李德贵 陶金荣 来源：《电子产品世界》

     摘要：介绍了水文测量中流速测量的现状、意义、及原理，针对水文测量工作需要论述了仪器设计的关键技术及硬件电路组成，对仪器的软件设计、技术指标及应用情况都分别作了介绍。

     关键词：单片机

     流速测量

     概述

     在我国的江、河水文测验工作中，流量测验是最主要、最基本的工作之一，是国家防汛抗旱、防止水源污梁的耳目。目前在江河的过水流量测验中其测量方法大都是采用机械转子流速仪测量水的流速，再根据所测的过水断面面积计算出流量来。而在流速的测量方法上大部分是采用几十年来一直使用的传统方法：转子流速仪接上讯响器（或电铃）人工计数、计时、再手工计算出流速。不仅时效低而且在大洪水期间由于存在风雨声、水浪声，极容易造成成人为误差。

     为解决测量流速时的计数问题，国内一些厂家先后研制出了多种电子计数器，经不同的用户试用后，都没有得到推广应用，其主要原因有两个：一是不适应机械转子流速仪的特性，不能正确去除接触丝的抖动现象，产生错误计数信号；二时对水体漏电阻的考虑不够全面，从而影响计数信号的正确性。lsx-1流速测量仪就是针对目前流速测量的现状，研制开发出的抗干扰能力强，能适应不同类型的转子流速仪、稳定可靠且有计时、计数、计算处理、显示等功能于一体的流速测算仪器。

     测量原理

     根据转子流速仪的特性，机械转子流速仪的计算公式为：

     v=k·n/t+c=k·na/t+c（米/秒）

     式中：n=na,为在测量时间t内转子流速仪的总转数，n为信号数，a为每信号的转数；k、c、a对每一个流速仪都为一固定常数。

     根据流速仪的计量公式，设计仪器使其能正确测量出流速仪的转数n（即信号数）和相应时间t，并计算出流速输出即可。lsx-1型智能流速测算仪的测量原理如框图1所示。

     关键技术

     去抖动电路

     转子流速仪在测量水流速度时，每转过一定的圈数后其内部的机械触点（金属接触丝与金属触点）接通一次，在接通与断开时表现如图2所示波形，即在将要接通和将要断开时产生抖动现象，而这些

     抖动现象是一切机械接触传感器所无法避免的。在测量时若是人工秒表计数，测量人员可以判断真伪，但若是采用高灵敏的电子计数器，就将产生错误计数，因此设计电路时必须将干扰信号消除掉。消除方法是采用滤波电路，这就要求选择合适的时间常数，常数值大，滤波时间长，但当流速较大时，信号脉冲本身就较窄，易丢失信号。反之若时间常数小，在低流速时，达不到滤波的目的计数器所难以推广应用的关键问题。而本测算仪采用单片机作处理器，软件设计智能化，完全可以进行高、低流速的自动识别，以确定选择合适的参数进行滤波，即采用硬件和软件的结合滤波来消除抖动现象，保证正确计数。

     信号丢失问题

     水中某点的流速在一定时间内变化不会太大，若因流速仪机械触点的接触电阻发生突变使信号发生丢丢现象时，如图3所示在信号3与信号5之间丢失了信号4，单片机cpu可根据相邻信号的时间差判断是否丢信号，若发生信号丢失可进行自动插补，以进一步保证正确计数、准确测速。

     硬件电路组成

     根据流速测量原理及水文测验规范的要求，智能流速测算仪的硬件电路框图如图4所示。

     单片机控制系数

     以美国atmel公司的at89c51单片机为核心控制元件（cpu），该器件内部有8×4kb字节的eeprom，使得流速测算仪整个工作软件能被固化在cpu芯片内部。选用6mhz的时钟振荡频率，保证内部的高精度计时。显示驱动芯片采用icm7211，并用4位半lcd液晶大屏幕显示器作为测量结果的输出显示器件；该部分电路还包括流速仪系数