□張新書

水文行業(yè)是一種特殊的行業(yè)，其工作環(huán)境大都在野外完成，條件艱苦環(huán)境惡劣，使用的主要測量儀器是流速儀，而該儀器的傳感器部分有國家標準限制，所以后期的數(shù)據(jù)采集和處理的研究對減輕工作壓力，改善工作條件以及提高數(shù)據(jù)采集質量具有非常重要的意義；因此各地水文機構都在研究智能化的流速記錄儀器。以下以我省研制的流量測算儀為例介紹智能流量測量儀器的設計思路及應用。

1．設計思路

流量測量儀器由于其環(huán)境的特殊性和人員結構，決定了其儀器雖說速度不用太快，但卻對可靠性有比較高的要求，并盡可能的兼容多種情況。因此用流速儀進行流量巡測對流量測算儀提出了新的要求。

1.1 能適應各種數(shù)據(jù)采集手段

現(xiàn)有水文站測量斷面流量時雖然流速測量統(tǒng)一采用流速儀作為傳感器，但流速儀也分旋漿、旋杯等各種類型，且其信號接口各有不同，而且除它外，其它像測量水位、起點距、水深等測量流量的必要數(shù)據(jù)的采集方法因受多種因素的制約，已形成“百花爭鳴”的局面，改變這種狀況不僅是脫離實際的，也是目前規(guī)范所不允許的。這就要求流量測量儀器必須適應多樣化的數(shù)據(jù)采集手段，也就是說要適應各種數(shù)據(jù)接口，以便能和多種傳感器連接。

1.2 能適應各種巡測環(huán)境

各地水文部門的測驗方式逐步由駐測轉向駐測與巡測相結合的方式。與駐測相比，巡測的工作環(huán)境更復雜，對儀器的環(huán)境適應能力要求更高，對儀器的功能要求更全面，對測驗效率要求更高。這就要求智能流量測算儀具備防震、防雨性能，由于要人工使用，所以必須是小型手持式儀器，并具有自動計算、顯示、存儲、打印及建立數(shù)據(jù)庫等各種功能，以便為以后的工作提供方便。

1.3 測算精度符合規(guī)范要求

水文行業(yè)的巡測，雖不同于傳統(tǒng)的駐測，但仍屬流速儀法測流，因此其使用的儀器其測算精度必須達到規(guī)范要求，以確保水文資料的一致性。

1.4 我省智能流量測算儀總體設計方案

根據(jù)上述要求，我們制定的總體設計方案是：以單片機為核心，組成一個微功耗的，并由兩節(jié)普通干電池供電的手持式智能流量測量的儀器，可以記錄并完成各巡測站點的流速、距離、顯示、存儲等項前期任務；其中除流速測量統(tǒng)一采用流速儀做傳感器自動記錄以外，其余各項原始數(shù)據(jù)均采用現(xiàn)行的各種方法采集后，用鍵入法輸給該儀器。另外儀器具有與計算機通訊的功能；流量計算表的打印、建數(shù)據(jù)庫等后處理任務由配套的計算機完成。這一方案不僅大大簡化了單片機前向通訊配置，而且也給后續(xù)處理工作創(chuàng)造了良好的外部條件。

2.主要結構和工作原理

智能流量測算儀智能部件包括80C31單片機、128KB掉電保護數(shù)據(jù)存儲器、128KB程序存儲器、纜道測量接口電路、16×2字符式液晶顯示屏、通信接口電路、4×6陣列薄膜按鍵開關、輸入接口電路、電源變換電路及音響報警電路等（見附圖）。

流量測算儀硬件采用了節(jié)能、便攜的設計。使用微功耗芯片，簡化了不必要的程序，只設置了“工作”與“閑置”兩種運行模式；智能部件集成于一個萬用表大小的盒子中；由兩節(jié)普通1.5V5號電池供電即可保證儀器的正常運行，尤其適用野外巡測方便攜帶及低功耗的要求。

智能流量測算儀結構示意框圖

完整的測量數(shù)據(jù)采集、計算程序已預先固化在程序存儲器芯片中。當電源啟動后，儀器首先要對儀器性能進行自檢；自檢通過后進入閑置工作方式，等待命令；輸入測量斷面的相關參數(shù)數(shù)據(jù)：如斷面號、流速儀系數(shù)、施測時間、天氣、平均流速系數(shù)、邊孔流速系數(shù)和流量改正系數(shù)；然后按提示的順序通過數(shù)字鍵盤輸入測速延時、起點距、測時水位、水深等數(shù)據(jù)，并儲存于儀器中。每次按鍵相當于提出一次中斷申請，隨后該儀器便自動進入工作模式，按鍵結束后會自行退出工作模式重新進入閑置模式，等待新的申請。流速儀傳感器發(fā)出的測速信號由輸入電路進入智能部件，經過處理后的流速信號送入單片機，然后由程序自動計算測點流速值，即時顯示在液晶屏幕上，并將結果存入存儲器中。整個測流過程完成后，可以瞬時準確計算出斷面流速，顯示出測流結果并可輸出，滿足現(xiàn)場分析及拍報需求。

3．試用情況與鑒定評價

智能流量測算儀研制完成后，經我省10個直屬水文局及海委漳衛(wèi)南運河管理局引黃穿衛(wèi)樞紐管理所；山東省聊城水文水資源勘測局等單位的實際使用和對比，證明本智能測算儀其各項性能均滿足了設計方案所設計的要求；其測算結果與常規(guī)法測流時用人工計算結果完全一致。

與此同時在該智能儀器研制完成后，經河北省水利廳邀請的國內水文部門的權威專家教授，對該儀器進行了鑒定；認為“該儀器能適應野外巡測環(huán)境，能現(xiàn)場一次完成流速測量、流量計算、數(shù)據(jù)存儲等工作，后續(xù)處理工作較完善，操作簡單、穩(wěn)定可靠，性能價格比較好，測算結果符合水文測驗規(guī)范要求?？梢詼p輕測驗人員的工作強度，提高工作效率，為開展巡測儀器配套工作創(chuàng)造了有利的條件”，并認定“該儀器具有實用、新穎的特點，在多斷面巡測中一次完成流量測算方面，能夠達到國內先進水平”?！?/p>