专利名称：一种u型明渠超声波流量计的制作方法
技术领域：
本发明为特定形状的明渠流量测量技术，属于测量及计量技术领域。
二背景技术：
随着先进农业技术的发展和水资源短缺的加剧，节水灌溉技术得到逐步推广。当前我国 建设一批节水高效农业示范区中，由于成本及可维护的原因，建设有大量明渠灌溉网络，以 前为粗放式灌溉，无需计量水的流量。如今这类明渠流量目前测量方法一般都需要设置堰， 如三角堰、矩形堰等，或安装特定形状的流水槽，如巴歇尔槽等，这些装置安装麻烦，且水 头损失较大，这对渠灌区各级渠道及田间水位的衔接带来了困难，因此在农田灌溉场所较难 采用堰或槽的方式进行量水。为此根据一些大型灌区的灌渠特点，分析探求无水头损失，成
本较低，精度较高又便于安装的明渠流量测量方法和装置。明渠水深由超声波测距装置测量； 经过大量实验模拟，率定模型参数，根据数学模型由单片机计算得到U型明渠瞬时流量，即 形成了基于超声波的流量计。
三
发明内容
本发明是针对U型明渠流量测量而设计的一种采用超声波进行非接触式测量装置。可广 泛应用于各类灌区的明渠流量计量等场合。
本发明的技术方案装置由硬件测量电路、软件程序及外壳组成，硬件电路有单 片机、超声波探头、驱动电路、信号检测回路、同步保持电路、温度补偿回路、存储模块、 液晶显示模块、键盘输入、D/A转换模块、RS232/485通信模块组成。各部分电路通过印制电 路板相连接，可安装于专门设计的外壳内形成完整的U型明渠流量测量装置。使用时只需把 本装置可靠安装在明渠测点上方的支架上，接通9-12DCV直流电源即可测量。
测量时仪器通过超声波采用时差法测量明渠水深，再根据实验率定的参数及数学模型 通过单片机计算得出瞬时流量、累计输水量。
本发明与现有技术比较的有益效果是测量明渠流量现有设备必须在渠道上设置堰或 槽，需要施工改造渠道，成本高，且水头损失较大。本装置无需改造渠道，只需在渠道上方 设立安装支架即可进行非接触测量，测量数据可通过有线或无线网络传输、数据存储等功能， 功耗低，无水头损失，具有广泛的适用性。
四
图1一种U型明渠超声波流量计的硬件电路结构图，由单片机、超声波发射探头、超声波接收探头、驱动电路、信号检测回路、同步保持电路、温度补偿回路、存储模块、液晶显 示模块、键盘输入、D/A转换模块、RS232/485通信模块组成。
图2—种U型明渠超声波流量计使用安装结构图，图中
(1) U型渠道；
(2) 渠内水位线；
(3) 地平面；
(4) 固定在地面的支架；
(5) 超声波流量计。 五具体实施例方式
硬件电路见图l所示，核心单元单片机采用ATmegal6L，超声波探头采用40KHz，发射探 头通过驱动电路与单片机相连，接收探头通过信号检测回路与单片机相连，驱动电路和信号 检测回路由同步保持电路协同；温度补偿回路采用数字温度集成电路DS18b20,其信号脚直接 与单片机相连；存储模块采用EEProm的24C512,与单片机直接相连；液晶显示模块选用中 文点阵液晶模块LCD12864，通过串口通信方式与单片机相连；键盘输入模块设置四个按钮， 选用面板薄膜轻触按钮，有四根信号线与单片机相连；D/A转换模块采用AD421，为4-20mA 标准模拟信号输出，只用三根信号线与单片机相连；RS232/485通信模块采用MAX的芯片 MAX232实现电平转换，再通过RS232-485转换模块输出即可进行RS232和RS485通信。所有 硬件模块都由印制电路板连成一体，安装于特定的仪器外壳内即可形成完整的测量装置。
将由率定实验得到的曼宁糙率系数、渠道水深 过水断面面积关系曲线及计算流量的谢 才公式存储于存储模块，利用单片机根据实际情况选择参数并进行计算，从而得到被测U型 明渠的瞬时流量和累计输水量。
流量计使用安装见图2，其中被测U型明渠(1)，在渠边地平面(3)埋装一支架(4)， 用以固定超声波流量计(5)，使得流量计稳定不能晃动，超声波探头朝下正对渠中水面(2) 中央，且使探头距最高水面距离在50cm'以上，确保避开测量盲区，接通12VDC电源即可测量 该明渠的瞬时流量和累计流量，这些数据可显示、存储或传输。仪表4个按键可实现测量参 数、模式的设置。
权利要求
1、一种U型明渠超声波流量计，所述装置是一种专门测量U型明渠流量的仪器，它包括硬件电路、软件程序和外壳三大部分，其特征在于(1)硬件电路部分由单片机、超声波探头、驱动电路、信号检测回路、同步保持电路、温度补偿回路、存储模块、液晶显示模块、键盘输入、D/A转换模块、RS232/485通信模块组成，各部分硬件电路通过电路板连接；(2)流量计通过支架固定于明渠测点上方；(3)流量计通过超声波采用时差法测量明渠水深，再根据实验率定的参数及数学模型通过单片机计算得出瞬时流量、累计输水量。
全文摘要
本发明涉及一种U型明渠超声波流量计，基于嵌入式系统技术，采用超声波测距原理，设计精度较高的测量电路，再通过实验测定的U型明渠糙率及水深～过流断面面积关系曲线，由单片机根据数学模型计算得出瞬时流量及累计输水量，并进行数据的显示、传输、存储。最大特点是使用时不需在明渠中设置堰或槽，整机具有非接触测量无水头损失、体积小重量轻、耗电省、安装简单等优点，可广泛应用于农业、环保等行业的明渠输水计量。
文档编号G01F1/66GK101539447SQ20091003123
公开日2009年9月23日 申请日期2009年4月29日 优先权日2009年4月29日
发明者宋加才, 彭世彰, 沈金荣, 莹 王, 缴锡云, 韩金旭 申请人:河海大学