專利名稱：單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀的制作方法
技術領域：
本實用新型是一種單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀，屬自動檢測儀器儀表技術領域，特別涉及水庫土壩滲潤水位參數自動檢測儀器儀表。
水庫土壩滲潤水位測量是水庫監測的重要內容之一，通過每天對水庫土壩各滲潤水位的測量結果進行比較，分析水庫土壩是否存在安全隱患，以確保水庫土壩的安全。目前，我國水庫土壩滲潤水位的監測，長期都處于人工測量及現場機械浮子測量的落后狀態，勞動強度大，特別是防洪、防汛期間，靠人工測量及人工現場監測，是很難隨時觀察到滲潤水位的變化情況，無法防止突發事故的發生。
本實用新型的目的就是為了克服和解決現有由人工監測水庫土壩滲潤水位勞動強度大、難于測量到實時滲潤水位變化、無法預防突發事故的發生等缺點和問題，研制設計一種采用高精度潛入式液位傳感器作為滲潤水位的測量元件，能輸入多路滲潤水位參數并能遠距離把滲潤水位參數傳輸到控制室進行自動、精確、實時測量滲潤水位、減輕值班人員勞動強度、預防突發事故發生的智能型單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀。
本實用新型是通過下述結構技術方案來實現的本單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀的外型結構示意圖如
圖1所示，它由機殼、面板、電路板共同連接構成，其中面板上具有滲潤水位檢測通道顯示屏1、滲潤水位顯示屏2、巡回檢測指示燈3、操作指示燈4、時間設定指示燈5、上限報警指示燈6、下限報警指示燈7、操作/設定切換按鈕8、巡回/定點切換按鈕9、增量值按鈕10、減量值/打印按鈕11；本檢測儀的電路方框圖如圖2所示，其電路由滲潤水位傳感器12、模擬放大電路13、多路轉換器14、有源濾波電路15、A／D轉換器16、輸入緩沖器17、單片微機計算機18、串行顯示驅動器19、數碼管/指示燈20、串行實時時鐘21、E2PROM存貯器22、操作電路23、打印/通訊接口24、基準電源25共同電氣連接構成，其中滲潤水位傳感器12、模擬放大電路13、多路轉換器14、有源濾波電路15、A／D轉換器16、輸入緩沖器17、單片微型計算機18、基準電源25共同電氣連接構成水庫土壩滲潤水位參數直接測量裝置，其關鍵在于它配有檢測過程中自動把數據列表打印或遠距離傳輸到上位計算機的打印/通訊接口24，其相互連接關系為面板及電路板固定在機殼的支架上，面板的滲潤水位檢測通道顯示屏1、滲潤水位顯示屏2、巡回檢測指示燈3、操作指示燈4、時間設定指示燈5、上限報警指示燈6、下限報警指示燈7等通過各自信號傳輸線與電路板相對應連接；滲潤水位傳感器12通過滲潤水位傳感信號傳輸線與模擬放大電路13相電氣連接，并通過電源線與基準電源25相電氣連接，模擬放大電路13通過模擬放大信號傳輸線與多路轉換器14的多路轉換開關相電氣連接，多路轉換器14的輸出端通過多路轉換信號傳輸線與有源濾波電路15相電氣連接，有源濾波電路15通過濾波信號傳輸線與A/D轉換器16相電氣連接，A/D轉換器16通過輸入緩沖器17與單片微型計算機18相電氣連接，數碼管/指示燈20通過串行顯示驅動器19與單片微型計算機18相電氣連接，串行實時時鐘21、E2PROM存貯器22、操作電路23、打印/通訊接口24分別通過各自信號傳輸線與單片微型計算機18相電氣連接。其工作原理為本檢測儀采用計算機編程，由操作/設定切換按鈕8及操作指示燈4選擇操作或設定狀態，操作指示燈4亮為操作狀態，操作指示燈4滅為設定狀態，檢測儀在設定狀態下，通過數字顯示屏1、2，指示燈3～7及按鈕8～11，把每一通道的上限及下限報警值、實時時鐘、巡回檢測通道始點值及終點值、定時打印時間輸入到單片微型計算機18，單片微型計算機18把以上的數據保存在E2PROM存貯器22、實時時鐘存入串行實時時鐘21并加以啟動，使數據在停電時不丟失及實時時鐘在停電時由備用電池E供電而連續運行。檢測儀在操作狀態下，每一通道的滲潤水位傳感器把現場的滲潤水位參數轉變為電參數，這電參數經信號傳輸線輸入到各通道獨立的模擬放大電路進行線性放大，然后經多路轉換器的多路轉換開關進行選擇和通過有源濾電路進行低通濾波，再經A/D轉換器進行模/數轉換，轉換結果經輸入緩沖器輸入到單片微型計算機，單片微機經運算處理后的通道值及滲潤水位值經串行顯示驅動器驅動數碼管/指示燈電路進行數字譯碼顯示。在上述檢測過程中，單片微機由保存在E2PROM存貯器內的始點值及終點值來確定巡回檢測通道范圍，每通道的檢測結果與保存在E2PROM存貯器內的各通道上限及下限報警值進行比較，大于上限報警值即驅動上限指示燈6報警，小于下限報警值而驅動下限指示燈7報警；單片微機不斷從串行實時時鐘21中輸入數據，并與E2PROM存貯器內的定時打印時間進行比較，通過打印/通訊接口可自動把存放于單片微機存貯器內的通道值及相對應的數據進行列表打印或傳輸到上位計算機以便數據匯總及進行遠距離監控。
本檢測儀的基本電路原理圖如圖3所示。本檢測儀可有多個滲潤水位檢測輸入通道，本實施例設計有16路滲潤水位檢測輸入通道，每通道的滲潤水位傳感器、基準電源及模擬放大電路均相同而各自獨立，圖3畫出了二個通道的滲潤水位傳感器、基準電源及模擬放大電路。其電路中的滲潤水位傳感器12包括16路輸入滲潤水位傳感器，其分別為 滲潤水位檢測輸入通道的滲潤水位傳感器，模擬放大電路13、基準電源25由遠算放大器集成件U12～U59、電阻R1～R160、電位器W1～W48共同電氣連接構成，第①通道的模擬放大電路由運算放大器集成件U12～U13、電阻R1～R8、電位器W1～W2共同并串聯連接構成，第①通道的基準電源由運算放大器集成件U14、電阻R9～R10、電位器W3并串聯連接構成，如此類推；第 通道的模擬放大電路由運算放大器集成件U57～U58、電阻R151～R158、電位器W46～W47共同并串聯連接構成，第 通道的匞準電源由運算放大器集成件U59、電阻R159～R160、電位器W48并串聯連接構成；多路轉換器14由電子模數轉換集成件U10～U11共同構成；有源濾波電路15由運算放大器集成件U60、電阻R161～R164、電容C1～C2共同串聯連接構成；A/D轉換器16由A/D轉換器集成件U3、恒壓電路集成件U4、分頻計算集成件U5、電阻R165、電容C3～C5、W49共同并串聯連接構成；輸入緩沖器17由緩沖器集成件U6構成；單片微型計算機18由CPU集成件U1構成；串行顯示驅動器19由串行顯示驅動集成件U2構成；數碼管/指示燈20由數碼管G1～G6、指示燈D1～D5共同并串聯連接構成；串行實時時鐘21由串行實時時鐘集成件U9、晶振XTAL、備用電池E共同連接構成；E2PROM存貯器22由E2PROM集成件U7構成；操作電路23由電阻R167～R170按鈕T1～T4共同連接構成；打印/通訊接口24由串行通訊接口集成件U8構成。電路工作原理為第 通道的滲潤水位傳感器把現場的滲潤水位參數變成電參數后，由各通道獨立的模擬放大電路進行放大，然后經由U10～U11共同構成多路轉換器進行選擇，經U60構成的有源濾波電路進行低通濾波，并輸送到U3～U5構成的A/D轉換器進行模/數轉換后，經U6構成的輸入緩沖器輸送到單片微機，由CPU根據輸入的通道值及滲潤水位值進行數據處理，經處理后的數據通過U2構成的串行顯示驅動器驅動數碼管進行顯示。在上述檢測過程中，基準電源25提供獨立16組基準電源供給16路輸入滲潤水位傳感器，由U7構成的E2PROM存貯器用于保存巡回檢測通道的始點值及終點值，每通道滲潤水位上限及下限報警設定值、定時打印時間，由U8構成的打印/通訊接口可自動把存放于單片微機U1存貯器的滲潤水位數據及相應通道值進行列表打印或傳輸到上位計算機進行遠距離監控，由U9構成的串行實時時鐘提供不間斷的連續實時時鐘，操作電路23控制檢測儀的操作、設定、巡回、定點、打印狀態。
本實用新型與現有人工測量及滲潤水位測量裝置相比有如下的優點和有益效果(1)由于本檢測儀是單片微機控制的智能型儀表，能對水庫土壩各滲潤水位參數進行全自動檢測，每通道的上限及下限報警設定值保存于E2PROM存貯器內，可與之進行比較，發出報警信號；并配有打印/通訊接口，可按保存在E2PROM存貯器內的定時打印時間自動把檢測結果進行列表打印或傳輸到上位計算機進行遠距離監控；(2)本檢測儀具有多通道檢測，且每一通道的滲潤水位傳感器均采用相同而又獨立的模擬放大電路基準電源電路，同時采用了多路轉換的電子模擬開關，使檢測儀能長期連續運行，準確測量現場各點的滲潤水位參數；(3)由于本檢測儀采用了串行實時時鐘、串行E2PROM存貯器和串行顯示驅動器等電路，具有結構簡單、工作穩定、實時時鐘及數據參數停電不丟失、檢測結果準確、可靠、不需要專門的維護保養；(4)本檢測儀自動檢測程度高、操作方便、能大大減輕值班人員的勞動強度，能自動監控水庫土壩各滲潤水位的狀態。
下面對說明書附圖進一步說明如下圖1為單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀的外形結構示意圖，圖2為單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀的電路方框圖，圖3為單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀的基本電路原理圖。各圖中1為滲潤水位檢測通道顯示屏，2為滲潤水位顯示屏，3為巡回檢測指示燈，4為操作指示燈，5為時間設定指示燈，6為上限報警指示燈，7為顯現報警指示燈，8為操作/設定切換按鈕T1，9為巡回/定點切換按鈕T2，10為增量值按鈕T3，11為減量值／打印按鈕T4，W1～W48為通道，滲潤水位傳感器的滿量程調節電位器、調零電位器及基準電源幅值調節電位器，如W1、W46分別為第①、 通道的滿量程調節電位器，W2、W47分別為第①、 通道的調零電位器，W3、W48分別為第①、 通道的基準電源輸出幅值調節電位器；CYW為滲潤水位傳感器，CZ1、CZ2為打印通訊接口。
本實用新型的實施方式可為如下(1)用一般的機加工方法加工機殼和面板，發明人曾按圖1所示設計、加工出樣機的機殼及面板，其機殼尺寸可為160×80×250mm，面板尺寸為160×80mm。然后再按圖1所示，排列、加工、安裝滲潤水位檢測通道顯示屏、滲潤水位顯示屏、巡回檢測指示燈D1、操作指示燈D2、時間設定指示燈D3、上限報警指示燈D4、下限報警指示燈D5、操作/設定切換按鈕T1、巡回/定點切換按鈕T2、增量值按鈕T3、減量值/打印按鈕T4等；(2)按圖3所示繪制印刷電路板，并按圖3所示篩選電器元件，其中集成件U1可選用MCS-51型單片微機，U2可選用MAX7219串行顯示驅動器，U3可選用1CL7135型A/D轉換器，U4可選用MC1403型恒壓電路集成件，U5可選用74LS92分頻計算器集成件，U6可選用74LS244緩沖器集成件，U7可選用24LC01型E2PROM存貯器，U8可選用MAX233串行接口集成件，U9可選用DS1302串行實時時鐘集成件，U10、U11可選用4051型電子模數轉換器，U12～U60可選用OP07行運算放大器；(3)按圖3所示，安裝好電路板，并固定于機殼內，并用導線與面板上的顯示屏、指示燈、按鈕等進行電氣連接。然后，經通電和簡單調試，便能較好地實施本實用新型。發明人按上述的實施方式制作的樣機可在0～50℃的環境溫度下工作，滲潤水位傳感器輸入通道為16通道，滲潤水位測量范圍為0～99.99M，檢測儀分辨率為0.01M，測量誤差為最后1位數字≤±2。
實施使用本檢測儀時，應預先按圖3所示把現場的滲潤水位傳感器與本檢測儀進行電氣連接，并根據現場輸入到本檢測儀的滲潤水位傳感器數目，在本檢測儀設定狀態中，通過按鈕T1～T4的操作及指示燈D1～D5、數碼管G1～G6的顯示，把滲潤水位通道始點值及終點值輸入到單片微機，并保存于E2PROM存貯器內。同時，亦可把每通道上限及下限報警值、定時打印時間、實時時鐘等輸入到單片微機，單片微機存于E2PROM存貯器內和啟動串行實時時鐘，使數據在停電時不丟失。其工作步驟為(1)開啟電源，本儀器按照E2PROM存貯器內所設置的始點值及終點值范圍內進行巡回檢測，巡回指示燈亮，操作指示燈亮，滲潤水位檢測通道顯示屏顯示出滲潤水位傳感器的輸入通道數字，滲潤水位顯示屏顯示出該輸入通道所測量的滲潤水位值，并與設定的該通道上限及下限報警設定值進行比較，若大于上限報警設定值，上限報警指示燈亮，若小于下限報警設定值，下限報警指示燈亮；(2)按壓巡回/定點切換按鈕T2，巡回指示燈熄滅，儀器便定點檢測E2PROM存貯器內所設置始點值的輸入通道，檢測通道顯示屏顯示出相對應該始點值的輸入通道值，滲潤水位顯示屏顯示出相對應始點值的輸入通道的滲潤水位值；若需要定點檢測下一通道的滲潤水位值，只要按壓增量值按鈕T3即可實現；(3)再按壓巡回/定點切換按鈕T2，巡回檢測指示燈亮，檢測儀又再進行巡回檢測；(4)當需要對設定值作重新修改時，只要按壓操作/設定切換按鈕T1，操作指示燈熄滅，可輸入新的設定值，輸入完畢后，按壓操作/設定切換按鈕后，操作指示燈亮，儀器又回復到操作狀態。在檢測過程中，當儀器運行到與保存于E2PROM存貯器內的定時打印時間一致時，單片微機自動把由始點值至終點值范圍內的通道數和相對應的滲潤水位值通過打印/通訊接口進行列表打印，或傳送到上位計算機進行數據匯總或遠距離監控；若隨時按壓減量值/打印按鈕11，亦可完成一次以上的打印操作。
權利要求1.一種單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀，其特征在于它由機殼、面板、電路板共同連接構成，其中面板上具有滲潤水位檢測通道顯示屏(1)、滲潤水位顯示屏(2)、巡回檢測指示燈(3)、操作指示燈(4)、時間設定指示燈(5)、上限報警指示燈(6)、下限報警指示燈(7)、操作/設定切換按鈕(8)、巡回/定點切換按鈕(9)、增量值按鈕(10)、減量值/打印按鈕(11)；其電路由滲潤水位傳感器(12)、模擬放大電路(13)、多路轉換器(14)、有源濾波電路(15)、A/D轉換器(16)、輸入緩沖器(17)、單片微機計算機(18)、串行顯示驅動器(19)、數碼管/指示燈(20)、串行實時時鐘(21)、E2PROM存貯器(22)、操作電路(23)、打印/通訊接口(24)、基準電源(25)共同電氣連接構成，其中滲潤水位傳感器(12)、模擬放大電路(13)、多路轉換器(14)、有源濾波電路(15)、A/D轉換器(16)、輸入緩沖器(17)、單片微型計算機(18)、基準電源(25)共同電氣連接構成水庫土壩滲潤水位參數直接測量裝置，其關鍵在于它配有檢測過程中自動把數據列表打印或遠距離傳輸到上位計算機的打印/通訊借口(24)，其相互連接關系為面板及電路板固定在機殼的支架上，面板的滲潤水位檢測通道顯示屏(1)、滲潤水位顯示屏(2)、巡回檢測指示燈(3)、操作指示燈(4)、時間設定指示燈(5)、上限報警指示燈(6)、下限報警指示燈(7)等通過各自信號傳輸線與電路板相對應連接；滲潤水位傳感器(12)通過滲潤水位傳感信號傳輸線與模擬放大電路(13)相電氣連接，并通過電源線與基準電源(25)相電氣連接，模擬放大電路(13)通過模擬放大信號傳輸線與多路轉換器(14)的多路轉換開關相電氣連接，多路轉換器(14)的輸出端通過多路轉換信號傳輸線與有源濾波電路(15)相電氣連接，有源濾波電路(15)通過濾波信號傳輸線與A/D轉換器(16)相電氣連接，A/D轉換器(16)通過輸入緩沖器(17)與單片微型計算機(18)相電氣連接，數碼管/指示燈(20)通過串行顯示驅動器(19)與單片微型計算機(18)相電氣連接，串行實時時鐘(21)、E2PROM存貯器(22)、操作電路(23)、打印/通訊接口(24)分別通過各自信號傳輸線與單片微型計算機(18)相電氣連接。
2.按權利要求1所述的單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀，其特征在于所述的電路可有多個滲潤水位檢測輸入通道，其電路中，滲潤水位傳感器(12)包括16路輸入滲潤水位傳感器，其分別為①～ 滲潤水位檢測輸入通道的滲潤水位傳感器，模擬放大電路(13)、基準電源(25)由遠算放大器集成件U12～U59、電阻R1～R160、電位器W1～W48共同電氣連接構成，第①通道的模擬放大電路由運算放大器集成件U12～U13，、電阻R1～R8、電位器W1～W2共同并串聯連接構成，第①通道的基準電源由運算放大器集成件U14、電阻R9～R10電位器W3并串聯連接構成，如此類推；第 通道的模擬放大電路由運算放大器集成件U57～U58、電阻R151～R158、電位器W46～W47共同并串聯連接構成，第 通道的基準電源由運算放大器集成件U59、電阻R159～R160、電位器W49并串聯連接構成多路轉換器(14)由電子模數轉換集成件U10～U11共同構成；有源濾波電路(15)由運算放大器集成件U60、電阻R161～R164、電容C1～C2共同串聯連接構成；A／D轉換器(16)由A／D轉換器集成件U3、恒壓電路集成件U4、分頻計算集成件U5、電阻R165、電容C3～C5、W49共同并串聯連接構成；輸入緩沖器(17)由緩沖器集成件U6構成；單片微型計算機(18)由CPU集成件U1構成；串行顯示驅動器(19)由串行顯示驅動集成件U2構成；數碼管／指示燈(20)由數碼管G1～G6、指示燈D1～D5共同并串聯連接構成；串行實時時鐘(21)由串行實時時鐘集成件U9、晶振XTAL、備用電池E共同連接構成；E2PROM存貯器(22)由E2PROM集成件U7構成；操作電路(23)由電阻R167～R170、按鈕T1～T4共同連接構成；打印／通訊接口(24)由串行通訊接口集成件U8構成。
專利摘要本實用新型是單片微機水庫土壩滲潤線巡回檢測儀,它由面板及電路板固定于機殼內構成,面板有滲潤水位通道及滲潤水位檢測值顯示屏、指示燈、按鈕,它們均通過信號線與電路板連接;電路中的滲潤水位傳感器、基準電源、模擬放大電路、多路轉換器、有源濾波電路、A/D轉換器之間通過各自信號線相互電氣連接;A/D轉換器、數碼管/指示燈分別通過輸入緩沖器、串行顯示驅動器分別與單片微機相互電氣連接;單片微機通過信號線分別與操作電路、打印/通訊接口電路、串行實時時鐘電路、E
文檔編號G01F23/22GK2415346SQ0022772
公開日2001年1月17日 申請日期2000年3月29日 優先權日2000年3月29日
發明者莊稼苗, 黃少先, 王耀榮, 趙東華, 王紅旗 申請人:華南理工大學