計(jì)算機(jī)直接讀取測速信號實(shí)現(xiàn)流速儀智能化流量測驗(yàn)

計(jì)算機(jī)直接讀取測速信號實(shí)現(xiàn)流速儀

智熊化流量測驗(yàn)王慧撰，張英駿3,熊孟琴3(1.河北水利電力學(xué)院，河北滄州061001；2.河北省高校水利白動(dòng)化與信息化應(yīng)用技術(shù)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(yàn)與成果管理系統(tǒng)(ITMS)實(shí)現(xiàn)了從流速儀測速信息來源，性采集到加工處理，自動(dòng)完成斷面測臉和分析計(jì)算、成果整編工作，由便攜式計(jì)算機(jī)支持測驗(yàn)作業(yè)，把傳統(tǒng)的測驗(yàn)?zāi)Ｊ教岣叩叫畔⒒臏y驗(yàn)水平。其中的軟硬件接口設(shè)計(jì)是系統(tǒng)目標(biāo)能否實(shí)現(xiàn)的瓶頸，在簡單介紹整個(gè)系統(tǒng)功能的基礎(chǔ)上，對計(jì)算機(jī)COM端口讀寫與施測過程設(shè)計(jì)的成功方法和經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行敘述，給出了詳細(xì)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(guān)鍵詞)流速儀；便攜式計(jì)算機(jī);COM端口；智能化；流量測驗(yàn)〔中圖分類號］P332.4［文獻(xiàn)標(biāo)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?yàn)樗乃Y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(bào)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(yàn)是最基本的水文業(yè)務(wù)工作，流速儀測流一直是水文行業(yè)流量測驗(yàn)的主要方法，也是率定和衡量其他各種測流方法精度的標(biāo)準(zhǔn),一般采用橋測、船測或水文纜道測量，人工記時(shí)、記數(shù)和計(jì)算，手段落后,工作效率低。現(xiàn)在ADCP測流方式已廣泛應(yīng)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(biāo)法等傳統(tǒng)測驗(yàn)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(dòng)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(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)來源性采集信息和擁有一個(gè)成熟可靠的軟件系統(tǒng)來支持的技術(shù)革新，受其靈活性和可開發(fā)性所限，都不可能達(dá)到自動(dòng)化、信息化的最高水平。“實(shí)測流14、輸沙成果管理系統(tǒng)”是水文測驗(yàn)整編人員在長期工作實(shí)踐中基于PowerBuilder工具開發(fā)的集流量、輸沙測驗(yàn)信息的錄入計(jì)算、誤差分析、輔助整編等一體的計(jì)算機(jī)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(bào)工具，特別是斷面流量分析計(jì)算功能，以其同人工記錄相同的界面和即時(shí)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(yán)謹(jǐn)性和作業(yè)中的簡單性、計(jì)算結(jié)果的正確性，以及程序設(shè)計(jì)了計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)功能，使用便攜式計(jì)算機(jī)取代了停表、記錄紙、計(jì)算器等測驗(yàn)工具，使測驗(yàn)水平有了本質(zhì)的提高。在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步開發(fā),成功為該系統(tǒng)配套了可供計(jì)算機(jī)直接接收的測速無線信號裝置，實(shí)現(xiàn)了從信息來源性采集到自動(dòng)化加工處理的信息系統(tǒng)一河流流量測驗(yàn)與成果管理系統(tǒng)（ITMS），徹底改變了傳統(tǒng)的人工測驗(yàn)?zāi)Ｊ健１疚脑诤唵谓榻BITMS的基礎(chǔ)上著重介紹計(jì)算機(jī)同信號裝置連接通訊和施測過程設(shè)計(jì)思路與實(shí)現(xiàn)。2ITMS簡介ITMS是由測速信號采集和計(jì)算機(jī)軟件處理共同組成的流最測驗(yàn)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(jī)的PC-LL3n型（無線）測速信號裝置。由接收端通過USB接口與計(jì)算機(jī)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(biāo)信號器⑴。簡單改裝電腦鼠標(biāo)，以USB鼠標(biāo)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(yàn)等。3）人工錄入。傳統(tǒng)測驗(yàn)方法得到的測速計(jì)時(shí)計(jì)數(shù)等仍可■以人工錄入，還可融入采用浮標(biāo)、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(yàn)信息采集與分析計(jì)算1）流ht、輸沙率智能分析計(jì)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(dòng)，實(shí)現(xiàn)即時(shí)得到計(jì)算過程和統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果.實(shí)時(shí)檢測作常和錯(cuò)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(yàn)使用的新的一架流速儀自動(dòng)注冊，為用戶今后選擇使用，按照測驗(yàn)歷時(shí)動(dòng)累加使用時(shí)間，對使用超過80h的給予提示；代測驗(yàn)或錄入開始和結(jié)束，程序自動(dòng)獲取計(jì)算機(jī)系統(tǒng)日期時(shí)間作為本次測驗(yàn)的起訖時(shí)間，也允許管理級別的用戶人為修改.并通過通用自定義時(shí)間中值函數(shù)門動(dòng)取得規(guī)范格式的平均時(shí)間；n動(dòng)識別處理巫線多點(diǎn)測速方法、發(fā)式河槽、岸邊、死水邊；自動(dòng)檢查每一測點(diǎn)流速，對超出所使用流速儀測速范圍的實(shí)時(shí)提示；在借用大斷面模式下.自動(dòng)添加每條測速推線的相應(yīng)水深和測點(diǎn)位隊(duì)并允許用戶修改；任何可以由程序自動(dòng)添加的數(shù)據(jù)，如垂線編號、默認(rèn)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(shù)支持。測速信號裝置接收端接收的各路信號由單片機(jī)處理后通過COM端口向計(jì)算機(jī)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(dòng)完成。2）測驗(yàn)不確定度和誤差分析。提供了可維護(hù)的測流允許誤差實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)表,用戶能夠據(jù)此對任一測次進(jìn)行分析。3）日平均流量、沙量的推求及過水總最計(jì)算，為用戶“四隨”工作提供了強(qiáng)有力的T.具。4）成果輸出?？呻S時(shí)生成與行業(yè)規(guī)范相一致的實(shí)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(dǎo)出和導(dǎo)入任一斷面的測驗(yàn)成果，實(shí)現(xiàn)資料共享。5）流速儀自動(dòng)注冊管理、大斷面更新維護(hù)等。3端口讀寫與施測過程設(shè)計(jì)I交互界面對測速裝置的測試、施測、提示等均在分析計(jì)算界面進(jìn)行，給用戶一個(gè)圖、文、聲、表并貌的開放式操作平臺(tái)，并為野外作業(yè)能有一個(gè)最佳視線.設(shè)計(jì)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(jì)算機(jī)的任一USB口能夠被有效識別.在每次工作開始前進(jìn)行測試，點(diǎn)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(jī)約定的□令，直到配對找到為止,給「成功連接提示并準(zhǔn)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(jì)算機(jī)的開始工作指令后，單片機(jī)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(dòng)，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(shí)間不是很精確，但足以保證不會(huì)丟失端口數(shù)據(jù)，當(dāng)然也必須對讀到的空值進(jìn)行處理,采取累計(jì)連續(xù)讀空值的時(shí)間，并設(shè)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(jī)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(jī)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(jī)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(zhǔn)備（謨-寫）（寫-讀）工作的交互口令A(yù)?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(shè)置Fig.3Thesoundsettingsofcurrentmetersignal1）信號提示。同傳統(tǒng)的測驗(yàn)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(shí)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(gè)。例如當(dāng)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(fēng)力等造成的信號由0-1的改變。建立可自由擴(kuò)充維護(hù)的提示鈴聲庫，由用戶自由添加和設(shè)置，見圖3。同時(shí)，在交互界面設(shè)計(jì)的信號狀態(tài)欄上對3個(gè)必要信號各制作一個(gè)指示燈。例如當(dāng)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(shí)施測驗(yàn)。選擇第1條測速垂線（測點(diǎn)），流速儀置于相應(yīng)測速位置時(shí)，點(diǎn)擊停表圖框開始測驗(yàn)，程序自動(dòng)將停表和信號數(shù)（由流速儀轉(zhuǎn)數(shù)得到）同時(shí)復(fù)制到該測點(diǎn)所在行進(jìn)行動(dòng)態(tài)計(jì)時(shí)和計(jì)數(shù),到達(dá)設(shè)定的測速時(shí)間（如60s）后的第一個(gè)流速儀信號接收，即完成本次測點(diǎn)流速測驗(yàn)，并自動(dòng)觸發(fā)EditChanged事件完成計(jì)算分析，自動(dòng)跳轉(zhuǎn)下一垂線（測點(diǎn)），直至斷面最后一條垂線完成，相應(yīng)的斷面統(tǒng)計(jì)分析工作同時(shí)完成,整個(gè)斷面流量的測驗(yàn)結(jié)束。對任一有疑問的測點(diǎn),可重新選擇該測點(diǎn)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(diǎn)重新施測。當(dāng)然也可以人工干預(yù)或全部由人「操作記錄測速歷時(shí)和信號轉(zhuǎn)數(shù)完成，即不必須選擇垂線，從點(diǎn)擊停表圖框開始施測，視為傳統(tǒng)測驗(yàn)方式的音響器，由人工錄入取得的測驗(yàn)信息。停表圖框是程序讀取計(jì)算機(jī)CPU時(shí)間而設(shè)計(jì)的停表和流速儀信號計(jì)數(shù)器，也被設(shè)計(jì)為用戶可任意控制開始/結(jié)束的交替按鈕，并編程實(shí)現(xiàn)在相應(yīng)的提示音后附加真人語音報(bào)數(shù)，為測驗(yàn)人員佩戴無線藍(lán)牙耳機(jī)會(huì)達(dá)到最佳效果。4實(shí)際應(yīng)用評價(jià)1TMS的成功研制雖然滯后于ADCP在水文行業(yè)上的普遍應(yīng)用，但對于大部分小河斷面和冰期測驗(yàn)等仍然會(huì)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(yàn)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(shè)斷面需要布設(shè)垂線和丈量起點(diǎn)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(yàn)，因?yàn)椴辉傩枰涗洝⒂?jì)算和停表計(jì)時(shí)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(jì)算機(jī)應(yīng)對不可預(yù)見的機(jī)械故障的困惑，系統(tǒng)沒有設(shè)計(jì)電腦操控纜道，但它可以準(zhǔn)確和靈活指揮電動(dòng)或手搖纜道，同時(shí)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(shí)現(xiàn)上述測速裝置信號的讀取和處理，特別是迎合測驗(yàn)人員的工作習(xí)慣和同時(shí)解決規(guī)范太多的特殊要求，在數(shù)據(jù)庫設(shè)