水位泥位测量方法及装置的研究

摘要

通常采用流速面积法对明渠中的水流量进行测量，在测量过程中，明渠中的淤泥沉淀会使过水断面面积无法准确测量，因此也就无法得到当前准确的水流量，所以需要能够同时测量淤泥厚度、水位高度的方法和装置，从而实现明渠水流量的准确测量。
　　根据淤泥、水、空气三种介质的电导率不同这一性质，对它们三者进行区分，对以往常用的测量方法进行分析对比后，确定选用电阻分压法作为测量水位和泥位的方法，在对大量实验数据进行分析后，设计算法对水位值和泥位值同时进行计算，同时确定电极板的电极布局形式以及采集方式，在这些基础上设计研制一个水位泥位测量装置的软、硬件系统，从而实现对同一环境下水位和泥位的同时测量。水位泥位测量系统的硬件部分选用IAP15W4K61S4型号单片机为核心控制单元，通过采集电路对电极两端的电压值进行采集，选用存储芯片24LC1025进行数据存储，根据防爆标准要求，设计两级保护的电源模块对装置供电，使用RS485通讯方式进行数据传输。根据硬件结构编写相应的软件代码，实现数据的采集、A/D转换、数据处理及存储、装置与上位机之间交互通讯等核心功能以及初始化系统等辅助功能。设计上位机显示界面，对设备参数进行设置，并对水位值和泥位值、AD电压采集值、设备参数等数据进行获取显示。最后对水位泥位测量装置进行运行测试，并对最终的测量数据进行误差分析，从而得到本装置的测量误差范围在±5mm以内，并且测量过程快，具有实时性，符合最初的设计要求。
　　本装置在淤泥严重的明渠里，可以长期在无人操作的情况下实时采集数据，不仅对矿井涌水量的防治具有重要意义，也适用于水库、河流、水利工程、城市供水、污水处理、农田灌溉等各类明渠的水流量监测。

目录

声明

1 绪 论

1.1 水位泥位测量方法及装置的研究背景与意义

1.2 水位和泥位的测量研究现状

1.3 主要研究内容及具体工作

2 水位泥位测量原理及方法

2.1 电导率

2.2 系统信号源的选择

2.3 水位泥位测量原理

2.4 水位泥位测量方法

2.5 水位泥位测量实验

2.6 水位泥位计算算法研究

2.7 系统总体设计思想

3 水位泥位测量装置的硬件设计

3.1 系统要求概述

3.2 系统硬件总体设计

3.3 系统硬件的详细设计与实现

4 水位泥位测量装置的软件实现

4.1 嵌入式系统

4.2 软件总体设计

4.3 软件详细设计与实现

5 运行测试

5.1 上位机显示软件

5.2 运行测试

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录