64路數據自動採集水電比擬儀的製作方法

2023-10-04 04:31:39 1

專利名稱：64路數據自動採集水電比擬儀的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及一種64路數據自動採集水電比擬儀。
背景技術：
水電比擬的模擬方法是研究地下水運動場比較簡單、經濟的方法，水電比擬實驗 成為《地下水動力學》教學中的常規實驗之一，其實驗原理是地下水在多孔介質中作層流 運動和電流在導電介質中流動，兩者之間存在物理和數學上的相似性。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的隔水邊界，導電邊界模擬等水頭邊 界，導電介質模擬多孔介質，一般用惠斯登電橋原理測定電模型中各電勢點，得到的等電位 線就是模擬滲流場的等水頭線，將對應點標定在旁邊的坐標紙上，再利用正交原則在坐標 紙上繪出滲流區的流網，從而求得滲流場內任意點的各水力要素。在研究與學習地下水流 和運動特徵時，通常採用簡單物理滲流模擬或用數學模擬方法。然而，當盆地條件和含水層 結構或邊界條件較複雜時，無論是已有的物理模擬還是數學模擬方法都很難再現實際的地 下水流特徵。國內高校水力學專業一般都設有水電比擬實驗，水電比擬的模擬方法是研究 地下水運動場比較簡單、經濟的方法，水電比擬實驗成為《地下水動力學》教學中的常規實 驗之一實驗中採用手工記錄並繪製等水頭線，水電比擬實驗用計算機直接控制並顯示實驗 數據目前未見報導。
發明內容本實用新型所要解決的問題是針對上述現有技術提出一種64路數據自動採集水 電比擬儀，將傳統手工採集改變為64路固定點自動採集並在計算機上顯示實驗結果。本實用新型為解決上述提出的問題所採用的解決方案為64路數據自動採集水 電比擬儀，包括有實驗水槽，其特徵在於還包括有下位機、64選1多路開關、同相跟隨器、12 位A/D轉換器、12位數據轉8位數據接口，其中實驗水槽的底部按一定間距固定分布有64 個探針，探針依次通過64選1多路開關、同相跟隨器、AC/DC轉換器、12位A/D轉換器及12 位數據轉8位數據接口與下位機的並行口相連，下位機控制64選1多路開關，並將從探針 採集到的交流電壓經過AC/DC轉換器後再經過12位A/D轉換器及12位數據轉8位數據接 口傳送到下位機的並行口，下位機與上位機的串行口相連，將下位機採集到的數據傳輸到 上位機。按上述方案，所述的下位機為8051單片機。按上述方案，所述的探針為細不鏽鋼針。按上述方案，所述的探針間距排列為以實驗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，所述的實驗水槽尺寸規格為500毫米*100毫米。本實用新型為了簡化硬體電路，不用外置存儲器RAM，每測量16個點的數據後便 將此組數據傳到計算機中，64路數據通過4次傳送到計算機中。[0010]由於按一定間距固定於實驗水槽底部的64個細鋼針對實驗模型產生的影響極小 (此影響可在計算機中進行處理)，在8051單片機控制下循環採集64路電勢(交流電壓)， 整個測量過程約為3分鐘，本實用新型相對於通過探針的抬起落下掃描整個實驗水槽的對 應點來自動採集的方法即節省時間又對實驗水槽中放置的導電介質(水)的波動影響極 小，因此重複採集的結果前後變化不大。本實用新型的有益效果在於通過計算機直接顯示水電比擬實驗的等勢線圖和流線圖，大大便捷了數據採集過 程，避免了人工記錄引起的誤差以達到更好的教學效果，提高了學生學習積極性和實驗教 學效果。

圖1為8051單片機系統控制框圖；圖2為64路模擬開關擴展輸入通道控制框圖；圖3為12位A/D轉換器A/D574應用電路框圖。
具體實施方式
以下結合附圖通過實施例進一步詳細介紹本實用新型，但是實施例不會構成對本 實用新型的限制。64路數據自動採集水電比擬儀，包括有實驗水槽，下位機(採用8051單片機)、64 選1多路開關、同相跟隨器、12位A/D轉換器A/D574、12位數據轉8位數據接口，實驗水槽 的底部間隔固定分布有64個細不鏽鋼針探針，所述的細不鏽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毫米實驗水槽中部為中 心均勻分布，其中探針依次通過64選1多路開關、同相跟隨器、AC/DC轉換器、12位A/D轉 換器及12位數據轉8位數據接口與下位機的並行口相連，下位機控制64選1多路開關，並 將從探針採集到的交流電壓經過AC/DC轉換器後再經過12位A/D轉換器及12位數據轉8 位數據接口傳送到下位機的並行口，下位機與上位機的串行口相連，將下位機採集到的數 據傳輸到上位機，從而實現計算機直接顯示水電比擬實驗的等勢線圖和流線圖。在8051單片機控制下循環採集64路電勢(交流電壓)，首先採集0通道數據，依 次循環採集，最後採集第63路的數據，整個採集過程約為3分鐘。本實用新型的8051單片機採集方法舉例如下如8051單片機Pl 口的PI. 0-P1. 3輸出0001則選中模擬開關AD7506的1通道地 址，P1.4-P1.5輸出00經過3-8解碼器LS138解碼並反相後開啟1通道，採集的輸出信號 VOl經過同相跟隨器輸出V02經過AC/DC轉換器後再送到A/D轉換器A/D574的輸入端。8051單片機Pl 口的Pl. 6控制A/D574的數據讀出和數據轉換啟動，Pl. 6控制 ⑶14503六路總線驅動器的G5，P1. 6反相後控制LS244八路總線驅動器的G51，保證A/D574 的12位數據分兩次通過8051P0 口的P0. 0-P0. 7讀入單片機中。為簡化硬體電路，不用外置存儲器RAM，每測量16個點的數據後便將此組數據通 過串行口傳到計算機中，64路數據通過4次傳送到計算機中。一、下位機(8051單片機)典型電路分析[0024]1. 1多路模擬開關擴展輸入通道64路模擬開關通道選用4片16選1模擬開關AD7506，輸出信號VOl經過同相跟 隨器輸出V02經過AC/DC (交流/直流轉換器)後經過12位A/D轉換器A/D574及12位數 據轉8位數據接口傳送到下位機的並行口，信號採集電路確保採集探針處於高阻值狀態，不對實驗模型產生影響；8051單片機Pl 口的PI. 0-P1. 3作為7506的片內地址選擇線A0-A3 ；Pl. 4-P1. 5經過3_8解碼器LS138解碼並反相後作為4個多路模擬開關 AD7506 (1)-(4)片選線(E1-E4)1. 212位A/D轉換器A/D574應用電路12位A/D轉換器選用A/D574，A/D574的滿度值為4096個碼，如果加到實驗模型兩 電極上的電壓為10V，實驗模型長為500毫米，則每毫米電壓差為10/500 = 20毫伏，取A/ D574的輸入電壓範圍為0-10V，其解析度為10/4096約為2. 5毫伏，滿足採集精度要求；8051單片機Pl 口的Pl. 6控制A/D574的數據讀出和數據轉換啟動，Pl. 6控制 ⑶14503六路總線驅動器的G5，P1. 6反相後控制LS244八路總線驅動器的G51，保證A/D574 的12位數據分兩次通過8051的P0. 0-P0. 7讀入單片機中。
權利要求1.64路數據自動採集水電比擬儀，包括有實驗水槽，其特徵在於還包括有下位機、64 選1多路開關、同相跟隨器、12位A/D轉換器、12位數據轉8位數據接口，其中實驗水槽的 底部按一定間距固定分布有64個探針，探針依次通過64選1多路開關、同相跟隨器、AC/DC 轉換器、12位A/D轉換器及12位數據轉8位數據接口與下位機的並行口相連，下位機控制 64選1多路開關，並將從探針採集到的交流電壓經過AC/DC轉換器後再經過12位A/D轉換 器及12位數據轉8位數據接口傳送到下位機的並行口，下位機與上位機的串行口相連，將 下位機採集到的數據傳輸到上位機。
2.按權利要求1所述的64路數據自動採集水電比擬儀，其特徵在於所述的下位機為 8051單片機。
3.按權利要求1或2所述的64路數據自動採集水電比擬儀，其特徵在於所述的探針為 細不鏽鋼針。
4.按權利要求1或2所述的64路數據自動採集水電比擬儀，其特徵在於所述的探針 間距排列為以實驗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.按權利要求1或2所述的64路數據自動採集水電比擬儀，其特徵在於所述的實驗水 槽尺寸規格為500毫米*100毫米。
專利摘要本實用新型涉及一種64路數據自動採集水電比擬儀，包括有實驗水槽、下位機、64選1多路開關、同相跟隨器、12位A/D轉換器、12位數據轉8位數據接口，其中實驗水槽的底部按一定間距固定分布有64個探針，探針依次通過64選1多路開關、同相跟隨器、AC/DC轉換器、12位A/D轉換器及12位數據轉8位數據接口與下位機的並行口相連，下位機與上位機的串行口相連，將下位機採集到的數據傳輸到上位機。本實用新型的有益效果在於通過計算機直接顯示水電比擬實驗的等勢線圖和流線圖，大大便捷了數據採集過程，避免了人工記錄引起的誤差以達到更好的教學效果，提高了學生學習積極性和實驗教學效果。
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 優先權日2010年6月9日
發明者吳百一, 成建梅 申請人:中國地質大學(武漢)