CN209446040U - 一种无线数字三信号采集设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出了一种无线数字三信号采集设备，包括：信号数据接收盒、信号数据发射筒、连接电缆、起重索，其中，所述信号数据接收盒包括：电开关、接收侧无线电台、处理装置和显示屏，所述接收侧无线电台与所述处理装置的输入端连接，所述处理装置进一步与所述显示屏连接，所述电开关与所述接收侧无线电台和显示屏连接；所述信号数据发射筒安装在铅鱼上且悬挂在所述起重索上，包括：信号筒和发射侧无线电台，其中，所述发射侧无线电台悬挂在所述起重索上，所述发射侧无线电台的天线通过接口连接到所述信号筒的上部，所述信号筒的下部安装有航空插头。本实用新型采用无线数字信号作为主要的通讯信道，解决了传统水文缆道信号传输的可靠性问题，具有较高数据采集可靠性。

Description

一种无线数字三信号采集设备

技术领域

本实用新型涉及水文流量测验技术领域，特别涉及一种无线数字三信号采集设备。

背景技术

传统的水面、流速和河底信号是通过钢丝绳和水体构成传输回路，通过模拟方式实现信号的采集和传输。

利用缆道进行流量测验是目前我们国内很多水文站采用的流量测验方式。水面信号、流速信号和河底信号的采集和传输方式也是多种多样。传统方式是利用缆道起重索、水体构成回路，水下信号源根据采集到的不同信号，或转变成不同频率(一般水面是2500Hz，流速3000Hz，河底3500Hz)，或不同电压(电流)进行传输。岸上接收设备根据设定的条件将不同信号解析使用。在实际使用中，该种水文缆道信号传输***一般要求悬挂在空中的起重、循回索必须和大地绝缘，以保障信号传输的可靠性，势必对整个缆道***的防雷避雷提高要求。另外信号传输过程中，无握手机制，如果信号传输时受干扰造成丢失，无法确保信号传输的可靠性。从而影响到***的正常运行。

实用新型内容

本实用新型的目的旨在至少解决所述技术缺陷之一。

为此，本实用新型的目的在于提出一种无线数字三信号采集设备。

为了实现上述目的，本实用新型的实施例提供一种无线数字三信号采集设备，包括：信号数据接收盒、信号数据发射筒、连接电缆、起重索，其中，

所述信号数据接收盒包括：电开关、接收侧无线电台、处理装置和显示屏，所述接收侧无线电台与所述处理装置的输入端连接，所述处理装置进一步与所述显示屏连接，所述电开关与所述接收侧无线电台和显示屏连接；

所述信号数据发射筒安装在铅鱼上且悬挂在所述起重索上，包括：信号筒和发射侧无线电台，其中，所述发射侧无线电台悬挂在所述起重索上，所述发射侧无线电台的天线通过接口连接到所述信号筒的上部，所述信号筒安装在所述铅鱼上，所述信号筒的下部安装有航空插头，由连接电缆通过所述航空插头的防水线连接到所述铅鱼上，所述发射侧无线电台与所述接收侧无线电台连接。

进一步，所述信号数据发射筒的航空插头为10芯航空插头。

进一步，所述信号数据发射筒通过航空插头的防水线连接到所述铅鱼的水面信号板和流速仪上，其中，所述信号数据发射筒通过伸出水面信号正极线和水面信号负极线，分别连接至所述水面信号板，并通过伸出流速仪正极线和流速仪负极线连接到所述流速仪的两个接线柱上。

进一步，所述信号数据发射筒采用304不锈钢加工制成。

进一步，所述信号筒通过卡扣卡紧在所述铅鱼尾翼上。

进一步，所述信号数据发射筒采用锂电池供电，并配套有充电器，所述充电器的充电接口采用所述航空插头。

进一步，所述信号筒内置有数据采集控制板，所述数据采集控制板的输入端由连接电缆通过所述航空插头的防水线连接到所述铅鱼上，所述数据采集控制板的输出端与所述发射侧无线电台连接。

进一步，所述信号数据接收盒还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述处理装置连接。

根据本实用新型实施例的无线数字三信号采集设备，采用无线数字信号作为主要的通讯信道，解决了传统水文缆道信号传输的可靠性问题，具有较高数据采集可靠性。悬挂在起重索的信号发射机采集水面信号、流速信号和河底信号，然后通过无线电台将不同信号传输到岸上接收盒，接收盒根据水面、流速等信号。本申请通过无线数字方式实现水面、流速和河底信号的采集、传输，改变了传统的模拟模式进行三信号的采集和传输，实现了三信号的数字传输方式。三信号的数字传输通过对信号的数字编码彻底解决了三信号模拟采集传输方式造成的信号数据丢失、易受水体含沙量影响、易遭受雷击等问题，实现了水文测验中水面、流速和河底的三信号可靠采集和传输。

本实用新型附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为根据本实用新型实施例的无线数字三信号采集设备的示意图；

图2(a)至图2(c)为根据本实用新型实施例的信号数据发射筒的结构图；

图3至图7为根据本实用新型实施例的无线数字三信号采集设备的电路图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本实用新型，而不能理解为对本实用新型的限制。

如图1至图7所示，本实用新型实施例的无线数字三信号采集设备，包括：信号数据接收盒200、信号数据发射筒100、连接电缆140、起重索130。

具体的，信号数据发射筒100安装在铅鱼300上且悬挂在起重索130上，包括：信号筒120和发射侧无线电台110，其中，发射侧无线电台110悬挂在起重索130上，发射侧无线电台110的天线通过接口连接到信号筒120的上部，信号筒120安装在铅鱼300上。其中，信号筒120通过卡扣卡紧在铅鱼300尾翼上，完成流量测验后，只需要松开螺母，取下发射筒即可。

信号筒120的下部安装有航空插头，由连接电缆140通过航空插头的防水线连接到铅鱼300上，发射侧无线电台110与接收侧无线电台210连接。在信号筒120的外侧套设有绝缘子150。

在本实用新型的一个实施例中，信号数据发射筒100的航空插头为10芯航空插头。

具体的，信号数据发射筒100通过航空插头的防水线连接到铅鱼300的水面信号板400 和流速仪500上，其中，信号数据发射筒100通过伸出水面信号正极线和水面信号负极线，分别连接至水面信号板400，并通过伸出流速仪500正极线和流速仪500负极线连接到流速仪500的两个接线柱上。

信号筒120内置有数据采集控制板，数据采集控制板的输入端由连接电缆140通过航空插头的防水线连接到铅鱼300上，数据采集控制板的输出端与发射侧无线电台110连接。

在本实用新型的一个实施例中，信号数据发射筒100采用304不锈钢加工制成，长230 毫米，直径90-100毫米，重约3.35kg左右。

需要说明的是，信号数据发射筒采用锂电池供电，并配套有充电器，充电器的充电接口采用航空插头。其中，锂电池为12V锂电池(3Ah)。

下面对信号数据发射筒的安装步骤进行说明：

(1)通过航空插头将水面信号正极和负极两线分别连接到水面信号板400(已安装在铅鱼300尾翼上)的两接线柱上；

(2)将流速仪500正极和流速仪500负极两线分别连接到流速仪500两接线柱上；

(3)在起重索130合适高度悬挂发射侧无线电台110的天线，天线在整个测流过程中不可入水，因此不能悬挂过低。同时在提升缆道过程中，天线不可碰到顶部的行车架，再考虑装拆方便，根据不同断面特性，选取合适的悬挂高度；

(4)连接10芯数据线的防水接头，此时发射筒内部设备开始通电工作。信号数据发射筒完成内部设备自检正常启动后，通过无线电台发送信号数据给接收盒。信号数据发射筒内部集成有3Ah的锂电池。每次测流时(或每次上电初始化)，在信号数据接收盒200上都可以看见发射筒内部锂电池的工作电压，当发现电压过低(一般低于9.5V)时，需要用配套的充电器给锂电池充电，充电接口也是采用10芯航空接头。充电时，只要将发射筒取下放置室内，将充电机接头接入即可。一般充电时间为9小时，充电时充电器上红灯点亮，充满后绿灯亮。

信号发射盒数据输出协议，采用波特率9600,16进制收发，数据格式如下：

AB AB 10 21 09 50 01 00 02 01 B0 0D 0A

AB AB：表示帧头

10 21:表示发射盒内的电池电压为10.21V

09 50：表示发射盒检测到的水面信号板400两级之间的电压为9.50V

01：表示发射盒采集到的流速仪500累计信号，流速仪500累计数据从00到99，超过后自动复位为00；

00:表示河底信号状态，00-没河底信号,01-有河底信号：

02：表示发射盒采集流速信号的消抖时间，02表示在2秒内不重复采集流速信号；

01 B0：CRC16效验码，(AB 10 21 09 50 01 00 02),其中低位在前，高位在后。

0D 0A:帧尾

信号数据接收盒200包括：电开关、接收侧无线电台210、处理装置220和显示屏230。其中，接收侧无线电台210与处理装置220的输入端连接，处理装置220进一步与显示屏230连接，电开关与接收侧无线电台210和显示屏230连接。具体的，接收盒内部有上电开关，推上开关即可给接收盒上电。液晶显示屏230和电台开始上电工作。处理装置220 通过接收侧无线电台210接收信号数据发射筒发送的信号数据。此外，信号数据接收盒200 还包括蜂鸣器，该蜂鸣器与处理装置连接。

在本实用新型的实施例中，信号数据接收盒200通过接收侧无线电台210接收流速信号，外接无线电台。信号数据接收盒200的规格如下：宽280mm，高190mm，厚140mm。重约1800克。

信号数据接收盒200的工作过程及操作步骤如下：

(1)先给信号数据发射筒100接通电缆线并供电，再给信号数据接收盒200上电。正常初始化后，液晶显示屏230显示正常。信号数据接收盒200的液晶显示屏230上会显示信号数据发射筒100内电池的工作电压，如果发现电压偏低，需要给信信号数据发射筒100 及时充电。

(2)确保室外流速仪500、水面信号板400、信号数据发射筒100等设备安装牢固；

(3)当流速仪500下降到水面以下后，信号数据接收盒200会收到"入水"信号，确保流速仪500下降到位后，用鼠标点下<开始测量>按钮，此时信号数据接收盒200进入流速信号接收状态；

(4)当接收到第一包流速信号后，历时后面的数值开始每秒(100秒及以上的历时，如果历时小于100秒，按0.1秒累计)累计一次，转数后面的数值开始累计；

(5)当超过设置的历时时间后，如果再收到一包流速信号，信号数据接收盒200停止历时，点击<流速计算>按钮后根据有关参数计算出流速，并显示在流速后面，单位为米/秒；

(6)如果需要继续测流，可以再按下<开始测量>，开始重复进行流速测验；

(7)如果需要保存数据，点击<保存数据>按钮，时间、历时、流速、电压和每转信号数等数据保存到SD卡中。

主界面上显示各参数含义如下：

(1)、测速历时：当点击“启动测流”按钮后，如果收到流速信号，则测速历时后面的数字开始显示，如果测流历时按100秒及以上设定，则按秒为单位累计显示，如果设定的测速历时小于100秒，则按0.1秒为单位累计显示。后面编辑栏显示是设置的测速历时时间。当流速测验超过设定的测速历时后，当再接收到一包流速信号，则停止累计测速历时。

(2)、流速仪500信号：当点击“启动测流”按钮后，如果收到流速信号之后，开始启动历时累计，当再接收到一包流速信号，则流速信号数字开始累计显示。当处于测流状态时，每收到一个流速信号，流速仪500信号后面编辑框中显示的数字按收到的累加值减去上一包数据的数值后累计(可消除信号传输过程中的干扰)。

(3)、实测流速：当完成流速信号采集后，如果确定信号数据没有问题，点击“计算流速”后，***根据历时、流速仪500信号数(1转几个信号)、转子流速仪500标定的K值和C值，计算当前实测流速并显示。

(4)、水面信号状态：显示水面信号板400(铅鱼300)是否在水面以上或者在水面以下，其后的编辑框显示的是信号数据发射筒采集到的水面信号板400之间的电压，软件即根据设置的判断电压，判断当前铅鱼300是处于入水或出水状态。

(5)、河底信号状态：铅鱼300底部一般安装有托盘，当铅鱼300座底后，托盘上顶，接通开关信号，则信号数据发射筒接收到托盘接通信号后，通过电台发送数据，则在河底信号状态栏中显示“有河底信号”，否则显示”无河底信号”。

(6)、电压：显示信号数据发射筒内锂电池的供电电压。当锂电池的供电电压低于9.5V 后，则停止信号采集工作，用专配充电器给信号数据发射筒充电。

(7)、消抖：显示信号数据发射筒当前工作的消抖时间，以秒为单位。可通过点击“设置消抖”按钮，修改信号数据发射筒的消抖工作参数。

(8)、输入当前起点距：如果完成信号采集和流速计算后，需要将数据存储，可手动输入当前流速仪500所属测速垂线在测流断面上的起点距位置，则可和流速数据等一起存储。

(9)、输入当前相对水深：如果完成信号采集和流速计算后，需要将数据存储，可手动输入当前流速仪500在测速垂线上的相对水深，则可和流速数据等一起存储。

(10)、<启动测流>按钮：如果信号数据发射筒工作电压等正常，需要测流速时，点击< 启动测流>按钮，则进入流速测验工作状态。

(11)、<计算流速>按钮：如果完成信号采集，确定流速信号正常后，可点击<计算流速> 按钮，则根据实测的测速历时、流速仪500信号，设置的流速仪500信号数、流速仪500标定的K值和C值，按测速计算公式计算流速并显示。

(12)、<数据存盘>按钮：如果完成流速采集和计算后，需要将数据存储，可点击<数据存盘>按钮，则数据存储在”数据存储”文件夹中，以VelData加年月日为文件名存储，存储格式如下：

2018-04-11 11:29:06,历时:61.8(s),转数:009,测点流速:0.14(m/s),电池电压:11.57(V),每转信号数为20转1个信号,流速仪500K值为:0.0432,流速仪500C值为:0.0125,起点距为:16(m),相对水深为:0.8；

(13)、<参数存盘>按钮：如修改了界面上的工作参数，需要存储工作参数，可点击<参数存盘>按钮，则工作参数存储在”WorkPara.ini”配置文件中。”WorkPara.ini”配置文件数据格式如下:

Port＝3 软件连接电台的端口号

K＝0.0432 流速仪500标定的K值

C＝0.0125 流速仪500标定的C值

VelTime＝60 测速历时设定的值,秒为单位

SN＝2 设定的流速仪500信号数，0-表示1转2个信号,1-表示1

转1个信号，2表示20转1个信号

TM＝4 消抖时间，秒为单位，只能设置1-10

SFVolt＝9.11 水面信号板400入水的判断电压

(14)、<设置消抖>按钮：如果想修改信号数据发射筒的消抖时间工作参数，可点击<设置消抖>按钮，则软件根据”流速仪500消抖延时”编辑框中设置的消抖时间，通过电台将修改参数发送给信号发送筒，信号发送筒收到指令后，对消抖时间进行修改，并及时返回消抖值(可在数据显示消抖栏中实时显示)。

(15)、<退出>按钮：如果完成测速工作后，可点击<退出>按钮退出软件界面。

信号数据接收盒200通过无线电台接收信号发射盒发送的信号数据,主界面上显示各参数含义如下：

(1)、历时：当点击“开始测量”按钮后，如果收到流速信号，则历时后面的数字开始显示，如果测流历时按100秒及以上设定，则按1秒频率累加显示，如果小于100秒，则按0.1秒频率累加显示。后面编辑栏显示是设置的历时时间。

(2)、转数：当点击“开始测量”按钮后，如果收到流速信号之后，再收到流速信号，则在转数后面的流速信号数字开始显示。当处于测流状态时，每收到一个流速信号，蜂鸣器会持续响0.5秒左右。转数后面编辑框中显示的数字为信号发射盒内采集流速信号的消抖时间。

(3)、流速：当点击“流速计算”后，***根据历时、转数、K值、C值和每转数，计算当前实测流速并显示。

(4)、电压：显示信号发射盒内锂电池的供电电压。电压后面的水面栏，表示检测是否入水或出水。入水或出水的状态检测是由信号数据接收盒200设定的电压值判断，当信号发射盒发送的入水电压值超过设定的值后，则判断为入水，否则为出水。入水电压值的设定在SD卡<工作参数>文件夹中的流速仪500参数文件中设置，可用读卡器直接打开SD卡设定。如图6所示。完成设定后，重启***即可。

(5)、每转数：显示采用转子流速仪500当前每转输入的信号数量，如果20转输出一个流速信号，则这里改为20。

信号数据接收盒200工作参数设置:影响流速计算的参数主要有K、C和历时T值，这三个参数可以通过接收盒上点击“修改参数”按钮进行设置。

本实用新型的无线数字三信号采集设备，工作原理如下：整个***由信号数据接收盒 200、信号数据发射筒100及连接电缆140组成(流速仪500和铅鱼300另配)。发射筒安装在铅鱼300上(或悬挂在起重索130上)，通过底部的10芯航空插头的防水线连接铅鱼300上的流速仪500和水面信号板400。当铅鱼300入水后，水面信号板400上两级导通(天然水体有导电性)，发射筒采集到水面信号之间的导通电压后，通过无线电台将入水信号之间的入水电压数据发射给接收盒，接收盒(或接收软件)根据事先设置的入水电压判断数据，判断水面信号板400(可代表铅鱼300)是否入水。如果信号数据接收盒200判断当前设备已入水，则启动蜂鸣器鸣叫1秒，并在接收软件(或缆道控制台液晶屏)上出现“入水”提示。为防止铅鱼300入水弹跳造成多次入水，信号数据接收盒200采集到第一次入水信号后，等待5秒再判断铅鱼300是否入水或出水，以确保采集到铅鱼300出、入水的正常状态。

当判断铅鱼300入水后，点击“启动测流”按钮后，信号数据接收盒200自动对采集到的流速转数信号进行累计，通过对流速转数信号的累计计算发送，即使中间有一包(或几包)数据丢失，信号数据接收盒200(或接收软件)接收到流速转数信号后，根据累计值相减计算，依然可以正确采集到流速的转数信号，确保信号传输过程中不受干扰数据的影响。

为防止由于流速仪500通断抖动等原因造成重复转数信号，信号数据发射筒采集到流速转数信号后，延时2-3秒(可远程设置修改)。如果在延时时间段内还有流速转数信号，对流速信号不再采集，当超过延时时间后，信号数据发射筒恢复对流速信号的采集。如果出现极低流速，当流速仪500的旋浆(或旋杯)转动到长通状态，流速仪500的信号两端一直处于导通状态，信号数据发射筒也只采集一次，对于处于长通状态的流速转数信号不再采集，直到流速仪500恢复通断状态。如果对于涉水测流，可用不锈钢测深绳悬挂小铅鱼300，铅鱼300上面安装流速仪500。

根据本实用新型实施例的无线数字三信号采集设备，采用无线数字信号作为主要的通讯信道，解决了传统水文缆道信号传输的可靠性问题。悬挂在起重索的信号发射机采集水面信号、流速信号和河底信号，然后通过无线电台将不同信号传输到岸上接收盒，接收盒根据水面、流速等信号。本申请通过无线数字方式实现水面、流速和河底信号的采集、传输，改变了传统的模拟模式进行三信号的采集和传输，实现了三信号的数字传输方式。三信号的数字传输通过对信号的数字编码彻底解决了三信号模拟采集传输方式造成的信号数据丢失、易受水体含沙量影响、易遭受雷击等问题，实现了水文测验中水面、流速和河底的三信号可靠采集和传输。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本实用新型的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

尽管上面已经示出和描述了本实用新型的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本实用新型的限制，本领域的普通技术人员在不脱离本实用新型的原理和宗旨的情况下在本实用新型的范围内可以对上述实施例进行变化、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限定。

Claims (8)

1.一种无线数字三信号采集设备，其特征在于，包括：信号数据接收盒、信号数据发射筒、连接电缆、起重索，其中，

所述信号数据接收盒包括：电开关、接收侧无线电台、处理装置和显示屏，所述接收侧无线电台与所述处理装置的输入端连接，所述处理装置进一步与所述显示屏连接，所述电开关与所述接收侧无线电台和显示屏连接；

所述信号数据发射筒安装在铅鱼上且悬挂在所述起重索上，包括：信号筒和发射侧无线电台，其中，所述发射侧无线电台悬挂在所述起重索上，所述发射侧无线电台的天线通过接口连接到所述信号筒的上部，所述信号筒安装在所述铅鱼上，所述信号筒的下部安装有航空插头，由连接电缆通过所述航空插头的防水线连接到所述铅鱼上，所述发射侧无线电台与所述接收侧无线电台连接。

2.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号数据发射筒的航空插头为10芯航空插头。

3.如权利要求1或2所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号数据发射筒通过航空插头的防水线连接到所述铅鱼的水面信号板和流速仪上，其中，所述信号数据发射筒通过伸出水面信号正极线和水面信号负极线，分别连接至所述水面信号板，并通过伸出流速仪正极线和流速仪负极线连接到所述流速仪的两个接线柱上。

4.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号数据发射筒采用304不锈钢加工制成。

5.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号筒通过卡扣卡紧在所述铅鱼尾翼上。

6.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号数据发射筒采用锂电池供电，并配套有充电器，所述充电器的充电接口采用所述航空插头。

7.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号筒内置有数据采集控制板，所述数据采集控制板的输入端由连接电缆通过所述航空插头的防水线连接到所述铅鱼上，所述数据采集控制板的输出端与所述发射侧无线电台连接。

8.如权利要求1所述的无线数字三信号采集设备，其特征在于，所述信号数据接收盒还包括蜂鸣器，所述蜂鸣器与所述处理装置连接。