計算機直接讀取測速信號實現(xiàn)流速儀智能化流量測驗

計算機直接讀取測速信號實現(xiàn)流速儀

智熊化流量測驗王慧撰，張英駿3,熊孟琴3(1.河北水利電力學院，河北滄州061001；2.河北省高校水利白動化與信息化應用技術研發(fā)中心，河北滄州061001；3.河北省滄州水文水資源勘測局.河北滄州061000)［摘要］河流流量測驗與成果管理系統(tǒng)(ITMS)實現(xiàn)了從流速儀測速信息來源，性采集到加工處理，自動完成斷面測臉和分析計算、成果整編工作，由便攜式計算機支持測驗作業(yè)，把傳統(tǒng)的測驗模式提高到信息化的測驗水平。其中的軟硬件接口設計是系統(tǒng)目標能否實現(xiàn)的瓶頸，在簡單介紹整個系統(tǒng)功能的基礎上，對計算機COM端口讀寫與施測過程設計的成功方法和經(jīng)驗進行敘述，給出了詳細的端口通訊協(xié)議，可供用戶自行研發(fā)其它各種工作原理下的流速儀測速信號裝置與之配於。［關鍵詞)流速儀；便攜式計算機;COM端口；智能化；流量測驗〔中圖分類號］P332.4［文獻標識碼］A［文章編號］1006-7175(2017)01-0080-05ComputerDirectlyReadSpeedSignaltoRealizeIntelligent

VelocityInstrumentFlowTestWANGHui12,ZHANGYing-jun3,XIONGMeng-qin3(1.HebeiUniversityofWaterResourcesandElectricEngineering,Cangzhou061001,Hebei,China；2.WaterResourcesAutomationandInfonnatizationApplicationTechnologyResearchandDevelopmentCenterofHebeiColleges,Cangzhou061001,Hebei,China；3.BureauofHydrologyandWaterResourcesSurreyofCangzhou,Cangzhou061000,Hebei,China)Abstract:RiversflowtestandITMSachievedfromtheacquisitionofthecurrentmeterspeedinformationsourcetoprocessing,automaticcompletenessofsectiontest,analyticalcalculationandtheresultsofcompilation.Theyaresupportedbyportablecomputertestperformance,increasingthetraditionaltestpatterntotheinformationizationlevel.TheinterfacedesignofthesoftwareandhardwareisthekeyoftherealizationofthegoalInthispapertbasedonthebriefintroductionofthewholesystemfunction,theauthorsdescriedthemethodandtheexperienceofcomputerCOMportandthemeasuringprocessdesign.Besidesthatttheauthorsgavethedetailedportcommunicationprotocol,availableforuserstodevelopotherkindsofworkundertheprincipleofcurrentmeter［收稿日期］2016-11-03［作者簡介］王慧(1983-)，女,河北滄州人，講帥，碩士，研究方向為水文水資源;張英駿(1967-).男，河北黃驊人,正高級E程師.主要從事水文測報T.作;熊孟琴(1972-).女.四川大竹人，高級「程師，主要從事水文整編工作.speedsignaldevicetomatch.Keywords：currentmeter；portablecomputer；COMport；intelligent；flowtest1概述河流流量測驗是最基本的水文業(yè)務工作，流速儀測流一直是水文行業(yè)流量測驗的主要方法，也是率定和衡量其他各種測流方法精度的標準,一般采用橋測、船測或水文纜道測量，人工記時、記數(shù)和計算，手段落后,工作效率低?，F(xiàn)在ADCP測流方式已廣泛應用且已納入行業(yè)規(guī)范,但受水質(zhì)、河床等條件限制，始終不能完全取代流速儀法、浮標法等傳統(tǒng)測驗方式。因此，幾十年來，人們也就始終沒有間斷圍繞流速儀法的開發(fā)研究,電動纜道、智能測算儀等配套產(chǎn)品相繼推出。但是，任何不能直接連接計算機實現(xiàn)來源性采集信息和擁有一個成熟可靠的軟件系統(tǒng)來支持的技術革新，受其靈活性和可開發(fā)性所限，都不可能達到自動化、信息化的最高水平?！皩崪y流14、輸沙成果管理系統(tǒng)”是水文測驗整編人員在長期工作實踐中基于PowerBuilder工具開發(fā)的集流量、輸沙測驗信息的錄入計算、誤差分析、輔助整編等一體的計算機軟件系統(tǒng)，經(jīng)過多年的完善，已經(jīng)成為水文基層人員深深信賴的測報工具，特別是斷面流量分析計算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時得到測羚結(jié)果的人性化、規(guī)范化，對流速儀工作原理的理解的全面性、嚴謹性和作業(yè)中的簡單性、計算結(jié)果的正確性，以及程序設計了計時計數(shù)功能，使用便攜式計算機取代了停表、記錄紙、計算器等測驗工具，使測驗水平有了本質(zhì)的提高。在此基礎上進一步開發(fā),成功為該系統(tǒng)配套了可供計算機直接接收的測速無線信號裝置，實現(xiàn)了從信息來源性采集到自動化加工處理的信息系統(tǒng)一河流流量測驗與成果管理系統(tǒng)（ITMS），徹底改變了傳統(tǒng)的人工測驗模式。本文在簡單介紹ITMS的基礎上著重介紹計算機同信號裝置連接通訊和施測過程設計思路與實現(xiàn)。2ITMS簡介ITMS是由測速信號采集和計算機軟件處理共同組成的流最測驗整編系統(tǒng)，其工作模式見圖lo圖1PC-LL3n型測速信號裝置下的工作模式Fig.1TheworkingpatternbasedonPC-LL3nspeedsignaldevice1測速信號的采集方式測速信號的獲取可分為3種：0基于單片機的PC-LL3n型（無線）測速信號裝置。由接收端通過USB接口與計算機通訊，形成由水面、河底、流速儀3路信號和包括故障檢測等10種提示組成的成本低廉而穩(wěn)定可靠的智能的信息采集系統(tǒng)。2）專用鼠標信號器⑴。簡單改裝電腦鼠標，以USB鼠標的中鍵連接并采集流速儀無緣信號.簡單且穩(wěn)定可?靠，但不能控制河底和水面信號，只能用于小河斷面的橋側(cè)、船測、涉水測驗等。3）人工錄入。傳統(tǒng)測驗方法得到的測速計時計數(shù)等仍可■以人工錄入，還可融入采用浮標、電波流速儀等其他測速方式取得的垂線的測速數(shù)據(jù)。FlowIrsldalaroll<*<*li(mandanalyticalcalculation=FlowIrsldalaroll<*<*li(mandanalyticalcalculation=HK=HH===””二”：???小Mbnx:S圖2流■測驗信息采集與分析計算1）流ht、輸沙率智能分析計算,在同一界面上可接收處理上述3種萬式的測速信息，通過PowerBuilder的EditChanged事件驅(qū)動，實現(xiàn)即時得到計算過程和統(tǒng)計分析結(jié)果.實時檢測作常和錯誤數(shù)據(jù)，各種特殊情況的處理和“四舍六入”數(shù)字修約等完全遵從行業(yè)規(guī)范耍求其智能化體現(xiàn)在：對測驗使用的新的一架流速儀自動注冊，為用戶今后選擇使用，按照測驗歷時動累加使用時間，對使用超過80h的給予提示；代測驗或錄入開始和結(jié)束，程序自動獲取計算機系統(tǒng)日期時間作為本次測驗的起訖時間，也允許管理級別的用戶人為修改.并通過通用自定義時間中值函數(shù)門動取得規(guī)范格式的平均時間；n動識別處理巫線多點測速方法、發(fā)式河槽、岸邊、死水邊；自動檢查每一測點流速，對超出所使用流速儀測速范圍的實時提示；在借用大斷面模式下.自動添加每條測速推線的相應水深和測點位隊并允許用戶修改；任何可以由程序自動添加的數(shù)據(jù)，如垂線編號、默認的測速相對位置0.6、流速F詛23.2信號獲取PowerBuilder!1.（）版本后增加\byte數(shù)據(jù)類型，為本系統(tǒng)讀取COM端口數(shù)據(jù)提供了技術支持。測速信號裝置接收端接收的各路信號由單片機處理后通過COM端口向計算機發(fā)送，這里使用通用軟件轉(zhuǎn)換到USB口.并使用USB的5V電源支持工作系數(shù)等均由程序自動完成。2）測驗不確定度和誤差分析。提供了可維護的測流允許誤差實驗數(shù)據(jù)表,用戶能夠據(jù)此對任一測次進行分析。3）日平均流量、沙量的推求及過水總最計算，為用戶“四隨”工作提供了強有力的T.具。4）成果輸出?？呻S時生成與行業(yè)規(guī)范相一致的實測流最、沙量整編成果'；歷史特征值的住洵；以文本文件的形式導出和導入任一斷面的測驗成果，實現(xiàn)資料共享。5）流速儀自動注冊管理、大斷面更新維護等。3端口讀寫與施測過程設計I交互界面對測速裝置的測試、施測、提示等均在分析計算界面進行，給用戶一個圖、文、聲、表并貌的開放式操作平臺，并為野外作業(yè)能有一個最佳視線.設計多種屏幕顏色可供選擇。見圖2。1）識別端口。為保證接收端插入計算機的任一USB口能夠被有效識別.在每次工作開始前進行測試，點擊“接儀器信號”選擇圖框,通過遍歷Windows虛擬的全部COM端口，發(fā)送和接收市先同單片機約定的□令，直到配對找到為止,給「成功連接提示并準備施測.查找失敗則表明采集發(fā)射端電源未開啟或出現(xiàn)故障。

2）數(shù)據(jù)讀取。試識別成功并在接到計算機的開始工作指令后，單片機向端口以0.1s的頻率和波特率9600,N,8,1連續(xù)發(fā)送處理后的數(shù)據(jù)⑴，程序采用Timer事件驅(qū)動，以0.055s的頻率和相同波特率讀取。這樣盡管函數(shù)Timer（0.055）的時間不是很精確，但足以保證不會丟失端口數(shù)據(jù)，當然也必須對讀到的空值進行處理,采取累計連續(xù)讀空值的時間，并設置超過2s表I測速裝衢測速裝衢PC讀取井姓理水面流速儀河底敏片機發(fā)送讀取數(shù)據(jù)處理結(jié)果（byte型）（byte型）水而流速儀河底測速裝衢PC讀取井姓理水面流速儀河底敏片機發(fā)送讀取數(shù)據(jù)處理結(jié)果（byte型）（byte型）水而流速儀河底測速裝置接收端與COM測速裝衢PC讀取井姓理水面流速儀河底敏片機發(fā)送讀取數(shù)據(jù)處理結(jié)果（byte型）（byte型）水而流速儀河底測速裝置接收端與COM端口讀寫協(xié)議Table1ThereceivingendofspeedingmeasuringdeviceandtheCOMport,readingun<lwritingagreementAm（P）Ahc（P）識別端口陶對成功和開始準備（謨-寫）（寫-讀）工作的交互口令A?c（T>（讀■寫）0000001!010201131004101511061117人工控制按地（削鍵循環(huán)）Ahc（T）（寫-讀）停止丁?作的交互指令0無無大!無X有2無有無3無有有4有無無5有無有6有X7有有fl控制測速開始/結(jié)束9（也W通過PC人工控制）Null連續(xù)讀空（ft超過2Null連續(xù)讀空（ft超過2?視為故障圖3流速儀信號音效設置Fig.3Thesoundsettingsofcurrentmetersignal1）信號提示。同傳統(tǒng)的測驗方式使用的皆響器一樣.對讀取的各路信號使用聲明的Win-（lows的API函數(shù)PlaySound實現(xiàn)多媒體播放形式提示用戶，包括水面、流速儀、河底，以及由此派生的其它提示信息共10個。例如當水面信號分別在0—1和1-0的改變后發(fā)出入水和出水提示，流速儀汁數(shù)前響鈴則是指未開始施測期間因風力等造成的信號由0-1的改變。建立可自由擴充維護的提示鈴聲庫，由用戶自由添加和設置，見圖3。同時，在交互界面設計的信號狀態(tài)欄上對3個必要信號各制作一個指示燈。例如當測速裝置入水后.水面信號將連續(xù)讀取到1,程序控制入水指示燈保持紅色。2）用戶實施測驗。選擇第1條測速垂線（測點），流速儀置于相應測速位置時，點擊停表圖框開始測驗，程序自動將停表和信號數(shù)（由流速儀轉(zhuǎn)數(shù)得到）同時復制到該測點所在行進行動態(tài)計時和計數(shù),到達設定的測速時間（如60s）后的第一個流速儀信號接收，即完成本次測點流速測驗，并自動觸發(fā)EditChanged事件完成計算分析，自動跳轉(zhuǎn)下一垂線（測點），直至斷面最后一條垂線完成，相應的斷面統(tǒng)計分析工作同時完成,整個斷面流量的測驗結(jié)束。對任一有疑問的測點,可重新選擇該測點或通過采集發(fā)射端的人工按鍵人為控制，以單?向循環(huán)的方式跳轉(zhuǎn)至該測點重新施測。當然也可以人工干預或全部由人「操作記錄測速歷時和信號轉(zhuǎn)數(shù)完成，即不必須選擇垂線，從點擊停表圖框開始施測，視為傳統(tǒng)測驗方式的音響器，由人工錄入取得的測驗信息。停表圖框是程序讀取計算機CPU時間而設計的停表和流速儀信號計數(shù)器，也被設計為用戶可任意控制開始/結(jié)束的交替按鈕，并編程實現(xiàn)在相應的提示音后附加真人語音報數(shù)，為測驗人員佩戴無線藍牙耳機會達到最佳效果。4實際應用評價1TMS的成功研制雖然滯后于ADCP在水文行業(yè)上的普遍應用，但對于大部分小河斷面和冰期測驗等仍然會發(fā)揮其作用，甚至比走航式AD-CP更加方便快捷，而且其測驗信息和成果能夠直接用于n均流量和斷面徑流量的推求等，以及口J直接加工為資料整編成果。針對橋測或船測，如果不是初設斷面需要布設垂線和丈量起點距，則只需一名測羚人員手提鉛魚或操作絞車順利完成斷面流量測驗，因為不再需要記錄、計算和停表計時人員，不足之處是在降雨天氣下，橋測情況要避免雨淋電腦,一般要配備工作車；針對纜道斷面，考慮避免計算機應對不可預見的機械故障的困惑，系統(tǒng)沒有設計電腦操控纜道，但它可以準確和靈活指揮電動或手搖纜道，同時也叫以接收處理纜道原有的流速儀可靠的有線信號。5結(jié)語實現(xiàn)上述測速裝置信號的讀取和處理，特別是迎合測驗人員的工作習慣和同時解決規(guī)范太多的特殊要求，在數(shù)據(jù)庫設