CN102944266A - 一种基于水位流量关系的明渠量水计 - Google Patents

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罗玉峰
彭世彰
顾宏
杨士红
付浩龙
闫欣
徐俊增
王卫光
李江安
孙勇
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Abstract

本发明涉及一种测量用具，尤其涉及一种基于水位流量关系的明渠量水计。支架的顶端布置蓄电池，蓄电池上布置太阳能电板，太阳能电板与蓄电池连接；压力式水位传感器的探头固定在灌区明渠内；压力式水位传感器与控制盒的输入端连接，电脑终端与控制盒相连。本发明提出一种新型的灌区明渠水量测算方法，为灌溉水计量收费提供了可能，可方便灌溉管理。改进了传统的量水槽、堰测流的方法，根据水位流量关系推算出流量和灌溉水量，基本无水头损失，可扩大灌区自流灌溉面积。本发明具有智能化运行的优点，所需电能来自于太阳能，不需要另外布置线路，能够自动化运行，灌区工作人员可以从电脑终端读取灌溉水量，用来指导灌溉决策。

Description

一种基于水位流量关系的明渠量水计
技术领域
本发明涉及一种测量用具，尤其涉及一种基于水位流量关系的明渠量水计。
背景技术
目前，我国灌区的农业用水水价单一，没有反映当地水资源的稀缺程度，而且每年按亩分摊征收，造成了水资源在丰水期的严重浪费，而在枯水期又无水可用的局面。基于此，农业用水的计量收费显得很有必要，灌区可以适当引入丰枯季节差价和定额内外用水差价，从而实现水资源的合理配置。
一方面，我国的灌区具备计量条件的很少，而且计量设施落后、管理较为混乱，因此上述引入差价的措施并不能取得良好的应用效果；另一方面，目前的计量设施主要是量水槽或者量水堰，这样的量水设施需对原有渠道进行改造、增加了水头损失，从而减小了自流灌溉面积，降低了灌溉效率。而其它较精确且没有水头损失的计量设备（如超声波量水计）则价格昂贵。
发明内容
本发明针对上述不足提供了一种基于水位流量关系的明渠量水计。
本发明采用如下技术方案：
本发明所述的一种基于水位流量关系的明渠量水计，包括太阳能电板、支架、蓄电池、压力式水位传感器、控制盒、电脑终端；所述的支架的顶端布置蓄电池，蓄电池上布置太阳能电板，太阳能电板与蓄电池连接；压力式水位传感器的的探头固定在灌区明渠内；压力式水位传感器与控制盒的输入端连接，电脑终端与控制盒相连。
本发明所述的基于水位流量关系的明渠量水计，所述的控制盒包括模数转换器，单片机，无线通信模块；所述的单片机的输入端与控制盒内的压力式水位传感器输入端相连，单片机分别连接模数转换器与无线通信模块。
本发明所述的基于水位流量关系的明渠量水计，所述的模数转换器是双积分式模数转换器，将压力式水位传感器输出的电信号转换成数字信号。
本发明所述的基于水位流量关系的明渠量水计，所述的电脑终端与控制盒之间通过无线方式连接。
本发明所述的基于水位流量关系的明渠量水计，所述的控制盒布置在支架上。
有益效果
本发明提供的一种基于水位流量关系的明渠量水计，提出了一种新型的灌区明渠水量测算方法，为灌溉水计量收费提供了可能，可方便灌溉管理。本发明改进了传统的量水槽、堰测流的方法，根据水位流量关系推算出流量和灌溉水量，基本无水头损失，可扩大自流灌溉面积。本发明具有智能化运行的优点，所需电能来自于太阳能，不需要另外布置线路，能够自动化运行，灌区工作人员可以从电脑终端读取灌溉水量，用来指导灌溉决策。
附图说明
图1是本发明的结构示意图；
图2是本发明的整体装置运行流程图；
图3是本发明的信号处理装置结构示意图；
图4是本发明的控制盒结构示意图；
图中1是太阳能电板、2是支架、3是蓄电池、4是压力式水位传感器、5是模数转换器、6是单片机、7是无线通信模块、8是控制盒、9是电脑终端。
具体实施方式
下面结合附图对本发明进一步详细说明：
如图所示：一种基于水位流量关系的明渠量水计，太阳能电板1、支架2、蓄电池3、压力式水位传感器4、模数转换器5，单片机6，无线通信模块7控制盒8、电脑终端9；单片机6是MC51单片机。
支架2的顶端布置蓄电池3，蓄电池3上布置太阳能电板1，太阳能电板1与蓄电池3连接；压力式水位传感器4的探头安装固定在与明渠联通的水位观测井内，保持与渠底适宜的距离（H                                                
Figure 610093DEST_PATH_IMAGE002
）。；压力式水位传感器4与控制盒8的输入端连接，电脑终端9与控制盒8相连。控制盒8包括模数转换器5，单片机6，无线通信模块7；所述的单片机6的输入端与控制盒8内的压力式水位传感器4输入端相连，单片机6分别连接模数转换器5与无线通信模块7。模数转换器5采用双积分式模数转换器，抗干扰能力强、与MC51单片机接口方便、价格便宜，分别与压力式水位传感器4和MC51单片机6相连接，将压力式水位传感器输出的模拟信号（电压值）经过模数转换后变成数字信号（即水位值h），然后发送存储在MC51单片机6内。电脑终端9与控制盒8之间通过无线方式连接。控制盒8布置在支架2上。
蓄电池3为12V铅蓄电池，与所述的多晶硅太阳能电板1相连接。（这个连接中好像有个充电控制单元，功能好像是在白天太阳能板工作时太阳能板为仪器供电，同时可给蓄电池充电，太阳能板不工作时，蓄电池给仪器供电）
电脑终端9上运行有上位机程序，负责流量Q、灌水历时T和灌水量W的计算工作，并将结果进行实时显示，是本发明的控制终端。
然而由于不同的渠道的断面、渠床糙率n、渠底比降i都不同，因此各自的水位流量关系式存在差异，所以首先需要对渠道的水位流量关系进行率定。方法如下：在测流断面设立固定水尺,水尺以渠底的平均高程为零点，最小刻度为0.01m，利用流速仪测量不同水位时相应的断面平均流速，并由此计算不同水位时对应的流量。采用回归分析法建立水位流量关系式。
压力式水位传感器4的探头安装固定在与渠道联通的水位观测井内，保持与渠底适宜的距离（H），当灌区明渠正常输水时，压力式水位传感器4测出测点的静水压力为：P=Hρ（其中：P为测点的静水压力；H为测点距水面的距离；ρ为水体容重），由此推算出测点水位：H
Figure 2012104973858100002DEST_PATH_IMAGE003
=H
Figure 42223DEST_PATH_IMAGE002
+P/ρ。
压力式水位传感器4将检测到的压力信号转换成电信号，该信号与所测水位成线性关系。压力式水位传感器4输出的电信号为模拟量信号，所述的模数转换器5采用双积分式ADC芯片，负责将模拟量信号转换成数字量，以便MC51单片机6能够接收水位值（H
Figure 121038DEST_PATH_IMAGE004
）。
无线通信模块7采用串口通信，负责MC51单片机6与电脑终端9之间的通信，所述的MC51单片机6将接收到的水位值H
Figure 2012104973858100002DEST_PATH_IMAGE005
通过无线通信模块7发送至电脑终端9。
电脑终端9是本发明的数据处理中心和控制终端，主要为基于Visual Basic 6.0的上位机程序的运行提供平台。本发明首先通过率定得出了水位流量关系式Q＝f(h),将该公式用VB语言编程，嵌套进上位机程序内，即可以通过压力式水位传感器4测出的水位值H
Figure 494381DEST_PATH_IMAGE006
推算出明渠的流量Q。在上位机程序中，使用Timer控件实现灌水历时的计算功能，将Timer控件的Interval属性可设置为1000~3600000，即计时单位为1秒~1小时，将计时结果T显示在文本框TextBox内，由此即可推算出本次灌水量W=Q×T，并显示在文本框内，这有助于实现灌溉水计量收费，并指导灌溉决策。
本发明中涉及的未说明部分与现有技术相同或采用现有技术加以实现。

Claims (5)

1.一种基于水位流量关系的明渠量水计，其特征在于：包括太阳能电板（1）、支架（2）、蓄电池（3）、压力式水位传感器（4）、控制盒（8）、电脑终端（9）；所述的支架（2）的顶端布置蓄电池（3），蓄电池（3）上布置太阳能电板（1），太阳能电板（1）与蓄电池（3）连接；压力式水位传感器（4）的的探头固定在灌区明渠内；压力式水位传感器（4）与控制盒（8）的输入端连接，电脑终端（9）与控制盒（8）相连。
2.根据权利要求1所述的基于水位流量关系的明渠量水计，其特征在于：所述的控制盒（8）包括模数转换器（5），单片机（6），无线通信模块（7）；所述的单片机（6）的输入端与控制盒（8）内的压力式水位传感器（4）输入端相连，单片机（6）分别连接模数转换器（5）与无线通信模块（7）。
3.根据权利要求1所述的基于水位流量关系的明渠量水计，其特征在于：所述的模数转换器（5）是双积分式模数转换器，将压力式水位传感器（4）输出的电信号转换成数字信号。
4.根据权利要求1所述的基于水位流量关系的明渠量水计，其特征在于：所述的电脑终端（9）与控制盒（8）之间通过无线方式连接。
5.根据权利要求1或2或4所述的基于水位流量关系的明渠量水计，其特征在于：所述的控制盒（8）布置在支架（2）上。
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