一种基于三点法的矩形渠道流量自动检测系统

发布时间：2020-10-10 03:47

　　我国是一个水资源匮乏的国家,同时也是一个农业大国。现阶段灌区灌溉用水的不合理利用是造成农业水资源大量流失的主因,对传统量水设备及量水方法的革新势在必行。明渠流量检测在农业生产中有着举足轻重的地位,它直接关系着灌溉用水利用率的高低及灌溉管理水平。而当前若干种类型的流量检测装置的适用范围常常受到自身不足之处和使用条件的制约,如造价高、安装的技术性要求较高、抗干扰能力差等等。针对这些存在的问题,结合当前国内外输配水渠道普遍采用的是矩形断面形式的特点,本课题研究并设计了一种基于三点法的矩形渠道流量自动检测系统。该系统采用了水文测验行业中经典的“三点法”进行流速的推算,并以推算出的水流流速与体积流量的关系进一步得出具体的流量值。我们把该系统的采集板置于待测的渠道中进行水压信号的采集,并将采集到的信号传递给控制板,由控制板完成信号的运算并控制着显示模块的实时显示。本设计完成的工作包括以下内容： (1)针对目前国内外输配水渠道的特点及其它测流装置存在的问题,提出了设计一种基于三点法的流量检测系统,为流量的实时检测提供了便利。 (2)设计了该系统的硬件电路部分,包括信号采集电路、A/D转换电路、单片机电路及电源电路等。 (3)使用Keil uVision2编译器与Visual Basic语言编写了该系统的软件程序部分,包括上位机的运行软件、下位机的运行软件以及两者之间的通信软件。 (4)完成了该系统的软硬件调试,并进行了相关的试验及数据分析,验证了该系统能够进行明渠流量的实时检测。 (5)提出了该系统的改进方案。本设计将测流技术与传感技术、自动控制技术进行了有机的结合。采用基于三点法的矩形渠道流量自动检测系统进行流量的实时检测,减少了人力物力的投入、对外部环境影响小且易于安装维护,对未来明渠流量检测行业的发展有一定的参考价值。
【学位单位】：太原理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2014
【中图分类】：S277;TP274
【部分图文】：

流量计,结构示意图,水力学

使得采集板的抗干扰能力大大增强，提高了感应部分的稳定性与可靠性。其结构示意图如图2-1所示。■ ■I ■■ ■图2-1流量计感应部分的结构示意图Fig2-1 Structural representation of the flowmeter's sensing part伯努利原理在水力学中常常被提及，涉及到很多方面的水力学知识，是水力学长久以来所懫用的基本原理。它在日常生活及科研领域中有着广泛的使用空间。本系统的测量部分正是基于此原理[12]。伯努利方程是理想流体定常流动中的动力学方程，即在忽略粘性损失的流体中，其流线上任意两点之间的压力势能、动能及位势能之和保持恒定[I3]。对于重力场中的不可压缩的均质流体，其表达式为：8

引脚,芯片

号采集电路的设计的懫集部分主要由采集板的水压信号采集端和控制板的差分放大电路两部为流量计感应部分的水压信号采集端在第二章中已经有所论述，下面将主要件系统的差分放大模块。于MPX10压力采集片的输出为毫伏级的电信号，与AD7705芯片中5V压不匹配，所以需采用差分放大电路将三组压力采集片分别进行差分放大，AD7705芯片相互连接。本系统采用的INA128是低功耗、高精度的通用器，它们通用的3运放（3-opamp)设计和体积小巧使其应用范围广泛[i8]。流（Current-feedback)输入电路即使在高增益条件下（G=100时，200kHz供较宽的带宽。单个外部电阻可实现从1至10000的任一增益选择。INA12业标准的增益等式（gain equation)。工作时输入电源电压为±12V，其芯构如图3-1所示。

差分放大电路,行差,仪表放大器

Fig3-1 Structure of chip INA12，pins如图3-2所示，INA128仪表放大器从一组两个压力片的两个输出端将差值取出并进行差分放大，其放大倍数为：13

【参考文献】