МИКРОКОНТРОЛЛЕРНОЕ ВОДОИЗМЕРИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО НА ОРОСИТЕЛЬНЫХ КАНАЛАХ.

Изобретение относится к мелиорации, а именно к автоматизированным водоизмерительным устройствам, осуществляющим измерения транзитных расходов поливной воды на тарированных и фиксированных руслах каналов.
Устройство состоит из успокоительного колодца, выполненного из вертикально установлен-ной цилиндрической трубы, нижняя часть которой при помощи отводящей трубы присоединена к каналу, в верхней части установлен прибор, фиксирующий данные о расходе воды. Внутри вертикальной трубы установлен бесконтактный электронный двунаправленный ультразвуковой дат-чик уровня воды, подключенный посредством соединительного провода к водоизмерительному переносному прибору. На корпусе прибора уста-новлены кнопка включения-выключения прибора, алфавитно-цифровой дисплей и три индикатора, подающих сигналы на персональный компьютер. Внутри корпуса вмонтированы связанные с ультразвуковым датчиком формирующий операционный и нормирующий операционный усилители, соединенные с микроконтроллером, к которому подсоединены алфавитно-цифровой дисплей и индикаторы.

Изобретение относится к мелиорации, а имен-но к автоматизированным водоизмерительным устройствам, осуществляющим измерения транзитных расходов поливной воды на тарированных и фиксированных руслах каналов.
В качестве прототипа выбрано устройство, широко применяемое для измерения уровня воды на мелиоративных системах [К.Н. Криулин. Мелиорация земель. Эксплуатация и автоматизация гидромелиоративных земель. Санкт-Петербург, Издание СПбГПУ, 2004 г., стр. 22-40].Оно состоит из успокоительного колодца, выполненного из вертикально установленной цилиндрической трубы, нижняя часть которой при помощи отводящей трубы присоединена к каналу, в верхней части установлен самописец «Валдай», содержащий измерительные фиксирующие эле-менты расхода воды.
Данное техническое решение использует пре-образование изменений уровня воды в отводном водомерном устройстве канала в соответствующее перемещение поплавковой системы. Самописец производит преобразование перемещения поплавковой системы при изменении уровня воды в водомерном устройстве в пропорциональное перемещение пера или барабана. Запись информации производится на бумажную ленту.
Этот прибор имеет сложную кинематическую схему, большой вес, трудоемкую процедуру расшифровки записанной на бумажную ленту информации и подсчета расхода и стока. Как следствие такая система учета дорогостоящая, громоздкая и дает приблизительное значение расхода поливной воды при ее учете вод потребителями.
Целью изобретения является создание и ввод в эксплуатацию нового, разработанного на базе современных нанотехнологий, малогабаритного, удобного для использования прибора для измерения точного расхода воды в оросительных каналах.
Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое устройство, заключается в упрощении схемы измерителя расхода воды в оросительных каналах, увеличении точности измерений, снижении трудоемкости регистрации и обработки информации, расширении его функциональных возможностей и упрощении его наладки, эксплуатации и ремонта в случае выхода его из строя.
Достижение указанного технического результата обеспечивает разработанная новая схема микроконтроллерного водоизмеритель-ного устройства на оросительных каналах, основанная:
1. На использовании программно-аппаратных микроконтроллерах, содержащих:
встроенные цифровые таймеры-счетчики им-пульсов, аналого-цифровой преобразователь служащих для преобразования импульсных и/или аналоговых сигналов от ультразвукового датчика в цифровой код, соответствующий измеряемой информации;
интерфейс для вывода полученной после об-работки микроконтроллером информации о текущем расходе и стоке с начала заданного периода измерения на цифровой жидкокристаллический алфавитно-цифровой индикатор и персональный компьютер, а также для передачи полученной информации по беспроводным каналам связи;
средства индикации, выполненных дополнительно в виде связанных с логическим модулем микроконтроллера светодиодов, регистрирующих различные режимы работы прибора;
возможность для пользователя задания любой приемлемой для него периодичности измерения;
постоянное запоминающее устройство для запоминания нормировочной характеристики канала;
программные средства, позволяющих решать схемотехнические вопросы без применения электронных компонентов.
программные средства, позволяющих осуществлять измерения одновременно уровня, расхода и стока воды на оросительных каналах;
2. На использовании в качестве сенсора ультразвукового датчика с совмещенными источником излучаемого и приемником отраженного от измеряемого объекта ультразвукового сиг-нала пропорционального измеряемому рас-стоянию, позволяющего значительно упростить конструкцию прибора и повысить его надежность.
Заявляемое устройство иллюстрируется следующими графическими материалами: блок-схема водомерного устройства приведена на Фиг. 1; на Фиг. 2 приведена блок-схема водоизмерительного прибора, и на Фиг. 3 приведена функциональная схема водоизмерительного прибора.
Устройство состоит из успокоительного колодца, выполненного из вертикально установлен-ной цилиндрической трубы 1, нижняя часть кото-рой при помощи отводящей трубы 2 присоединена к каналу 3 (Фиг. 1). Внутри трубы 1 установлен бесконтактный электронный двунаправленный ультразвуковой датчик 4 уровня воды, подключенный посредством соедини-тельного провода 5 к водоизмерительному прибору 6. На корпусе 7 (Фиг. 2) прибора 6 установлены кнопка включения-выключения прибора 8, алфавитно-цифровой дисплей 9, три индикатора: зеленый светодиод 10 для сигнализации о рабочем состоянии прибора, красный светодиод 11 для сигнализации о снижении питающего напряжения прибора ниже нормы, желтый светодиод 12, сигнализирующий о начале передачи информации от прибора на персональный компьютер (на чертежах не показан). Внутри корпуса 7 (Фиг. 3) вмонтированы связанные с ультразвуковым датчиком 4 формирующий операционный усилитель 13 и нормирующий операционный усилитель 14, соединенные с микроконтроллером 15, к которому подсоединены индикаторы 10, 11 и 12.
Устройство работает следующим образом: сигнал, сгенерированный микроконтроллером 15, формируясь операционным усилителем 13 через ультразвуковой датчик 4 подается на поверхность воды. Отраженный сигнал после об-работки нормирующим операционным усилителем 14 поступает в микроконтроллер 15, который определяет расстояние до объекта, измеряя с
помощью таймера, входящего в структуру микроконтроллера, время от излученного датчиком 4 до возвращения в него отраженного от объекта ультразвукового сигнала.
Предлагаемое измерительное устройство осуществляет обработку поступающей информации, полученной путем измерения текущего уровня воды в отводном водомерном устройстве (Фиг. 1) в соответствии с нормировочной характеристикой канала Q=fˑ(H) (где Q - расход используемый потребителями поливной воды и Н - уровень воды в отводном водомерном устройстве), введенной в прибор с персонального компьютера и выдачу обработанной информации о расходе воды на данный момент истоке за определенный период времени на цифровой дисплей, в литрах или кубических метрах.
Основной особенностью предлагаемого микроконтроллерного водоизмерительного устройства для оросительных каналов является то, что он разработан на основе современных цифровых и аналоговых технологий, что позволяет достичь высокой точности измерений.
Небольшие габариты и масса прибора, а также автономное питание позволяют легко производить измерение расхода воды и стока в автономном режиме без участия пользователя.