农田灌区明渠自动量水系统的研究与设计

发布时间：2020-04-16 08:14

【摘要】：随着世界对水资源需求的急剧增长以及环境恶化对水造成的污染,水资源危机不断加剧。我国是个缺水大国,而农业灌溉用水占据用水量60%以上,传统的量水方式造成了大量水资源的浪费,为了节约水资源,实现“计划用水、按方收费”,需要对灌溉用水进行精确测量。在对灌区量水技术的发展历程、研究现状以及目前实际应用情况的分析基础上,本研究设计了一套农田灌区明渠自动量水系统。该自动量水系统采用槽式测流方法,选用机翼形量水槽作为基本测量部件,利用自主研制的毫米级数字式水位传感器测量出量水槽上游水位信号,并送入上位机监控系统进行处理,根据相应的水位-流量函数,计算出过槽流量,达到量测流量的目的。根据这样的设计思路,本文完成了以下工作： (1)自主研制毫米级数字式水位传感器根据灌溉水具有导电性这一基本原理,设计了水位传感器的各部分硬件电路。①主控制器和电源模块的电路：核心芯片分别为MSP430F149和LM1117-3.3；②信号采集部分的电路：包括检测电路、以LM339芯片为核心的电压比较电路和以ADG732芯片为核心的多路选择电路；③显示部分的电路：采用三位数码管进行水位值的显示；④通信接口的电路：采用MAX3232电平转换芯片设计串口通信进行与上位机的数据传输。在各部分硬件电路的基础上,运用C语言采用模块化设计方法进行下位机软件编制,实现水位传感器的功能。由此设计的水位传感器具有如下优点：精度高；低功耗；传感器高度集成化；水位信号采集、传输全数字化和稳定可靠。 (2)上位机监控软件的设计利用Visual Basic6.0语言编制上位机监控软件对水位信号进行监控,并对数据进行分析处理得到流量值,可实现以下功能：①通过编程输入各种断面渠道流量计算公式实现多种类型断面的流量计算；②多参数计算,包括水位、瞬时流量和累积流量；③可实现年、月、日水量的汇总与数据库存储。最后,通过调试试验证明：自主研制的水位传感器运行良好,能够达到设计精度,显示稳定可靠；下位机与上位机通讯正常,可实现上位机的监控目的和设计的功能,并且测得的流量精度比较高,最终实现了明渠自动量水,有一定的应用前景。
【图文】：

量水,标准断面,渠道,流速

测控一体闹Fig.l-]flumegate

曲线,控制曲线,机翼,量水槽

良好的流体力学特征，从而渠道阻水小，经过量水槽时水头损失小。机翼形量水槽的关键部位是量水槽的槽壁，，其外形曲线如飞机机翼一般，量水槽结构如图2-1所示。其中：P代表量水槽槽壁沿铅垂方向上的最大厚度，即翼高；L代表量水槽槽壁收缩段和扩散段的总长，即翼长；翼形曲线的坐标原点即为流线型内壁的上游端点。翼长和翼高对机翼形量水槽的翼形起着重要的控制作用，对量水精度起决定性作用，因此为了使水头损失和壅水高度最小，保证测量精度，在进行量水槽设计时，要着重考虑翼长和翼高的尺寸。翼长L决定水流过喉口收缩形成临界流时流线的水平程度，过长过短都有弊端，过长导致摩擦阻力过大，加大水头损失，过短水流不稳无法使流线水平，因此应当首先确定量水槽的翼长L。根据需要确定断面收缩比，收缩比不能过大，否则影响渠道的过水能力使壅水严重
【学位授予单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：S274.4

【参考文献】