專利名稱：一種水位觀測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及一種水位觀測裝置，屬于水利工程技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
水位資料是反映河流、湖泊等水系特征的最基礎(chǔ)資料，水位資料是否正確可靠，直接影響到防汛、抗旱、水利建設(shè)、科學(xué)研究等領(lǐng)域。因此，觀測水位的工具是形成可靠水位資料的關(guān)鍵。水位觀測是黃河水利部門最基本的工作，長期以來黃河水位觀測以人工目測為主，工作環(huán)境十分惡劣，尤其在汛期，工作人員面臨著洪水、天氣等危險，觀測任務(wù)十分艱巨，觀測數(shù)據(jù)頻繁，容易出現(xiàn)人為錯誤。人工觀測水位的誤差主要來源五個方面①觀測員視線與水面不平行產(chǎn)生的折光影響；②波浪影響；③水尺附近的障礙物產(chǎn)生的阻水、壅水影響；④時鐘不準；⑤風(fēng)浪影響。水位資料具有很強的時效性，要求觀測人員將觀測成果在很短時間內(nèi)上報到上級部門。目前，觀測人員人為隨意性很大，比如要求觀測當日08時水位，觀測人員為完成報水任務(wù)，可能提前觀測或者遲后觀測，影響觀測資料的及時性。另外，由于水位站遠離縣城和通信基站，通信信號微弱，且容易受到外界干擾，而現(xiàn)在的報水工具又相當落后，影響觀測人員及時上報，不能滿足現(xiàn)代防汛需求。目前使用的水位觀測設(shè)備主要有人工觀測水尺、浮子式水位計、超聲波水位計、壓力式水位計和雷達式水位計。以上這幾種水位觀測設(shè)備各有優(yōu)缺點人工觀測水尺造價低、安裝維護方便，是目前使用最為普遍的一種水位觀測設(shè)備， 但觀測精度因人而異，需要專人管理，不能實現(xiàn)自動遙測。浮子式水位計目前使用較廣泛，工作穩(wěn)定，但安裝和維護復(fù)雜，施工難度大，造價高，不易實現(xiàn)自動遙測。超聲波水位計利用超聲波在空氣中的傳播速度來測量水位，測量過程完全由電子電路來實現(xiàn)，因而比較容易實現(xiàn)自動遙測，但超聲波水位計的安裝需要一個支撐桿，因此施工難度大，造價高，并且由于超聲波在空氣中的傳播速度受溫度影響較大，而造成測量誤差比較大。壓力式水位計通過壓力傳感器測量水中的靜壓力來測量水位，測量過程由電子電路來實現(xiàn)，因而比較容易實現(xiàn)自動遙測，但測量精度受溫度影響較大，受淤積影響嚴重，如果安裝傳感器的位置有淤積就不能使用了。雷達式水位計是一種新型的水位測量設(shè)備，利用毫米微波在空氣中的傳播速度來測量水位，測量過程完全由電子電路來實現(xiàn)，因而比較容易實現(xiàn)自動遙測。其測量原理與超聲波水位計類似，但由于微波的傳播速度受溫度影響極小，因而測量精度較高。目前雷達式水位計只有外國公司能生產(chǎn)，價格昂貴。且雷達式水位計的安裝也需要一個支撐桿，因此施工難度大，造價高。黃河年徑流量變化大，水文條件復(fù)雜，河床淤積嚴重，尤其是下游河道寬、淺、散、
3亂，測驗條件困難。影響水位觀測的主要因素一是盡管流量相同，而河床沖刷會使水位下降，淤積會使水位上升；二是水中叢生植物和漂浮物，旁側(cè)支流漲水頂托造成回水，強大的迎流向的逆風(fēng)均會使水位升高(尤其在河口段)，順風(fēng)會使水位降低；三是水位觀測的時間和次數(shù)的安排，即要滿足水文情報預(yù)報的需要，還要滿足測得的資料能反映出-日內(nèi)水位的變化過程，人為因素影響較大；四是有洪水、結(jié)冰、流凌(流冰)、冰凌堆積、冰壩和冰雪融水補給河流等現(xiàn)象時，增加觀測次數(shù)，以取得水位變化過程的完整資料；五是觀測水位時， 受河床變化、流勢、流向、水中漂浮物、波浪、風(fēng)向、風(fēng)力、水面起伏度、水溫等其他影響因素。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的在于針對現(xiàn)有的水位觀測和處理手段所存在的缺陷，即人工觀測誤差大，容易出現(xiàn)錯誤，水位數(shù)據(jù)傳遞不及時，水尺容易損壞等，提供一種水位觀測裝置，能夠自動收集連續(xù)的水位觀測資料，提高水位觀測質(zhì)量，減輕觀測人員的勞動強度，避免影響水位觀測的各種因素，實現(xiàn)水位觀測的自動化、數(shù)字化，為防汛指揮機構(gòu)提供及時、 準確的決策信息。本實用新型提供一種水位觀測裝置，包括底座和不銹鋼管，在所述不銹鋼管的一側(cè)沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不銹鋼管外部噴涂有水尺刻度，內(nèi)部裝有塑料芯，在所述塑料芯側(cè)面沿軸向裝有1厘米間距的不銹鋼電極，所述塑料芯內(nèi)部裝有由單片機、5-32地址譯碼器、8位電子開關(guān)和EEI3ROM存儲器組成的測量控制電路，所述不銹鋼電極與所述測量控制電路連接；在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。優(yōu)選地，在所述不銹鋼管頂部安裝有太陽能電池。本實用新型提供一種水位觀測裝置，能夠遠程操作，無人值守，測量精度高，安裝和使用方便，造價低，可以在黃河上推廣應(yīng)用。

圖1是本實用新型的水位觀測裝置的示意圖。圖中，1是底座，2是不銹鋼管，3是太陽能電池。
具體實施方式
參見圖1，本實用新型的水位觀測裝置，從外觀看，包括底座2和不銹鋼管1，在所述不銹鋼管1的一側(cè)沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，進水孔的作用是過濾水草和減輕波浪對測量結(jié)果的影響。所述不銹鋼管1的外部噴涂有水尺刻度，不銹鋼管1的內(nèi)部裝有塑料芯，本實用新型采用的塑料芯，其原料為塑料圓棒，側(cè)面由機械加工成一個平面，用于沿軸向裝有1厘米間距的不銹鋼電極。塑料芯內(nèi)部掏空，用于安裝內(nèi)部電路板，該內(nèi)部電路板是由單片機、 5-32地址譯碼器、8位電子開關(guān)和EEPROM存儲器組成的測量控制電路。不銹鋼電極與內(nèi)部電路板連接，塑料芯內(nèi)部的電路板由絕緣樹脂灌封。在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路，直流電源線連接外部電源，也可以同時連接太陽能電池，因此，作為優(yōu)先實施方式，在所述不銹鋼管頂部安裝有太陽能電池3。本實用新型的數(shù)據(jù)通訊采用標準的485數(shù)據(jù)通訊，可以靈活地、遠距離(小于2000米) 連接計算機、數(shù)傳電臺、調(diào)制解調(diào)器、GPRS模塊或以太網(wǎng)串口服務(wù)器等設(shè)備，以進行遠程控制和遠程數(shù)據(jù)傳輸。本實用新型采用不銹鋼電極作為水位傳感器，測量的誤差的最大值就是電極之間的間距，本實施方式采用的間距是1厘米，這樣測量誤差的最大值就是1厘米。使用這種設(shè)計為進一步提高測驗精度留下了余地，可以通過減小電極間距或傾斜放置來進一步提高測驗精度。但減小電極間距就要增加電極數(shù)量，增加電極數(shù)量，原來的電子水位觀測尺采用的是模擬電子電路，每一個電極對應(yīng)著一根信號線，當采用1厘米作為電極間距時，每米水尺將有100根信號線，因而制造出的水尺結(jié)構(gòu)復(fù)雜，故障率高，很難推廣。針對這種情況，本實用新型的水位觀測裝置采用了單片計算機技術(shù)，利用一片單片計算機的數(shù)據(jù)總線作為電極信號的傳輸通道，即將所有電極按8個一組分別讀取電極狀態(tài)，本設(shè)計的256厘米電子水位觀測尺共有256個電極，按8個一組共分成32組，每組由一個電子開關(guān)控制，32個電子開關(guān)使用5條控制線就可以控制(5條控制線有32種輸出狀態(tài))，這樣采集電極的信號線只有 13根，因此結(jié)構(gòu)簡單，可靠性大大提高。電子水尺應(yīng)用的另一個難題是電極的電化學(xué)腐蝕問題，電化學(xué)腐蝕是金屬在液體內(nèi)通電時的電解現(xiàn)象造成的腐蝕，因此減少電極的通電時間是解決電極電化學(xué)腐蝕的關(guān)鍵。本次設(shè)計的電子水尺的控制部分也使用了一片單片計算機，與水尺內(nèi)部的單片計算機協(xié)調(diào)工作，精確地控制電極的通電時間，每次測量都將電極通電時間控制在0.1秒以內(nèi)，大大延長了電極的使用壽命，同時減小了功耗，提高了可靠性。為實現(xiàn)上述功能，本發(fā)明利用單片機程序進行控制。其具體過程如下不進行測量時，單片機關(guān)閉電極的電源并等待來自485通訊電路的命令。當接收到來自485通訊電路的命令時，單片機按順序接通每一組電極的電源并檢測每一組電極的狀態(tài)，然后根據(jù)采集到的每一個電極的狀態(tài)(當電極入水時其邏輯狀態(tài)為0，不入水時為1)，計算出水位，將計算出的數(shù)據(jù)存入其的EEPR0M，然后通過485通訊電路將測量到的數(shù)據(jù)發(fā)送出去。本實用新型觀測的過程如下1.通電后系統(tǒng)內(nèi)部各存儲器初始化；2.進入等待狀態(tài)，判斷485接口是否有指令；3.當485接口收到測量指令后，進行水位測量操作。本實施方式的測量長度為256厘米，具有256個電極，這256個電極分成32組，最低端1組電極的地址η = 0，第二組電極的地址η = 1，……，最高端為第32組，其地址為 η = 31。讀取電極狀態(tài)是從最低端一組電極開始的，這時η = 0，單片機的Pl 口的低5位值為0，控制第一組電極的電子開關(guān)接通，第一組電極中的8個電極通過電子開關(guān)接入單片機的數(shù)據(jù)總線；然后單片機讀取數(shù)據(jù)總線即PO上的數(shù)據(jù)，根據(jù)讀取到的數(shù)據(jù)即可判斷電極在水中還是在水上，例如如讀取的數(shù)據(jù)為二進制 00000000，則表示所有電極均在水中，這時讀取的這一組水位值為8厘米；如讀取到的數(shù)據(jù)為二進制11100000，表示下面的5個電極在水中，這時讀取的這一組水位值為5厘米；本組電極測量完畢后，電極地址η+1，如上所述原理測量第二組電極的水位值……，直至測量完最上一組電極的水位值，即η = 31為止。最后將各組電極的水位值相加即得到本次測量的水位值。4.將本次測量的水位值存入固態(tài)存儲器EEPROM ；5.將本次測量的水位值通過485通訊電路上傳；6.完成本次測量過程后，程序再次轉(zhuǎn)入等待狀態(tài)，判斷485接口是否有指令，當再次收到測量指令時，再進行上述測量過程3、4、5。
權(quán)利要求1.一種水位觀測裝置，其特征在于，包括底座⑵和不銹鋼管(1)，在所述不銹鋼管⑴ 的一側(cè)沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不銹鋼管(1)外部噴涂有水尺刻度，內(nèi)部裝有塑料芯，在所述塑料芯側(cè)面沿軸向裝有1厘米間距的不銹鋼電極，所述塑料芯內(nèi)部裝有由單片機、5-32地址譯碼器、8位電子開關(guān)和EEPROM存儲器組成的測量控制電路，所述不銹鋼電極與所述測量控制電路連接；在所述塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水位觀測裝置，其特征在于，在所述不銹鋼管(1)頂部安裝有太陽能電池(3)。
專利摘要本實用新型提供一種水位觀測裝置，包括底座和不銹鋼管，在所述不銹鋼管的一側(cè)沿軸向均勻開有直徑為5毫米的進水孔，孔間距為20毫米，所述不銹鋼管外部噴涂有水尺刻度，內(nèi)部裝有塑料芯，在所述塑料芯側(cè)面沿軸向裝有1厘米間距的不銹鋼電極，所述塑料芯內(nèi)部裝有由單片機、5-32地址譯碼器、8位電子開關(guān)和EEPROM存儲器組成的測量控制電路，所述不銹鋼電極與所述測量控制電路連接；在塑料芯上端裝有直流電源線和485通訊電路。本實用新型提供一種水位觀測裝置，能夠遠程操作，無人值守，測量精度高，安裝和使用方便，造價低，可以在黃河上推廣應(yīng)用。
文檔編號G08C19/00GK202048955SQ20112013034
公開日2011年11月23日 申請日期2011年4月28日 優(yōu)先權(quán)日2011年4月28日
發(fā)明者孫曉明, 張傳河, 張華 , 王日強, 賀喬靜, 閆亞萍 申請人:張傳河