低功耗智能型自记式量水仪表

摘要

低功耗智能型自记式量水仪表，属于测量仪器仪表领域，一种低功耗智能型自记式量水仪表，包括一次变送器、与其配套的数字式记录仪，其特征在于，一次变送器可任选模拟传感器或数字传感器；无需专业人员进行二次开发；为一次变送器提供能源支持的数字式记录仪，它包含一块微处理器芯片电路，该电路同时通过所连接端柱，接受一次变送器的输出信号，并将其进行转换，存储和显示出来。该量水仪表能够在功耗很低的情况下，从实际需要出发，实现水情数据的实时监测和实时记录、定期采集等多种水管理模式。

说明书

技术领域

本发明属于测量仪器仪表领域，特别涉及到一种低功耗智能型自记式量水仪表。

背景技术

我国地域辽阔，灌区面积众多，进行灌区量水，是节约用水、提高灌水质量和灌溉效率的必要前提，是实行计划用水和准确引水、输水、配水和灌水的重要手段，也是计收水费的重要依据。灌区常用的量水方法包括水工建筑物量水，特设量水设备量水，流速仪量水等几种。其中流速仪量水成果精确，但费时费力，设备费用高，不便于水量信息的实时监测，一般多用于水位流量关系的校核率定和重要控制断面的水量施测。在灌区用水管理信息化建设中，水工建筑物量水和特设量水设备量水占有重要的地位。各种类型的一次传感器如压力式、浮子式、超声波式，电磁式、水表等和各式各样的二次仪表已经被开发出来，并在实际中得到应用。但适合其他领域或行业的计量设备，未必能有效的适应我国灌区特点和现阶段管理水平。总体看来，我国灌区量水缺乏相应的测量技术和设备，而且部分测量设备价格高昂，非灌区所能接受。当前，我国灌区迫切需要的测量设备应从实际需要出发，不是简单的移植工业测量设备和国外计量器具，抑或水文测验手段，而是研制开发经济实用、价格适宜的量测设备。本研究课题，就是本着这样一种实际的需要，研制开发出这种低功耗智能型自记式量水仪表，它是由一次变送器和自身发明的WR-2000-W型数字式记录仪共同组成，该量水仪表实现了水情数据的实时监测和实时记录、定期采集等多种水管理模式。

发明内容

本发明需要解决的技术问题是，针对已有的灌区常用的各种量水设备中，存在使用费时、费力、设备费用高，不便于水量信息的实时监测等诸多不足之处。为了克服这些不足之处，重新设计、开发一种功耗较低的智能型自记式量水仪表，来满足水量信息实时监测的需要。为了达到这一发明目的，是采用以下技术来实现的，一种低功耗智能型自记式量水仪表，包括一次变送器、与其配套的数字式记录仪，其特征在于，一次变送器可选用模拟传感器或数字传感器；为一次变送器提供能源支持的数字式记录仪，它包含一块微处理器芯片电路，该电路同时通过所连端柱，还接受一次变送器的输出信号，并将其进行转换，存储和显示出来。所述低功耗，它的实现一是依靠数字式记录仪内部所设置的微处理器单片机芯片电路，二是依靠工作程序上设有休眠状态和唤醒机制的工作步骤。所述配套使用的数字式记录仪，它包括一个记录机壳，机壳内装有一块电子线路板及其电源，机壳顶部设有连线端柱，前面板上装有显示屏，屏下有一排按键。可与多种通讯方式结合，实现数据的实时监测和提取。所述机壳内的电子线路板，板上所布设的电路分别是微处理器单片机芯片电路，LED显示及驱动电路、时钟电路、AD转换器电路，Flash存储器电路，串行口，电源供给电路。在该智能型自记式量水仪表工作时，当一次变送器连接模拟传感器时，把作用于其上的液体压力或水流速度参数转换为两线制4～20mA的统一标准信号，而选用数字传感器时，则把位移量转换为标准格雷码输出。本量水仪表无需专业人员进行二次开发。以WR-2000-W型数字式记录仪为核心，本发明的有益效果可以通过对比而得出，传统的方法是通过可编程控制器由专业开发人员来实现，因而每一处测量点就变成了一项“耗时耗力”的工程，本仪表采用智能识别技术和巧妙的结构设计，使得一般的灌区工作人员就可完成不同类别传感器的连接，极大地方便了用户，有利于成果的推广与普及，该量水仪表具有以下显著的特点：

(1)具有低功耗的特点：选用微处理器功耗很低，平时工作在睡眠状态，由实时钟，按键或串行口唤醒。采用低压差稳压电路，内部采用蓄电池，充足电后可连续使用1个月以上；同时也可外接大容量的电池，或太阳能电池板，长期工作在野外无电状态之下。

(2)具有多路输入的特点：一般的水利测量二次仪表只有一路输入，对单个采集点是有效的，但是灌区中存在大量的距离相当近的采集点，它们之间存在着相互关联，如果将它们分别作为独立的采集点对待，不仅增加二次仪表的数量，而且也增加相应的通讯设备费用。智能型量水仪表根据灌区实际需求，设计成具有四路输入的仪表，可满足绝大多数渠系水量计量的要求。

(3)具有大容量的特点：每十分钟采集一条记录，可以存储超过三个月的数据，而且这些数据即使在掉电的情况下，也可以长期不丢失。不论是实时采集还是实时记录定期采集，存储在就地记录仪中的数据均可作为原始记录保存，当数据量超过仪表的最大存储容量时，自动更新最早的数据，而保持最近的数据。当采集记录间隔变长时，存储的数据周期也会相应变长。

(4)具有自适应的特点：目前灌区使用的传感器尽管多种多样，但占主要地位的仍是4～20mA的模拟传感器和采用格雷码输出的数字传感器，这两类传感器均可直接与二次智能仪表连接，用户可根据实际需要，选择不同类型的传感器。虽然可编程控制器可以根据需要组合不同的模块完成多路输入和输出的工作，但对灌区计量而言，实际的情况相对简单，四路输入和一种输出即可满足绝大多数灌区的需求，唯一需要考虑的是用户可能选择不同类型的传感器或者在使用过程中需要调整传感器类型，智能型量水仪表充分考虑这些实际需求，用户只需将二者连接即可，操作简单，容易为灌区广大的水管人员掌握。

(5)具有灵活的通讯方式：低功耗智能型量水仪表提供标准的232接口，用户可根据实际需求，选配不同的通讯模式，完成水量相关数据的监测和采集。在实时通讯模式下，该仪表还具备超限报警功能。

该仪表能够在功耗很低的情况下，从实际需要出发，实现水情数据的实时监测和实时记录、定期采集等多种水管理模式。

附图说明

图1为低功耗智能型自记式量水仪表连接关系示意图

图2为该仪表中数字式记录仪内所设电子线路原理图

具体实施方法

参照图1，表示该低功耗智能型自记式量水仪表各部件连接关系，整个仪表分两大部分，一部分是一次变送器，它可选用数字传感器，本例中，浮子传感器1(为其中的一种)，它可以把位移量转换成标准格雷码输出；也可选用模拟传感器，如压力传感器1。仪表另一部分为数字式记录仪2，该记录仪包含一个机壳2.1，以及接线端柱2.3a-2.3d，其中a、b、c、d各端柱连接模拟或数字传感器2.3d为多功能接口，兼备数据通讯。机壳内部设有电子线路板2.2。参照图2，该线路设有以单片机PIC 16F 874为中心的芯片电路，它连接着LED显示及驱动电路，显示部分连接在机壳面板上的显示屏2.4；单片机还连接着按键回路，它与记录仪面板上的一排按键2.5相连通，单片机芯片电路还与时钟电路、AD转换器电路、Flash存储器电路、串行口，电源供给电路相连接。该仪表功耗很小，等待功耗小于1mA，工作状态功耗小于50mA，所用电源电压为6伏，当电源为6伏4安时，可在无外接电源情况下连续工作30天以上。