一种新型实用明渠流量仪的开发

　　1　引言

　　随着我国现代化农业的发展,农田灌溉的自动化水平越来越高,相应的对水流量的测量和记录也提出了较高要求。一直以来,我国农田灌溉用水量计算相当模糊,一般采用按田块面积平摊法,难以满足现代水管理的要求,不利于水资源的合理利用。因此开发新型量水设备,有利于高效利用水资源,避免水资源浪费。该计量设备不但应有较好的水量测量精度、易于安装和维护,又要求具有生产简单、操作方便、价格便宜的特点,以便在大范围内推广应用,从而解决广大农村灌区水量计费问题。

　　目前,市场上此类明渠水量计量装置的定型产品不多。为此笔者开发了一种明渠流量仪,它通过一个简易实用的传感器对水位进行编码,将采集到的水位数字量送往微处理器AT89C52,再由AT89C52通过渠道流量计算公式转换成当前的流量,并进行流量累加、流量和水位显示、记录存储、远程通信等一系列操作。

　　2　流量算法的原理

　　利用水工建筑物测流量,对于一定的形状和尺寸都有着固定不变的流量关系,这种方法是一种普遍适用的标准化方法。对于不同的环境、测流条件和用户要求,需要采用不同的建筑物型式,以达到既经济合理又能保证精度的目标。在这里采用了无喉道量水槽,它是没有喉道,只有进口收缩段和出口收缩段的测流槽,整个槽底呈水平状态,如图1所示。

　　这种测流槽无论在自由流还是淹没流状态都有令人满意的测流精度,且这种测流装置结构简单,造价低廉。当为自由流状态时,无喉道槽的流量具有如下的规律:

　　3　系统硬件实现

　　流量采集器上电工作时,立刻显示当前的水位值,并实时反映水位的变化。当打开流量计量开关时,给微处理器AT89C52一触发信号(START),单片机检测到此信号后便记录开始时间,通过传感器送来的水位信息,按照公式(1)换算成瞬时水流量,并同时进行累加。当开关关闭,START信号为零时结束采集,记录关闭时间及此次用水量,并对用水总流量进行更新。

　　根据要求的功能,系统的硬件电路主要包括水位传感器单元、数字量编码单元、单片机控制与处理单元、微机监控及备用电池切换电路、键盘数码显示单元、时钟单元和RS_485　　远程通信接口。系统硬件框图如图2所示。

　　水位传感器用优先编码器74LS148和数据选择器74LS151对水位信息进行编码,将数字量送往微处理器AT89C52。时钟芯片采用Dallas公司的DS12C887芯片,该芯片自带可充电锂电池,拥有144字节的RAM存储器,具有掉电保护功能,还可自行判断闰年,并有多种周期的时钟中断,其正常工作时可保证数据十年内不会丢失。因此将用水总量等重要数据保存在其内部RAM中,其地址设为高端地址0x8000。数据存储器采用RAM6264,其具有8KB的空间,可以满足100次的供水记录。