(广东省生物工程研究所(广州甘蔗糖业研究所) 中国轻工业甘蔗制糖工程技术研究中心
广东省甘蔗改良与生物炼制重点实验室 广东省绿色制糖工程技术研究中心 广东 广州510316)
摘要：本文主要是利用明渠流量均匀流计算计公式，通过人机界面输入公式中所需的参数和AD转换测量的液位，通过ARM处理器的快速运算，计算、记录并在128*64点阵的COG屏上显示，同时通过RS485串口与GPRS-RTU模块通讯，实现无线远传监控。对生产生活和明渠流量均匀流计算计公式的实现具有一定的参考意义。
关键词： 明渠 均匀流 物联网
一、前言
随着科技的日新月异和自动化控制水平的不断提高，近年来，实际生产活动中需要对农田水渠的水流量进行测算远传。本测算仪使用12V直流电源，低功耗设计，利用谢才公式等，通过测量流体的液位，计算出流体流速和流量并通过GPRS物联网模块上传，可以在手机或电脑上随时查看，有效地解决实际应用要求。
二、方案控制原理
主控芯片采用兆易创新的GD32F105RBT6，为RAM公司的M3内核，flash ROM为128kbyte，SRAM为64kbytes，最大工作频率为108MHz，液位4~20mA模拟信号采用天微的TM7705双路16位带可编程放大器的模数转换器。
三、电路设计
电路由模数转换、液晶显示接口电路、485通讯接口电路等组成。
其中AD采样部分电路原理图：
TM7705其中一路输入为液位变送器的4~20mA。芯片AD转换完成由引脚DRDY指示，本系统使用CPU外部中断触发，在中断服务子程序中读取AD转换结果。输入信号均经过共模滤波器及电阻限流及瞬态过压保护再进入TM7705输入引脚，以减少仪表现场使用故障。
四、软件设计
1、明渠均匀流计算公式：
流速v = C * (RJ) ^2
流量Q=A*v
式中：C：谢才系数，C=(1/n)*R^(1/6)
R:水力半径，R=A/P。
J：水力比率,用渠底部斜率替代。
i：渠底部斜率（1/mm），表示渠长多少毫米底部水平线下降1毫米，仪表中用参数输入，一般为6500。
A: 过水断面面积,单位：平方米 。
P：过水断面湿周，是过水断面固体壁面与液体接触部分的周长（m）；
n：渠道粗糙度,仪表中用参数输入，可在使用说明书的表格中查找，一般为0.02。
水渠截面如图：
B：水渠上部宽（m），仪表中用参数输入。
b：水渠底部宽（m），仪表中用参数输入。
H: 水渠深度（m），仪表中用参数输入。
h: 水渠液位深度（m），由超声波液位计测量，输出4~20mA至测算仪。
W：过水断面上部宽（m） W=B*h/H。
过水断面面积A=(b+mh)h;
过水断面湿周P=b+2h*sqr(1+m^2);
边坡系数m=(B-b)/2/H
2、明渠均匀流流速计算算法如下：
float Cal_velocity(void)
{
float m,A,P,R,c;
m=(SYSData.Canal_top-SYSData.Canal_bottom)/2/SYSData.Canal_high;
A=(SYSData.Canal_bottom+m * RealValue.Fluid_level) * RealValue.Fluid_level;
P=SYSData.Canal_bottom+2 * RealValue.Fluid_level * sqrt(1+m*m);
R=A/P;
c=(1/SYSData.Coarseness) * powf(R,(1/6.0));
RealValue.Flux_velocity =c*sqrt(R / SYSData.Bottom_slope);
return( A *RealValue.Flux_velocity);
}
3、主程序流程图
四、结论与总结
明渠流量测算仪在实际应用时测得的流量与实际计算基本相符，说明明渠均匀流计算公式的正确性，对于渠道较大无法用管道式或巴歇尔槽进行测量时非常适用。
参考资料：
1、《水力学与桥涵水文》作者:许珊珊 化学工业出版社ISBN：9787122238436
2、翟玉文，艾学忠。电子设计与实践[M]。北京：中国电路出版社，2005
论文作者:陈平1，秦会敏2
论文发表刊物:《科技新时代》2019年6期
论文发表时间:2019/8/15
标签：明渠论文; 水渠论文; 断面论文; 流量论文; 均匀论文; 中用论文; 仪表论文; 《科技新时代》2019年6期论文;