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）

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指標及性能，闡述了該儀器的工作原理及優點，為類似工程提供借鑒。

流量測算儀；性能指標；技術參數；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，并利用其延伸的數據處理、存儲、整編、打印和傳輸等功能，進行水資源調查評價、合理開發利用水資源的新型儀器。可用于水深、流速、斷面面積、流量等各種水文數據的采集、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、數據處理部分（簡稱采集儀），水下信號生成、調制及無線發送部分（簡稱發射器），測深傳感器和微機程序四部分組成。

1 測算儀的主要技術性能分析

1.1 采集儀部分的技術性能特點

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、參數的設定、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、測量結果的自動生成等。

1）接收系統。接收系統是無線數據采集儀的關鍵部分，其工作的可靠性將直接影響系統的測量精確度，它要求具有良好的選頻特性及穩定性。

為此，設計中采用了載波頻率自動跟蹤及鎖相環技術，當載頻及調制信號發生部分偏移時，系統仍能可靠地接收。

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，環境適應能力強，電路設計中采用了編碼容錯技術，測量精確度＜1cm。

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

4）日歷時鐘的管理與掉電保護技術。日歷時鐘采用高穩定性的時鐘芯片DS1304，電路設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。顯示驅動采用專用驅動芯片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）數據的歷史記錄查詢。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、測點的轉子轉數、測速歷時、流速及測流時間等信息，計算結果包括斷面流量、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、顯示直觀等優點。

8）信號處理。采集軟件采用動態自適應濾波技術，單片微處理器根據測流儀器的特征，在專家系統指導下，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性能特點

1）讀出下位機中的數據。2）數據庫管理。

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，并有強大的數據庫管理功能。

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 水下發射器技術性能特點

采用PIC165X單片微型計算機，負責信號采集、處理及發送控制。

1）PIC單片微機是最新型CPU，它具有以下特點：哈佛流水線式結構；速度快，運算速度達12MPS，是MCS-51的12倍；功能強，內置看門狗，具有捕捉功能；內帶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。該技術允許用戶勿需對入水、河底、流速儀進行任何防水、絕緣處理，可直接接發送器，簡化接線操作，降低安裝難度和使用成本。

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

1.4 硬件電路設計

硬件電路采用單總線設計技術，增強了系統工作的可靠性，RS232接口電路實現單片微機（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、統計結果、測點數據等，所有的數據傳遞都附有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 工作原理與結構

2.1 系統工作原理

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生調制發射部分，這部分功能由水下信號發射器完成。

2）無線信號的水上采集、處理，數據的提取、參數的設置、數據的計算、數據的存儲、查閱和計算結果的查詢部分。

3）數據庫管理、結果打印、歷史記錄查詢、統計報表的功能，網上傳輸數據，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完成的數據信息。

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據信息。另外還具有數據庫管理、結果打印、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、數據計算等。

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，控制信號的發送工作，發送完畢，CPU又工作于下電節電模式。除LS20、LS120型每50轉發送一次外，其它型號儀器每轉發送一次。

3 結語

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代化建設和水文站隊結合的步伐，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