专利名称：水库水位单片微机自动测量装置的制作方法
技术领域：
本实用新型是一种水库或水电站水位单片微机自动测量装置，属自动测量仪表技术，特别涉及水位参数自动测量仪器仪表。
背景技术：
水位和水头的测量是水库水力监测的重要内容之一，其中上、下游水位测量是指上游水库水位和下游水尾水位的测量。为保证水库大坝的安全，就必须对水库有关的水力参数进行测量和监视。可以说水位测量装置所提供的数据是水库大坝安全的基本依据，所以必须要求它对被测参数状态给予及时和准确的反应。目前，现有的水库基本上是靠人工操作来进行水位监测的，这样不但监测人员劳动强度大，特别是防洪、防汛期间很难及时地测量到水位的实时变化，难于预防突发事故的发生。现有的一些浮标式液位计、超声波液位计等对水位测量的仪器，存在着测量精度低、价格昂贵、操作不便等缺点和问题，基本上难于在水库中得到应用。
发明内容本实用新型的目的就是为了克服和解决由人工监视水库水位劳动强度大、难于测量到实时水位变化、无法预防突发事故以及现有液位计测量精度低、价格昂贵、操作不便等的缺点和问题，研制设计一种采用高精度、稳定性好的潜入式水位传感器作为水库水位的测量传感器，能远距离把水位参数传输到控制室进行自动、精确、实时测量水位，减轻监测人员劳动强度、预防突发事故发生的智能型水库水位单片微机自动测量装置。
本实用新型是通过下述技术方案来实现的本水库水位单片微机自动测量装置的操作显示面板示意图如图1所示；其电路方框图如图2所示；其实施方式之一的电路原理图如图3所示。本水库水位单片微机自动测量装置由操作显示面板、显示电路板、主电路板共同连接构成，显示电路板装于操作显示面板上，操作显示面板安装在监控室电屏柜上，主电路固装于监控室电屏柜内的支架上，其中操作显示面板上装有水位显示屏1、操作指示灯2、时间设定指示灯3、上限报警指示灯4、下限报警指示灯5、操作/设定切换按钮6、增量值按钮7、减量值/打印按钮8；其电路由水位传感器9、模拟放大电路10、有源滤波电路11、A/D转换器12、输入缓冲器13、单片微机计算机14、串行显示驱动器15、数码管/指示灯16、串行实时时钟17、E2PROM存贮器18、操作电路19、打印/通讯接口20、基准电源21共同电气连接构成，其关键在于它配有测量过程中自动把数据列表打印或远距离传输到上位计算机的打印/通讯接口20，其相互连接关系为操作显示面板上的水位显示屏1、操作指示灯2、时间设定指示灯3、上限报警指示灯4、下限报警指示灯5等通过各自信号传输线与显示电路板上相对应点连接；水位传感器9通过水位传感信号传输线与模拟放大电路10相电气连接，并通过电源线与基准电源21相电气连接，模拟放大电路10通过模拟放大信号传输线与有源滤波电路11相电气连接，有源滤波电路11通过滤波信号传输线与A/D转换器12相电气连接，A/D转换器12通过输入缓冲器13与单片微型计算机14相电气连接，数码管/指示灯16通过串行显示驱动器15与单片微型计算机14相电气连接，串行实时时钟17、E2PROM存贮器18、操作电路19、打印/通讯接口20分别通过各自信号传输线与单片微型计算机14相电气连接。其工作原理为本测量装置采用计算机编程，由操作/设定切换按钮6及操作指示灯2选择操作或设定状态，操作指示灯2亮为操作状态，操作指示灯2灭为设定状态，本测量装置在设定状态下，通过数字显示屏1、指示灯2～5及按钮6～8，把测量水位的上限及下限报警值、实时时钟、定时打印时间输入到单片微型计算机14，单片微型计算机14把以上的数据保存在E2PROM存贮器18、实时时钟存入串行实时时钟17并加以启动，使数据在停电时不丢失及实时时钟在停电时由备用电池E供电而连续运行。在本测量装置操作状态下，水位传感器把现场的水位参数转变为电参数，这电参数经信号传输线输入到模拟放大电路10进行线性放大，然后经有源滤波电路11进行低通滤波，再经A/D转换器进行模/数转换，转换结果经输入缓冲器输入到单片微型计算机，单片微机经运算处理后的水位值经串行显示驱动器驱动数码管/指示灯电路进行数字译码显示。在上述测量过程中，水位测量结果与保存在E2PROM存贮器内的上限及下限报警值进行比较，大于上限报警即驱动上限指示灯4报警，小于下限报警值即而驱动下限指示灯5报警；单片微机不断从串行实时时钟17中输入数据，并与E2PROM存贮器内的定时打印时间进行比较，通过打印/通讯接口可自动把存放于单片微机存贮器内的水位测量数据进行列表打印或传输到上位计算机以便数据汇总及进行远距离监控。
本测量装置的实施方式之一的电路原理图如图3所示，本测量装置的水位测量器件可选用CYW水位传感器9，模拟放大电路10由运算放大器集成件U10～U11、电阻R1～R8、电位器W1～W2共同连接构成，基准电源21由运算放大器集成件U12、电阻R9～R10、电位器W3连接构成，有源滤波电路11由运算放大器集成件U13、电阻R11～R14、电容C1～C2共同连接构成；A/D转换器12由A/D转换器集成件U3、恒压电路集成件U4、分频计算集成件U5、电阻R15、电容C3～C5、电位器W4共同连接构成；输入缓冲器13由缓冲器集成件U6构成；单片微型计算机14由CPU集成件U1构成；串行显示驱动器15由串行显示驱动集成件U2构成；数码管/指示灯16由数码管G1～G4、指示灯D1～D4共同连接构成；串行实时时钟17由串行实时时钟集成件U9、晶振XTAL、备用电池E共同连接构成；E2PROM存贮器18由E2PROM集成件U7构成；操作电路19由电阻R16～R19、按钮T1～T3共同连接构成；打印/通讯接口20由串行通讯接口集成件U8构成。电路工作原理为水位传感器把现场的水位参数变成电参数后，由模拟放大电路进行放大，然后经U13构成的有源滤波电路进行低通滤波，并输送到U3～U5构成的A/D转换器进行摸/数转换后，经U6构成的输入缓冲器输送到单片微机，由CPU根据输入水位值进行数据处理，经处理后的数据通过U2构成的串行显示驱动器驱动数码管进行显示。在上述测量过程中，基准电源21提供基准电源供给水位传感器，由U7构成的E2PROM存贮器用于保存水位上限及下限报警设定值、定时打印时间，由U8构成的打印/通讯接口可自动把存放于单片微机U1存贮器的水位数据进行列表打印或传输到上位计算机进行远距离监控，由U9构成的串行实时时钟提供不间断的连续实时时间，操作电路19控制本测量装置的操作、设定、打印状态。
本实用新型与现有人工水位测量装置相比有如下的优点和有益效果(1)由于本测量装置是单片微机控制的智能型仪表，能对水库水位参数进行全自动检测，水位上限及下限报警设定值保存于E2PROM存贮器内，可与之进行比较，发出报警信号；并配有打印/通讯接口，可按保存在E2PROM存贮器内的定时打印时间自动把测量结果进行列表打印或传输到上位计算机进行远距离监控；(2)本测量装置采用硅压集成电路构成的潜入式水位传感器作为测量器件，具有测量精度高、稳定性好、价格便宜等优点，因此，便于推广应用；(3)由于本测量装置采用了串行实时时钟、串行E2PROM存贮器和串行显示驱动器等电路，具有结构简单、工作稳定、实时时钟及数据参数停电不丢失、检测结果准确、可靠、不需要专门的维护保养；(4)本测量装置自动化测量程度高、操作方便、能大大减轻值班人员的劳动强度，能自动监测水库水位的状态。
下面对说明书附图进一步说明如下图1为水库水位单片微机自动测量装置操作显示面板示意图，图2为其电路方框图，图3为其实施方式之一的电路原理图。各图中1为水位测量显示屏，2为操作指示灯，3为时间设定指示灯，4为上限报警指示灯，5为下限报警指示灯，6为操作/设定切换按钮T1，7为增量值按钮T2，8为减量值/打印按钮T3，W1为满量程调节电位器，W2为调零电位器，W3为基准电压输出调节电位器；CYW为水位传感器，CZ1、CZ2为打印通讯接口。
具体实施方式
发明人认为本实用新型的优选实施方式可为如下(1)用一般的机加工方法加工操作显示面板，发明人曾按图1所示设计，并采用塑料彩色丝印加工出本测量装置的面板，面板尺寸可为110×90mm，然后再按图1所示排列、加工、安装水位显示屏1、操作指示灯D1、时间设定指示灯D2、上限报警指示灯D3、下限报警指示灯D4、操作/设定切换按钮T1、增量值按钮T2、减量值/打印按钮T3等；(2)按图3所示绘制印刷显示电路板、主电路板，并按图3所示筛选电器元件，其中集成件U1可选用MCS-51型单片微机，U2可选用MAX7219串行显示驱动器，U3可选用1CL7135型A/D转换器，U4可选用MC1403型恒压电路集成件，U5可选用74LS92分频计算器集成件，U6可选用74LS244缓冲器集成件，U7可选用24LC01型E2PROM存贮器，U8可选用MAX233串行接口集成件，U9可选用DS1302串行实时时钟集成件，U10～U13可选用OP07集成运算放大器；(3)按图3所示，安装好显示电路板与主电路板并经固定后，按上面说明书的连接关系进行电气连接，然后，经通电和简单调试，便能较好地实施本实用新型。发明人按上述的实施方式制作的样机可在0～50℃的环境温度下工作，水位的测量范围为0～10m，水位量程范围内，其分辨率为0.001m，测量误差为最后1位数字≤±5，在0～100m的水位量程范围内，分辨率为0.01m，测量误差为最后1位数字≤±2。
实施使用本测量装置，应预先按图3所示把现场的水位传感器与本测量装置进行电气连接，通过按钮T1～T3的操作及指示灯D1～D4、数码管G1～G4的显示，把上限及下限报警值、定时打印时间、实时时钟等输入到单片微机，单片微机存于E2PROM存贮器内和启动串行实时时钟，使数据在停电时不丢失。其操作步骤为(1)开启电源，操作指示灯亮，水位显示屏显示出所测量水位值，并与设定的上限及下限报警设定值进行比较，若大于上限报警设定值，上限报警指示灯亮，若小于下限报警设定值，下限报警指示灯亮；(2)当需要对设定值作重新修改时，只要按压操作/设定切换按钮T1，操作指示灯熄灭，可输入新的设定值，输入完毕后，按压操作/设定切换按钮后，操作指示灯亮，仪器又回复到操作状态。在测量过程中，当装置运行到与保存于E2PROM存贮器内的定时打印时间一致时，单片微机自动把水位测量值通过打印/通讯接口进行列表打印，或传送到上位计算机进行数据汇总或远距离监控；若随时按压减量值/打印按钮8，亦可完成一次以上的打印操作。
权利要求1.一种水库水位单片微机测量装置，其特征在于由操作显示面板、显示电路板、主电路板共同连接构成，显示电路板装于操作显示面板上，操作显示面板安装在监控室电屏柜上，主电路固装于监控室电屏柜内的支架上，其中操作显示面板上装有水位显示屏(1)、操作指示灯(2)、时间设定指示灯(3)、上限报警指示灯(4)、下限报警指示灯(5)、操作/设定切换按钮(6)、增量值按钮(7)、减量值/打印按钮(8)；其电路由水位传感器(9)、模拟放大电路(10)、有源滤波电路(11)、A/D转换器(12)、输入缓冲器(13)、单片微机计算机(14)、串行显示驱动器(15)、数码管/指示灯(16)、串行实时时钟(17)、E2PROM存贮器(18)、操作电路(19)、打印/通讯接口(20)、基准电源(21)共同电气连接构成，其关键在于它配有测量过程中自动把数据列表打印或远距离传输到上位计算机的打印/通讯接口(20)，其相互连接关系为操作显示面板上的水位显示屏(1)、操作指示灯(2)、时间设定指示灯(3)、上限报警指示灯(4)、下限报警指示灯(5)通过各自信号传输线与显示电路板上相对应点连接；水位传感器(9)通过水位传感信号传输线与模拟放大电路(10)相电气连接，并通过电源线与基准电源(21)相电气连接，模拟放大电路(10)通过模拟放大信号传输线与有源滤波电路(11)相电气连接，有源滤波电路(11)通过滤波信号传输线与A/D转换器(12)相电气连接，A/D转换器(12)通过输入缓冲器(13)与单片微型计算机(14)相电气连接，数码管/指示灯(16)通过串行显示驱动器(15)与单片微型计算机(14)相电气连接，串行实时时钟(17)、E2PROM存贮器(18)、操作电路(19)、打印/通讯接口(20)分别通过各自信号传输线与单片微型计算机(14)相电气连接。
专利摘要本实用新型是水库水位单片微机自动测量装置,属自动测量仪表。它由操作显示面板、显示电路板、主电路板共同连接构成,显示电路板装置于操作显示面板上;操作显示面板装置于监控室电屏柜上,主电路板装于电屏柜内支架上,面板装有水位显示屏,操作、时间设定、上、下限报警指示灯,操作/设定切换、增量值、减量值/打印按钮,它们均通过信号线与电路板对应连接;其电路由水位传感器、模拟放大电路、有源滤波电路、A/D转换器、输入缓冲器、单片微机、串行显示驱动器、数码管指示灯、串行实时时钟电路、E
文档编号G01F23/00GK2513087SQ0125850
公开日2002年9月25日 申请日期2001年12月11日 优先权日2001年12月11日
发明者欧阳新, 唐红, 黄少先, 陈虾省, 张勤英 申请人:华南理工大学