便攜式多功能量水儀的研制

需要說(shuō)明的是，儀器還具有簡(jiǎn)單的密碼設置功能。當設置密碼后，要進(jìn)行流量系數修改時(shí)，必須首先輸入正確的密碼，否則系統不予以響應。這樣能在一定程度上保證流量系數K、N的安全性。

2。3中斷采集服務(wù)程序

系統在此環(huán)節完成V/F信號采集、自動(dòng)量程轉換、流量計算及顯示水位H、流量Q等參數。其中K/N、W（總流量）參數顯示采用了復用鍵，由軟件設計的奇偶次切換決定。一般情況下，系統自動(dòng)循環(huán)地顯示H-Q值。

該模塊在運行時(shí)，首先保護現場(chǎng)，進(jìn)行初始化設置，啟動(dòng)T0定時(shí)器（T0的定時(shí)時(shí)間為100ms，時(shí)間常數為3CB0H）和T1計數器，由T1記錄V/F轉換輸出的脈沖數。然后，系統連續采樣10次，利用數字濾波技術(shù)得出當前的有效采樣值。接著(zhù)，判斷系統是否已經(jīng)進(jìn)行了自校正，若沒(méi)有，則先進(jìn)行系統的自校正；若已完成了自校正工作，則繼續后續程序塊，計算水位H、流量Q、總流量W值。最后根據控制命令顯示這些參數，調用功能鍵處理模塊，巡查有無(wú)控制命令，恢復現場(chǎng)、中斷返回。

此外，系統還設計了串行口通信程序，實(shí)現與上位機之間的數據通信，上傳H、Q、K、N、W等參數值及接受上位機對參數的修改和控制。

3量水儀的精度問(wèn)題

該儀器充分利用了AT89C51具有高性?xún)r(jià)比的特點(diǎn)，在不增加硬件資源的前提下，盡量做到硬件“軟化”，提高了儀器的測量精度。

3。1數字調零和增益自校正

儀器在測量前首先進(jìn)行自校正工作，即依次選通差動(dòng)輸入接口芯片CD4052的Y0、Y1輸入端口（其中Y0端接地，Y1端接標準+5V電源），然后調節相應的微調器使儀器自校正達到設計要求。在正式測量時(shí)，設選通Y0輸入端時(shí)，儀器測得V/F計數值為X0，選通Y1輸入端時(shí)，測得計數值為X1，設測得傳感器信號輸入的計數值為Xi，則每次測量的計算公式為

Hi=（Xi－X0）/（X1－X0）*Hst（7）

式中Hst為標準5V時(shí)的水位值。

這樣，Hi與放大器的漂移及增益誤差無(wú)關(guān)，不僅可提高儀器的測量精度，還可降低對器件精度的要求。

3。2采用模糊量程檔位

程控量程自動(dòng)轉換是由信號放大增益檔位的選擇實(shí)現的，這里采用了增益步進(jìn)法，即將增益由小到大逐步提高，直至選擇最佳的放大倍數。但是，由于器件轉換靈敏度的局限性，測量有時(shí)會(huì )不夠準確（尤其是在量程檔位臨界區），從而導致量程選擇出現錯誤，甚至進(jìn)入換檔死循環(huán)?？紤]到這一點(diǎn)，我們在相鄰兩個(gè)量程臨界區設置±5%量程選擇模糊區，當測量的輸入值落入量程模糊區時(shí)，則不改變放大器的當前增益。經(jīng)過(guò)實(shí)驗表明，采取模糊量程區能有效地防止放大器的增益來(lái)回跳動(dòng)現象。

3。3數據放大處理

在硬件上做到使測量精度達到均一化的同時(shí)，在軟件設計上也進(jìn)行相應的數據“放大”處理。在計算Hi值過(guò)程中，先將數據“放大”，精度提高到0。1mm。然后進(jìn)行二進(jìn)制乘運算，最后再統一轉化為三字節浮點(diǎn)數進(jìn)行浮點(diǎn)數運算，從而避免精度較低的直接二進(jìn)制除運算。程序運算中采用了三字節浮點(diǎn)數及四字節BCD碼浮點(diǎn)數進(jìn)行流量計算，補償修正后輸出顯示，使儀器的測量精度達到小數點(diǎn)后四位。

3。4信號隔離處理

對檢測信號通過(guò)LM331進(jìn)行了硬件上的信號隔離；輸入環(huán)節上增加濾波電容及輸入保護電路。系統的硬件設計遵循“一點(diǎn)接地”的原則，減少系統因電環(huán)路形成的干擾。

3。5可靠性設計

在軟件上進(jìn)行了可靠性設計，在每個(gè)模塊后和程序PROM的空白區加了軟件陷阱。并在一些重要的跳轉指令之間進(jìn)行軟件冗余設計。此外，還設計了溢出報警，避免顯示錯誤的信息。表1的一組數據是采用本儀器測出的實(shí)際流量Q和理論計算流量Q的比較，其中流量系數K=2。3215、N=2。2406。Q值理論計算為

Q=K*exp{N*lnH}(8)

表1實(shí)測流量與理論計算流量之比較

從表1可以分析出，采用此儀器測量出的流量Q與理論計算出的流量Q之間的誤差小于0。5%，已滿(mǎn)足了實(shí)際應用的精度需求。

4結束語(yǔ)

該儀器功能較全，攜帶方便，供電簡(jiǎn)單。系統已留出部分硬件資源，以備將來(lái)擴展系統的功能（如構成主從式渠系運行監測系統）。若進(jìn)一步改進(jìn)，該儀器能有效地應用于水利工程或其它類(lèi)似工程中，以實(shí)現快速、靈活的參數測量，有著(zhù)較高的實(shí)用推廣價(jià)值。