CN219368806U - 一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及明渠流速测量技术领域，具体的是一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，本实用新型包括：采用STM32F407VGT6作为核心处理器的微控制器、多对用于流速测量的超声波换能器、用于水深数据测量的液位计和用于信号传输的RTU模块；所述超声波换能器的输入端和微控制器的输出端电性连接，超声波换能器的输出端和微控制器的输入端电性连接；通过采用微控制器作为整个装置的控制和计算中心，配合超声波换能器采集明渠流速数据，液位计采集明渠深度数据，设备采集明渠内水流速度和明渠深度借助已经输入的明渠参数，即可计算出实时明渠截面积进而计算出明渠实时流量，即使在水体内部存在可流动漂浮物时也能准确测量明渠流速。
Description
技术领域
本实用新型涉及明渠流速测量技术领域，具体的是一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置。
背景技术
明渠是一种具有自由表面(表面上各点受大气压强的作用)水流的渠道，根据它的形成可分为天然明渠和人工明渠。
为了掌握明渠水流的流速和流量，方便水利规划和建设，需要对明渠流速进行测量，如专利申请号“CN201320504683.5”中提出的一种用于明渠流速流量监测的系统。
在现有技术中，对明渠流速进行测量多使用人工转子式流速仪测量，但是转子式流速仪常因水中的漂浮物缠绕，从而导致流速仪不能正常工作或者测量的数据不准确。
实用新型内容
本实用新型的目的在于提供一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，以解决上述背景技术中提出的问题。
本实用新型的目的可以通过以下技术方案实现：
一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，包括：
采用STM32F407VGT6作为核心处理器的微控制器、多对用于流速测量的超声波换能器、用于水深数据测量的液位计和用于信号传输的RTU模块；
所述超声波换能器的输入端和微控制器的输出端电性连接，超声波换能器的输出端和微控制器的输入端电性连接；
所述液位计的输出端和微控制器的输入端电性连接；
所述RTU模块的输入端和微控制器的输出端电性连接，RTU模块的输出端和微控制器的输入端电性连接。
优选的，还包括TFT液晶屏，所述TFT液晶屏的输出端和微控制器的输入端电性连接，TFT液晶屏的输入端和微控制器的输出端电性连接，以实现通过TFT液晶屏完成人机交互。
优选的，还包括PC端，所述PC端的输入端和微控制器的输出端电性连接，PC端的输出端和微控制器的输入端电性连接，以实现通过PC端完成对微控制器的调试。
优选的，还包括电源，所述电源的输出端和微控制器的输入端电性连接，以实现为微控制器的供电。
优选的，还包括数据存储组件，所述数据存储组件的输入端和微控制器的输出端电性连接，以实现对微控制器运行数据和采集数据的存储。
优选的，所述液位计为超声波液位计，所述电源为太阳能电源。
本实用新型的有益效果：
通过采用微控制器作为整个装置的控制和计算中心，配合超声波换能器采集明渠流速数据，液位计采集明渠深度数据，设备采集明渠内水流速度和明渠深度借助已经输入的明渠参数，即可计算出实时明渠截面积进而计算出明渠实时流量，即使在水体内部存在可流动漂浮物时也能准确测量明渠流速，通过配合多对超声波换能器使用，可以实现对河流各层水流流速的同时测量，提高了测量精度、测量密度与测量效率，同时有效地降低了测量误差，并且配合RTU模块使用可以将实时测量数据上传至网络，提高了数据传输的速度，有效地提高了测流的效率。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图；
图1是本实用新型整体结构示意图；
图2是RS232原理图；
图3是RS485原理图；
图4是数据存储组件的电路原理图；
图5是图1中液位计和超声波换能器应用时的结构示意图。
图中附图标记如下：
1、微控制器，2、超声波换能器，3、液位计，4、RTU模块，5、TFT液晶屏，6、PC端，7、电源，8、数据存储组件，9、明渠，10、抱杆，11、机箱，12、摄像头，13、太阳能光伏板，14、避雷针，15、水下信号电缆。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。
一种槽基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，包括：
采用STM32F407VGT6作为核心处理器的微控制器1、多对用于流速测量的超声波换能器2、用于水深数据测量的液位计3和用于信号传输的RTU模块4；
所述超声波换能器2的输入端和微控制器1的输出端电性连接，超声波换能器2的输出端和微控制器1的输入端电性连接；
所述液位计3的输出端和微控制器1的输入端电性连接；
所述RTU模块4的输入端和微控制器1的输出端电性连接，RTU模块4的输出端和微控制器1的输入端电性连接。
STM32F407VGT6处理器是一款低功耗、高性价比的处理器，它基于ARM公司的高性能Cortex-M4内核，可广泛应用于信号采集和数据处理等领域，STM32F407VGT6接口丰富、功能强大，选择STM32F407VGT6作为微控制器的核心处理器，可以实现液位计等传感器的数据采集、整机工作模式的控制、流量的计算与存储、以及与其他模块的通信功能。
如图5，图5是图1中液位计和超声波换能器应用时的结构示意图，明渠9的一侧设置有抱杆10，多个超声波换能器2安装在明渠9内壁两侧的不同高度处，液位计3安装在抱杆10上，液位计3位于明渠9的上方，此外抱杆10上还安装有机箱11、摄像头12、太阳能光伏板13和避雷针14，太阳能光伏板13和避雷针14位于抱杆10的顶部，避雷针14接地，太阳能光伏板13和机箱11内部的电源连接，通过太阳能为机箱11内部的电源充电，再由电源放电为安装在抱杆10上的用电设备供电，此外机箱11内部的电源还会通过水下信号电缆15为超声波换能器2供电，机箱11中的设备通过水下信号电缆15和超声波换能器2连接，实现对超声波换能器2所采集数据的接收和传送。
微控制器1和超声波换能器2之间采用SPI总线进行连接，超声波换能器2设置有多个，可以对水流不同深度的流速进行测量，超声波换能器2上有收发电路，以实现超声波换能器2和微控制器1的信号交互。
还包括TFT液晶屏5，所述TFT液晶屏5的输出端和微控制器1的输入端电性连接，TFT液晶屏5的输入端和微控制器1的输出端电性连接，以实现通过TFT液晶屏5完成人机交互。
STM32F407VGT6处理器使用1路RS232通信接口与TFT液晶屏通信，显示内容的实时更新同时在TFT液晶屏5上，通过触控TFT液晶屏5可以修改相关参数，以方便通过TFT液晶屏5完成人机交互。
还包括PC端6，所述PC端6的输入端和微控制器1的输出端电性连接，PC端6的输出端和微控制器1的输入端电性连接，以实现通过PC端6完成对微控制器1的调试。
STM32F407VGT6处理器使用1路RS232通信接口与PC端6通信，以方便完成仪器的调试。
还包括电源7，所述电源7的输出端和微控制器1的输入端电性连接，以实现为微控制器1的供电。
有电源7为微控制器1以及连接在微控制器1上的电子元件供电。
还包括数据存储组件8，所述数据存储组件8的输入端和微控制器1的输出端电性连接，以实现对微控制器1运行数据和采集数据的存储。
STM32F407VGT6处理器通过1路SPI通信接口，与数据存储组件8连接，获取。
所述液位计3为超声波液位计，所述电源7为太阳能电源。
超声波液位计由声波的发射和接收之间的时间来计算传感器到被测液体表面的距离，由于采用非接触的测量，被测介质几乎不受限制，可以准确的采集到水体深度的输出，电源7采用12V太阳能电池，由电源7进行供电，可以实现对被测河流的全天候无人值守自主测量，极少需要操作人员的参与，大大降低了人工成本。
本实用新型提供的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置的工作原理如下：
在对明渠流速进行测量时，微控制器1发送测流命令至超声波换能器2，超声波换能器2完成流速测量工作，然后通过SPI总线将测量数据发送至微控制器1，微控制器1接收来自超声波换能器2的测量数据，进行计算，然后得出实时流速结果；
微控制器1通过RS485电路发送指令至液位计3，取返回数据进行进制转换后得到实时水深数据，微控制器1从内部FLASH读取明渠数据，只需采集明渠内水流速度和明渠深度，配合手动输入到微控制器1中的明渠数据，即可计算出实时明渠截面积进而计算出明渠实时流量；
微控制器1与RTU模块4进行串口通信将实时流速、流量与水位数据上传至网络，微控制器1将超声波换能器2和液位计3所采集的数据以及计算出的流量数据输入到输出数据存储组件8。
与相关技术相比较，本实用新型提供的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置具有如下有益效果：
通过采用微控制器作为整个装置的控制和计算中心，配合超声波换能器采集明渠流速数据，液位计采集明渠深度数据，设备采集明渠内水流速度和明渠深度借助已经输入的明渠参数，即可计算出实时明渠截面积进而计算出明渠实时流量，即使在水体内部存在可流动漂浮物时也能准确测量明渠流速，通过配合多对超声波换能器2使用，可以实现对河流各层水流流速的同时测量，提高了测量精度、测量密度与测量效率，同时有效地降低了测量误差，并且配合RTU模块4使用可以将实时测量数据上传至网络，提高了数据传输的速度，有效地提高了测流的效率。
以上显示和描述了本实用新型的基本原理、主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。
Claims (6)
1.一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，包括：
采用STM32F407VGT6作为核心处理器的微控制器(1)、多对用于流速测量的超声波换能器(2)、用于水深数据测量的液位计(3)和用于信号传输的RTU模块(4)；
所述超声波换能器(2)的输入端和微控制器(1)的输出端电性连接，超声波换能器(2)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接；
所述液位计(3)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接；
所述RTU模块(4)的输入端和微控制器(1)的输出端电性连接，RTU模块(4)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，还包括TFT液晶屏(5)，所述TFT液晶屏(5)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接，TFT液晶屏(5)的输入端和微控制器(1)的输出端电性连接，以实现通过TFT液晶屏(5)完成人机交互。
3.根据权利要求1所述的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，还包括PC端(6)，所述PC端(6)的输入端和微控制器(1)的输出端电性连接，PC端(6)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接，以实现通过PC端(6)完成对微控制器(1)的调试。
4.根据权利要求1所述的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，还包括电源(7)，所述电源(7)的输出端和微控制器(1)的输入端电性连接，以实现为微控制器(1)的供电。
5.根据权利要求1所述的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，还包括数据存储组件(8)，所述数据存储组件(8)的输入端和微控制器(1)的输出端电性连接，以实现对微控制器(1)运行数据和采集数据的存储。
6.根据权利要求4所述的一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置，其特征在于，所述液位计(3)为超声波液位计，所述电源(7)为太阳能电源。
Priority Applications (1)
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| CN202222561539.7U CN219368806U (zh) | 2022-09-27 | 2022-09-27 | 一种基于超声波时差法的多通道明渠流速测量装置 |
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| CN (1) | CN219368806U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118067198A (zh) * | 2024-03-11 | 2024-05-24 | 四川大学 | 一种明渠水流特性参数同步测量系统和测量方法 |
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2022
- 2022-09-27 CN CN202222561539.7U patent/CN219368806U/zh active Active
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