專利名稱：水電站水位單片微機檢測儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型是一種水電站或水庫的水位單片微機檢測儀，屬自動檢測儀器儀表技術(shù)，特別涉及水位參數(shù)自動檢測儀器儀表。
水位和水頭的測量是水電站水力監(jiān)測的重要內(nèi)容之一，其中上、下游水位測量是指上游水庫水位和下游水尾水位的測量。為保證水電站的安全運行并實現(xiàn)經(jīng)濟運行，就必須對水電站及機組的有關(guān)水力參數(shù)進行測量和監(jiān)視?？梢哉f水位監(jiān)測裝置所提供的數(shù)據(jù)是水電站安全、經(jīng)濟運行的基本依據(jù)，所以必須要求它對被測參數(shù)狀態(tài)予以及時和準確的反應(yīng)。然而，現(xiàn)有的水電站基本上是靠人工操作來進行水位監(jiān)視。這樣，不但操作工人勞動強度大，而且很難測量到水位的實時變化，難于預(yù)防突發(fā)事故的發(fā)生。現(xiàn)有的一些浮標(biāo)式液位計、超聲波液位計等水位測量儀存在著測量精度低、價格貴、操作不便、無法準確測量實時水位變化等的缺點和問題，基本上難于在水電站中得到使用。
本實用新型的目的就是為了克服和解決現(xiàn)有由人工監(jiān)視水位勞動強度大、難于測量到實時水位變化、無法預(yù)防突發(fā)事故發(fā)生以及現(xiàn)有液位計測量精度低、價格貴、操作不便等的缺點和問題，研制設(shè)計一種采用了精度高、穩(wěn)定性好的水位傳感器，能遠距離把水位參數(shù)傳輸?shù)娇刂剖疫M行自動、精確、實時測量水位，減輕操作人員勞動強度、預(yù)防突發(fā)事故發(fā)生的智能型水電站水位單片微機檢測儀。
本實用新型是通過下述結(jié)構(gòu)技術(shù)方案來實現(xiàn)的本水電站水位單片微機檢測儀的外型結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，本檢測儀的電路方框圖如圖2所示。它由機殼、面板、電路板共同連接構(gòu)成，其中面板上安裝有水位顯示屏1、操作指示燈2、報警指示燈3、上限指示燈4、上限設(shè)定電位器5、下限設(shè)定電位器6、操作/設(shè)定按鈕7、打印/參數(shù)選擇按鈕8、BCD撥碼盤9；其電路由BCD撥碼盤9、水位傳感器10、模擬放大電路11、多路轉(zhuǎn)換器12、A/D轉(zhuǎn)換器13、I/O并行接口14、16，單片微機15、顯示譯碼器17、操作顯示電路18、基準電源19、打印/通訊接口20共同電氣連接構(gòu)成；其相互連接關(guān)系為面板及電路板固定在機殼內(nèi)支架上，面板上的水位顯示屏1、操作指示燈2、報警指示燈3、上限指示燈4、操作/設(shè)定按鈕7、打印/參數(shù)選擇按鈕8分別通過各自信號傳輸線分別與電路板上相對應(yīng)位置相連接，上限設(shè)定電位器5、下限設(shè)定電位器6分別通過各自信號傳輸線與電路板上多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的相應(yīng)點相連接，BCD撥碼盤9通過I/O并行接口14與單片微機15相電氣連接，水位傳感器10通過水位信號傳輸線分別與模擬放大電路11、基準電源19相電氣連接，模擬放大電路11通過信號傳輸線與多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)相電氣連接，多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)通過信號傳輸線與A/D轉(zhuǎn)換器13相電氣連接，A/D轉(zhuǎn)換器13通過I/O并行接口14與單片微機15相電氣連接。顯示譯碼器17通過I/O并行接口16與單片微機15相電氣連接，單片微機15分別通過操作顯示信號傳輸線、打印通訊信號傳輸線分別與操作顯示電路18、打印/通訊接口20相電氣連接。其工作作用原理如下水位傳感器10把水位參數(shù)轉(zhuǎn)換為電參數(shù)并通過防水信號傳輸電纜遠距離傳輸?shù)奖緳z測儀電路板中的模擬放大電路11進行線性放大，再經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)進行選擇并切換到A/D轉(zhuǎn)換器13，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進行模/數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后經(jīng)I/O并行接口14輸送到單片微機15，單片微機把水位檢測值進行運算后與上、下限設(shè)定值進行比較，判斷是否發(fā)出報警信號，最后把運算處理后的水位值經(jīng)I/O并行接口16送至顯示譯碼器進行數(shù)字譯碼顯示，在上述檢測過程中，單片微機通過軟件自動產(chǎn)生實時時鐘，用軟件編制出來的BCD撥碼盤用來設(shè)定打印時間，打印/通訊接口根據(jù)BCD撥碼盤所設(shè)定的時間定時把單片微機存貯器內(nèi)的水位數(shù)值及實時值進行列表打印或傳輸?shù)缴衔挥嬎銠C以便把數(shù)據(jù)匯總及進行遠距離監(jiān)控；本檢測儀的基本電路原理圖如圖3所示。本檢測儀的水位檢測元件為YCW水位傳感器10，模擬放大電路11由集成件U15～U16、電阻R1～R8、電位器W1～W3共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，基準電源19由集成件U17、電阻R9～R10、電位器W3通過電路敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，W4為上限設(shè)定電位器，W5為下限設(shè)定電位器，多路轉(zhuǎn)換器由模擬轉(zhuǎn)換電子集成件U14構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換器13由轉(zhuǎn)換器集成件U4、恒壓電路集成件U5、電容C1～C3、電阻R11、電位器W6共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€串并聯(lián)連接構(gòu)成，I/O并行接口14、16由I/O并行接口集成件U2、U3通過電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，單片微計15由CPU集成件U1構(gòu)成，顯示譯碼器17由顯示譯碼集成件U10～U13與數(shù)碼管通過電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，操作顯示電路18由緩沖器集成件U6、U9、電阻R12～R16、發(fā)光二極管D1～D3、按鈕T1～T2及揚聲器共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，打印/通訊接口20由串行打印/通訊接口電路集成件U7、U8、電容C4、二極管D4共同通過電路板敷銅膜帶并串聯(lián)連接構(gòu)成。電路基本工作原理為水位傳感器10把測得的水位參數(shù)變?yōu)殡妳?shù)后，由模擬放大電路進行放大，然后由U14構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換器進行選擇并輸送到U4～U5等構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換器進行模數(shù)轉(zhuǎn)換后，經(jīng)U3構(gòu)成的I/O并行接口輸送到單片微機，由CPU對輸進的水位參數(shù)進行運算處理，并對上限設(shè)定值與下限設(shè)定值進行比較，比較結(jié)果經(jīng)U2構(gòu)成的I/O并行接口送到U9～U13構(gòu)成的顯示譯碼器進行譯碼，再送到數(shù)碼管進行顯示。U17構(gòu)成的基準電源提供水位傳感器的基準電源，BCD撥碼盤9用于設(shè)定打印時間，使U7、U8構(gòu)成的打印/通訊接口根據(jù)BCD撥碼盤設(shè)定的打印時間定時把水位值及測量時間進行列表打印或遠距離傳送到上位計算機進行遠距離監(jiān)控，由U6、U9構(gòu)成的操作顯示電路控制及顯示檢測儀的設(shè)定、操作、打印、報警狀態(tài)。
本實用新型與現(xiàn)有人工監(jiān)測水位或現(xiàn)有液位計測量水位相比，有如下的優(yōu)點和有益效果(1)由于本檢測儀是單片微機控制的智能儀表，能對水電站的水位參數(shù)進行全自動實時檢測，并能對水位上下限報警。同時，可根據(jù)實際需要設(shè)置不同的打印時間，通過打印/通訊接口實時把水位數(shù)據(jù)及測量時間進行列表打印或遠距離傳送到上位計算機；(2)本檢測儀采用硅壓集成電路檢測元件作為水位傳感器，具有測量精度高、穩(wěn)定性好、價格便宜等優(yōu)點，固此，便于推廣應(yīng)用；(3)本檢測儀結(jié)構(gòu)簡單、工作穩(wěn)定、可靠，檢測結(jié)果精確，不需要專門的維護保養(yǎng)；(4)本檢測儀操作方便、自動檢測程度高，能大大減輕操作人員勞動強度，能自動監(jiān)控水電站的水位，有效地預(yù)防突發(fā)事故的發(fā)生。
下面對說明書附圖進一步說明如下圖1為水電站水位單片微機檢測儀的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為水電站水位單片微機檢測儀的電路方框圖；圖3為水電站水位單片微機檢測儀的基本電路原理圖。各圖中1為水位顯示屏，2為操作指示燈(D1)，3為報警指示燈(D2)，4為水位上限指示燈(D3)，5為上限設(shè)定電位器(W4)，6為下限設(shè)定電位器(W5)，7為操作/設(shè)定按鈕(T1)，8為打印/參數(shù)選擇按鈕(T2)，9為BCD撥碼盤，W1、W2分別為水位傳感器的滿量程調(diào)節(jié)電位器及調(diào)零電位器，W3為基準電源輸出幅值調(diào)節(jié)電位器，CYW為水位傳感器，CZ1、CZ2為打印/通訊接口。
本實用新型的實施方式可按以下方式進行(1)用一般的機加工方法加工機殼和面板，發(fā)明人曾按圖1所示加工出本檢測儀的樣機的機殼及面板，其機殼尺寸為160×80×250mm，面板尺寸為160×80mm，然后再按圖1所示排列、加工、安裝水位顯示屏1、操作指示燈D1、報警指示燈D2、上限指示燈D3、上限設(shè)定電位器W4、下限設(shè)定電位器W5、操作/設(shè)定按鈕T1、打印/參數(shù)選擇按鈕T2、BCD撥碼盤等；(2)按圖3所示繪制印刷電路板并篩選電子元器件，其中集成件U1可選用MCS-51型單片微機，U2、U3可選用8155型I/O并行接口，U4可選用ICL7135型A/D轉(zhuǎn)換器，U5可選用MC1403型恒壓電路集成件，U6、U9可選用7406緩沖器集成件，U7、U8可分別選用1488、1489型串行打印/通訊接口，U10～U13可選用74LS247型顯示譯碼器，U14可選用4051型電子模擬轉(zhuǎn)換器，U15～U17可選用OP07型運算放大器；(3)按圖3所示安裝好電路板并固定于機殼內(nèi)，再用導(dǎo)線與面板上的水位顯示屏、指示燈、按鈕、BCD撥碼盤進行電氣連接，然后經(jīng)加電和簡單調(diào)試，便能較好地實施本實用新型。發(fā)明人按上述實施方式制作的樣機可在0～50℃的環(huán)境溫度下工作，水位的測量范圍為0～10m的水位量程范圍內(nèi)，其分辨率為0.001m，測量誤差為最后1位數(shù)字≤±5，在0～100m的水位量程范圍內(nèi)，其分辨率為0.01m，測量誤差為最后1位數(shù)字≤±2。使用本檢測儀時，應(yīng)預(yù)先按圖3所示把水電站的水位傳感器與本檢測儀進行電氣連接，其操作步驟為(1)開啟電源后，檢測儀處于設(shè)定狀態(tài)，操作指示燈2熄滅，報警指示燈3及上限指示燈4亮，水位顯示屏1顯示上限報警值信號，此時可通過調(diào)節(jié)上限設(shè)定電位器5來確定水位上限報警值，調(diào)整BCD撥碼盤來設(shè)定月、日日期，其中千、百兩位撥碼盤設(shè)定月，十、個兩位撥碼盤設(shè)定日；(2)按壓打印/參數(shù)選擇按鈕8，報警指示燈3亮，操作指示燈2及上限指示燈4熄滅，水位顯示屏1顯示下限報警信號。此時，可調(diào)節(jié)下限設(shè)定電位器6來確定水位下限報警值，調(diào)整BCD撥碼盤來設(shè)定時、分。其中千、百兩位撥碼盤設(shè)定小時，十、個兩位撥碼盤設(shè)定分鐘；(3)按壓操作/設(shè)定按鈕，操作指示燈2亮，報警指示燈3及上限指示燈4熄滅。本檢測儀通過軟件把上述設(shè)定的月、日、時、分初始值輸入，并啟動實時時鐘，產(chǎn)生實時時間，此時BCD撥碼盤設(shè)定打印時間(a)若千、百位撥碼盤設(shè)定為00，十、個位撥碼盤可設(shè)為0～59，表示間隔多少分鐘打印一個數(shù)據(jù)；(b)若千、百位撥碼盤設(shè)定為30，十、個位撥碼盤可設(shè)定為1～23，表示間隔多少個小時打印一個數(shù)據(jù)；(c)若千、百位撥碼盤設(shè)定為00～23，十、個為撥碼盤設(shè)定為00～59，表示每天定時打印時間；在檢測過程中，只要按壓打印/參數(shù)選擇按鈕T2，即可把水位值及測量時間列表打印，若水位值大于上限設(shè)定值，報警指示燈3及上限指示燈4亮，并驅(qū)動揚聲器發(fā)聲報警；若水位值小于下限設(shè)定值，報警指示燈3亮，下限指示燈4熄滅，并驅(qū)動揚聲器發(fā)聲報警；若檢測過程中，按壓操作/設(shè)定按壓鈕，操作指示燈2熄滅，報警指示燈3及上限指示燈4亮，重新回到設(shè)定狀態(tài)。
權(quán)利要求1.一種水電站水位單片微機檢測儀，其特征在于它由機殼、面板、電路板共同連接構(gòu)成，其中面板上安裝有水位顯示屏(1)、操作指示燈(2)、報警指示燈(3)、上限指示燈(4)、上限設(shè)定電位器(5)、下限設(shè)定電位器(6)、操作/設(shè)定按鈕(7)、打印/參數(shù)選擇按鈕(8)、BCD撥盤碼(9)；其電路由BCD撥盤碼(9)、水位傳感器(10)、模擬放大電路(11)、多路轉(zhuǎn)換器(12)、A/D轉(zhuǎn)換器(13)、I/O并行接口(14)、(16)，單片微機(15)、顯示譯碼器(17)、操作顯示電路(18)、基準電源(19)、打印/通訊接口(20)共同電氣連接構(gòu)成；其相互連接關(guān)系為面板及電路板固定在機殼內(nèi)支架上，面板上的水位顯示屏(1)、操作指示燈(2)、報警指示燈(3)、上限指示燈(4)、操作/設(shè)定按鈕(7)、打印/參數(shù)選擇按鈕(8)分別通過各自信號傳輸線分別與電路板上相對位置點相連接，上限設(shè)定電位器(5)、下限設(shè)定電位器(6)分別通過各自信號傳輸線與電路板上多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)的相應(yīng)點相電氣連接，BCD撥碼盤(9)通過I/O并行接口(14)與單片微機(15)相電氣連接，水位傳感器(10)通過水位信號傳輸線分別與模擬放大電路(11)、基準電源(19)相電氣連接，模擬放大電路(11)通過信號傳輸線與多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)相電氣連接，多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開關(guān)通過信號傳輸線與A/D轉(zhuǎn)換器(13)相電氣連接，A/D轉(zhuǎn)換器(13)通過I/O并行接口(14)與單片微機(15)相電氣連接，顯示譯碼器(17)通過I/O并行接口(16)與單片微機(15)相電氣連接，單片微機(15)分別通過操作顯示信號傳輸線、打印通訊信號傳輸線分別與操作顯示電路(18)、打印/通訊接口(20)相電氣連接。
2.按權(quán)利要求1所述的水電站水位單片微機檢測儀，其特征在于所述的模擬放大電路(11)由集成件U15～U16、電阻R1～R8、電位器W1～W3共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，基準電源(19)由集成件U17、電阻R9～R10、電位器W3通過電路敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，多路轉(zhuǎn)換器由模擬轉(zhuǎn)換電子集成件U14構(gòu)成，A/D轉(zhuǎn)換器(13)由轉(zhuǎn)換器集成件U4、恒壓電路集成件U5、電容C1～C3、電阻R11、電位器W6共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€串并聯(lián)連接構(gòu)成，I/O并行接口(14)、(16)由I/O并行接口集成件U2、U3通過電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，單片微計(15)由CPU集成件U1構(gòu)成，顯示譯碼器(17)由顯示譯碼集成件U10～U13與數(shù)碼管通過電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，操作顯示電路(18)由緩沖器集成件U6、U9，電阻R12～R16、發(fā)光二極管D1～D3、按鈕T1～T2及揚聲器共同通過電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，打印/通訊接口(20)由串行打印/通訊接口電路集成件U7、U8，電容C4、二極管D4共同通過電路板敷銅膜帶并串聯(lián)連接構(gòu)成。
專利摘要本實用新型是水電站水位單片微機檢測儀,它由面板及電路板機固裝機殼內(nèi)構(gòu)成,面板裝有水位顯示屏、操作、報警及上限指示燈,上、下限設(shè)定電位器,操作/設(shè)定及打印/參數(shù)選擇按鈕,BCD撥碼盤,它們通過各自信號線與電路板相連接;電路由水位傳感器、基準電源、模擬放大電路、多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、BCD撥碼盤、顯示譯碼器、操作顯示電路、打印/通訊接口、單片微機等通過信號線或I/O并行接口相互連接構(gòu)成。本檢測結(jié)構(gòu)簡單、操作方便、工作穩(wěn)定、可靠、精確,自動控制檢測監(jiān)控程度高。
文檔編號G01F23/24GK2300093SQ9720537
公開日1998年12月9日 申請日期1997年6月9日 優(yōu)先權(quán)日1997年6月9日
發(fā)明者黃為民, 徐錦釗, 黃少先, 周潔蓮, 劉春生 申請人:華南理工大學(xué)