及測流時間等信息，計算結(jié)果包括斷面流量、水面寬、最大水深、最大測點流速、測流起止水位等信息。

7）操作界面設(shè)計。采集儀采用翻頁式漢化手機式操作界面與鍵盤。具有簡便易學、顯示直觀等優(yōu)點。

8）信號處理。采集軟件采用動態(tài)自適應濾波技術(shù)，單片微處理器根據(jù)測流儀器的特征，在專家系統(tǒng)指導下，對接收到的信號進行濾波處理，提高信號的可靠性。

1.2 微機程序部分與技術(shù)性能特點

1）讀出下位機中的數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)庫管理。

3）歷史記錄查詢。

4）所編制的運行程序可采用目前最流行的VC6.0高級語言編程，操作簡單，可視化強，并有強大的數(shù)據(jù)庫管理功能。

5）標準測流表格的生成打印。

6）年度對測流成果自動生成和打印匯編表。

1.3 水下發(fā)射器技術(shù)性能特點

采用PIC165X單片微型計算機，負責信號采集、處理及發(fā)送控制。

1）PIC單片微機是最新型CPU，它具有以下特點：哈佛流水線式結(jié)構(gòu)；速度快，運算速度達12MPS，是MCS-51的12倍；功能強，內(nèi)置看門狗，具有捕捉功能；內(nèi)帶2K字FLASHROM；微功耗，靜侯電流＜1mA，5V時工作電流＜2mA。

2）切入信號的免絕緣，免防水接線技術(shù)。該技術(shù)允許用戶勿需對入水、河底、流速儀進行任何防水、絕緣處理，可直接接發(fā)送器，簡化接線操作，降低安裝難度和使用成本。

3）電池節(jié)電技術(shù)。CPU在無信號時，自動進入下電節(jié)電模式，功耗＜1mA；有信號時，CPU立刻喚醒，進行信號發(fā)送工作，工作電流＜2mA，因工作時間遠遠小于睡眠時間，從而達到電池節(jié)電的目的。

1.4 硬件電路設(shè)計

硬件電路采用單總線設(shè)計技術(shù)，增強了系統(tǒng)工作的可靠性，RS232接口電路實現(xiàn)單片微機（下位機）與PC機或筆記本電腦（上位機）的信息傳遞，如斷面信息、儀器型號，計算公式、統(tǒng)計結(jié)果、測點數(shù)據(jù)等，所有的數(shù)據(jù)傳遞都附有CRC效驗碼生成多項式為X16+X4+X+1，以確保信息傳遞的可靠性。

2 工作原理與結(jié)構(gòu)

2.1 系統(tǒng)工作原理

LDH-A型綜合流量測算儀的工作原理分為三部分：

1）水下信號采集、信號初步處理及無線信號的產(chǎn)生調(diào)制發(fā)射部分，這部分功能由水下信號發(fā)射器完成。

2）無線信號的水上采集、處理，數(shù)據(jù)的提取、參數(shù)的設(shè)置、數(shù)據(jù)的計算、數(shù)據(jù)的存儲、查閱和計算結(jié)果的查詢部分。

3）數(shù)據(jù)庫管理、結(jié)果打印、歷史記錄查詢、統(tǒng)計報表的功能，網(wǎng)上傳輸數(shù)據(jù)，這部分功能由采集儀上位機完成。該功能屬于附加功能，這部分功能可以根據(jù)客戶需求配置。即：采集儀下位機可以單獨使用，亦可與PC機或筆記本電腦配合使用，上位機生成可視化操作平面，接收下位機傳送的已經(jīng)完成的數(shù)據(jù)信息。

2.2 水上采集儀工作原理

采集儀可以單獨使用，亦可與PC機或筆記本電腦配合使用，上位機生成可視化操作平面，接收下位機傳送的數(shù)據(jù)信息。另外還具有數(shù)據(jù)庫管理、結(jié)果打印、歷史記錄查詢等功能，下采集儀采用新型PIC單片微機，負責信號采集、數(shù)據(jù)計算等。

2.3 水下信號器工作原理

CPU無信號輸入時，工作于下電模式，斷時除外，中斷源外，所有系統(tǒng)均停止工作，功耗小于1mA。

當有信號輸入時，CPU立即進入正常工作模式，功耗＜2mA，控制信號的發(fā)送工作，發(fā)送完畢，CPU又工作于下電節(jié)電模式。除LS20、LS120型每50轉(zhuǎn)發(fā)送一次外，其它型號儀器每轉(zhuǎn)發(fā)送一次。

3 結(jié)語

LDH-A型綜合流量測算儀的研制成功，為水資源的保護利用提供精確的計量工具和手段，同時對推動水利水文現(xiàn)代化建設(shè)和水文站隊結(jié)合的步伐，提高水文測驗的自動化水平，促進水文測驗向高精度發(fā)展，具有重要意義。

（責任編輯趙其芬）

P338

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1009-6159（2014）-01-0060-02

2013-10-01

邢瑞萍（1956—），男，工程師