基于單片機的流速流量測量無線遠程控制系統的制作方法

本發明屬于流量流速測量領域，具體涉及一種基于單片機的流速流量測量無線遠程控制系統。

背景技術：

流量、流速測量是水文、廠礦、環保污水監測、農田排灌、水文地質調查等部門最主要、最基本的工作之一。轉子式流速儀因結構簡單、慣性力矩小、流速測量準確、性能可靠，廣泛應用于流量測驗中。但傳統的轉子式流速儀信號的傳輸都離不開信號線(電線或鋼索)，結構復雜，傳輸不穩定，線路布設復雜等困難。而流速的測量方法上大部分是采用幾十年來一直使用的傳統音響、停表配合方法：轉子流速儀接上訊響器（或電鈴），人工計數、計時、再手工計算出流速，不僅時效低而且極容易受洪水風浪、人為等因素影響造成誤差，有采用流速儀計數器解決流速測量時計數問題的方式，也收到了較好的效果，但因數據傳輸不方便和信號處理、水體漏電阻的考慮不夠全面等因素也影響了推廣。

中國專利CN 201838162 U公開了一種流速遠距離無線測控系統，包括多功能智能流速儀和主控計算機，多功能智能流速儀通過無線收發模塊與主控計算機連接，該系統中流速儀采集的信號直接通過遠距離的無線傳輸到主控計算機再進行處理，這種處理方式的不足之處在于經過遠距離的無線傳輸有可能會造成信號的大幅度減弱甚至失真，影響了數據處理的準確性。

中國專利CN 201886034 U公開了一種流速流量測算儀表，該儀表包括微處理器、存儲器及輔助電路構成的CPU核心電路，CPU核心電路上連接有人機交互模塊、通信模塊及電源模塊，還包括接收轉子式流速儀輸出信號的信號采集處理接口電路，通信模塊包括通信接口模塊和由GPRS數據傳輸單元構成的無線通信模塊，通過該無線通信模塊實現遠程數據傳輸。該儀表的不足之處在于流速儀的測量使用只能由CPU核心電路進行控制，而水文中心站只能對測算儀表發送的數據進行接收處理，而不能直接控制測算儀表進行工作。

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種基于單片機的流速流量測量無線遠程控制系統，以解決現有測量系統無法實現遠程控制且信號傳輸溫度的問題。

為實現上述目的，本發明采用如下技術方案：基于單片機的流速流量測量無線遠程控制系統，包括本地執行單元和與其無線連接的遠程控制單元，所述本地執行單元包括用于通過信號采集處理電路接收流速儀信號的單片機，單片機上連接有液晶顯示屏、按鍵模塊、存儲模塊及與遠程控制單元進行雙向通訊的無線通信模塊，所述遠程控制單元用于通過該無線通信模塊遠程控制本地執行單元，該無線通信模塊為Wi-Fi或藍牙模塊。

所述遠程控制單元為智能手機或平板電腦。

所述單片機上連接有聲光提示模塊。

所述本地執行單元還包括用于對流速儀信號進行消抖處理的消抖電路。

所述本地執行單元采用延時方式對流速儀信號進行消抖處理。

所述延時時間為30~40ms。

所述延時時間為35ms。

所述本地執行單元還包括用于判斷轉子式流速儀信號是否接通的比較器電路。

本發明的無線遠程控制系統采用無線方式將本地執行單元和遠程控制單元這兩個組成部分進行連接，使其可以相互配合完成無線方式的流速測算、儲存等功能，本地執行單元也可以獨立使用。遠程控制單元控制本地執行單元完成流速的測算、數據儲存、導入電腦計算流量功能，由遠程控制單元通過時時模擬按鍵控制，進行各種操作。本地執行單元和遠程控制單元采用無線Wi-Fi模式進行信息傳輸可靠，雙工快速，使流量監測測控遠程化，方便了測流操作，同時也解決了纜道等測流設備流速信號傳輸采用“有線”方式，故障率高，故障查找困難，線路布設困難等弊端。

該控制系統的抗干擾能力強，能適應不同類型的轉子流速儀，穩定可靠且集計時、計數、計算處理、顯示、查詢等功能于一體。

附圖說明

圖1是本發明的原理框圖；

圖2是本地執行單元的運行流程圖；

圖3是遠程控制單元的運行流程圖。

具體實施方式

如圖1所示為本發明基于單片機的流速流量測量無線遠程控制系統原理框圖，由圖可知，該系統包括本地執行單元和與其無線連接的遠程控制單元，本地執行單元包括用于通過信號采集處理電路接收轉子式流速儀信號的單片機，單片機上連接有液晶顯示屏、按鍵模塊、存儲模塊及與遠程控制單元進行雙向通訊的無線通信模塊，所述遠程控制單元用于通過該無線通信模塊遠程控制本地執行單元，該無線通信模塊為Wi-Fi或藍牙模塊。

本實施例的遠程控制單元采用安裝有模擬按鍵模塊和相應測量軟件的智能手機或平板電腦等安卓設備，智能手機或平板電腦等設備一般采用Android系統，該系統采用開放式代碼，可以開發相應測控和計算軟件，與本地執行單元實時通訊，達到遠程監控本地執行單元和計算結果的功能。該遠程控制單元除了安卓設備自身功能外，測流軟件采用模擬按鍵。

進一步地，本實施例的單片機上連接有聲光指示模塊、用于對該本地執行單元供電的電源模塊、用于對相關參數進行設置的按鍵模塊、對相關數據進行顯示的液晶顯示屏以及用于指示測量時間及日期的時鐘模塊（帶有日歷功能）。

另外，由于流速儀屬于計數型機械開關設備，機械開關會存在像按鍵一樣的抖動現象，在觸點即將接觸到完全接觸這段時間里，接通狀態很可能已經改變了多次，造成計數誤差。為了解決這個問題，可以采用兩種方式：一種采用RS消抖電路解決，這種方式可以節約系統資源，提高系統處理能力；另一種采用軟件延時消抖，降低輸入端口的采樣頻率，將高頻抖動略掉，逃過高頻抖動區間。由于流速儀的最大測速一般不大于8m/s，輸低頻計數器，可以采用軟件消抖，按鍵消抖程序的延時一般采用10~20ms，我們通過試驗比較，采用35ms延時效果較好。

其次，流速儀在入水前，兩個接線柱電阻接近絕緣，但流速儀入水后，兩個接線柱間因水體導電性而造成電阻降低很多，一般水質在幾千歐姆。如果不進行處理，容易造成信號采集不穩定。本實施例采用兩種方式解決該問題，一種是采用接線柱絕緣（用絕緣膠布對接線柱進行絕緣處理可以，另加接絕緣專用接頭，方便安裝拆卸），另一種方式是在流速儀的信號輸出端加設比較器電路，當電阻小于某一數值時，就認為流速儀信號接通。

該控制系統的本地執行單元通過有線方式與轉子式流速儀連接，本地執行單元的外接連線全部集中在一個航空防水插頭上，具有較好的防水效果，在功能上除了具有常規流速儀信號處理系統功能外，還具有常規音響器的聲音和燈光提示功能。單片機自動對信號進行記錄、計算，并有聲光指示，保證了流速儀信號準確無誤的采集。測速過程操作簡單，根據信號直接顯示流速儀轉子的轉數和測速歷時；測速完畢，長鳴兩聲，顯示流速；方便查詢測點的流速、轉數n、實測歷時T和設定信息。

遠程控制端采用無線方式和本地執行單元實時通信，具有遠程操控顯示和查詢等功能，避免了有線連接的不便。該控制單元除了具有手機和平板電腦的常規功能外，還可以采用模擬按鍵遠程操控本地執行單元進行接發數據、參數設定等。

本地執行單元的運行流程如圖2所示，首先進行開機初始化，之后可以按照垂線號和測點號查詢流速、歷時、轉數等歷時數據，也可以對歷時、每響轉數、流速儀常數、水力螺距等參數進行設置；測量時首先根據端口狀態進行轉數、歷時的記錄，如果測速正常，則在測速結束后在顯示屏上顯示流速、歷時、轉速等數據，同時進行保存；此時測量程序中的垂線號自動加1，進行測流開始的界面繼續進行測量，修改垂線號或測點號返回繼續測量。本地執行單元的主要功能有：

（1）根據轉子流速儀的特性，設定流速儀的流速計算公式：v=K·N/T+C=K·na/T+C（米/秒），上述公式中，N=na，為在測量時間T內轉子流速儀的總轉數，n為信號數，a為每信號的轉數；K、C、a對每一個流速儀都為一固定常數；K、C、a參數和測流時間T數值；

（2）根據測點編號查詢歷史數據（轉數、歷時、流速等數據）；

（3）與電腦相連，拷貝歷史數據；

（4）與智能手機和平板電腦等安卓設備通訊，可以將本地執行單元的功能鍵和常用功能移位安卓設備上；

（5）接收流速儀信號，并對信號進行處理；

（6）采用測流時間（30s、100s或自定義時間）控制，對每個信號時間間隔合理性進行判斷（如果時間間隔太久，可能是雜草纏繞流速儀等故障，儀器就會報警）。

遠程控制單元的運行流程如圖3所示，與本地執行單元的測量流程不同之處在于：首先遠程控制單元要連接被控端（即本地執行單元），這里既可以查詢本地（遠程控制單元）存檔的歷史數據，也可以讀取被控端的數據或查詢被控端的歷史數據，同時通過遠程控制單元設置參數進行測量，其測量過程與圖2中所示的本地執行單元的運行過程相同。

本地執行單元與遠程控制單元之間優選Wi-Fi無線模式進行信息傳輸。Wi-Fi是一種能夠將個人電腦、手持設備（如Pad、手機）等終端以無線方式互相連接的技術。Wi-Fi上網可以簡單的理解為無線上網，2010年不少智能手機與多數平板電腦都支持Wi-Fi上網，Wi-Fi全稱Wireless Fidelity，是當今使用最廣的一種無線網絡傳輸技術，實際上就是把有線網絡信號轉換成無線信號，使用無線路由器供支持其技術的相關電腦，手機，平板等接收。一般Wi-Fi信號接收半徑約100米，但會受墻壁等影響，實際距離會小一些，傳輸速度非常快，可以達到54Mbps，符合個人和社會信息化的需求。Wi-Fi最主要的優勢在于不需要布線，可以不受布線條件的限制，因此非常適合移動辦公用戶的需要，并且由于發射信號功率低于100mw，低于手機發射功率，所以Wi-Fi上網相對也是最安全健康的。Wi-Fi無線傳輸是數據透明通訊，數據傳輸可靠性高，擺脫橋測車、纜道等對信號傳輸的限制。另外，Wi-Fi無線傳輸有成熟的模塊程序，方便開發，減少錯誤等優點。

該控制系統主要可以用在以下幾種方式流量施測：

（1）用巡測車或測流船的中小河流測流：本地執行單元安裝在絞車上，通過鎧裝電纜與流速儀相連；遠程控制單元采用無線Wi-Fi與本地執行單元進行信號連接，可以在駕駛室、船艙內或其他地方進行操作。

（2）纜道測流：本地執行單元安裝在拉偏索或起重索，通過電纜線與流速儀相連；遠程控制單元采用無線Wi-Fi與本地執行單元進行信號連接，可以在纜道房內外操作。

（3）涉水或其他突發事件測流：本地執行單元安裝在測桿上部，通過電纜線與流速儀相連；遠程控制單元采用無線Wi-Fi與本地執行單元進行信號連接，可以在岸邊操作，也可以由涉水施測人員直接在本地執行端操作。

也就是說，在使用時，該控制系統用在測流車、測流船和測桿上，本地執行單元直接安裝在相應位置，遠程控制單元只要附近地方就可以進行各種操作。另外，該控制系統用在纜道及其他遠程控制單元距離本地執行單元較遠的測流環境中時，需要加設無線路由器進行信號加強，本地執行單元需要安裝在拉偏索上或起重索上（在水流速較大測流斷面，纜道一般設有拉偏索，要首選拉偏索），使本地執行單元處于水面以上。當然，如果條件允許，本地執行單元與遠程控制單元也可以采用有線方式連接。

以上實施例僅用于幫助理解本發明的核心思想，不能以此限制本發明，對于本領域的技術人員，凡是依據本發明的思想，對本發明進行修改或者等同替換，在具體實施方式及應用范圍上所做的任何改動，均應包含在本發明的保護范圍之內。