LDH-A型综合流量测算仪性能分析

邢瑞萍，孔涛，庄秀华

（山东省水文仪器研制中心，山东潍坊 261031）

LDH-A型综合流量测算仪性能分析

邢瑞萍，孔涛，庄秀华

（山东省水文仪器研制中心，山东潍坊 261031）

介绍了LDH-A型综合流量测算仪的技术指标及性能，阐述了该仪器的工作原理及优点，为类似工程提供借鉴。

流量测算仪；性能指标；技术参数；功能

LDH-A型综合流量测算仪是一种应用于水文测验的专用仪器，并利用其延伸的数据处理、存储、整编、打印和传输等功能，进行水资源调查评价、合理开发利用水资源的新型仪器。可用于水深、流速、断面面积、流量等各种水文数据的采集、传输、存储、处理。广泛应用于缆道、桥测、车测、船测等河道的水文测验工作。

LDH-A型综合流量测算仪由水上信号接收、数据处理部分（简称采集仪），水下信号生成、调制及无线发送部分（简称发射器），测深传感器和微机程序四部分组成。

1 测算仪的主要技术性能分析

1.1 采集仪部分的技术性能特点

采用近几年问世的快速、高集成度的PIC73单片微型计算机负责日历时钟的管理、参数的设定、信号的采集与处理、流速流量的计算与保存、测点的历史记录管理、测量结果的自动生成等。

1）接收系统。接收系统是无线数据采集仪的关键部分，其工作的可靠性将直接影响系统的测量精确度，它要求具有良好的选频特性及稳定性。

为此，设计中采用了载波频率自动跟踪及锁相环技术，当载频及调制信号发生部分偏移时，系统仍能可靠地接收。

2）测深、测距传感器的研制。传感器采用霍尔元件，其特点是抗干扰、耐湿，传输距离远，环境适应能力强，电路设计中采用了编码容错技术，测量精确度＜1cm。

3）数据压缩与存储技术。鉴于数据量较大，设计中采用了大容量半导体存储芯片以及设计容量48KB，采用数据压缩技术，存储40个断面，1000条垂线、5000个测点的历史记录，具有掉电数据保护功能，允许改写次数100万次。

4）日历时钟的管理与掉电保护技术。日历时钟采用高稳定性的时钟芯片DS1304，电路设计中采用了掉电保护及自动核准、补偿电路，计时误差不大于1s/d。

5）汉显液晶接口技术。显示驱动采用专用驱动芯片MSM6222B，其特点是速度快，自动管理液晶，汉显屏采用128×64点阵，可显示4行，每行16×16的汉字16个。

6）数据的历史记录查询。断面名称、位置及测流的时间是历史记录的特征，历史记录显示垂线的起点距、水深、测点的转子转数、测速历时、流速及测流时间等信息，计算结果包括断面流量、水面宽、最大水深、最大测点流速、测流起止水位等信息。

7）操作界面设计。采集仪采用翻页式汉化手机式操作界面与键盘。具有简便易学、显示直观等优点。

8）信号处理。采集软件采用动态自适应滤波技术，单片微处理器根据测流仪器的特征，在专家系统指导下，对接收到的信号进行滤波处理，提高信号的可靠性。

1.2 微机程序部分与技术性能特点

1）读出下位机中的数据。2）数据库管理。

3）历史记录查询。

4）所编制的运行程序可采用目前最流行的VC6.0高级语言编程，操作简单，可视化强，并有强大的数据库管理功能。

5）标准测流表格的生成打印。

6）年度对测流成果自动生成和打印汇编表。

1.3 水下发射器技术性能特点

采用PIC165X单片微型计算机，负责信号采集、处理及发送控制。

1）PIC单片微机是最新型CPU，它具有以下特点：哈佛流水线式结构；速度快，运算速度达12MPS，是MCS-51的12倍；功能强，内置看门狗，具有捕捉功能；内带2K字FLASHROM；微功耗，静侯电流＜1mA，5V时工作电流＜2mA。

2）切入信号的免绝缘，免防水接线技术。该技术允许用户勿需对入水、河底、流速仪进行任何防水、绝缘处理，可直接接发送器，简化接线操作，降低安装难度和使用成本。

3）电池节电技术。CPU在无信号时，自动进入下电节电模式，功耗＜1mA；有信号时，CPU立刻唤醒，进行信号发送工作，工作电流＜2mA，因工作时间远远小于睡眠时间，从而达到电池节电的目的。

1.4 硬件电路设计

硬件电路采用单总线设计技术，增强了系统工作的可靠性，RS232接口电路实现单片微机（下位机）与PC机或笔记本电脑（上位机）的信息传递，如断面信息、仪器型号，计算公式、统计结果、测点数据等，所有的数据传递都附有CRC效验码生成多项式为X16+X4+X+1，以确保信息传递的可靠性。

2 工作原理与结构

2.1 系统工作原理

LDH-A型综合流量测算仪的工作原理分为三部分：

1）水下信号采集、信号初步处理及无线信号的产生调制发射部分，这部分功能由水下信号发射器完成。

2）无线信号的水上采集、处理，数据的提取、参数的设置、数据的计算、数据的存储、查阅和计算结果的查询部分。

3）数据库管理、结果打印、历史记录查询、统计报表的功能，网上传输数据，这部分功能由采集仪上位机完成。该功能属于附加功能，这部分功能可以根据客户需求配置。即：采集仪下位机可以单独使用，亦可与PC机或笔记本电脑配合使用，上位机生成可视化操作平面，接收下位机传送的已经完成的数据信息。

2.2 水上采集仪工作原理

采集仪可以单独使用，亦可与PC机或笔记本电脑配合使用，上位机生成可视化操作平面，接收下位机传送的数据信息。另外还具有数据库管理、结果打印、历史记录查询等功能，下采集仪采用新型PIC单片微机，负责信号采集、数据计算等。

2.3 水下信号器工作原理

CPU无信号输入时，工作于下电模式，断时除外，中断源外，所有系统均停止工作，功耗小于1mA。

当有信号输入时，CPU立即进入正常工作模式，功耗＜2mA，控制信号的发送工作，发送完毕，CPU又工作于下电节电模式。除LS20、LS120型每50转发送一次外，其它型号仪器每转发送一次。

3 结语

LDH-A型综合流量测算仪的研制成功，为水资源的保护利用提供精确的计量工具和手段，同时对推动水利水文现代化建设和水文站队结合的步伐，提高水文测验的自动化水平，促进水文测验向高精度发展，具有重要意义。

（责任编辑赵其芬）

P338

B

1009-6159（2014）-01-0060-02

2013-10-01

邢瑞萍（1956—），男，工程师