CN201540127U - 渠道流量自动计量装置 - Google Patents

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李军
王群
张和喜
王振营
蒋毛席
袁枫
方小宇
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GUIZHOU WATER RESOURCES RESEARCH INSTITUTE
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SHENYANG WITU AGRICULTURAL TECHNOLOGY Co Ltd
GUIZHOU WATER RESOURCES RESEARCH INSTITUTE
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Abstract

本实用新型涉及一种渠道流量自动计量装置，包括微型水流发电机、充电电池、多路数据采集控制器、GSM数据传输模块以及上位机，其中多路数据采集控制器输入端与水位传感器相连，通讯端通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯，工作电源端接有充电电池，该充电电池的电能输入端与微型水流发电机相连。本实用新型通过渠道水流为计量装置提供能量，不需另接电源，将计算机技术、自动控制技术、信息技术、等应用于水管理，实现集信息采集-处理-监控为一体的软件系统，具有广阔的应用前景。

Description

渠道流量自动计量装置
技术领域
本实用新型涉及一种流量计量技术领域，尤其是一种渠道流量自动计量装置。
背景技术
人与自然是一对基本的哲学范畴，人与自然和谐相处是经济社会可持续发展的必然诉求，人水关系是人与自然关系的核心。探求人与自然和谐相处的方式，以水资源可持续利用保障经济社会的可持续发展成为当代水利必须破解的命题。
无论是科学合理控制用水以提高水的利用率，还是水作为商品进行资源有偿使用，都涉及到水量计量问题，必须配之以相应的科学计量手段。灌溉农业是我国农业和农村经济发展的基础，渠系是灌区基础设施的重要组成部分，渠道输水是灌溉用水的主要引水方式，准确计量灌区渠道流量是向农民提供优质服务的关键，是实行计划用水、定额供水、科学管理的基础，也是各级领导正确决策的依据，因此，渠道流量管理至关重要。
目前，我国各地农田灌排工程体系已初具规模，这些中小型灌区不仅是该区农业生产和农村经济发展的主力军，也是粮食安全的重要保障，其在整个国民经济和社会发展中都具有举足轻重的战略地位。同时，中小型灌区还担负着向城镇生活和工矿企业供水的任务。由于大部分中小型灌区都具有相对完善的水源系统、输配水系统和调节系统，在水资源的区域配置中也发挥着极其重要的作用。然而，由于自然条件和历史原因，目前灌区渠系管理大量资料和信息仍然以传统的手工作业为主，既无法实现对各类资料信息的有效管理、维护，也无法做到信息共享，这不仅影响到灌区管理水平的提高，还导致各级水利行业主管部门难以及时、准确和全面了解掌握灌区及行业发展的状况及变化趋势。
实用新型内容
针对现有技术中存在的上述不足之处，本实用新型要解决的技术问题是提供一种能够做出及时、准确的反馈和预测的渠道流量自动计量装置。
为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：
本实用新型一种渠道流量自动计量装置包括微型水流发电机、充电电池、多路数据采集控制器、GSM数据传输模块以及上位机，其中多路数据采集控制器输入端与水位传感器相连，通讯端通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯，工作电源端接有充电电池，该充电电池的电能输入端与微型水流发电机相连。
所述多路数据采集控制器包括单片机控制单元和数模/模数转换单元，其中单片机控制单元通过数模/模数转换单元与水位传感器相连，单片机控制单元通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯；所述微型水流发电机叶轮转速每分钟不少于200转，输出电压为直流20伏，输出电流为150毫安，渠道流量为2～3升/分；所述充电电池采用高能镍氢充电电池，输出电压为直流12～14伏，功率为2200mAh；所述水位传感器为利用隔离型扩散硅敏感元件的热阻效应将静压转换为电信号的压力传感器。
本实用新型具有以下有益效果及优点：
1.解决了野外作业的电源问题。本实用新型通过渠道水流为计量装置提供能量，不需另接电源。
2.自动化程度高。本实用新型根据渠道上各测点的水位信号和测量时间，以及已知渠道横截面参数自动计算出各渠道在水位测定时刻的流量以及特定时间段内流过的水量，通过单片机编程技术完成渠道水位信息数据的采集控制。
3.应用前景广泛。本实用新型将计算机技术、自动控制技术、信息技术、等应用于水管理，实现集信息采集-处理-监控为一体的软件系统，在精准农业及中小灌区渠道水位、流量等信息监控和灌区配水分析决策中，有广阔的应用前景。
附图说明
图1为本实用新型结构框图；
图2为本实用新型电气原理图；
图3为本实用新型中多路数据采集控制器模拟信号接口电路图；
图4为本实用新型中多路数据采集控制器供电电源电路图；
图5为本实用新型中多路数据采集控制器地址及通信接口电路图；
图6为本实用新型中多路数据采集控制器的单片机电路图；
图7为本实用新型上位机软件系统界面图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本新型计量装置作进一步详细描述：
如图1所示，为本实用新型的结构框图。本实用新型渠道流量自动计量装置基于GSM技术实现，主要包括微型水流发电机、充电电池、多路数据采集控制器、GSM数据传输模块、压力水位传感器以及上位机软件系统组成，其中多路数据采集控制器输入端与水位传感器相连，通讯端通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯，工作电源端接有充电电池，该充电电池的电能输入端与微型水流发电机相连。多路数据采集控制器由单片机控制单元和数模/模数转换单元组成，单片机控制单元由可接受由水位传感器发送的探测信号的MCU和继电器模块构成，MCU通过数模/模数转换单元与水位传感器相连，MCU通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机通信，并可控制多达6路的继电器模块。
如图2所示，为本实用新型电气原理图。充电电池和微型水流发电机构成本实用新型中的供电装置，微型水流发电机利用水流驱动涡轮发电原理，为多路数据采集控制器提供能量补给，不需再外加供能系统；其技术参数为渠道流量为2～3升/分，叶轮转速每分钟不少于200转，输出电压为直流20伏，输出电流为150毫安。
本实用新型中的充电电池采用高能镍氢充电电池，本实施例中为10节可充电7号Ni-MH 2200mAh充电电池串联而成，由微型水流发电机输入电能，充电电池输出电压为直流12～14伏，功率为2200mAh。
水位传感器为利用隔离型扩散硅敏感元件的热阻效应将静压转换为电信号的压力水位传感器，基于所测液体静压与该液体液位高度成比例的原理，将静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号(为4-20mA)。
多路数据采集控制器包括单片机控制单元、A/D和D/A转换电路、供电电路以及通信接口电路，其中单片机控制单元如图6所示，其具有6路开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警；6路开关量输入，可以作为脉冲量输入；8路直流采样，可以接各种变送器(本实施例为压力水位传感器)；1个标准485通信口，1个RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更加容易；贴片安装，无外部总线，可靠性高，抗干扰能力强。
如图3所示，为本实用新型中多路数据采集控制器模拟信号接口电路图，采用2个电阻并联方式，作为采样电阻，能够同时采集电流、电压信号，其输入端AI1接有压力水位传感器。输出端AIN1接至A/D和D/A转换单元中的A/D转换部分。
如图4所示，为本实用新型中多路数据采集控制器的供电电源电路图，采用LM2575电压转换模块和1117电压转换模块，分别作为直流5伏和3.3伏电源的供给模块。其中LM2575电压转换模块的输入端通过二极管D1接至充电电池的输出端。
图5为本实用新型中多路数据采集控制器的地址及通信接口电路图，该控制器设定地址可达32个，采用485或232总线进行通信。本实施例采用MAX485模块，在单片机处理器的控制下其输出端与GSM数据传输模块进行连接；本实施例中GSM数据传输模块采用MD TT60。
图6为本实用新型中多路数据采集控制器的单片机处理器电路图，处理器采用C8051F410的8位处理器。
本实用新型中由上位机对采集到的数据进行分析和处理。如图7所示，为上位机软件系统界面图，该软件系统采用微软ACCESS 2003数据库系统，作为渠道不同采集时间水位、流量等信息管理库。其短信菜单功能有即时短信查询和每日3次定时查询，如发送SWCX0指令，便可采集此时的渠道水位信息，从而得到水量信息；还可通过短信开关对采集控制器进行继电器控制。
该软件还集成了明渠恒定均匀流的计算公式：
Q＝A×V
式中，Q为渠道流量，A为渠道横断面积；V为渠道内的水流速， V = C × RJ , J为底坡，R为渠道的水利半径，C为谢才系数， C = 1 n R 1 6 , n为渠道的糙率(经查表得到)，R为渠道的水利半径。用户可根据自己渠道的参数自行设定，即在如图7中所示的画面中设置矩形坡底、梯形底宽及边坡系数、圆形直径、糙率以及底坡等参数。

Claims (5)

1.一种渠道流量自动计量装置，其特征在于：包括微型水流发电机、充电电池、多路数据采集控制器、GSM数据传输模块以及上位机，其中多路数据采集控制器输入端与水位传感器相连，通讯端通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯，工作电源端接有充电电池，该充电电池的电能输入端与微型水流发电机相连。
2.按权利要求1所述的渠道流量自动计量装置，其特征在于：所述多路数据采集控制器包括单片机控制单元和数模/模数转换单元，其中单片机控制单元通过数模/模数转换单元与水位传感器相连，单片机控制单元通过GSM数据传输模块经GSM网络与上位机进行通讯。
3.按权利要求1所述的渠道流量自动计量装置，其特征在于：所述微型水流发电机叶轮转速每分钟不少于200转，输出电压为直流20伏，输出电流为150毫安，渠道流量为2～3升/分。
4.按权利要求1所述的渠道流量自动计量装置，其特征在于：所述充电电池采用高能镍氢充电电池，输出电压为直流12～14伏，功率为2200mAh。
5.按权利要求1所述的渠道流量自动计量装置，其特征在于：所述水位传感器为利用隔离型扩散硅敏感元件的热阻效应将静压转换为电信号的压力传感器。
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