一种针对明渠水流截面积的精准测量装置的制作方法

1.本实用新型属于物联网信息传输技术领域，具体涉及一种用于精确测量明渠水流截面积的装置。


背景技术：

2.明渠流量测量是行业难题，其中，依据流量面积法是使用最广泛的，由于野外渠道不标准，直接通过u型槽半径求得的面积不准确，造成测得的渠道流量不准确，提供一种精确测量水流截面积的便携工具，是行业的迫切需求。
3.现有截面测量设备存在如下不足：
4.一、通信模式单一或无通信功能
5.现有测量设备大多数为测量距离和角度的机械工具，没有常用通信接口或通行模式老旧单一，不满足现代信息化操作习惯。
6.二、单点或少量点测量
7.现有测量设备大多为通过单点或少量点测量出渠道近似半径，再按照u型槽面积公式进行计算，缺点是现场渠槽建设往往不规范，不是标准的u型槽，槽壁有破损或槽底有淤泥石块，导致计算得出的面积与实际值偏差大。
8.三、人工读数
9.现有测量设备大多数为测量距离和角度的机械工具，测量结果需要人工读取并记录，耗时费力，易因人为因素导致错误，不可靠。
10.四、手动运算
11.由于现有测量设备大多为机械孤立设备，测量得到的数据需要测量人员根据渠道模型面积公式进行计算，在现场复杂环境下，工作效率低，易出错，不可靠。
12.五、信息化程度低
13.现有测量设备大多为机械孤立设备，不具有自动测量、保存、存储、分析和通信交互功能。
14.现有设备程序大多无操作系统，使用裸机运行的方式，内部程序依靠程序员建立的逻辑框架调度，各模块间通信主要由全局变量完成，导致各功能程序间耦合度高，每次添加/删除功能程序模块都需对全局的相关部分做修改，这种裸机程序虽然程序简单，降低硬件要求和成本，但不便于修改扩展。随着芯片生产技术的提高，电路硬件成本的差异几乎可以忽略，时间成本愈发重要，能否快速开发、快速扩展成为企业的首要目标，显然，现有程序结构不具备这一特征。
15.六、软件平台功能单一
16.现有采集设备一部分采用单机版电脑软件对设备进行配置采集，一部分采用单机版手机app，大部分采用串行通信类接口直接与电脑版串口调试类软件交互，配置过程及内容不利于保存共享，且需要专业人员才能操作，导致普通用户使用困难。


技术实现要素：

17.为解决现有技术存在的技术问题，本实用新型提供了一种配置可滑动机械结构的测量装置，本装置具有4g、wifi、蓝牙等通信模式，具有显示交互功能lcd屏幕，具有数字输入接口的轻触开关、位移传感器、0-5v压力传感器硬件接口，能够实现明渠水流量的准确测量。
18.为实现上述目的，本实用新型所采用的技术方案为：一种针对明渠水流截面积的精准测量装置，包括采集装置，采集装置包括垂直布置的横轴和竖轴，横轴的两侧均布置有支脚，横轴的长度方向上布置有横向滑轨，竖轴可沿横向滑轨自由滑动，竖轴的长度方向上布置有竖向滑轨，探测杆可沿竖向轨道自由滑动，探测杆的底部依次连接有位移传感器和压力传感器，压力传感器的底部装有轻触开关传感器。
19.在使用时，将两个支脚分置明渠的两侧，在初始位置处，纵轴置于横轴的一端，在重力作用下，探测杆底端的轻触开关传感器顶在明渠的内侧面上，沿着横轴上的横向滑轨移动纵轴，随着纵轴的移动，由于重力的作用，轻触开关传感器一直紧贴明渠的内壁运动，直至纵轴移动到横轴的另一端。传感器对明渠进行切片测量，利用切片积分方法进行面积计算，将渠道界面按纵向切割为多个近似小矩形，分别测量矩形的长边，算出小矩形面积，再逐个累加所有矩形面积，得出总截面面积。
20.5vdc为电源模块供电，电池与电源模块相连，电源模块与mcu微控制单元电连接，mcu微控制单元设置在控制器内，mcu微控制单元通过传感器接口分别与轻触开关、位移传感器、压力传感器相连， mcu微控制单元通过通信接口与通信模块相连，通信模块设置在云服务器内，位移传感器的位移信息和压力传感器的位移信息传送至mcu为控制单元内，云服务器分别与电脑用户、手机用户进行信号传输，用户通过电脑或手机访问云服务器，获得需要的信息，也可对采集端工作参数进行配置。
21.通信接口上设有电源线接口和地线接口，通信接口上设有uart tx接口和uart rx接口，通信接口上设有spimosi接口、spimiso接口、spiclk接口和spissn接口，通信接口上设有gp101接口、gp102接口、gp103接口和gp104接口，通信接口上设有复位接口。uart接口、spi接口和gp接口实现通信模块硬件接口标准化，各类通信模块配合对应转接板均可插接在此通信接口上。
22.通信接口为2mm双排20针贴片排母，通信模块为2mm双排20针贴片排针，方便插拔，接触可靠。
23.本实用新型与现有技术相比，具体有益效果体现在：
24.一、本实用新型根据现场通信环境与用户需求使用相应的通信模块，增加了设备的通用性，各通信模块采用相同的硬件接口，增加了切换的通用性；实现了4g、 wifi和usb通信功能；用户根据现场情况，可使用云平台、4g方式、wifi手机方式或usb直接调试方式；硬件2.00mm双排20针标准接口方便插接，接触可靠；各通信模块程序以独立的文件存储，有唯一的2字节长度编码，用户根据实际需要，将模块的编码配置进设备，设备每次启动后根据所配置的模块编码启动对应的通信程序，以线程的形式运行，降低了各模块的耦合度。
25.二、本实用新型使用切片积分的方法，将渠道截面切割成无数个小矩形，能适应任意形状的渠道，并能识别渠道残缺破损和渠底沉积，能准确测量真实的水流面积。
26.三、本实用新型采用压力传感器、轻触开关和位移传感器，传感器的信号经过控制
器处理，自动检测计算测量结果，精度高，速度快，数据可存储。
27.四、控制器将已保存的传感器采集按程序中已设定的计算公式进行运行，快速得出结果并保存，供以后查询，更快速、准确和可靠。
28.五、本实用新型利用云平台远程存储、异地访问的优势，可使用电脑或手机通过web登录，以页面的方式进行配置，简单易操作，且系统保存操作记录；软件平台部署在云端，有专业的软硬件维护工程师，故障率大大降低，同时便于维护升级；无论在何处，互联网覆盖的任何地方都可使用平台功能。
附图说明
29.图1为本实用新型的结构原理图。
30.图2为本实用新型的通信模块和传感器模块的连接图。
31.图3为通信模块硬件接口的引脚连接图。
32.图4为nbiot通信模块的引脚连接图。
33.图5为渠道水流截面切片积分示意图。
34.图6为采集装置的结构示意图。
35.图7为各个传感器的连接结构示意图。
36.图8为通信模块硬件接口的电路原理图。
37.图中，1为采集装置，2为横轴，3为竖轴，4为支脚，5为探测杆，6为位移传感器，7为压力传感器，8为轻触开关传感器。
具体实施方式
38.为了使本实用新型所要解决的技术问题、技术方案及有益效果更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。
39.如图1、图2、图6、图7所示，一种针对明渠水流截面积的精准测量装置，包括采集装置1，采集装置1包括垂直布置的横轴2和竖轴3，横轴2的两侧均布置有支脚4，横轴2的长度方向上布置有横向滑轨，竖轴3可沿横向滑轨自由滑动，竖轴3的长度方向上布置有竖向滑轨，探测杆5可沿竖向轨道自由滑动，探测杆5的底部依次连接有位移传感器6和压力传感器7，压力传感器7的底部装有轻触开关传感器8。
40.在使用时，将两个支脚4分置明渠的两侧，在初始位置处，纵轴置于横轴2的一端，在重力作用下，探测杆5底端的轻触开关传感器8顶在明渠的内侧面上，沿着横轴2上的横向滑轨移动纵轴，可使用手动移动，或者电机驱动，随着纵轴的移动，由于重力的作用，轻触开关传感器8一直紧贴明渠的内壁运动，直至纵轴移动到横轴2的另一端。如图5所示，传感器对明渠进行切片测量，利用切片积分方法进行面积计算，将渠道界面按纵向切割为多个近似小矩形，分别测量矩形的长边，算出小矩形面积，再逐个累加所有矩形面积，得出总截面面积。本测量装置自动测量及读取数据，自动计算面积并进行通信，设备采用自动滑行系统和位移传感器6进行自动测量。
41.5vdc为电源模块供电，电池与电源模块相连，电源模块与mcu微控制单元电及外围基本电路连接，mcu微控制单元设置在控制器内，mcu微控制单元通过传感器接口分别与轻
触开关传感器8位移传感器6、压力传感器7相连，mcu微控制单元通过通信接口与通信模块相连，通信模块设置在云服务器内，位移传感器6的位移信息和压力传感器7的位移信息传送至mcu为控制单元内，云服务器分别与电脑用户、手机用户进行信号传输，用户通过电脑或手机访问云服务器，获得需要的信息，也可对采集端工作参数进行配置。
42.通信模块硬件接口标准化，接口具有电源线、地线、uart接口、spi接口，各类通信模块配合对应转接板都可插接在此通信接口上。
43.如图3和图4所示，通信接口上设有电源线接口和地线接口，通信接口上设有uart tx接口和uart rx接口，通信接口上设有spi mosi接口、spi miso接口、spi clk接口和spi ssn接口，通信接口上设有gp 101接口、gp 102接口、gp 103接口和gp 104接口，通信接口上设有复位接口。uart接口、spi接口和gp接口实现通信模块硬件接口标准化，各类通信模块配合对应转接板均可插接在此通信接口上。
44.通信接口可连接4g、wifi和usb等通信类型模块，对于每一种类型，根据不同厂家、不同集成层次形成不同功能类型的具体通信模块，每一种模块按编码规则分配一个2字节代码，以用于设备参数配置和程序启动。
45.通信接口电源线为通信模块提供电源，并且此电源可通过设备主板电源控制电路控制通断，实现通信模块低功耗模式配置。
46.spi、uart等单片机通信外设可被任意通信模块使用，搭配部分gpio引进可实现通信模块复位、模式控制、中断触发等功能，通信硬件标准接口引脚排列如图8所示。接口电源线为传感器模块提供电源，通过主板控制电路可控制电源通断，实现模块低功耗功能。
47.通信接口为2mm双排20针贴片排母，通信模块为2mm双排20针贴片排针，方便插拔，接触可靠。
48.本实用新型根据现场通信环境与用户需求使用相应的通信模块，增加了设备的通用性，各通信模块采用相同的硬件接口，增加了切换的通用性；实现了4g、 wifi和usb通信功能；用户根据现场情况，可使用云平台、4g方式、wifi手机方式或usb直接调试方式；硬件2.00mm双排20针标准接口方便插接，接触可靠；各通信模块程序以独立的文件存储，有唯一的2字节长度编码，用户根据实际需要，将模块的编码配置进设备eeprom，设备每次启动后根据所配置的模块编码启动对应的通信程序，以线程的形式运行，降低了各模块的耦合度。
49.本实用新型使用切片积分的方法，将渠道截面切割成无数个小矩形，能适应任意形状的渠道，并能识别渠道残缺破损和渠底沉积，能准确测量真实的水流面积。
50.本实用新型采用压力传感器7、轻触开关和位移传感器6，传感器的信号经过控制器处理，自动检测计算测量结果，精度高，速度快，数据可存储。
51.控制器将已保存的传感器采集按程序中已设定的计算公式进行运行，快速得出结果并保存，供以后查询，更快速、准确和可靠。
52.本实用新型利用云平台远程存储、异地访问的优势，可使用电脑或手机通过web登录，以页面的方式进行配置，简单易操作，且系统保存操作记录；软件平台部署在云端，有专业的软硬件维护工程师，故障率大大降低，同时便于维护升级；无论在何处，互联网覆盖的任何地方都可使用平台功能。
53.以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包在本实用新型范
围内。