專利名稱：低功耗智能型自記式量水儀表的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于測量儀器儀表領(lǐng)域，特別涉及到一種低功耗智能型自記式量水儀表。
背景技術(shù)：
我國地域遼闊，灌區(qū)面積眾多，進(jìn)行灌區(qū)量水，是節(jié)約用水、提高灌水質(zhì)量和灌溉效率的必要前提，是實(shí)行計(jì)劃用水和準(zhǔn)確引水、輸水、配水和灌水的重要手段，也是計(jì)收水費(fèi)的重要依據(jù)。灌區(qū)常用的量水方法包括水工建筑物量水，特設(shè)量水設(shè)備量水，流速儀量水等幾種。其中流速儀量水成果精確，但費(fèi)時(shí)費(fèi)力，設(shè)備費(fèi)用高，不便于水量信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測，一般多用于水位流量關(guān)系的校核率定和重要控制斷面的水量施測。在灌區(qū)用水管理信息化建設(shè)中，水工建筑物量水和特設(shè)量水設(shè)備量水占有重要的地位。各種類型的一次傳感器如壓力式、浮子式、超聲波式，電磁式、水表等和各式各樣的二次儀表已經(jīng)被開發(fā)出來，并在實(shí)際中得到應(yīng)用。但適合其他領(lǐng)域或行業(yè)的計(jì)量設(shè)備，未必能有效的適應(yīng)我國灌區(qū)特點(diǎn)和現(xiàn)階段管理水平?？傮w看來，我國灌區(qū)量水缺乏相應(yīng)的測量技術(shù)和設(shè)備，而且部分測量設(shè)備價(jià)格高昂，非灌區(qū)所能接受。當(dāng)前，我國灌區(qū)迫切需要的測量設(shè)備應(yīng)從實(shí)際需要出發(fā)，不是簡單的移植工業(yè)測量設(shè)備和國外計(jì)量器具，抑或水文測驗(yàn)手段，而是研制開發(fā)經(jīng)濟(jì)實(shí)用、價(jià)格適宜的量測設(shè)備。本研究課題，就是本著這樣一種實(shí)際的需要，研制開發(fā)出這種低功耗智能型自記式量水儀表，它是由一次變送器和自身發(fā)明的WR-2000-W型數(shù)字式記錄儀共同組成，該量水儀表實(shí)現(xiàn)了水情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和實(shí)時(shí)記錄、定期采集等多種水管理模式。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明需要解決的技術(shù)問題是，針對已有的灌區(qū)常用的各種量水設(shè)備中，存在使用費(fèi)時(shí)、費(fèi)力、設(shè)備費(fèi)用高，不便于水量信息的實(shí)時(shí)監(jiān)測等諸多不足之處。為了克服這些不足之處，重新設(shè)計(jì)、開發(fā)一種功耗較低的智能型自記式量水儀表，來滿足水量信息實(shí)時(shí)監(jiān)測的需要。為了達(dá)到這一發(fā)明目的，是采用以下技術(shù)來實(shí)現(xiàn)的，一種低功耗智能型自記式量水儀表，包括一次變送器、與其配套的數(shù)字式記錄儀，其特征在于，一次變送器可選用模擬傳感器或數(shù)字傳感器；為一次變送器提供能源支持的數(shù)字式記錄儀，它包含一塊微處理器芯片電路，該電路同時(shí)通過所連端柱，還接受一次變送器的輸出信號，并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)和顯示出來。所述低功耗，它的實(shí)現(xiàn)一是依靠數(shù)字式記錄儀內(nèi)部所設(shè)置的微處理器單片機(jī)芯片電路，二是依靠工作程序上設(shè)有休眠狀態(tài)和喚醒機(jī)制的工作步驟。所述配套使用的數(shù)字式記錄儀，它包括一個(gè)記錄機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)裝有一塊電子線路板及其電源，機(jī)殼頂部設(shè)有連線端柱，前面板上裝有顯示屏，屏下有一排按鍵?？膳c多種通訊方式結(jié)合，實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和提取。所述機(jī)殼內(nèi)的電子線路板，板上所布設(shè)的電路分別是微處理器單片機(jī)芯片電路，LED顯示及驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、AD轉(zhuǎn)換器電路，F(xiàn)lash存儲(chǔ)器電路，串行口，電源供給電路。在該智能型自記式量水儀表工作時(shí)，當(dāng)一次變送器連接模擬傳感器時(shí)，把作用于其上的液體壓力或水流速度參數(shù)轉(zhuǎn)換為兩線制4～20mA的統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)信號，而選用數(shù)字傳感器時(shí)，則把位移量轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)格雷碼輸出。本量水儀表無需專業(yè)人員進(jìn)行二次開發(fā)。以WR-2000-W型數(shù)字式記錄儀為核心，本發(fā)明的有益效果可以通過對比而得出，傳統(tǒng)的方法是通過可編程控制器由專業(yè)開發(fā)人員來實(shí)現(xiàn)，因而每一處測量點(diǎn)就變成了一項(xiàng)“耗時(shí)耗力”的工程，本儀表采用智能識別技術(shù)和巧妙的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得一般的灌區(qū)工作人員就可完成不同類別傳感器的連接，極大地方便了用戶，有利于成果的推廣與普及，該量水儀表具有以下顯著的特點(diǎn)(1)具有低功耗的特點(diǎn)選用微處理器功耗很低，平時(shí)工作在睡眠狀態(tài)，由實(shí)時(shí)鐘，按鍵或串行口喚醒。采用低壓差穩(wěn)壓電路，內(nèi)部采用蓄電池，充足電后可連續(xù)使用1個(gè)月以上；同時(shí)也可外接大容量的電池，或太陽能電池板，長期工作在野外無電狀態(tài)之下。
(2)具有多路輸入的特點(diǎn)一般的水利測量二次儀表只有一路輸入，對單個(gè)采集點(diǎn)是有效的，但是灌區(qū)中存在大量的距離相當(dāng)近的采集點(diǎn)，它們之間存在著相互關(guān)聯(lián)，如果將它們分別作為獨(dú)立的采集點(diǎn)對待，不僅增加二次儀表的數(shù)量，而且也增加相應(yīng)的通訊設(shè)備費(fèi)用。智能型量水儀表根據(jù)灌區(qū)實(shí)際需求，設(shè)計(jì)成具有四路輸入的儀表，可滿足絕大多數(shù)渠系水量計(jì)量的要求。
(3)具有大容量的特點(diǎn)每十分鐘采集一條記錄，可以存儲(chǔ)超過三個(gè)月的數(shù)據(jù)，而且這些數(shù)據(jù)即使在掉電的情況下，也可以長期不丟失。不論是實(shí)時(shí)采集還是實(shí)時(shí)記錄定期采集，存儲(chǔ)在就地記錄儀中的數(shù)據(jù)均可作為原始記錄保存，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過儀表的最大存儲(chǔ)容量時(shí)，自動(dòng)更新最早的數(shù)據(jù)，而保持最近的數(shù)據(jù)。當(dāng)采集記錄間隔變長時(shí)，存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)周期也會(huì)相應(yīng)變長。
(4)具有自適應(yīng)的特點(diǎn)目前灌區(qū)使用的傳感器盡管多種多樣，但占主要地位的仍是4～20mA的模擬傳感器和采用格雷碼輸出的數(shù)字傳感器，這兩類傳感器均可直接與二次智能儀表連接，用戶可根據(jù)實(shí)際需要，選擇不同類型的傳感器。雖然可編程控制器可以根據(jù)需要組合不同的模塊完成多路輸入和輸出的工作，但對灌區(qū)計(jì)量而言，實(shí)際的情況相對簡單，四路輸入和一種輸出即可滿足絕大多數(shù)灌區(qū)的需求，唯一需要考慮的是用戶可能選擇不同類型的傳感器或者在使用過程中需要調(diào)整傳感器類型，智能型量水儀表充分考慮這些實(shí)際需求，用戶只需將二者連接即可，操作簡單，容易為灌區(qū)廣大的水管人員掌握。
(5)具有靈活的通訊方式低功耗智能型量水儀表提供標(biāo)準(zhǔn)的232接口，用戶可根據(jù)實(shí)際需求，選配不同的通訊模式，完成水量相關(guān)數(shù)據(jù)的監(jiān)測和采集。在實(shí)時(shí)通訊模式下，該儀表還具備超限報(bào)警功能。
該儀表能夠在功耗很低的情況下，從實(shí)際需要出發(fā)，實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和實(shí)時(shí)記錄、定期采集等多種水管理模式。


圖1為低功耗智能型自記式量水儀表連接關(guān)系示意2為該儀表中數(shù)字式記錄儀內(nèi)所設(shè)電子線路原理圖具體實(shí)施方法參照圖1，表示該低功耗智能型自記式量水儀表各部件連接關(guān)系，整個(gè)儀表分兩大部分，一部分是一次變送器，它可選用數(shù)字傳感器，本例中，浮子傳感器1(為其中的一種)，它可以把位移量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)格雷碼輸出；也可選用模擬傳感器，如壓力傳感器1。儀表另一部分為數(shù)字式記錄儀2，該記錄儀包含一個(gè)機(jī)殼2.1，以及接線端柱2.3a-2.3d，其中a、b、c、d各端柱連接模擬或數(shù)字傳感器2.3d為多功能接口，兼?zhèn)鋽?shù)據(jù)通訊。機(jī)殼內(nèi)部設(shè)有電子線路板2.2。參照圖2，該線路設(shè)有以單片機(jī)PIC 16F 874為中心的芯片電路，它連接著LED顯示及驅(qū)動(dòng)電路，顯示部分連接在機(jī)殼面板上的顯示屏2.4；單片機(jī)還連接著按鍵回路，它與記錄儀面板上的一排按鍵2.5相連通，單片機(jī)芯片電路還與時(shí)鐘電路、AD轉(zhuǎn)換器電路、Flash存儲(chǔ)器電路、串行口，電源供給電路相連接。該儀表功耗很小，等待功耗小于1mA，工作狀態(tài)功耗小于50mA，所用電源電壓為6伏，當(dāng)電源為6伏4安時(shí)，可在無外接電源情況下連續(xù)工作30天以上。
權(quán)利要求
1.一種低功耗智能型自記式量水儀表，包括一次變送器、與其配套的數(shù)字式記錄儀，其特征在于，一次變送器可選用模擬傳感器或數(shù)字傳感器；為一次變送器提供能源支持的數(shù)字式記錄儀，它包含一塊微處理器芯片電路，該電路同時(shí)通過所連接端柱，接受一次變送器的輸出信號，并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)和顯示出來。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗智能型自記式量水儀表，其特征在于，所述低功耗的實(shí)現(xiàn)，一是依靠數(shù)字式記錄儀內(nèi)部所設(shè)置的微處理器單片機(jī)芯片電路，二是依靠工作程序上設(shè)有休眠狀態(tài)和喚醒機(jī)制的工作步驟。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的低功耗智能型自記式量水儀表，其特征在于，所述配套使用的數(shù)字式記錄儀，它包括一個(gè)機(jī)殼，機(jī)殼內(nèi)裝有一塊電子線路板及其電源，機(jī)殼頂部設(shè)有連線端柱，前面板上裝有顯示屏，屏下有一排按鍵。
4.根據(jù)權(quán)利要求1和2所述的量水儀表，其特征在于，所述機(jī)殼內(nèi)的電子線路板，板上所布設(shè)的電路分別是，微處理器單片機(jī)芯片電路，LED及驅(qū)動(dòng)電路、時(shí)鐘電路、AD轉(zhuǎn)換器電路、Flash存儲(chǔ)器電路、串行口、電源供給電路。
全文摘要
低功耗智能型自記式量水儀表，屬于測量儀器儀表領(lǐng)域，一種低功耗智能型自記式量水儀表，包括一次變送器、與其配套的數(shù)字式記錄儀，其特征在于，一次變送器可任選模擬傳感器或數(shù)字傳感器；無需專業(yè)人員進(jìn)行二次開發(fā)；為一次變送器提供能源支持的數(shù)字式記錄儀，它包含一塊微處理器芯片電路，該電路同時(shí)通過所連接端柱，接受一次變送器的輸出信號，并將其進(jìn)行轉(zhuǎn)換，存儲(chǔ)和顯示出來。該量水儀表能夠在功耗很低的情況下，從實(shí)際需要出發(fā)，實(shí)現(xiàn)水情數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測和實(shí)時(shí)記錄、定期采集等多種水管理模式。
文檔編號G01F15/06GK1514210SQ0314596
公開日2004年7月21日 申請日期2003年7月18日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月18日
發(fā)明者謝崇寶, 黃斌, 高占義, 彭保林 申請人:中國水利水電科學(xué)研究院, 北京中水科工程總公司