陳立華 ，鄧芳芳 ，鄭應(yīng)成

（1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西省南寧市 530004 ；2. 廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西省南寧市 530004；3.廣西壯族自治區(qū)水文水資源局， 廣西省南寧市 530023）

流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)研發(fā)與應(yīng)用

陳立華1，2，鄧芳芳1，2，鄭應(yīng)成3

（1.廣西大學(xué)土木建筑工程學(xué)院，廣西省南寧市 530004 ；2. 廣西防災(zāi)減災(zāi)與工程安全重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，廣西省南寧市 530004；3.廣西壯族自治區(qū)水文水資源局， 廣西省南寧市 530023）

為了解決華南水文儀器檢測(cè)中心儀器老化等的問(wèn)題，研發(fā)了流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的硬件和上位機(jī)軟件。本研究重點(diǎn)解決該系統(tǒng)改造過(guò)程中的采集系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)及儀器常數(shù)a和水力螺距b的計(jì)算。硬件電路設(shè)計(jì)方面采用隔離變壓器、核心電路與外圍電路單獨(dú)供電且通過(guò)磁耦合進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)却胧┓乐垢蓴_信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)采集電路的影響；選擇不同的延時(shí)去抖動(dòng)時(shí)間和延時(shí)判決時(shí)間實(shí)現(xiàn)去抖動(dòng)。系統(tǒng)軟件方面設(shè)計(jì)了ASCII編碼的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的接收與解譯、參數(shù)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息查詢(xún)、生成報(bào)表等功能。通過(guò)現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，驗(yàn)證了該系統(tǒng)能夠精確、快速地運(yùn)行。

檢定；數(shù)據(jù)采集；信號(hào)處理；流速儀

1 研究背景

我國(guó)始于1943年模仿美國(guó)Price旋杯式流速儀生產(chǎn)轉(zhuǎn)子式流速儀[1]，20世紀(jì)70年代后流速儀在我國(guó)的應(yīng)用得到快速發(fā)展。流速儀長(zhǎng)期在野外進(jìn)行工作，為了保證測(cè)量的準(zhǔn)確性，《中華人民共和國(guó)計(jì)量法》第九條規(guī)定需定期對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)制檢定。為了規(guī)范流速儀檢定行業(yè)的工作，國(guó)家頒布了一系列相關(guān)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)：1995年，水利部頒布《直線明槽中轉(zhuǎn)子式流速儀的檢定》[2]；2008年，對(duì)檢定標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行修訂，頒布《直線明槽中的轉(zhuǎn)子式流速儀檢定/校準(zhǔn)方法》[3]?，F(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定了轉(zhuǎn)子式流速儀檢定的原理、設(shè)備、方法、證書(shū)、資料以及檢定槽的驗(yàn)收等內(nèi)容。

當(dāng)前我國(guó)共10處水文儀器檢測(cè)中心已經(jīng)擁有流速儀檢定系統(tǒng)。大多數(shù)檢定車(chē)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)使用時(shí)間較長(zhǎng)，華南水文儀器檢測(cè)中心更是存在系統(tǒng)設(shè)備陳舊、檢定效率較低等問(wèn)題。1999年李琛[4]等人便對(duì)華東水文儀器檢測(cè)中心流速儀檢定車(chē)進(jìn)行了全面的改造，2010年Qian Fei等[5]曾利用遠(yuǎn)程測(cè)控系統(tǒng)和PLC對(duì)流速儀檢定車(chē)進(jìn)行了改造，2012年周琪羽等[6]人也曾對(duì)東部水文儀器檢測(cè)中心流速儀檢定車(chē)進(jìn)行了改造。本課題針對(duì)華南水文儀器檢測(cè)中心對(duì)其流速儀檢定車(chē)進(jìn)行改造，研發(fā)流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件與上位機(jī)軟件。

2 流速儀檢定車(chē)工作原理

國(guó)內(nèi)外流速儀的檢定方法并無(wú)太大的區(qū)別[7]。目前國(guó)內(nèi)外室內(nèi)流速儀的檢定設(shè)備由檢定槽、檢定車(chē)、軌道、控制系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)、安全系統(tǒng)以及供排水系統(tǒng)等組成。流速儀檢定車(chē)工作原理：在橫斷面均勻的檢定槽中，在軌道上行駛的檢定車(chē)以若干穩(wěn)定速度牽引流速儀，使固定在測(cè)桿上的流速儀在靜水中行進(jìn)，測(cè)定檢定車(chē)的速度和流速儀轉(zhuǎn)子的轉(zhuǎn)速，對(duì)這兩組數(shù)據(jù)用方程式以及圖表建立相關(guān)關(guān)系[3]?，F(xiàn)行流速儀檢定車(chē)可檢測(cè)的流速儀型號(hào)主要有10種，分別是LS25-1-1、LS25-3、LS25-1-2、LS25-1-A、LS10、LS68、LS78、LS 45、LS1206B、LS20。

在檢定流速儀過(guò)程中，將一定數(shù)量的流速儀懸掛于流速儀檢定車(chē)上（一般是3臺(tái)），通過(guò)測(cè)速輪測(cè)出前進(jìn)的流速儀檢定車(chē)的車(chē)速，并將單片機(jī)檢測(cè)到的測(cè)試輪的脈沖、儀器的閉合周期送到計(jì)算機(jī)內(nèi)。以LS25-1-1型流速儀為例，當(dāng)車(chē)速一定時(shí)在水下的儀器槳葉每轉(zhuǎn)20周，儀器內(nèi)部就有一個(gè)觸點(diǎn)閉合一次，時(shí)長(zhǎng)是3轉(zhuǎn)，然后斷開(kāi)，如此循環(huán)。張新書(shū)[8]所改造的流速儀檢定車(chē)，所使用的二次儀表只能搭配固定型號(hào)。而本次研發(fā)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)并沒(méi)有限定檢測(cè)的流速儀型號(hào)，且新型號(hào)流速儀所有參數(shù)都可在以后檢測(cè)需要時(shí)自行添加。當(dāng)檢測(cè)完畢時(shí)，將檢測(cè)數(shù)據(jù)上傳到計(jì)算機(jī)進(jìn)行處理，采用最小二乘法擬合檢定公式參數(shù)。

3 流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)思路

根據(jù)華南水文儀器檢測(cè)中心的功能需求，設(shè)計(jì)流速儀信號(hào)采集系統(tǒng)框圖如圖1所示。將流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)分為兩個(gè)部分：流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件和該系統(tǒng)上位機(jī)軟件。上位機(jī)指數(shù)據(jù)處理計(jì)算機(jī)，即本地的PC機(jī)；下位機(jī)指該系統(tǒng)硬件，即電路板單元。

3.1 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)思路

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件采用磁耦合電路，可同時(shí)接入三臺(tái)流速儀。信號(hào)采集系統(tǒng)是由數(shù)據(jù)采集接口電路，CPU（中心處理器）以及通信接口電路組成。流速儀脈沖信號(hào)經(jīng)數(shù)據(jù)采集接口電路傳入CPU，采集流速儀的速度以及轉(zhuǎn)率，并將CPU計(jì)算的轉(zhuǎn)率傳到通信接口，然后經(jīng)由串口通信上傳至數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上位機(jī)。

3.2 數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上位機(jī)軟件設(shè)計(jì)思路

軟件開(kāi)發(fā)和運(yùn)行的操作系統(tǒng)為Windows 8；開(kāi)發(fā)語(yǔ)言采用C#語(yǔ)言；開(kāi)發(fā)平臺(tái)為Visual Studio 2010。數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上位機(jī)軟件分為數(shù)據(jù)接收模塊、數(shù)據(jù)計(jì)算模塊、歷史查詢(xún)模塊、信息管理模塊4個(gè)模塊。該系統(tǒng)軟件采用ASCII編碼的通信協(xié)議與硬件系統(tǒng)相連，實(shí)現(xiàn)對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收，上位機(jī)可實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)解譯、數(shù)據(jù)擬合計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息查詢(xún)、生成報(bào)表等功能。上位機(jī)通過(guò)該系統(tǒng)硬件檢測(cè)出的檢定車(chē)速度v和流速儀轉(zhuǎn)子轉(zhuǎn)率n完成一系列的數(shù)據(jù)處理工作。根據(jù)計(jì)算處理得到的全線平均相對(duì)誤差和全線相對(duì)均方差m數(shù)據(jù)可判斷流速儀是否合格，然后自動(dòng)生成檢定報(bào)告，即完成檢定工作。

4 流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)改造關(guān)鍵技術(shù)

流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)改造的關(guān)鍵點(diǎn)在于采集系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)、通信協(xié)議、數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及儀器常數(shù)a和水力螺距b的計(jì)算。

4.1 硬件設(shè)計(jì)

數(shù)據(jù)采集電路所在的工作現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境十分復(fù)雜，存在伺服電機(jī)輻射出的極強(qiáng)電磁諧波、導(dǎo)軌等機(jī)械摩擦產(chǎn)生的靜電、滑動(dòng)式供電回路產(chǎn)生的電磁火花干擾等，電路必須適應(yīng)這種電磁環(huán)境并能穩(wěn)定、可靠地工作，這是本次電路設(shè)計(jì)的重點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一的目標(biāo)，從以下幾個(gè)方面對(duì)電路進(jìn)行設(shè)計(jì)。

圖1 流速儀信號(hào)采集系統(tǒng)框圖Fig.1 Structure of signal acquisition system

4.1.1 抗干擾

從供電電路方面提高電路的抗干擾能力。數(shù)據(jù)采集電路與伺服電機(jī)等強(qiáng)電類(lèi)設(shè)備共接一個(gè)電網(wǎng)，由于這些強(qiáng)電類(lèi)設(shè)備的高能耗、強(qiáng)電磁輻射等特性會(huì)造成電網(wǎng)嚴(yán)重的干擾，數(shù)據(jù)采集電路直接連接這樣的電網(wǎng)將有嚴(yán)重的不良后果。本課題采取了多重措施防止干擾信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)采集電路的影響。一方面是采用隔離變壓器，充分利用其磁耦合、無(wú)電聯(lián)系的特性，以解決數(shù)據(jù)采集電路與強(qiáng)電設(shè)備電網(wǎng)共線的問(wèn)題，而且對(duì)一些尖峰脈沖能起到很好的抑制作用；另一方面是核心電路與外圍電路單獨(dú)供電，數(shù)據(jù)采集電路設(shè)計(jì)分成外圍電路與核心電路兩部分，外圍電路是指與流速儀、檢定車(chē)速度信號(hào)盤(pán)及通信接口相連接的部分電路，核心電路是指波形整形及CPU等部分電路，兩者之間是通過(guò)光電耦合進(jìn)行信號(hào)傳輸且沒(méi)有直接的電聯(lián)系，這個(gè)措施有效地抑制了干擾信號(hào)從地入侵的問(wèn)題。

4.1.2 去抖動(dòng)

數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件應(yīng)能根據(jù)不同型號(hào)的流速儀在不同的速度點(diǎn)，選擇不同的“延時(shí)去抖動(dòng)”時(shí)間和“延時(shí)判決”時(shí)間。目前使用的轉(zhuǎn)葉式流速儀開(kāi)關(guān)信號(hào)大多數(shù)為機(jī)械觸點(diǎn)式，這類(lèi)開(kāi)關(guān)抖動(dòng)性大，特別在開(kāi)關(guān)接觸及脫離的兩個(gè)位置上抖動(dòng)十分明顯，這給準(zhǔn)確判讀開(kāi)關(guān)信號(hào)帶來(lái)了極大的困難，即便是相同型號(hào)的流速儀在不同的速度點(diǎn)上開(kāi)關(guān)通斷的周期也有所不同，最大相差可達(dá)一個(gè)數(shù)據(jù)量級(jí)。況且實(shí)際檢定中流速儀的型號(hào)可能不同，不同的流速儀有著不同的轉(zhuǎn)響比和不同的轉(zhuǎn)率，因此用一個(gè)固定的延時(shí)去抖動(dòng)時(shí)間和延時(shí)判決時(shí)間來(lái)判讀一個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)是不行的。該系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)的核心就是根據(jù)不同的流速儀在不同的速度點(diǎn)，能夠智能性地選擇不同延時(shí)去抖動(dòng)時(shí)間和延時(shí)判決時(shí)間。

圖2 數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表關(guān)聯(lián)圖Fig.2 Relevance of database

4.2 數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)采用SQL Sever 2012數(shù)據(jù)庫(kù)，主要包含計(jì)算成果表、檢定計(jì)算表、基本信息類(lèi)表，數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表關(guān)系如圖2所示。其中基本信息類(lèi)表包含流速儀型號(hào)、送檢單位、儀器類(lèi)型、檢定單位等有關(guān)常用參數(shù)；計(jì)算成果表共有20個(gè)字段，儲(chǔ)存計(jì)算信息；檢定計(jì)算表有11個(gè)字段，儲(chǔ)存計(jì)算數(shù)據(jù)；其余各只有一個(gè)字段，分別儲(chǔ)存常用信息。

4.3 通信協(xié)議

此次串口通信采用ASCII編碼的通信協(xié)議，波特率采用9600bps，8個(gè)數(shù)據(jù)位，1個(gè)停止位。通信協(xié)議中，上行（數(shù)據(jù)上行）是數(shù)據(jù)從下位機(jī)向上位機(jī)傳送；下行（數(shù)據(jù)下行）是數(shù)據(jù)從上位機(jī)向下位機(jī)傳送。以流速儀基本參數(shù)為例：

上行：AA AA+給定點(diǎn)速度+AB+Data_b+AC+Data_a+AD+轉(zhuǎn)響比+AE+1號(hào)流速儀是否檢定+AF+2號(hào)流速儀是否檢定+BA+3號(hào)流速儀是否檢定+BB+檢定點(diǎn)順序號(hào)（十六進(jìn)制1個(gè)字節(jié)）+BC+采集信號(hào)個(gè)數(shù)（1個(gè)字節(jié)十六進(jìn)制）+BD+參考轉(zhuǎn)率+BE+型號(hào)+BF+參考周期（s）+FF FF。

例 如：AA AA 33 2E 35 30 30 30 30 30 AB 30 2E 32 37 38 30 30 30 AC 30 2E 36 39 38 30 30 30 AD 32 30 2E 30 30 30 30 30 30 AE 31 AF 30 BA 30 BB 01 BC 14 BD 31 30 2E 30 37 39 31 34 30 BE 4C 53 20 32 35 20 41 BF 31 2E 39 38 34 32 39 37 FF FF

下行：EE +89 +FF FC FF FF

參數(shù)說(shuō)明：EE EE為開(kāi)始標(biāo)識(shí)符，F(xiàn)F FF為終止標(biāo)識(shí)符（“+”號(hào)不傳送）。

4.4 儀器常數(shù)a和水力螺距b的計(jì)算

擬合儀器常數(shù)a和水力螺距b時(shí)，根據(jù)《直線明槽中的轉(zhuǎn)子式流速儀檢定/校準(zhǔn)方法》現(xiàn)行標(biāo)準(zhǔn)，不考慮低速和中高速對(duì)直線的影響度差別而對(duì)其直線部分統(tǒng)一擬合，用直線方程v=a+bn作為檢定結(jié)果，用檢定點(diǎn)擬合檢定公式時(shí)采用最小二乘法計(jì)算a、b值。最小二乘法公式具體如式（1）所示：

式中：a——流速儀的儀器常數(shù)，m/s；

i——測(cè)點(diǎn)個(gè)數(shù)；

N——參與計(jì)算的點(diǎn)數(shù)；

vi——測(cè)點(diǎn)實(shí)測(cè)速度，m/s；

ni——測(cè)點(diǎn)轉(zhuǎn)率，s-1；

b——儀器的水力螺距，m。

5 流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)功能

5.1 流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件功能

該系統(tǒng)硬件功能主要為檢測(cè)流速儀的速率，采用觸摸式顯示屏，如圖3所示根據(jù)所測(cè)流速儀型號(hào)輸入?yún)?shù)、檢測(cè)序號(hào)、檢測(cè)信號(hào)個(gè)數(shù)，并確認(rèn)流速儀是否檢測(cè)，則可點(diǎn)擊確認(rèn)輸入?yún)?shù)。當(dāng)檢定時(shí)，顯示屏將實(shí)時(shí)顯示時(shí)間、給定檢測(cè)點(diǎn)速度以及檢定車(chē)當(dāng)前的速度等。待檢定車(chē)速穩(wěn)定后，便可按下開(kāi)始采集鍵開(kāi)始采集數(shù)據(jù)，每采集一個(gè)數(shù)據(jù)便會(huì)有蜂鳴器及LED燈提醒；采集完畢后，系統(tǒng)將計(jì)算出實(shí)測(cè)轉(zhuǎn)率和采集的平均速度，按下確認(rèn)鍵將結(jié)果上傳給上位機(jī)，然后進(jìn)行下一檢測(cè)點(diǎn)的檢測(cè)。

5.2 流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上位機(jī)軟件功能

上位機(jī)軟件的四個(gè)模塊主要功能如下：

5.2.1 數(shù)據(jù)接收模塊

圖3 硬件界面圖Fig.3 Interface of hardware

本次研發(fā)采用Microsoft Communications Control控件（MSComm）[9]實(shí)現(xiàn)單片機(jī)與上位機(jī)的通信。該模塊能實(shí)時(shí)接收數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上傳的數(shù)據(jù)，同時(shí)與下位機(jī)通信確認(rèn)已接收數(shù)據(jù)。原軟件輸入檢測(cè)數(shù)據(jù)采用人工輸入浮點(diǎn)式數(shù)據(jù)，該次研發(fā)軟件可自動(dòng)接收采集數(shù)據(jù)，接收速度快且采集的數(shù)據(jù)精度更高。若接收數(shù)據(jù)時(shí)顯示接收出錯(cuò)，可按確認(rèn)結(jié)果鍵重新接收數(shù)據(jù)。對(duì)于未檢測(cè)完畢的一組數(shù)據(jù)，可以選擇在數(shù)據(jù)庫(kù)中查找檢測(cè)日期及型號(hào)，補(bǔ)全未檢測(cè)完畢的數(shù)據(jù)。接收確認(rèn)后對(duì)上傳的數(shù)據(jù)解譯，并將解譯后的結(jié)果給定一個(gè)檢定編號(hào)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以供隨時(shí)查詢(xún)和調(diào)用。

5.2.2 數(shù)據(jù)計(jì)算模塊

該模塊可查詢(xún)出數(shù)據(jù)解譯后的結(jié)果，根據(jù)v、n值選擇有效的檢測(cè)點(diǎn)擬合檢定參數(shù)a、b值，并在該界面輸入相應(yīng)流速儀常用參數(shù)，例如送檢單位、檢定單位等，如圖4所示。根據(jù)擬合出的a、b值計(jì)算出儀器速度、相對(duì)誤差、絕對(duì)誤差等，繪出相關(guān)圖，由計(jì)算結(jié)果判斷檢測(cè)的流速儀是否合格，并將計(jì)算結(jié)果與信息存入數(shù)據(jù)庫(kù)，同時(shí)系統(tǒng)會(huì)自動(dòng)根據(jù)計(jì)算結(jié)果生成Word文檔格式的檢定報(bào)告。

5.2.3 歷史查詢(xún)模塊

該模塊可查詢(xún)數(shù)據(jù)庫(kù)計(jì)算結(jié)果，共設(shè)有三個(gè)條件框可同時(shí)輸入查詢(xún)信息，支持按檢定編號(hào)、儀器類(lèi)型、儀器號(hào)碼等條件進(jìn)行查詢(xún)。在條件框選定需查詢(xún)的條件和輸入查詢(xún)關(guān)鍵字后，按下查詢(xún)條件按鈕后就可查詢(xún)歷史結(jié)果以及計(jì)算信息，右下角將顯示查詢(xún)出符合條件的數(shù)據(jù)記錄數(shù)，并可根據(jù)需要將查詢(xún)結(jié)果按Excel文件導(dǎo)出。

5.2.4 信息管理模塊

該模塊提供了強(qiáng)大的多數(shù)據(jù)表數(shù)據(jù)管理功能，可根據(jù)選擇出的條件顯示出相應(yīng)的流速儀常用信息表，包括檢定單位、送檢單位、儀器類(lèi)型等數(shù)據(jù)表，主要功能是對(duì)常用信息進(jìn)行添加、修改、刪除記錄等管理操作，能滿(mǎn)足用戶(hù)大多數(shù)的要求。

6 應(yīng)用與驗(yàn)證

根據(jù)華南水文儀器檢測(cè)中心的要求，對(duì)研發(fā)的流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)進(jìn)行了測(cè)試。

（1）數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件：經(jīng)驗(yàn)證，流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)硬件實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)的一系列功能，可實(shí)時(shí)獲取流速儀車(chē)速以及轉(zhuǎn)率，由此可以看出抗干擾措施、去抖動(dòng)措施有效，該硬件可以正常使用。

圖4 數(shù)據(jù)計(jì)算界面Fig.4 Interface of calculation

（2）數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)上位機(jī)軟件：檢定數(shù)據(jù)可上傳到上位機(jī)；據(jù)測(cè)得的數(shù)據(jù)，在該上位機(jī)軟件上可以正確的擬合出a、b、全線平均相對(duì)誤差和全線相對(duì)均方差；計(jì)算完畢后，可將計(jì)算結(jié)果存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并可自動(dòng)生成檢定報(bào)告。以檢定編號(hào)為2015101103為例，共測(cè)得21個(gè)點(diǎn)，使用19個(gè)點(diǎn)進(jìn)行擬合，全線平均相對(duì)誤差為0.8905，全線相對(duì)均方差為1.4586，該流速儀合格。

綜上所述，本課題所研發(fā)的流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)可有效地驗(yàn)證流速儀是否合格，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)目標(biāo)，說(shuō)明該系統(tǒng)確實(shí)可行。檢定編號(hào)為2015101103的實(shí)例如圖4所示，該圖反映了在華南水文儀器檢測(cè)中心測(cè)試的結(jié)果表明改造后的系統(tǒng)滿(mǎn)足流速儀檢定的要求，擬合后的流速儀速度曲線圖與實(shí)測(cè)流速儀速度散點(diǎn)圖如圖5所示。

7 結(jié)束語(yǔ)

針對(duì)華南水文儀器檢測(cè)中心儀器老化等問(wèn)題，按照該檢測(cè)中心的功能需求研發(fā)了流速儀檢定車(chē)數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的下位機(jī)硬件和上位機(jī)軟件：

（1）針對(duì)數(shù)據(jù)采集電路所在的工作現(xiàn)場(chǎng)復(fù)雜的電磁環(huán)境，重點(diǎn)進(jìn)行了硬件電路設(shè)計(jì)以適應(yīng)現(xiàn)場(chǎng)電磁環(huán)境。采用隔離變壓器解決數(shù)據(jù)采集電路與強(qiáng)電設(shè)備電網(wǎng)共線的問(wèn)題；在電路設(shè)計(jì)中，將核心電路與外圍電路單獨(dú)供電，再通過(guò)光電耦合進(jìn)行信號(hào)傳輸?shù)却胧┓乐垢蓴_信號(hào)對(duì)數(shù)據(jù)采集電路的影響；選擇不同的“延時(shí)去抖動(dòng)”時(shí)間和“延時(shí)判決”時(shí)間實(shí)現(xiàn)“去抖動(dòng)”。通過(guò)上述措施使得下位機(jī)能夠穩(wěn)定、可靠地工作。

圖5 擬合速度與實(shí)測(cè)速度關(guān)系圖Fig.5 Chart of fitting and the actual speed

（2）基于Visual Studio2010平臺(tái)和SQL Server 2012數(shù)據(jù)庫(kù)采用C#語(yǔ)言編寫(xiě)代碼開(kāi)發(fā)了系統(tǒng)軟件。在開(kāi)發(fā)過(guò)程主要解決了以下關(guān)鍵問(wèn)題：根據(jù)ASCII編碼的通信協(xié)議與該系統(tǒng)硬件進(jìn)行數(shù)據(jù)通信；采用最小二乘法對(duì)檢測(cè)數(shù)據(jù)擬合計(jì)算出a、b；針對(duì)采集數(shù)據(jù)特點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)庫(kù)表結(jié)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)，主要包括計(jì)算成果表、檢定計(jì)算表、基本信息類(lèi)表。該軟件實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)據(jù)的發(fā)送與接收、數(shù)據(jù)解譯、數(shù)據(jù)計(jì)算、數(shù)據(jù)庫(kù)管理、信息查詢(xún)等功能。

（3）通過(guò)對(duì)研發(fā)的數(shù)據(jù)采集與處理系統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，能夠快速、可靠地運(yùn)行，驗(yàn)證了該系統(tǒng)可以取代原系統(tǒng)在華南水文儀器檢測(cè)中心執(zhí)行流速儀的檢定工作。

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Research and Development of Data Acquisition and Processing System for Verification of Current Meter

CHEN Lihua1,2, DENG Fangfang1,2,ZHENG Yingcheng3
(1. College of Civil Engineering and Architecture, Guangxi University, Nanning 530004, China; 2. Key Laboratory of Disaster

In order to solve aging equipment of the South China Hydrological Instrument Testing Center， the data acquisition and processing system hardware and software of current meter calibration vehicle are reformed. This study focused on solving the key technology of hardware design， the system transformation process in the system of data communication protocol， database table structure design and the calculation of instrument constants and hydraulic screw pitch. The design of hardware of the system using the isolation transformer， and the core circuit powering peripheral circuit alone and through the photocoupling for signal transmission and other measures to prevent the influence of interference data acquisition circuit，select a different time of “delay to the jitter and delay judgment”decision to achieve “jitter”. Software of the system is designed by communication protocol by ASCII code and database table structure，realizes sending and receiving， data interpretation， calculation of parameters， database management， information query， report generation function. Through test， it is proved that the system can work accurately and quickly and reliably.

calibration； data acquisition； signal processing；current meter

TV53+8.4

A

570.1020

10.3969/j.issn.2096-093X.2017.01.013

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51469002）；廣西科學(xué)研究與技術(shù)開(kāi)發(fā)計(jì)劃（桂科攻1298005-6）。

Project Supported by National Natural Science Foundation of China（51469002）;Guangxi Scientific Research and Technology Development Program（Guangxi Science and Technology Project 1298005-6）.

2016-04-09

2016-05-20

陳立華（1980—），男，教授，博士后，主要研究方向：流域水文預(yù)報(bào)和水資源優(yōu)化配置。E-mail：zgfjclh@163.com

鄧芳芳（1992—），女，碩士研究生，主要研究方向：流域水文預(yù)報(bào)與水資源優(yōu)化配置。E-mail：1091763532@qq.com

鄭應(yīng)成（1960—），男，工程師，主要研究方向：水文儀器檢測(cè)與管理。E-mail： 737894069@qq.comPrevention and Safety Engineering in Guangxi, Nanning 530004,China; 3. The Guangxi Zhuang Autonomous Region Hydrology and Water Resources Bureau, Nanning 530023, China)