專利名稱：64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀。
背景技術(shù)：
水電比擬的模擬方法是研究地下水運(yùn)動場比較簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，水電比擬實(shí)驗(yàn) 成為《地下水動力學(xué)》教學(xué)中的常規(guī)實(shí)驗(yàn)之一，其實(shí)驗(yàn)原理是地下水在多孔介質(zhì)中作層流 運(yùn)動和電流在導(dǎo)電介質(zhì)中流動，兩者之間存在物理和數(shù)學(xué)上的相似性。所以，在保持邊界條 件一致的前提下，可用電模型的絕緣邊界模擬滲流區(qū)的隔水邊界，導(dǎo)電邊界模擬等水頭邊 界，導(dǎo)電介質(zhì)模擬多孔介質(zhì)，一般用惠斯登電橋原理測定電模型中各電勢點(diǎn)，得到的等電位 線就是模擬滲流場的等水頭線，將對應(yīng)點(diǎn)標(biāo)定在旁邊的坐標(biāo)紙上，再利用正交原則在坐標(biāo) 紙上繪出滲流區(qū)的流網(wǎng)，從而求得滲流場內(nèi)任意點(diǎn)的各水力要素。在研究與學(xué)習(xí)地下水流 和運(yùn)動特征時(shí)，通常采用簡單物理滲流模擬或用數(shù)學(xué)模擬方法。然而，當(dāng)盆地條件和含水層 結(jié)構(gòu)或邊界條件較復(fù)雜時(shí)，無論是已有的物理模擬還是數(shù)學(xué)模擬方法都很難再現(xiàn)實(shí)際的地 下水流特征。國內(nèi)高校水力學(xué)專業(yè)一般都設(shè)有水電比擬實(shí)驗(yàn)，水電比擬的模擬方法是研究 地下水運(yùn)動場比較簡單、經(jīng)濟(jì)的方法，水電比擬實(shí)驗(yàn)成為《地下水動力學(xué)》教學(xué)中的常規(guī)實(shí) 驗(yàn)之一實(shí)驗(yàn)中采用手工記錄并繪制等水頭線，水電比擬實(shí)驗(yàn)用計(jì)算機(jī)直接控制并顯示實(shí)驗(yàn) 數(shù)據(jù)目前未見報(bào)道。
發(fā)明內(nèi)容本實(shí)用新型所要解決的問題是針對上述現(xiàn)有技術(shù)提出一種64路數(shù)據(jù)自動采集水 電比擬儀，將傳統(tǒng)手工采集改變?yōu)?4路固定點(diǎn)自動采集并在計(jì)算機(jī)上顯示實(shí)驗(yàn)結(jié)果。本實(shí)用新型為解決上述提出的問題所采用的解決方案為64路數(shù)據(jù)自動采集水 電比擬儀，包括有實(shí)驗(yàn)水槽，其特征在于還包括有下位機(jī)、64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、12 位A/D轉(zhuǎn)換器、12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口，其中實(shí)驗(yàn)水槽的底部按一定間距固定分布有64 個(gè)探針，探針依次通過64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、12位A/D轉(zhuǎn)換器及12 位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口與下位機(jī)的并行口相連，下位機(jī)控制64選1多路開關(guān)，并將從探針 采集到的交流電壓經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換器后再經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接 口傳送到下位機(jī)的并行口，下位機(jī)與上位機(jī)的串行口相連，將下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)?上位機(jī)。按上述方案，所述的下位機(jī)為8051單片機(jī)。按上述方案，所述的探針為細(xì)不銹鋼針。按上述方案，所述的探針間距排列為以實(shí)驗(yàn)水槽中部為中心均勻分布，橫向探針 間距40毫米共9列，縱向探針間距13毫米共7排。按上述方案，所述的實(shí)驗(yàn)水槽尺寸規(guī)格為500毫米*100毫米。本實(shí)用新型為了簡化硬件電路，不用外置存儲器RAM，每測量16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后便 將此組數(shù)據(jù)傳到計(jì)算機(jī)中，64路數(shù)據(jù)通過4次傳送到計(jì)算機(jī)中。[0010]由于按一定間距固定于實(shí)驗(yàn)水槽底部的64個(gè)細(xì)鋼針對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生的影響極小 (此影響可在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行處理)，在8051單片機(jī)控制下循環(huán)采集64路電勢(交流電壓)， 整個(gè)測量過程約為3分鐘，本實(shí)用新型相對于通過探針的抬起落下掃描整個(gè)實(shí)驗(yàn)水槽的對 應(yīng)點(diǎn)來自動采集的方法即節(jié)省時(shí)間又對實(shí)驗(yàn)水槽中放置的導(dǎo)電介質(zhì)(水)的波動影響極 小，因此重復(fù)采集的結(jié)果前后變化不大。本實(shí)用新型的有益效果在于通過計(jì)算機(jī)直接顯示水電比擬實(shí)驗(yàn)的等勢線圖和流線圖，大大便捷了數(shù)據(jù)采集過 程，避免了人工記錄引起的誤差以達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和實(shí)驗(yàn)教 學(xué)效果。

圖1為8051單片機(jī)系統(tǒng)控制框圖；圖2為64路模擬開關(guān)擴(kuò)展輸入通道控制框圖；圖3為12位A/D轉(zhuǎn)換器A/D574應(yīng)用電路框圖。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖通過實(shí)施例進(jìn)一步詳細(xì)介紹本實(shí)用新型，但是實(shí)施例不會構(gòu)成對本 實(shí)用新型的限制。64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，包括有實(shí)驗(yàn)水槽，下位機(jī)(采用8051單片機(jī))、64 選1多路開關(guān)、同相跟隨器、12位A/D轉(zhuǎn)換器A/D574、12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口，實(shí)驗(yàn)水槽 的底部間隔固定分布有64個(gè)細(xì)不銹鋼針探針，所述的細(xì)不銹鋼針間距排列為橫向探針間 距40毫米共9列，縱向探針間距13毫米共7 以500毫米*100毫米實(shí)驗(yàn)水槽中部為中 心均勻分布，其中探針依次通過64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、12位A/D轉(zhuǎn) 換器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口與下位機(jī)的并行口相連，下位機(jī)控制64選1多路開關(guān)，并 將從探針采集到的交流電壓經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換器后再經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8 位數(shù)據(jù)接口傳送到下位機(jī)的并行口，下位機(jī)與上位機(jī)的串行口相連，將下位機(jī)采集到的數(shù) 據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，從而實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)直接顯示水電比擬實(shí)驗(yàn)的等勢線圖和流線圖。在8051單片機(jī)控制下循環(huán)采集64路電勢(交流電壓)，首先采集0通道數(shù)據(jù)，依 次循環(huán)采集，最后采集第63路的數(shù)據(jù)，整個(gè)采集過程約為3分鐘。本實(shí)用新型的8051單片機(jī)采集方法舉例如下如8051單片機(jī)Pl 口的PI. 0-P1. 3輸出0001則選中模擬開關(guān)AD7506的1通道地 址，P1.4-P1.5輸出00經(jīng)過3-8譯碼器LS138譯碼并反相后開啟1通道，采集的輸出信號 VOl經(jīng)過同相跟隨器輸出V02經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換器后再送到A/D轉(zhuǎn)換器A/D574的輸入端。8051單片機(jī)Pl 口的Pl. 6控制A/D574的數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動，Pl. 6控制 ⑶14503六路總線驅(qū)動器的G5，P1. 6反相后控制LS244八路總線驅(qū)動器的G51，保證A/D574 的12位數(shù)據(jù)分兩次通過8051P0 口的P0. 0-P0. 7讀入單片機(jī)中。為簡化硬件電路，不用外置存儲器RAM，每測量16個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)后便將此組數(shù)據(jù)通 過串行口傳到計(jì)算機(jī)中，64路數(shù)據(jù)通過4次傳送到計(jì)算機(jī)中。一、下位機(jī)(8051單片機(jī))典型電路分析[0024]1. 1多路模擬開關(guān)擴(kuò)展輸入通道64路模擬開關(guān)通道選用4片16選1模擬開關(guān)AD7506，輸出信號VOl經(jīng)過同相跟 隨器輸出V02經(jīng)過AC/DC (交流/直流轉(zhuǎn)換器)后經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換器A/D574及12位數(shù) 據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口傳送到下位機(jī)的并行口，信號采集電路確保采集探針處于高阻值狀態(tài)，不對實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ彤a(chǎn)生影響；8051單片機(jī)Pl 口的PI. 0-P1. 3作為7506的片內(nèi)地址選擇線A0-A3 ；Pl. 4-P1. 5經(jīng)過3_8譯碼器LS138譯碼并反相后作為4個(gè)多路模擬開關(guān) AD7506 (1)-(4)片選線(E1-E4)1. 212位A/D轉(zhuǎn)換器A/D574應(yīng)用電路12位A/D轉(zhuǎn)換器選用A/D574，A/D574的滿度值為4096個(gè)碼，如果加到實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ蛢?電極上的電壓為10V，實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｐ烷L為500毫米，則每毫米電壓差為10/500 = 20毫伏，取A/ D574的輸入電壓范圍為0-10V，其分辨率為10/4096約為2. 5毫伏，滿足采集精度要求；8051單片機(jī)Pl 口的Pl. 6控制A/D574的數(shù)據(jù)讀出和數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換啟動，Pl. 6控制 ⑶14503六路總線驅(qū)動器的G5，P1. 6反相后控制LS244八路總線驅(qū)動器的G51，保證A/D574 的12位數(shù)據(jù)分兩次通過8051的P0. 0-P0. 7讀入單片機(jī)中。
權(quán)利要求1.64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，包括有實(shí)驗(yàn)水槽，其特征在于還包括有下位機(jī)、64 選1多路開關(guān)、同相跟隨器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口，其中實(shí)驗(yàn)水槽的 底部按一定間距固定分布有64個(gè)探針，探針依次通過64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、AC/DC 轉(zhuǎn)換器、12位A/D轉(zhuǎn)換器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口與下位機(jī)的并行口相連，下位機(jī)控制 64選1多路開關(guān)，并將從探針采集到的交流電壓經(jīng)過AC/DC轉(zhuǎn)換器后再經(jīng)過12位A/D轉(zhuǎn)換 器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口傳送到下位機(jī)的并行口，下位機(jī)與上位機(jī)的串行口相連，將 下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。
2.按權(quán)利要求1所述的64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，其特征在于所述的下位機(jī)為 8051單片機(jī)。
3.按權(quán)利要求1或2所述的64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，其特征在于所述的探針為 細(xì)不銹鋼針。
4.按權(quán)利要求1或2所述的64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，其特征在于所述的探針 間距排列為以實(shí)驗(yàn)水槽中部為中心均勻分布，橫向探針間距40毫米共9列，縱向探針間距 13毫米共7排。
5.按權(quán)利要求1或2所述的64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，其特征在于所述的實(shí)驗(yàn)水 槽尺寸規(guī)格為500毫米*100毫米。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種64路數(shù)據(jù)自動采集水電比擬儀，包括有實(shí)驗(yàn)水槽、下位機(jī)、64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、12位A/D轉(zhuǎn)換器、12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口，其中實(shí)驗(yàn)水槽的底部按一定間距固定分布有64個(gè)探針，探針依次通過64選1多路開關(guān)、同相跟隨器、AC/DC轉(zhuǎn)換器、12位A/D轉(zhuǎn)換器及12位數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)8位數(shù)據(jù)接口與下位機(jī)的并行口相連，下位機(jī)與上位機(jī)的串行口相連，將下位機(jī)采集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)缴衔粰C(jī)。本實(shí)用新型的有益效果在于通過計(jì)算機(jī)直接顯示水電比擬實(shí)驗(yàn)的等勢線圖和流線圖，大大便捷了數(shù)據(jù)采集過程，避免了人工記錄引起的誤差以達(dá)到更好的教學(xué)效果，提高了學(xué)生學(xué)習(xí)積極性和實(shí)驗(yàn)教學(xué)效果。
文檔編號G09B25/06GK201918105SQ20102021985
公開日2011年8月3日 申請日期2010年6月9日 優(yōu)先權(quán)日2010年6月9日
發(fā)明者吳百一, 成建梅 申請人:中國地質(zhì)大學(xué)(武漢)