液位傳感器在纜道測深上的應用

摘 要：文章簡述了液位傳感器在水文行業中的應用，主要介紹了應用在水文纜道上的優點，希望為相關工作人員提供幫助。

關鍵詞：液位傳感器；纜道測深；應用

引言

在水文行業中，水文纜道是流量測驗的主要測驗設備，與其它測驗設施設備相比，在搶測洪峰、安全保障、節省人力、操作方便、改善勞動條件等方面有突出的優點。但是水文纜道測深一直是纜道流量測驗中的技術瓶頸。目前，水文纜道測深基本采用濕繩測繩法，利用水面信號和鉛魚河底托盤、干簧管及磁鋼裝置產生的河底信號作為計算起始，其受纜道主索彈跳、懸索偏角等影響測深誤差大。纜道主索垂度調整、懸索更換后及偏角改變時等都應進行比測率定，工作量大。當河底淤泥較深時，容易導致河底信號失靈影響工作效率，錯失測流時機。

利用液位傳感器測深具有許多優點，如：（1）精度高；（2）不受纜道主索彈跳及懸索偏角影響；（3）體積小，功耗低；（4）抗干擾能力強等等；文章提出一種新型的纜道測深方法，利用液位傳感器壓力測深原理，應用到水文纜道測深中，從根本上解決水文纜道測深技術難題，提高了測深精度和工作效率。

1 總體設計

系統分上位機（岸上）和液位傳感器（水下）兩部分，上位機通過I/O端口和DAC控制鉛魚前進、后退、上、下四個方向及速度，與液位傳感器之間通過短波無線通信。當鉛魚向下運行時，上位機實時發送命令采集液位傳感器數據，當到達河底時得到水深H（h1+h2，h1為壓力水深，h2為傳感器安裝位置到鉛魚底部的距離）。

2 系統主要器件

2.1 液位傳感器

MPM4700型智能液位傳感器是一款全不銹鋼設計全密封潛入式智能化液位測量儀表。該產品選用高穩定、高可靠性壓阻式OEM壓力傳感器及高精度的智能化變送器處理電路，采用精密數字化溫度補償技術及非線性修正技術，是一款高精度水位測量產品。防水電纜與外殼密封連接，通氣管在電纜內，可長期投入液體中使用。一體化的結構和標準化的輸出信號，為現場使用和自動化控制提供了方便。該產品以兩線制方式工作，體積小巧、重量輕、易安裝，使用方便。綜合精度±0.075%FS，補償溫度-10℃～70℃，工作溫度-10℃～80℃。

電氣連接：

2.2 上位機

上位機主件采用C8051F020，C8051F020是美國Cygnal公司推出的C8051F系列單片機，是完全集成的混合信號系統級MCU芯片，單周期指令運行速度是8051的12倍，全指令集運行速度是原來的9.5倍，使得以8051為內核的單片機上了一個新的臺階。具有與8051兼容的CIP-51微控制器內核，兩個具有可編程數據更新方式的12位DAC，64K字節可在系統編程的FLASH存儲器，兩個UART串行接口（方便與PC機接口），片內看門狗定時器。通過交叉開關配置寄存器XBR0、XBR1、XBR2方便對I/O端口進行配置，大量減少了外部連線和器件擴展，有利于提高可靠性和抗干擾能力。

3 軟件設計

軟件采用Keil C51編程，Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，C51語言結構清晰，語言簡潔，易學易用，兼備高級語言與低級語言的優點，在功能上、結構性、可讀性、可維護性上比匯編更有明顯的優勢，同時具有匯編語言的硬件操作能力。軟件主要功能：（1）通過無線模塊與傳感器通信；（2）參數設置，包括水平系數、加常數等；（3）控制鉛魚前進、后退、上、下、停止及運行速度；（4）實時顯示水平、水深數據。

主程序：

main（）

{

SYSCLK_Init（）；//時鐘初始化

serial_init（）；//串口、交叉開關設置

ES0=1； //中斷使能

while（1）

{

if（flag_read==1）//有數據收到

{

TranslateNum（）；//數據處理

DisplayNum（）；//顯示數據

flag_read=0；//清標志

}

if （Cmd_Go）{modeF=1；FXinfor（modeF）；}//前進

if （Cmd_Back）{modeF=4；FXinfor（modeF）；}//后退

if （Cmd_Up）{modeF=2；FXinfor（modeF）；}//上

if （Cmd_Down）{modeF=3；FXinfor（modeF）；}//下

if （Cmd_Stop）{modeF=0；FXinfor（modeF）；}//停止

if （modeF==2||modeF==3）SendCMD（）；//采集命令

}

}

4 結束語

該應用在多個水文站得到推廣，實用性強、性能穩定、測驗精度高。2014年7月28日，江西省水文局組織水文專家和代表在贛州召開了《液位傳感器在纜道測深上的應用》項目評審會，形成如下評審意見：（1）該項技術利用MPM4700型智能液位傳感器測得水面至河底的垂直水深，通過纜道測流系統軟件和數據通訊模塊，對所測數據進行自動接收、抗干擾處理、數據解碼、數據合理化檢查、完成顯示并傳輸到計算機。（2）該項技術克服了傳統測深時纜道主索垂度、彈跳、偏角改正、河底開關托板靈敏度等影響測深精度的系列因素。測驗精度高、重復性好，符合流量測驗規范要求。（3）該項技術應用具有勞動強度小、工作效率高、使用維護簡單等特點。（4）在壩上、麻州、汾坑等七個水文站纜道測驗中得到應用，性能穩定、可靠，解決了實際生產問題。創造性地解決了長期困擾水文纜道測深難的問題，填補了纜道測深技術空白，具有很好的推廣價值。

參考文獻

[1]C51單片機及應用系統設計[M].電子工業出版社.

[2]數據采集與總線技術[M].北京航空航天大學出版社.