CN105242063B - 一种基于压力传感器的储水池流速测量方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，属于自动控制和流速测量领域，包括水箱，水龙头，压力传感器，直流稳压电源，串行口，MSP430F149微处理器，数据处理算法，12864液晶显示器，PC机等。其中，水箱用来储水，水龙头负责控制水流的开关，压力传感器放置在水箱底部，用于感受水箱内液位压力的变化，其采集到的压力数据传输至MSP430F149微处理器，通过相应的数据处理算法，去除粗大误差，得到准确的AD数据，最终换算成液位高度信息和流速信息并实时显示在12864液晶显示器上，直流稳压电源则负责为各个模块供电，利用串行口，也可以将高度和流速信息显示在PC机的上位机上，实现利用压力传感器同时测量储水池液位高度和流速的目的。

Description

一种基于压力传感器的储水池流速测量方法

技术领域

本发明涉及流速测量技术、自动控制等应用领域，特别是一种基于压力传感器的储水池流速测量方法。

背景技术

流速是确定水流运动特性的基本参量之一，与我们的生活密切相关，尤其广泛用于工业生产和农业灌溉领域。例如石油的管道传输，生产车间原材料的输送，水库水位及水流大小的监测，农业灌溉中蓄水池出水量的管理，港口航道中水体流速的预警等等。由此可见，对于流速的准确测量是十分必要的。现如今，旋桨流速仪、毕托管、粒子图像测速仪、激光多普勒流速仪是几种较为成熟的典型流速测量工具，但它们仍然存在以下一些不足。旋桨流速仪在测量时会干扰流体形态，不适合紊流和边界层的测量，当流体速度较小时，测量误差大，存在测量死区；毕托管测量误差较大，其进口必须深入到测量点，干扰流体形态；粒子图像测速仪在测量时需要借助强光来获取示踪粒子运动信息，限制了其适用场合；激光多普勒流速仪构造复杂，使用不灵活，且价格十分昂贵，一般中小企业难以承受。

压力传感器已经在许多领域被投入使用，但是其使用方法单一，通常只是用来测量压力数据和液位高度数据。再加上压力传感器本身漂移现象严重，所以几乎没有用于流速测量方面。

发明内容

为了解决上述问题，同时充分发挥出压力传感器的优势，使其具有更广阔的应用空间，发明一种基于压力传感器的储水池流速测量方法。由微处理器控制整个流速测量系统的运行，利用相应的数据处理算法，减小压力传感器的漂移现象，有效提高数据的测量精度，进而换算出液位和流速信息，达到利用压力传感器同时测量液位高度和流速大小的目的。

本发明采用的技术方案是：

一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，包括数据采集模块，控制显示模块，数据处理算法。

所述数据采集模块包括压力传感器、A/D转换电路、直流稳压电源；所述控制显示模块包括MSP430F149微处理器、12864液晶显示屏、串行口、PC机；所述数据处理算法包括误差处理算法、流速转换算法。所述压力传感器放置于水箱底部，由直流稳压电源为其供电，并将其数据线连接至MSP430F149微处理器；所述串行口负责连接微处理器和PC机，进行数据的传输。

本发明提供的基于压力传感器的储水池流速测量方法，将压力传感器采集到的AD值数据传输至微处理器，利用微处理器内部下载好的数据处理程序实时校正数据，换算出当前的流速和液位高度值并最终显示在液晶屏上。

本发明区别于现有流速测量工具的最大特点是：利用压力传感器来进行储水池流速的测量，通过相应的数据处理算法，有效提高了压力传感器的测量精度，达到实际应用的要求。

本发明利用压力传感器和一种数据处理算法，实现了储水池液位高度和流速的准确测量。相比于现有的流速测量工具，本发明结构简单，成本低廉，使用方便，测量精度高，节省大量的人力成本，具有一定的市场推广价值。此外，本发明选用的微处理器具有很强的扩展功能，可以根据具体的应用环境作出相应的调整，例如在工业废水排放中，当水流速度过大时可以加入报警功能等。

附图说明

图1为基于压力传感器的储水池流速测量结构图

图2为该系统电路结构图

图3为数据处理算法流程图

具体实施方式

为了详细说明本发明系统结构、模块连接、数据处理算法的工作情况及目的，以下结合具体例子并配合附图做详细说明。

施例一

参阅图1，以下对本发明的系统结构做详细说明：

一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，其系统结构包括水箱1，水龙头2，压力传感器3，直流稳压电源4，12864液晶显示屏5，串行口6，MSP430F149微处理器7，PC机8。

水龙头2固定在水箱1的底部，负责控制水流的开启与关闭。压力传感器3放置于水箱底部，由于放置在水中，需要对其通电部分做好相应的防水保护措施以避免短路，外接直流稳压电源4的12V和GND端口，并将数据线连到MSP430F149微处理器7上。直流稳压电源4同时也为MSP430F149微处理器7提供3.3V电压。连接12864液晶显示屏5到MSP430F149微处理器7上，可以实时显示测量到的液位高度和流速大小。利用MSP430F149微处理器7上的串行口6，可以将数据传输至PC机8上，并显示于相应的上位机软件中。

施例二

参阅图2，以下对本发明的电路结构做详细说明：

一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，其电路结构包括压力传感器1，A/D转换电路2，MSP430F149微处理器3，12864液晶显示屏4，直流稳压电源5，PC机6。

直流稳压电源5负责供电，压力传感器1用于感受水压的变化，其产生的模拟信号经过A/D转换电路2后变为数字信号，然后传输到MSP430F149微处理器3中。利用MSP430F149微处理器3自带的看门狗定时器可以得出采样的时间间隔，结合接收到的AD值可以得到液体流速，同时显示在12864液晶显示屏4上。通过串行口连接PC机6，也可以将测得的数据显示在上位机中。

施例三

参阅图3，以下对本发明的数据处理算法做详细说明：

1、系统启动并初始化；

2、发出指令让压力传感器进行多次数据采样；

3、根据接收到的测量数据x_i，求其算术平均值减少随机误差；

4、求各AD值的残差

6、使用莱特检验法排除AD值中的粗大误差：如果残差v_i＞3s(x)，则剔除该残差v_i所对应的测量数据x_i，然后利用剩下的测量数据重复步骤3、步骤4、步骤5、步骤6，直到各项数据的残差均满足要求，再进行下一步；

7、根据AD值与液位的对应关系制成查询表，使用查表法将AD值转换为液位高度，进而可以算出流速：

综上所述，一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，利用压力传感器及其特有的数据处理方法，实现了储水池液位高度和流速的准确测量，使压力传感器推广应用于流速测量领域。本发明结构简单，成本低廉，使用方便，测量精度高，具有市场推广价值。本发明可以应用于多个领域，例如，加油站油箱液位和输油速率的测量，工业废水池排污速率的控制，水库水位及放水速率的监测等等。

以上所述仅为本发明的具体实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图所述的等效流程，等效结构变换，直接或间接应用在其他相关技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于压力传感器的储水池流速测量方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：第一，放置压力传感器3于水箱1底部，将液位高度的变化转换成相应的电信号，并传输至MSP430F149微处理器7；第二，利用相关的数据处理算法，舍弃测量中可能出现的粗大误差，提高测量精度；第三，根据误差处理后的数据，换算得出储水池液位高度的变化；第四，利用微处理器记录下液位高度发生变化的时间间隔，计算出流速，实现利用压力传感器同时测量储水池液位高度和流速的目的；

所述利用相关的数据处理算法，舍弃测量中可能出现的粗大误差，提高测量精度具体包括：第一步，接收到的测量数据x_i，求其算术平均值减少随机误差；第二步，求各AD值的残差第三步，利用贝塞尔公式求AD值的标准差第四步使用莱特检验法排除AD值中的粗大误差：如果残差vi＞3s(x)，则剔除该残差v_i所对应的测量数据x_i，然后利用剩下的测量数据重复第一步、第二步、第三步以及第四步，直到各项数据的残差均满足要求。