專利名稱：一種徑流試驗站的自動觀測系統的制作方法
技術領域：
本發明屬于水利試驗領域，特別涉及徑流試驗站的自動觀測系統。
背景技術：
由于降雨形成的地表徑流對土壤產生的侵蝕作用稱為水力侵蝕。水力侵蝕通常帶走大量地表土壤從而造成水土流失。在中國大部分地區，特別在山區、丘陵地帶，水力侵蝕是造成水土流失的主要原因。在很多水土流失嚴重的地區，為了探索水土流失規律，研究水土流失的防治措施，需要在當地設立徑流試驗站，進行實地試驗觀測。目前的徑流試驗站多沿用傳統的測量方法對降雨、徑流、含沙量及其他水文氣象參數進行測量降雨通過雨量計進行測量；在徑流流量測量時，在試驗站中設立徑流觀測池，采用自記水位計或者人工記錄的方式對徑流觀測池中的水位數據進行采集，再通過徑流觀測池的容積-水位曲線以及水位變化過程換算出徑流流量；測量含沙量時，在徑流觀測池中對水沙進行混合物取樣，對采集的樣本烘干進行含沙量計算，由于工作量較大而且現場工作人員較少，多數徑流試驗站對一次降雨徑流過程多只測一次平均含沙量，沒有隨徑流的變化過程的含沙量；其他如氣溫、蒸發等水文氣象數據也多是采用人工記錄，再印刷成冊存儲。由于數據觀測需要大量人工參與，即使采用自計水位計和自計雨量計記錄的數據也要通過人工讀數的方法進行數據的整理，數據的采集、讀取、傳輸以及存儲過程通常效率較低，測量可靠度不穩定。因此，需要建立一套用于徑流試驗站的自動觀測系統，提高徑流試驗站中各種參數觀測的自動化水平，保證數據測量的穩定性，為數據的查詢、利用與共享提供有效的技術平臺。

發明內容
本發明的目的是為克服已有技術的不足之處，提出一種徑流試驗站的自動觀測系統，可提高徑流試驗站中各種參數觀測的自動化水平，保證數據測量的穩定性，為數據的查詢、利用與共享提供有效的技術平臺。本發明提出的一種用于徑流試驗站的自動觀測系統，其特征在于，該系統主要包括水文氣象測量儀器組、轉換模塊以及控制服務器三部分；所述各部分之間通過信號線連接，其中，測量儀器組用于直接測量降雨、徑流、泥沙濃度各水文氣象數據，并將這些數據以電流或電壓的形式輸出；轉換模塊用于將電流或電壓等模擬信號轉換為計算機可識別的滿足RS-232通訊協議的數字信號；控制服務器用于對轉換模塊輸出的信號進行接收和處理。所述水文氣象測量儀器組主要包括多個翻斗式雨量計，多個電磁流量計，多個泥沙濃度計，其中，翻斗式雨量計用于測量降雨量，并以電壓的形式將降雨量數據輸出，電磁流量計與泥沙濃度計分別用于測量徑流量和泥沙濃度，并將實測數據以電流的形式輸出； 所述轉換模塊主要由多個脈沖電壓式模數轉換模塊，多個電流式模數轉換模塊和通訊協議轉換模塊組成，其中，脈沖電壓式模數轉換模塊輸入端口分別與各翻斗式雨量計連接，將翻斗式雨量計采集的電壓信號轉換為數字信號；電流式模數轉換模塊的輸入端口分別與各電磁流量計、各泥沙濃度計相連接，將電磁流量計和泥沙濃度計采集的電流信號轉換為數字信號；各通訊協議轉換模塊的信號輸入端與各電流式及脈沖電壓式模數轉換模塊輸出端連接，各通訊協議轉換模塊信號輸出端均與控制服務器連接，用于將電流式和脈沖電壓式模數轉換模塊輸出的RS-485格式信號轉換為RS-232信號輸入到控制服務器中。本發明的技術特點及有益效果本發明的特點在于通過一種徑流試驗站的自動觀測系統實現對徑流試驗站中的各項測量指標的采集、傳輸、儲存進行自動化管理，可實現數據的全天候不間斷、高精度和高時間分辨率的測量，節省了大量的人工勞動，提高了測量效率，保證了數據測量的穩定性，增強了數據的查詢、利用和共享能力，具有重要的生產實用價值及推廣應用前景。


圖I為本發明的一種用于徑流試驗站的自動觀測系統結構示意圖。
具體實施例方式以下將結合附圖及實施例對本發明的一種用于徑流試驗站的自動觀測系統進行詳細說明。本發明提出的用于徑流試驗站的自動觀測系統，其特征在于，該系統主要包括水文氣象測量儀器組、轉換模塊以及控制服務器三部分；上述各部分之間通過信號線連接，其中，測量儀器組用于直接測量降雨、徑流、泥沙濃度各水文氣象數據，并將這些數據以電流或電壓的形式輸出；轉換模塊用于將電流或電壓等模擬信號轉換為計算機可識別的滿足 RS-232通訊協議的數字信號；控制服務器用于對轉換模塊輸出的信號進行接收和處理。上述裝置各部分的具體實施方式
及功能結合附圖分別說明如下本發明提出的用于徑流試驗站的自動檢測系統的實施例總體結構如圖I所示，其中水文氣象測量儀器組I主要包括三翻斗式雨量計5-1、5-2、5-3，兩個電磁流量計7-1、
7-2，三個泥沙濃度計9-1、9-2、9-3，其中，翻斗式雨量計5_1、5_2、5_3設置在徑流試驗站無遮擋的高處用于測量降雨量，并以電壓的形式將降雨量數據輸出，電磁流量計7-1、7-2與泥沙濃度計9-1、9-2、9-3安裝在所觀測流域的徑流流量管道內分別用于測量徑流量和泥沙濃度，并將實測數據以電流的形式輸出。測量儀器組I中，各種測量儀器的型號及數量可以根據實際測量需要任意選擇。本實施例選用的翻斗式雨量計為SL3-1型遙感雨量傳感器，電磁流量計DN20和DN80型號各一臺；泥沙濃度計的型號為RS-1000，各儀器可以全天候不間斷對水文氣象數據進行記錄。本發明的轉換模塊2主要由脈沖電壓式模數轉換模塊6-1、6-2、6-3，電流式模數轉換模塊8-1、8-2、10-1、10-2、10-3和通訊協議轉換模塊3-1、3-2、3-3組成，其中，脈沖電壓式模數轉換模塊6-1、6-2、6-3輸入端口分別與翻斗式雨量計5-1、5-2、5-3連接，將翻斗式雨量計5-1、5-2、5-3采集的電壓信號轉換為數字信號；電流式模數轉換模塊的輸入端口
8-1、8-2與電磁流量計7-1、7-2相連接，將電磁流量計7-1、7-2采集的電流信號轉換為數字信號；電流式模數轉換模塊的輸入端口 10-1、10-2、10-3與泥沙濃度計9-1、9-2、9-3相連接，將泥沙濃度計9-1、9-2、9-3采集的電流信號轉換為數字信號；通訊協議轉換模塊3-1、 3-2、3-3的信號輸入端與各電流式及脈沖電壓式模數轉換模塊輸出端連接，各通訊協議轉換模塊信號輸出端與控制服務器4連接，通訊協議轉換模塊3-1、3-2、3-3用于將電流式和脈沖電壓式模數轉換模塊輸出的RS-485格式信號轉換為RS-232信號。一個電流式或脈沖電壓式模數轉換模塊和一個通訊協議轉換模塊的端口數量是一定的，因此各模塊的使用數量應根據徑流試驗站所需設置的測量儀器的臺數和模塊端口的數量共同確定。本實施例中，采用了 5個BP7017電流式模數轉換模塊，3個BP7052脈沖電壓式模數轉換模塊和3個BP7520通訊協議轉換模塊，各模塊的端口數均為8通道。本實施例的控制服務器4為個人計算機，由于計算機需要全天候不間斷進行數據采集、換算、可視化和存儲，其配置應滿足CPU性能不低于Intel奔騰4處理器、內存不低于 512M、主板配備標準串口卡、操作系統版本不低于Windows XP，計算機內安裝控制程序，控制程序的功能為通過計算機串口依次讀取、轉換、可視化和存儲每個測量儀器的觀測數據， 通過重復不間斷執行上述命令過程，即可實現水文氣象數據的全天候不間斷存儲；由于計算機依次對單個測量儀器完成一次讀取、轉換、可視化和存儲操作的時間極短(小于I秒)， 因此，當測量儀器個數一定時，計算機對所有測量儀器完成一次循環操作的最短時間即可確定。以本實施例為例，測量儀器總共為8臺，因此計算機每隔20S即可從每個儀器獲得一組數據，即數據時間分辨率為20S，這遠遠高于人工測量的時間分辨率(小時量級)。
權利要求
1.一種用于徑流試驗站的自動觀測系統，其特征在于，該系統主要包括水文氣象測量儀器組、轉換模塊以及控制服務器三部分；所述各部分之間通過信號線連接，其中，測量儀器組用于直接測量降雨、徑流、泥沙濃度各水文氣象數據，并將這些數據以電流或電壓的形式輸出；轉換模塊用于將電流或電壓等模擬信號轉換為計算機可識別的滿足RS-232通訊協議的數字信號；控制服務器用于對轉換模塊輸出的信號進行接收和處理。
2.如權利要求I所述的自動檢測系統，其特征在于，所述水文氣象測量儀器組主要包括多個翻斗式雨量計，多個電磁流量計，多個泥沙濃度計，其中，翻斗式雨量計用于測量降雨量，并以電壓的形式將降雨量數據輸出，電磁流量計與泥沙濃度計分別用于測量徑流量和泥沙濃度，并將實測數據以電流的形式輸出；所述轉換模塊主要由多個脈沖電壓式模數轉換模塊，多個電流式模數轉換模塊和通訊協議轉換模塊組成，其中，脈沖電壓式模數轉換模塊輸入端口分別與各翻斗式雨量計連接，將翻斗式雨量計采集的電壓信號轉換為數字信號；電流式模數轉換模塊的輸入端口分別與各電磁流量計、各泥沙濃度計相連接，將電磁流量計和泥沙濃度計采集的電流信號轉換為數字信號；各通訊協議轉換模塊的信號輸入端與各電流式及脈沖電壓式模數轉換模塊輸出端連接，各通訊協議轉換模塊信號輸出端均與控制服務器連接，用于將電流式和脈沖電壓式模數轉換模塊輸出的RS-485格式信號轉換為 RS-232信號輸入到控制服務器中。
3.如權利要求I所述的自動檢測系統，其特征在于，所述控制服務器采用個人計算機， 其CPU性能不低于Intel奔騰4處理器、內存不低于512M、主板配備標準串口卡、操作系統版本不低于Windows XP ;該個人計算機內安裝有控制程序,用于通過計算機串口依次讀取、 轉換、可視化和存儲每個測量儀器的觀測數據，通過重復不間斷執行上述過程，實現水文氣象數據的全天候不間斷存儲。
全文摘要
本發明涉及一種用于徑流試驗站的自動檢測系統，屬于水利試驗技術領域，該系統主要包括水文氣象測量儀器組、轉換模塊以及控制服務器三部分；所述各部分之間通過信號線連接，其中，測量儀器組用于直接測量降雨、徑流、泥沙濃度各水文氣象數據，并將這些數據以電流或電壓的形式輸出；轉換模塊用于將電流或電壓等模擬信號轉換為計算機可識別的滿足RS-232通訊協議的數字信號；控制服務器用于對轉換模塊輸出的信號進行接收和處理。本發明可提高徑流試驗站中各種參數觀測的自動化水平，保證數據測量的穩定性，為數據的查詢、利用與共享提供有效的技術平臺。
文檔編號G01W1/02GK102590894SQ20121000631
公開日2012年7月18日 申請日期2012年1月10日 優先權日2012年1月10日
發明者任海濤, 姜曉明, 李丹勛, 王興奎, 陳啟剛 申請人:清華大學