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(cè)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(cè)算儀的技術(shù)指標(biāo)及性能，闡述了該儀器的工作原理及優(yōu)點(diǎn)，為類(lèi)似工程提供借鑒。

流量測(cè)算儀；性能指標(biāo)；技術(shù)參數(shù)；功能

LDH-A型綜合流量測(cè)算儀是一種應(yīng)用于水文測(cè)驗(yàn)的專(zhuān)用儀器，并利用其延伸的數(shù)據(jù)處理、存儲(chǔ)、整編、打印和傳輸?shù)裙δ?，進(jìn)行水資源調(diào)查評(píng)價(jià)、合理開(kāi)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(chǔ)、處理。廣泛應(yīng)用于纜道、橋測(cè)、車(chē)測(cè)、船測(cè)等河道的水文測(cè)驗(yàn)工作。

LDH-A型綜合流量測(cè)算儀由水上信號(hào)接收、數(shù)據(jù)處理部分（簡(jiǎn)稱(chēng)采集儀），水下信號(hào)生成、調(diào)制及無(wú)線發(fā)送部分（簡(jiǎn)稱(chēng)發(fā)射器），測(cè)深傳感器和微機(jī)程序四部分組成。

1 測(cè)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(diǎn)

采用近幾年問(wèn)世的快速、高集成度的PIC73單片微型計(jì)算機(jī)負(fù)責(zé)日歷時(shí)鐘的管理、參數(shù)的設(shè)定、信號(hào)的采集與處理、流速流量的計(jì)算與保存、測(cè)點(diǎn)的歷史記錄管理、測(cè)量結(jié)果的自動(dòng)生成等。

1）接收系統(tǒng)。接收系統(tǒng)是無(wú)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(cè)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(jì)中采用了載波頻率自動(dòng)跟蹤及鎖相環(huán)技術(shù)，當(dāng)載頻及調(diào)制信號(hào)發(fā)生部分偏移時(shí)，系統(tǒng)仍能可靠地接收。

2）測(cè)深、測(cè)距傳感器的研制。傳感器采用霍爾元件，其特點(diǎn)是抗干擾、耐濕，傳輸距離遠(yuǎn)，環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)，電路設(shè)計(jì)中采用了編碼容錯(cuò)技術(shù)，測(cè)量精確度＜1cm。

3）數(shù)據(jù)壓縮與存儲(chǔ)技術(shù)。鑒于數(shù)據(jù)量較大，設(shè)計(jì)中采用了大容量半導(dǎo)體存儲(chǔ)芯片以及設(shè)計(jì)容量48KB，采用數(shù)據(jù)壓縮技術(shù)，存儲(chǔ)40個(gè)斷面，1000條垂線、5000個(gè)測(cè)點(diǎn)的歷史記錄，具有掉電數(shù)據(jù)保護(hù)功能，允許改寫(xiě)次數(shù)100萬(wàn)次。

4）日歷時(shí)鐘的管理與掉電保護(hù)技術(shù)。日歷時(shí)鐘采用高穩(wěn)定性的時(shí)鐘芯片DS1304，電路設(shè)計(jì)中采用了掉電保護(hù)及自動(dòng)核準(zhǔn)、補(bǔ)償電路，計(jì)時(shí)誤差不大于1s/d。

5）漢顯液晶接口技術(shù)。顯示驅(qū)動(dòng)采用專(zhuān)用驅(qū)動(dòng)芯片MSM6222B，其特點(diǎn)是速度快，自動(dòng)管理液晶，漢顯屏采用128×64點(diǎn)陣，可顯示4行，每行16×16的漢字16個(gè)。

6）數(shù)據(jù)的歷史記錄查詢(xún)。斷面名稱(chēng)、位置及測(cè)流的時(shí)間是歷史記錄的特征，歷史記錄顯示垂線的起點(diǎn)距、水深、測(cè)點(diǎn)的轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)數(shù)、測(cè)速歷時(shí)、流速及測(cè)流時(shí)間等信息，計(jì)算結(jié)果包括斷面流量、水面寬、最大水深、最大測(cè)點(diǎn)流速、測(cè)流起止水位等信息。

7）操作界面設(shè)計(jì)。采集儀采用翻頁(yè)式漢化手機(jī)式操作界面與鍵盤(pán)。具有簡(jiǎn)便易學(xué)、顯示直觀等優(yōu)點(diǎn)。

8）信號(hào)處理。采集軟件采用動(dòng)態(tài)自適應(yīng)濾波技術(shù)，單片微處理器根據(jù)測(cè)流儀器的特征，在專(zhuān)家系統(tǒng)指導(dǎo)下，對(duì)接收到的信號(hào)進(jìn)行濾波處理，提高信號(hào)的可靠性。

1.2 微機(jī)程序部分與技術(shù)性能特點(diǎn)

1）讀出下位機(jī)中的數(shù)據(jù)。2）數(shù)據(jù)庫(kù)管理。

3）歷史記錄查詢(xún)。

4）所編制的運(yùn)行程序可采用目前最流行的VC6.0高級(jí)語(yǔ)言編程，操作簡(jiǎn)單，可視化強(qiáng)，并有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)庫(kù)管理功能。

5）標(biāo)準(zhǔn)測(cè)流表格的生成打印。

6）年度對(duì)測(cè)流成果自動(dòng)生成和打印匯編表。

1.3 水下發(fā)射器技術(shù)性能特點(diǎn)

采用PIC165X單片微型計(jì)算機(jī)，負(fù)責(zé)信號(hào)采集、處理及發(fā)送控制。

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

2）切入信號(hào)的免絕緣，免防水接線技術(shù)。該技術(shù)允許用戶(hù)勿需對(duì)入水、河底、流速儀進(jìn)行任何防水、絕緣處理，可直接接發(fā)送器，簡(jiǎn)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(wú)信號(hào)時(shí)，自動(dòng)進(jìn)入下電節(jié)電模式，功耗＜1mA；有信號(hào)時(shí)，CPU立刻喚醒，進(jìn)行信號(hào)發(fā)送工作，工作電流＜2mA，因工作時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于睡眠時(shí)間，從而達(dá)到電池節(jié)電的目的。

1.4 硬件電路設(shè)計(jì)

硬件電路采用單總線設(shè)計(jì)技術(shù)，增強(qiáng)了系統(tǒng)工作的可靠性，RS232接口電路實(shí)現(xiàn)單片微機(jī)（下位機(jī)）與PC機(jī)或筆記本電腦（上位機(jī)）的信息傳遞，如斷面信息、儀器型號(hào)，計(jì)算公式、統(tǒng)計(jì)結(jié)果、測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)等，所有的數(shù)據(jù)傳遞都附有CRC效驗(yàn)碼生成多項(xiàng)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(cè)算儀的工作原理分為三部分：

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

2）無(wú)線信號(hào)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(jì)算、數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、查閱和計(jì)算結(jié)果的查詢(xún)部分。

3）數(shù)據(jù)庫(kù)管理、結(jié)果打印、歷史記錄查詢(xún)、統(tǒng)計(jì)報(bào)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(jī)完成。該功能屬于附加功能，這部分功能可以根據(jù)客戶(hù)需求配置。即：采集儀下位機(jī)可以單獨(dú)使用，亦可與PC機(jī)或筆記本電腦配合使用，上位機(jī)生成可視化操作平面，接收下位機(jī)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(dú)使用，亦可與PC機(jī)或筆記本電腦配合使用，上位機(jī)生成可視化操作平面，接收下位機(jī)傳送的數(shù)據(jù)信息。另外還具有數(shù)據(jù)庫(kù)管理、結(jié)果打印、歷史記錄查詢(xún)等功能，下采集儀采用新型PIC單片微機(jī)，負(fù)責(zé)信號(hào)采集、數(shù)據(jù)計(jì)算等。

2.3 水下信號(hào)器工作原理

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

當(dāng)有信號(hào)輸入時(shí)，CPU立即進(jìn)入正常工作模式，功耗＜2mA，控制信號(hào)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(hào)儀器每轉(zhuǎn)發(fā)送一次。

3 結(jié)語(yǔ)

LDH-A型綜合流量測(cè)算儀的研制成功，為水資源的保護(hù)利用提供精確的計(jì)量工具和手段，同時(shí)對(duì)推動(dòng)水利水文現(xiàn)代化建設(shè)和水文站隊(duì)結(jié)合的步伐，提高水文測(cè)驗(yàn)的自動(dòng)化水平，促進(jìn)水文測(cè)驗(yàn)向高精度發(fā)展，具有重要意義。

（責(zé)任編輯趙其芬）

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1009-6159（2014）-01-0060-02

2013-10-01

邢瑞萍（1956—），男，工程師