CN106404105A - 一种具有水位和流速同时测量的监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有水位和流速同时测量的监测装置，其特征在于：主要由单片机，分别与单片机相连接的水位信号处理单元、流速信号处理电路以及显示器，与水位信号处理单元相连接的第一模数转换芯片，与第一模数转换芯片相连接的水位传感器等组成。本发明可以准确的对河道的水位及水流速度进行测量，从而使水利监测工作能够更好的进行。

Description

一种具有水位和流速同时测量的监测装置

技术领域

本发明涉及一种监测装置，具体是指一种具有水位和流速同时测量的监测装置。

背景技术

水利监测设备是水利建设中不可或缺的设备，而对河道的水位和流水速度进行监测是水利防洪抗洪工作中不可缺少的部分。随着自动化技术的不断发展，目前已出现了智能水位和流速监测设备，通过智能水位和流速监测设备对河道的水位及水流速度进行监测可以节省大量的人力，其给水利监测工作带来了很大的便利。然而，目前所使用的水位和流速监测设备还是存在较大的缺陷，即其对河道的水位和水流速度的测量误差较大，严重妨碍了水利监测工作的正常进行。

发明内容

本发明的目的在于解决目前所使用的水位和流速监测设备对河道的水位和水流速度的测量误差大的缺陷，提供一种具有水位和流速同时测量的监测装置。

本发明的目的通过下述技术方案现实：一种具有水位和流速同时测量的监测装置，主要由单片机，分别与单片机相连接的水位信号处理单元、流速信号处理电路以及显示器，与水位信号处理单元相连接的第一模数转换芯片，与第一模数转换芯片相连接的水位传感器，与流速信号处理电路相连接的第二模数转换芯片，以及与第二模数转换芯片相连接的流速传感器组成；所述水位信号处理单元由前端处理电路，和与前端处理电路相连接的反馈电路组成；所述前端处理电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三极管VT1，负极与放大器P1的正极相连接、正极与第一模数转换芯片相连接的电容C1，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C2，与电容C2相并联的电阻R2，串接在放大器P2的正极和放大器P1的输出端之间的电阻R3，正极与放大器P2的正极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C3，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R5，负极与放大器P3的输出端相连接、正极经电阻R6后与放大器P2的输出端相连接的电容C4，N极与三极管VT1的基极相连接、P极与反馈电路相连接的二极管D1，以及N极与三极管VT1的发射极相连接、P极与反馈电路相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的集电极与放大器P2的负极相连接、发射极与放大器P3的负极相连接；所述放大器P1的正极分别与放大器P1的负极和反馈电路相连接；所述放大器P2的输出端同时与单片机和反馈电路相连接。

进一步的，所述反馈电路由放大器P4，P极与放大器P4的正极相连接、N极与放大器P2的输出端相连接的二极管D3，正极与放大器P4的负极相连接、负极接地的电容C6，以及负极与放大器P4的输出端相连接、正极顺次经电阻R4和电阻R1后与放大器P1的负极相连接的电容C5组成；所述二极管D2的P极与电容C5的正极相连接；所述二极管D1的P极与电阻R1和电阻R4的连接点相连接。

所述流速信号处理电路由三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，放大器P5，负极与三极管VT2的集电极相连接、正极与电源相连接的电容C7，串接在三极管VT2的基极和发射极之间的电阻R7，一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端接地的电阻R8，负极与放大器P5的负极相连接、正极经电阻R9后与三极管VT2的发射极相连接的电容C8，正极与放大器P5的正极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C9，与电容C9相并联的电阻R10，P极与放大器P5的负极相连接、N极与三极管VT3的基极相连接的二极管D4，P极与放大器P5的负极相连接、N极与三极管VT4的基极相连接的二极管D5，串接在三极管VT3的发射极和三极管VT4的集电极之间的电阻R11，正极与放大器P5的输出端相连接、负极与单片机相连接的电容C10，与电容C10相并联的电阻R12，以及一端与电容C10的负极相连接、另一端接地的电阻R13组成；所述三极管VT2的基极与第二模数转换芯片相连接；所述放大器P5的正极接地、其输出端与三极管VT3的集电极相连接；所述三极管VT4的发射极接地。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以准确的对河道的水位及水流速度进行测量，从而使水利监测工作能够更好的进行。

(2)本发明的水位信号处理单元可以对采集到的水位信号进行处理，滤除信号中的高频干扰信号，排除高频干扰信号的影响，使高水位信号更加稳定，并且该水位信号处理单元形成一个闭环电路，极大的提高了高频干扰信号的滤除效果，从而使本发明对河道水位的监测更加准确。

(3)本发明的流速信号处理电路可以对流速信号进行不失真的放大，并且通过两级滤波的形式对流速信号中的高频干扰和尖峰毛刺进行消除，使流速信号更加稳定，从而提高本发明对水流流速的监测精度。

(4)本发明通过水位信号处理单元和流速信号处理电路对水位信号和流速信号进行处理，相较传统的水位和流速监测装置，本发明对水位和流速的监测精度提高了20％。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的水位信号处理单元的结构图。

图3为本发明的流速信号处理电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由单片机，分别与单片机相连接的水位信号处理单元、流速信号处理电路以及显示器，与水位信号处理单元相连接的第一模数转换芯片，与第一模数转换芯片相连接的水位传感器，与流速信号处理电路相连接的第二模数转换芯片，以及与第二模数转换芯片相连接的流速传感器组成。

该水位传感器用于采集河道内的水位信号，其通过管道安装在水中，水位传感器通过管道安装是为了防止水流动而影响水位测量的结果，该安装方法已是成熟的技术，在这里不做过多赘述；该水位传感器采用AL200W型压阻式水位传感器，该AL200W型压阻式水位传感器将与液位深度成正比的液体静压力准确测量出来，并转换成标准模拟信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，从而可以测量出水位传感器末端到液面的液位高度。该流速传感器用于采集河道内的水流速度信号，其优先采用FTB2004-C型流速传感器，该流速传感也被安装于河道中。

该单片机、显示器、水位信号处理单元、流速信号处理电路、第一模数转换芯片以及第二模数转换芯片则被集成在一个设备安装箱内，该设备安装箱则设置在岸边。该第一模数转换芯片可以将水位传感器输出的水位模拟信号转换为水位数字信号。第二模数转换芯片则可以将流速传感器输出的流速模拟信号转换为流速数字信号。该第一模数转换芯片和第二模数转换芯片均采用ADC0809模数转换芯片来实现，该第一模数转换芯片的模拟量输入端IN0管脚与水位传感器相连接，第二模数转换芯片的模拟量输入端IN0管脚与流速传感器相连接。该水位信号处理单元可以对水位数字信号进行处理，其输入端与第一模数转换芯片的数字量输出端21管脚相连接。该流速信号处理电路可以对流速数字信号进行处理，其输入端与第二模数转换芯片的数字量21管脚相连接。该单片机则为本发明的控制处理中心，其采用AT89S51单片机来实现，该AT89S51单片机的P1.0信号输入管脚与水位信号处理单元的输出端相连接，该AT89S51单片机的P1.1信号输入管脚则与流速信号处理电路的输出端相连接，其信号输出I/O接口则与显示器相连接。

为了提高水位监测的精度，该水位信号处理单元的结构如图2所示，其由前端处理电路，和与前端处理电路相连接的反馈电路组成。该前端处理电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三极管VT1，电阻R2，电阻R3，电阻R5，电阻R6，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4，二极管D1以及二极管D2组成。

连接时，电容C1的负极与放大器P1的正极相连接，正极与第一模数转换芯片相连接。电容C2的正极与放大器P1的正极相连接，负极与放大器P1的输出端相连接。电阻R2与电容C2相并联。电阻R3串接在放大器P2的正极和放大器P1的输出端之间。电容C3的正极与放大器P2的正极相连接，负极与放大器P2的输出端相连接。电阻R5串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间。电容C4的负极与放大器P3的输出端相连接，正极经电阻R6后与放大器P2的输出端相连接。二极管D1的N极与三极管VT1的基极相连接，P极与反馈电路相连接。二极管D2的N极与三极管VT1的发射极相连接，P极与反馈电路相连接。所述三极管VT1的集电极与放大器P2的负极相连接，发射极与放大器P3的负极相连接。所述放大器P1的正极分别与放大器P1的负极和反馈电路相连接。所述放大器P2的输出端同时与单片机和反馈电路相连接。

其中，放大器P1可以对水位数字信号进行放大处理，而电容C2和电阻R2则构成一个低通滤波器，该滤波器可以滤除水位数字信号在的高频干扰。该放大器P2和电容C3则形成另一个低通滤波器，该低通滤波器可以防止前一个低通滤波器对高频干扰滤除不够彻底而使水位数字信号受到高频干扰影响。该放大器P3，三极管VT1，电容C4以及电阻R6则构成整形电路，该整形电路可以将正弦波转换成方波，并将幅值控制在稳定范围之内，避免信号出现失真。

该反馈电路由放大器P4，P极与放大器P4的正极相连接、N极与放大器P2的输出端相连接的二极管D3，正极与放大器P4的负极相连接、负极接地的电容C6，以及负极与放大器P4的输出端相连接、正极顺次经电阻R4和电阻R1后与放大器P1的负极相连接的电容C5组成。所述二极管D2的P极与电容C5的正极相连接。所述二极管D1的P极与电阻R1和电阻R4的连接点相连接。该反馈电路可以将前端处理电路输出的信号的一部分反馈回前端处理电路的输入端与输入信号进行比较，并用比较所得的有效输入信号控制输出，使前端处理电路输出的信号更加稳定，且滤波效果更好。

该水位信号处理单元形成一个闭环电路，因此可以更好的对采集到的水位信号进行处理，使高水位信号更加稳定，从而使本发明对河道水位的监测更加准确。

为了更好的监测河道内水流的流速，如图3所示，该流速信号处理电路由三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，放大器P5，电阻R7，电阻R8，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电容C7，电容C8，电容C9，电容C10，二极管D4以及二极管D5组成。

连接时，电容C7的负极与三极管VT2的集电极相连接，正极与电源相连接。电阻R7串接在三极管VT2的基极和发射极之间。电阻R8的一端与三极管VT2的发射极相连接，另一端接地。电容C8的负极与放大器P5的负极相连接，正极经电阻R9后与三极管VT2的发射极相连接。电容C9的正极与放大器P5的正极相连接，负极与放大器P5的输出端相连接。电阻R10与电容C9相并联。二极管D4的P极与放大器P5的负极相连接，N极与三极管VT3的基极相连接。二极管D5的P极与放大器P5的负极相连接，N极与三极管VT4的基极相连接。电阻R11串接在三极管VT3的发射极和三极管VT4的集电极之间。电容C10的正极与放大器P5的输出端相连接，负极与单片机相连接。电阻R12与电容C10相并联。电阻R13的一端与电容C10的负极相连接，另一端接地。所述三极管VT2的基极与第二模数转换芯片相连接。所述放大器P5的正极接地，其输出端与三极管VT3的集电极相连接。所述三极管VT4的发射极接地。

其中，该三极管VT2，电容C7，电阻R7以及电阻R8构成一个偏置电路，放大器P5，三极管VT3，三极管VT4，二极管D4，二极管D5以及电阻R11组成一个前置放大电路，该偏置电路和前置放大电路相结合可以不失真的对流速数字信号进行放大。该电容C8为隔直电容，该电容C9可以对前置放大电路的带宽进行限制，以滤除流速数字信号中的高频干扰和尖峰毛刺。该电容C10和电阻R12构成一个滤波器，该滤波器可以进一步的对流速数字信号中的高频干扰进行滤除，从而使流速数字信号更加稳定。

该流速信号处理电路可以对流速信号进行不失真的放大，并且通过两级滤波的形式对流速信号中的高频干扰和尖峰毛刺进行消除，使流速信号更加稳定，从而提高本发明对水流流速的监测精度。

工作时，该水位传感器采集河道中的水位信号并传输给第一模数转换芯片，而流速传感器则采集水流流速信号传输给第二模数转换芯片。该第一模数转换芯片将水位信号转换成数字信号发送给水位信号处理单元，而第二模数转换芯片则将流速信号转换为数字信号并发送给流速信号处理电路，经过处理后的水位数字信号和流速数字信号传输给单片机进行处理，最后通过显示器将水位值和流速值显示出来。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (3)

1.一种具有水位和流速同时测量的监测装置，其特征在于：主要由单片机，分别与单片机相连接的水位信号处理单元、流速信号处理电路以及显示器，与水位信号处理单元相连接的第一模数转换芯片，与第一模数转换芯片相连接的水位传感器，与流速信号处理电路相连接的第二模数转换芯片，以及与第二模数转换芯片相连接的流速传感器组成；所述水位信号处理单元由前端处理电路，和与前端处理电路相连接的反馈电路组成；所述前端处理电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三极管VT1，负极与放大器P1的正极相连接、正极与第一模数转换芯片相连接的电容C1，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C2，与电容C2相并联的电阻R2，串接在放大器P2的正极和放大器P1的输出端之间的电阻R3，正极与放大器P2的正极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C3，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R5，负极与放大器P3的输出端相连接、正极经电阻R6后与放大器P2的输出端相连接的电容C4，N极与三极管VT1的基极相连接、P极与反馈电路相连接的二极管D1，以及N极与三极管VT1的发射极相连接、P极与反馈电路相连接的二极管D2组成；所述三极管VT1的集电极与放大器P2的负极相连接、发射极与放大器P3的负极相连接；所述放大器P1的正极分别与放大器P1的负极和反馈电路相连接；所述放大器P2的输出端同时与单片机和反馈电路相连接。

2.根据权利要求1所述的一种具有水位和流速同时测量的监测装置，其特征在于：所述反馈电路由放大器P4，P极与放大器P4的正极相连接、N极与放大器P2的输出端相连接的二极管D3，正极与放大器P4的负极相连接、负极接地的电容C6，以及负极与放大器P4的输出端相连接、正极顺次经电阻R4和电阻R1后与放大器P1的负极相连接的电容C5组成；所述二极管D2的P极与电容C5的正极相连接；所述二极管D1的P极与电阻R1和电阻R4的连接点相连接。

3.根据权利要求2所述的一种具有水位和流速同时测量的监测装置，其特征在于：所述流速信号处理电路由三极管VT2，三极管VT3，三极管VT4，放大器P5，负极与三极管VT2的集电极相连接、正极与电源相连接的电容C7，串接在三极管VT2的基极和发射极之间的电阻R7，一端与三极管VT2的发射极相连接、另一端接地的电阻R8，负极与放大器P5的负极相连接、正极经电阻R9后与三极管VT2的发射极相连接的电容C8，正极与放大器P5的正极相连接、负极与放大器P5的输出端相连接的电容C9，与电容C9相并联的电阻R10，P极与放大器P5的负极相连接、N极与三极管VT3的基极相连接的二极管D4，P极与放大器P5的负极相连接、N极与三极管VT4的基极相连接的二极管D5，串接在三极管VT3的发射极和三极管VT4的集电极之间的电阻R11，正极与放大器P5的输出端相连接、负极与单片机相连接的电容C10，与电容C10相并联的电阻R12，以及一端与电容C10的负极相连接、另一端接地的电阻R13组成；所述三极管VT2的基极与第二模数转换芯片相连接；所述放大器P5的正极接地、其输出端与三极管VT3的集电极相连接；所述三极管VT4的发射极接地。