專利名稱：水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型是一種水電站或水庫(kù)的水位單片微機(jī)檢測(cè)儀，屬自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表技術(shù)，特別涉及水位參數(shù)自動(dòng)檢測(cè)儀器儀表。
水位和水頭的測(cè)量是水電站水力監(jiān)測(cè)的重要內(nèi)容之一，其中上、下游水位測(cè)量是指上游水庫(kù)水位和下游水尾水位的測(cè)量。為保證水電站的安全運(yùn)行并實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)運(yùn)行，就必須對(duì)水電站及機(jī)組的有關(guān)水力參數(shù)進(jìn)行測(cè)量和監(jiān)視?？梢哉f(shuō)水位監(jiān)測(cè)裝置所提供的數(shù)據(jù)是水電站安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行的基本依據(jù)，所以必須要求它對(duì)被測(cè)參數(shù)狀態(tài)予以及時(shí)和準(zhǔn)確的反應(yīng)。然而，現(xiàn)有的水電站基本上是靠人工操作來(lái)進(jìn)行水位監(jiān)視。這樣，不但操作工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，而且很難測(cè)量到水位的實(shí)時(shí)變化，難于預(yù)防突發(fā)事故的發(fā)生?，F(xiàn)有的一些浮標(biāo)式液位計(jì)、超聲波液位計(jì)等水位測(cè)量?jī)x存在著測(cè)量精度低、價(jià)格貴、操作不便、無(wú)法準(zhǔn)確測(cè)量實(shí)時(shí)水位變化等的缺點(diǎn)和問(wèn)題，基本上難于在水電站中得到使用。
本實(shí)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(dòng)強(qiáng)度大、難于測(cè)量到實(shí)時(shí)水位變化、無(wú)法預(yù)防突發(fā)事故發(fā)生以及現(xiàn)有液位計(jì)測(cè)量精度低、價(jià)格貴、操作不便等的缺點(diǎn)和問(wèn)題，研制設(shè)計(jì)一種采用了精度高、穩(wěn)定性好的水位傳感器，能遠(yuǎn)距離把水位參數(shù)傳輸?shù)娇刂剖疫M(jìn)行自動(dòng)、精確、實(shí)時(shí)測(cè)量水位，減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)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(jī)檢測(cè)儀。
本實(shí)用新型是通過(guò)下述結(jié)構(gòu)技術(shù)方案來(lái)實(shí)現(xiàn)的本水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)儀的外型結(jié)構(gòu)示意圖如

圖1所示，本檢測(cè)儀的電路方框圖如圖2所示。它由機(jī)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(bào)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(pán)9；其電路由BCD撥碼盤(pán)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(jī)15、顯示譯碼器17、操作顯示電路18、基準(zhǔn)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(jī)殼內(nèi)支架上，面板上的水位顯示屏1、操作指示燈2、報(bào)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(guò)各自信號(hào)傳輸線分別與電路板上相對(duì)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(guò)各自信號(hào)傳輸線與電路板上多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的相應(yīng)點(diǎn)相連接，BCD撥碼盤(pán)9通過(guò)I/O并行接口14與單片微機(jī)15相電氣連接，水位傳感器10通過(guò)水位信號(hào)傳輸線分別與模擬放大電路11、基準(zhǔn)電源19相電氣連接，模擬放大電路11通過(guò)信號(hào)傳輸線與多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相電氣連接，多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)信號(hào)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(guò)I/O并行接口14與單片微機(jī)15相電氣連接。顯示譯碼器17通過(guò)I/O并行接口16與單片微機(jī)15相電氣連接，單片微機(jī)15分別通過(guò)操作顯示信號(hào)傳輸線、打印通訊信號(hào)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(guò)防水信號(hào)傳輸電纜遠(yuǎn)距離傳輸?shù)奖緳z測(cè)儀電路板中的模擬放大電路11進(jìn)行線性放大，再經(jīng)多路轉(zhuǎn)換器12的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)進(jìn)行選擇并切換到A/D轉(zhuǎn)換器13，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)后經(jīng)I/O并行接口14輸送到單片微機(jī)15，單片微機(jī)把水位檢測(cè)值進(jìn)行運(yùn)算后與上、下限設(shè)定值進(jìn)行比較，判斷是否發(fā)出報(bào)警信號(hào)，最后把運(yùn)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(jìn)行數(shù)字譯碼顯示，在上述檢測(cè)過(guò)程中，單片微機(jī)通過(guò)軟件自動(dòng)產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)鐘，用軟件編制出來(lái)的BCD撥碼盤(pán)用來(lái)設(shè)定打印時(shí)間，打印/通訊接口根據(jù)BCD撥碼盤(pán)所設(shè)定的時(shí)間定時(shí)把單片微機(jī)存貯器內(nèi)的水位數(shù)值及實(shí)時(shí)值進(jìn)行列表打印或傳輸?shù)缴衔挥?jì)算機(jī)以便把數(shù)據(jù)匯總及進(jìn)行遠(yuǎn)距離監(jiān)控；本檢測(cè)儀的基本電路原理圖如圖3所示。本檢測(cè)儀的水位檢測(cè)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(guò)電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，基準(zhǔn)電源19由集成件U17、電阻R9～R10、電位器W3通過(guò)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(guò)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(guò)電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，單片微計(jì)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(guò)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(yáng)聲器共同通過(guò)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(guò)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(cè)得的水位參數(shù)變?yōu)殡妳?shù)后，由模擬放大電路進(jìn)行放大，然后由U14構(gòu)成的多路轉(zhuǎn)換器進(jìn)行選擇并輸送到U4～U5等構(gòu)成的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)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(jī)，由CPU對(duì)輸進(jìn)的水位參數(shù)進(jìn)行運(yùn)算處理，并對(duì)上限設(shè)定值與下限設(shè)定值進(jìn)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(jìn)行譯碼，再送到數(shù)碼管進(jìn)行顯示。U17構(gòu)成的基準(zhǔn)電源提供水位傳感器的基準(zhǔn)電源，BCD撥碼盤(pán)9用于設(shè)定打印時(shí)間，使U7、U8構(gòu)成的打印/通訊接口根據(jù)BCD撥碼盤(pán)設(shè)定的打印時(shí)間定時(shí)把水位值及測(cè)量時(shí)間進(jìn)行列表打印或遠(yuǎn)距離傳送到上位計(jì)算機(jī)進(jìn)行遠(yuǎn)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(cè)儀的設(shè)定、操作、打印、報(bào)警狀態(tài)。
本實(shí)用新型與現(xiàn)有人工監(jiān)測(cè)水位或現(xiàn)有液位計(jì)測(cè)量水位相比，有如下的優(yōu)點(diǎn)和有益效果(1)由于本檢測(cè)儀是單片微機(jī)控制的智能儀表，能對(duì)水電站的水位參數(shù)進(jìn)行全自動(dòng)實(shí)時(shí)檢測(cè)，并能對(duì)水位上下限報(bào)警。同時(shí)，可根據(jù)實(shí)際需要設(shè)置不同的打印時(shí)間，通過(guò)打印/通訊接口實(shí)時(shí)把水位數(shù)據(jù)及測(cè)量時(shí)間進(jìn)行列表打印或遠(yuǎn)距離傳送到上位計(jì)算機(jī)；(2)本檢測(cè)儀采用硅壓集成電路檢測(cè)元件作為水位傳感器，具有測(cè)量精度高、穩(wěn)定性好、價(jià)格便宜等優(yōu)點(diǎn)，固此，便于推廣應(yīng)用；(3)本檢測(cè)儀結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、工作穩(wěn)定、可靠，檢測(cè)結(jié)果精確，不需要專門(mén)的維護(hù)保養(yǎng)；(4)本檢測(cè)儀操作方便、自動(dòng)檢測(cè)程度高，能大大減輕操作人員勞動(dòng)強(qiáng)度，能自動(dòng)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(duì)說(shuō)明書(shū)附圖進(jìn)一步說(shuō)明如下圖1為水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)儀的外形結(jié)構(gòu)示意圖；圖2為水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)儀的電路方框圖；圖3為水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)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(bào)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(pán)，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(zhǔn)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(shí)用新型的實(shí)施方式可按以下方式進(jìn)行(1)用一般的機(jī)加工方法加工機(jī)殼和面板，發(fā)明人曾按圖1所示加工出本檢測(cè)儀的樣機(jī)的機(jī)殼及面板，其機(jī)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(bào)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(pán)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(jī)，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(yùn)算放大器；(3)按圖3所示安裝好電路板并固定于機(jī)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(pán)進(jìn)行電氣連接，然后經(jīng)加電和簡(jiǎn)單調(diào)試，便能較好地實(shí)施本實(shí)用新型。發(fā)明人按上述實(shí)施方式制作的樣機(jī)可在0～50℃的環(huán)境溫度下工作，水位的測(cè)量范圍為0～10m的水位量程范圍內(nèi)，其分辨率為0.001m，測(cè)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(cè)量誤差為最后1位數(shù)字≤±2。使用本檢測(cè)儀時(shí)，應(yīng)預(yù)先按圖3所示把水電站的水位傳感器與本檢測(cè)儀進(jìn)行電氣連接，其操作步驟為(1)開(kāi)啟電源后，檢測(cè)儀處于設(shè)定狀態(tài)，操作指示燈2熄滅，報(bào)警指示燈3及上限指示燈4亮，水位顯示屏1顯示上限報(bào)警值信號(hào)，此時(shí)可通過(guò)調(diào)節(jié)上限設(shè)定電位器5來(lái)確定水位上限報(bào)警值，調(diào)整BCD撥碼盤(pán)來(lái)設(shè)定月、日日期，其中千、百兩位撥碼盤(pán)設(shè)定月，十、個(gè)兩位撥碼盤(pán)設(shè)定日；(2)按壓打印/參數(shù)選擇按鈕8，報(bào)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(bào)警信號(hào)。此時(shí)，可調(diào)節(jié)下限設(shè)定電位器6來(lái)確定水位下限報(bào)警值，調(diào)整BCD撥碼盤(pán)來(lái)設(shè)定時(shí)、分。其中千、百兩位撥碼盤(pán)設(shè)定小時(shí)，十、個(gè)兩位撥碼盤(pán)設(shè)定分鐘；(3)按壓操作/設(shè)定按鈕，操作指示燈2亮，報(bào)警指示燈3及上限指示燈4熄滅。本檢測(cè)儀通過(guò)軟件把上述設(shè)定的月、日、時(shí)、分初始值輸入，并啟動(dòng)實(shí)時(shí)時(shí)鐘，產(chǎn)生實(shí)時(shí)時(shí)間，此時(shí)BCD撥碼盤(pán)設(shè)定打印時(shí)間(a)若千、百位撥碼盤(pán)設(shè)定為00，十、個(gè)位撥碼盤(pán)可設(shè)為0～59，表示間隔多少分鐘打印一個(gè)數(shù)據(jù)；(b)若千、百位撥碼盤(pán)設(shè)定為30，十、個(gè)位撥碼盤(pán)可設(shè)定為1～23，表示間隔多少個(gè)小時(shí)打印一個(gè)數(shù)據(jù)；(c)若千、百位撥碼盤(pán)設(shè)定為00～23，十、個(gè)為撥碼盤(pán)設(shè)定為00～59，表示每天定時(shí)打印時(shí)間；在檢測(cè)過(guò)程中，只要按壓打印/參數(shù)選擇按鈕T2，即可把水位值及測(cè)量時(shí)間列表打印，若水位值大于上限設(shè)定值，報(bào)警指示燈3及上限指示燈4亮，并驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警；若水位值小于下限設(shè)定值，報(bào)警指示燈3亮，下限指示燈4熄滅，并驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲報(bào)警；若檢測(cè)過(guò)程中，按壓操作/設(shè)定按壓鈕，操作指示燈2熄滅，報(bào)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(jī)檢測(cè)儀，其特征在于它由機(jī)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(bào)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(pán)碼(9)；其電路由BCD撥盤(pán)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(jī)(15)、顯示譯碼器(17)、操作顯示電路(18)、基準(zhǔn)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(jī)殼內(nèi)支架上，面板上的水位顯示屏(1)、操作指示燈(2)、報(bào)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(guò)各自信號(hào)傳輸線分別與電路板上相對(duì)位置點(diǎn)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(guò)各自信號(hào)傳輸線與電路板上多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的相應(yīng)點(diǎn)相電氣連接，BCD撥碼盤(pán)(9)通過(guò)I/O并行接口(14)與單片微機(jī)(15)相電氣連接，水位傳感器(10)通過(guò)水位信號(hào)傳輸線分別與模擬放大電路(11)、基準(zhǔn)電源(19)相電氣連接，模擬放大電路(11)通過(guò)信號(hào)傳輸線與多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)相電氣連接，多路轉(zhuǎn)換器(12)的多路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)通過(guò)信號(hào)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(guò)I/O并行接口(14)與單片微機(jī)(15)相電氣連接，顯示譯碼器(17)通過(guò)I/O并行接口(16)與單片微機(jī)(15)相電氣連接，單片微機(jī)(15)分別通過(guò)操作顯示信號(hào)傳輸線、打印通訊信號(hào)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(jī)檢測(cè)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(guò)電路板敷銅膜帶或?qū)Ь€并串聯(lián)連接構(gòu)成，基準(zhǔn)電源(19)由集成件U17、電阻R9～R10、電位器W3通過(guò)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(guò)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(guò)電路板敷銅膜帶并聯(lián)連接構(gòu)成，單片微計(jì)(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(guò)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(yáng)聲器共同通過(guò)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(guò)電路板敷銅膜帶并串聯(lián)連接構(gòu)成。
專利摘要本實(shí)用新型是水電站水位單片微機(jī)檢測(cè)儀,它由面板及電路板機(jī)固裝機(jī)殼內(nèi)構(gòu)成,面板裝有水位顯示屏、操作、報(bào)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(pán),它們通過(guò)各自信號(hào)線與電路板相連接;電路由水位傳感器、基準(zhǔn)電源、模擬放大電路、多路轉(zhuǎn)換器、A/D轉(zhuǎn)換器、BCD撥碼盤(pán)、顯示譯碼器、操作顯示電路、打印/通訊接口、單片微機(jī)等通過(guò)信號(hào)線或I/O并行接口相互連接構(gòu)成。本檢測(cè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作方便、工作穩(wěn)定、可靠、精確,自動(dòng)控制檢測(cè)監(jiān)控程度高。
文檔編號(hào)G01F23/24GK2300093SQ9720537
公開(kāi)日1998年12月9日 申請(qǐng)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(qǐng)人:華南理工大學(xué)