水位測量控制設備的製作方法

2023-05-02 05:32:56 2

專利名稱：水位測量控制設備的製作方法
技術領域：
本實用新型涉及的是一種用於水庫、水電站的水位測量與控制設備。屬於測量與控制技術領域。
背景技術：
地處偏遠地區水庫、水電站的水位測量，由於工作環境差，雷電幹擾嚴重，要求水位測量設備抗強磁或雷電幹擾能力強、耗電省、能夠在惡劣環境下正常工作且儘可能地免維護。已有的水位測量控制設備通常採用微機、單片機通過編程軟體實現。微機、單片機是一種時序電路工作方式的器件，在強磁或雷電幹擾環境下，從原理上講，程序跑飛或死機現象不可避免，並且要求維護人員有較高的專業技能，而組合邏輯電路的工作方式是非時序的，當前電路狀態與歷史無關，從原理上杜絕了死機、程序跑飛現象，並且電路調試簡單、方便。

發明內容
本實用新型的目的在於針對上述存在的缺陷，提出一種新型結構的水位測量控制設備，它採用浮子式水位傳感器和用絕對型機械接觸式旋轉編碼器作為水位的模擬變化至數字編碼的轉換以及用組合邏輯電路的工作方式。本實用新型的技術解決方案其結構是由浮子式水位傳感器和輸入選擇及解碼部分、海拔預置及驅動部分、解碼驅動顯示部分、比較報警部分組成。其中浮子式水位傳感器通過其輸出信號電纜線與輸入選擇及解碼部分的信號傳入端相接，輸入選擇及解碼部分的輸出端與海拔預置及驅動部分的輸入端相接，通過海拔預置及驅動部分得到的絕對水位BCD碼值一路送入解碼驅動顯示部分，另一路送入比較報警部分。本實用新型具有下列特點①絕對型機械接觸式旋轉編碼器具有掉電記憶功能，與增量型編碼器不同，增量型編碼器不能掉電記憶。②採用COMS組合邏輯電路器件設計，抗電磁幹擾能力強。測量控制儀可採用微機、單片機通過編程軟體實現。微機、單片機是一種時序電路工作方式的器件，在強磁或雷電幹擾環境下，從原理上講，程序跑飛或死機現象不可避免。組合邏輯電路的工作方式是非時序的，當前電路狀態與歷史無關，從原理上杜絕了死機、程序跑飛現象。③電路調試簡單、方便、可靠性高。④成本低，實用性強。


圖1是本實用新型的結構方框示意圖。
圖2是輸入選擇及解碼部分的電原理圖(實施例)。
圖3是海拔預置及驅動部分的電原理圖(實施例)。
圖4(a)是比較報警部分(一)的電原理圖(實施例)。
圖4(b)是比較報警部分(二)的電原理圖(實施例)。
圖5是解碼驅動顯示部分的電原理圖(實施例)。
具體實施方式
圖中的1」是浮子式水位傳感器、2」是輸入選擇及解碼部分、3」是預置及驅動部分、4」是解碼驅動顯示部分、5」是比較報警部分。
對照附圖1，由浮子式水位傳感器1」和輸入選擇及解碼部分、2」海拔預置及驅動部分3」、解碼驅動顯示部分4」、比較報警部分5」組成，其中浮子式水位傳感器1」通過其輸出信號電纜線與輸入選擇及解碼部分2」的信號傳入端相接，測量控制儀的輸入選擇及解碼部分2」通過電平轉換、高位選擇及解碼編程、EPROM存儲器輸出相對水位BCD碼信號進入海拔預置及驅動部分3」，由海拔預置桌球開關，預置相對應的海拔高程值，通過加法器加法運算從而得到絕對水位BCD碼值，絕對水位BCD碼值一路送入解碼驅動顯示部分4」，通過解碼器，輸出十進位數，並用高亮度LED數碼管顯示，另一路送入比較報警部分5」，當水位值大於等於或小於等於設定值時，通過驅動電路，驅動相應的繼電器、指示燈、蜂鳴器報警。
浮子式水位傳感器1」是由絕對型機械接觸式旋轉編碼器配以精密變速機構與掛輪、測繩、重錘和浮子構成，其原理是浮子以穩的吃水線漂浮在水面上，當水位變化時，浮子也隨之上升或下降，同浮子連接的測繩帶動掛輪作旋轉運動，並通過傳感器內部的變速機構帶動旋轉編碼器轉動，從而輸出與水位相對應的數字編碼。
對照附圖2，輸入選擇及解碼部分2」主要由電平轉換器IC1～IC3(型號CC4050)，與或選擇器IC4、IC5(型號CC4019)，只讀存儲器(EPROM)IC6、IC7(型號2764)等器件組成，完成邏輯電平轉換、數據選擇及解碼等功能。
浮子式水位傳感器1」的輸入/輸出插座通過輸出信號電纜把信號傳入輸入選擇及解碼部分2」，與S1、S2、～S17、S18端相連接，經接地排電阻PR1～PR2，接地電容C1～C18，分別進入電平轉換器IC1、IC2、IC3(型號均為CC4050)的管腳3、5、7、9、11、14。電平轉換器IC1的管腳2、4、6、10、12、15直接與只讀存儲器(EPROM)IC6、IC7(型號2764)的管腳10、9、8、7、6、5相對應連接，電平轉換器IC2的管腳2、4、6、10、12、15分別與只讀存儲器(EPROM)IC6、IC7的管腳4、3及與或選擇器IC4(型號CC4019)的管腳6、7、4、5相對應連接。電阻R1、R2、晶體三極體T1構成反相門電路，電平轉換器IC3的管腳2、4、6、10、12、15直接與與或選擇器IC4、IC5(型號CC 4019)的管腳2、3、6、7、4、5相對應連接。與或選擇器IC4的管腳10、11、12及與或選擇器IC5的管腳10、11分別與只讀存儲器IC6、IC7的管腳25、24、21、23、2相連接。
只讀存儲器IC6的管腳11、12～19與圖3中的驅動集成電路IC12(型號HC245)的管腳9、8～2對應連接。只讀存儲器IC7的管腳11、12、13、15～19分別與圖3中的加法器IC8、IC9(型號CC4560)的管腳15、1、3、5對應連接，加法器IC8、IC9的管腳13、12、11、10分別與驅動集成電路IC13(型號HC245)的管腳9、8、7、6、5、4、3、2對應連接，加法器IC10、IC11(型號CC4560)的管腳13、12、11、10分別與驅動集成電路IC14(型號HC245)的管腳9、8、～2對應連接，加法器IC8、IC9、IC10、IC11的管腳14、2、4、6分別與圖3中的桌球開關1HB1、1HB2、1HB3、1HB4相對應連接。
對照圖3，驅動集成電路IC12的管腳9、8～2分別與圖4(a)中的比較器IC15、IC16、IC21、IC22、IC27、IC28(型號均為CC4585)的管腳10、7、2、15對應相連接，驅動集成電路IC13的管腳9、8～2分別與圖4(a)中的比較器IC17、IC18、IC23、IC24、IC29、IC30(型號均為CC4585)的管腳10、7、2、15對應相連接。驅動集成電路IC14的管腳9～2分別與圖4(a)中的比較器IC19、IC20、IC25、IC26、IC31、IC32的管腳10、7、2、15對應相連接，比較器IC15～IC20的管腳11、9、1、14端分別與撥盤預置開關1BK1～1BK6的管腳1、2、4、8對應連接，比較器IC21～IC26的管腳11、9、1、14分別與上限預置開關1SK1、1SK2～1SK6的管腳1、2、4、8相對應連接，比較器IC27～IC32的管腳11、9、1、14分別與下限預置開關2SK1～2SK6的管腳1、2、4、對應連接。
對照圖4(a)，比較器IC15～IC32(型號均為CC4585)，撥盤預置開關1BK1～1BK6，上限預置開關1SK1～1SK6，下限預置開關2SK1～2SK6，圖4(b)中的或門IC33(型號CC4072)，驅動器IC34(型號MC1416)，驅動繼電器J1～J3，完成比較報警功能。
比較器IC15的管腳3、12與比較器IC16的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器IC16的管腳3、12與比較器IC17的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器IC17的管腳3、12與比較器IC18的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器IC18的管腳3、12與比較器IC19的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器IC19的管腳3、12與比較器IC20的管腳「A＜B」、「A＝B」相接。
比較器IC20的管腳3、12、13端通過二極體D1、D2、D3(型號IN4148)分別與圖4(b)中的或門IC33(型號CC4072)的管腳2相對應連接；比較器IC26的3、12、13端通過二極體D4、D5、D6(型號IN4148)分別與或門IC33的管腳3相連接；比較器IC32的管腳3、12、13通過二極體D7、D8、D9(型號IN4148)分別與圖4(b)中的或門IC33的管腳4相對應連接。圖4(b)中的或門IC33的管腳2、3、4分別與驅動器IC34(型號MC1416)的管腳1、2、3相連。驅動器IC34的管腳16、15、14點亮指示燈D10～D12，並驅動繼電器J1～J3吸合動作。驅動器IC34的管腳13和開關K2控制蜂鳴器FM鳴叫。
對照圖5，由解碼器電路IC06～IC01(型號CC4511)，數碼管LED6～LED1(型號LG5011AH)，與非門IC07(型號CC4011)，振蕩電路組成，完成解碼顯示功能。
解碼器電路IC06～IC01的A、B、C、D端與海拔預置及驅動部分3」(見圖3)中的驅動集成電路IC12～IC14的管腳11～18相對應連接，解碼器電路IC06～IC01的a、b、c、d、e、f、g端與數碼管LED6～LED1的a、b、c、d、e、f、g端對應相連接。與非門IC07與電阻R′1(820Ω)、R′2(820Ω)、R′3(400KΩ)、電容C1(0.47μf)組成振蕩電路，與非門IC07的管腳10與解碼器電路IC06～IC01的管腳4對應相連接。
水位測量與控制設備的主要技術性能(1)測量範圍0～40M(2)讀數精度1cm(3)編碼器的輸入軸啟動力矩15克釐米(4)編碼器的工作電流O.5mA-2mA(5)傳輸距離1KM(水位傳感器至水位採集處理單元，串行有線)(6)電源傳感器3～48VDC，測量控制儀220VAC/50Hz(7)工作環境傳感器-20℃～+60℃，95％RH(+40℃時)，測量控制儀-5℃～+45℃，90％RH(+40℃時)。
權利要求1.水位測量控制設備，其特徵是由浮子式水位傳感器(1」)和輸入選擇及解碼部分(2」)、海拔預置及驅動部分(3」)、解碼驅動顯示部分(4」)、比較報警部分(5」)組成，其中浮子式水位傳感器(1」)通過其輸出信號電纜線與輸入選擇及解碼部分(2」)信號傳入端相接，輸入選擇及解碼部分(2」)的輸出端與海拔預置及驅動部分(3」)的輸入端相接，通過海拔預置及驅動部分(3」)得到的絕對水位BCD碼值一路送入解碼驅動顯示部分(4」)，另一路送入比較報警部分(5」)。
2.根據權利要求1所述的水位測量控制設備，其特徵是浮子式水位傳感器(1」)是由絕對型機械接觸式旋轉編碼器配以精密變速機構與掛輪、測繩、重錘和浮子構成，其中的測繩一端連接浮子，另一端連接重錘。
3.根據權利要求1所述的水位測量控制設備，其特徵是輸入選擇及解碼部分(2」)主要由電平轉換器(IC1～IC3)，與或選擇器(IC4、IC5)，只讀存儲器(IC6、IC7)組成，浮子式水位傳感器(1」)的輸出插座通過輸出電纜信號端與信號傳入輸入選擇及解碼部分(2」)中的(S1～S18)端對應相接，經接地排電阻(PR1、PR2)，接地電容(C1～C18)，分別進入電平轉換器(IC1、IC2、IC3)的管腳(3、5、7、9、11、14)，電平轉換器(IC1)的管腳(2、4、6、10、12、15)直接與只讀存儲器(IC6、IC7)的管腳(10、9、8、7、6、5)對應相接，電平轉換器(IC2)的管腳(2、4、6、10、12、15)分別與只讀存儲器(IC6、IC7)的管腳(4、3)及與或選擇器(IC4)的管腳(6、7、4、5)相接，電平轉換器(IC3)的管腳(2、4、6、10、12、15)直接與與或選擇器(IC4、IC5)的管腳(2、3、6、7、4、5)對應相接，與或選擇器(IC4)的管腳(10、11、12)及與或選擇器(IC5)的管腳(10、11)分別與只讀存儲器(IC6、IC7)的管腳(25、24、21、23、2)對應相接。
4.根據權利要求1所述的水位測量控制設備，其特徵是海拔預置及驅動部分(3」)主要由加法器(IC8～IC11)，桌球開關(1HB1、1HB2、1HB3、1HB4)，驅動集成電路(IC12～IC14)組成，輸入選擇及解碼部分(2」)中只讀存儲器(IC6)的管腳(11、12、13、15～19)與驅動集成電路(IC12)的管腳(9～2)對應相接，只讀存儲器(IC7)的管腳(11、12、13、15～19)分別與加法器(IC8、IC9)的管腳(15、1、3、5)相連接，加法器(IC8、IC9)的管腳(13、12、11、10)分別與驅動集成電路(IC13)的管腳(9、8、～2)相對應連接，加法器(IC10、IC11)的管腳(13、12、11、10)分別與驅動集成電路(IC14)的管腳(9～2)相連接，加法器(IC8、IC9、IC10、IC11)的管腳(14、2、4、6)分別與桌球開關(1HB1、1HB2、1HB3、1HB4)相對應連接，驅動集成電路(IC12)的管腳(9～2)分別與比較報警部分(5」)中的比較器(IC15、IC16、IC21、IC22、IC27、IC28)的管腳(10、7、2、15)相連接，驅動集成電路(IC13)的管腳(9～2)分別與比較報警部分(5」)中的比較器(IC17、IC18、IC23、IC24、IC29、IC30)的管腳(10、7、2、15)相對應連接，驅動集成電路(IC14)的管腳(9～2)分別與比較報警部分(5」)中的比較器(IC19、IC20、IC25、IC26、IC31、IC32)的管腳(10、7、2、15)相對應連接。
5.根據權利要求1所述的水位測量控制設備，其特徵是解碼驅動顯示部分(4」)由解碼器電路(IC06～IC01)，數碼管(LED6～LED1)，與非門(IC07)與振蕩電路組成， 解碼器電路(IC06～IC01)的(A、B、C、D)端與海拔預置及驅動部分(3」)中的驅動集成電路(IC12～IC14)的管腳(11～18)相對應連接，解碼器電路(IC06～IC01)的(a、b、c、d、e、f、g)端與數碼管(LED6～LED1)的(a、b、c、d、e、f、g)端對應相連接，與非門(IC07)與電阻(R′1、R′2、R′3)、電容(C1)組成振蕩電路，與非門(IC07)的管腳(10)與解碼器電路(IC06～IC01)的管腳(4)對應相連接。
6.根據權利要求1所述的水位測量控制設備，其特徵是比較報警部分(5」)由比較器(IC15～IC32)，撥盤預置開關(1BK1～1BK6)，上限預置開關(1SK1～1SK6)，下限預置開關(2SK1～2SK6)，或門(IC33)，驅動器(IC34)，驅動繼電器(J1～J3)組成，比較器(IC15～IC20)的管腳(11、9、1、14)分別與撥盤預置開關(1BK1～1BK6)的管腳(1、2、4、8)相對應連接，比較器(IC21～IC26)的管腳(11、9、1、14)分別與上限預置開關(1SK1～1SK6)的管腳(1、2、4、8)相對應連接，比較器(IC27～IC32)的管腳(11、9、1、14)分別與下限預置開關(2SK1～2SK6)的管腳(1、2、4、8)相對應連接，比較器(IC15)的管腳(3、12)與比較器(IC16)的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器(IC16)的管腳(3、12)與比較器(IC17)的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器(IC17)的管腳(3、12)與比較器(IC18)的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器(IC18)的管腳(3、12)與比較器(IC19)的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器(IC19)的管腳(3、12)與比較器(IC20)的管腳「A＜B」、「A＝B」相接，比較器(IC20)的管腳(3、12、13)端通過二極體(D1、D2、D3)分別與或門(IC33)的管腳(2)相對應連接；比較器(IC26)的管腳(3、12、13)通過二極體(D4、D5、D6)分別與或門(IC33)的管腳(3)相連接；比較器(IC32)的管腳(3、12、13)通過二極體(D7、D8、D9)分別與或門(IC33)的管腳(4)相對應連接，或門(IC33)的管腳(2、3、4)分別與驅動器(IC34)的管腳(1、2、3)相接，驅動器(IC34)的管腳(16、15、14)點亮指示燈(D10～D12)，並驅動繼電器(J1～J3)吸合動作，驅動器(IC34)的管腳(13)和開關(K2)控制蜂鳴器(FM)鳴叫。
專利摘要本實用新型涉及的是一種用於水庫、水電站的水位測量與控制設備。其結構是由浮子式水位傳感器和輸入選擇及解碼部分、海拔預置及驅動部分、解碼驅動顯示部分、比較報警部分組成。優點絕對型機械接觸式旋轉編碼器具有掉電記憶功能，與增量型編碼器不同，增量型編碼器不能掉電記憶；採用COMS組合邏輯電路器件設計，抗電磁幹擾能力強。測量控制儀可採用微機、單片機通過編程軟體實現。微機、單片機是一種時序電路工作方式的器件，在強磁或雷電幹擾環境下，組合邏輯電路的工作方式是非時序的，當前電路狀態與歷史無關，從原理上杜絕了死機、程序跑飛現象；電路調試簡單、方便、可靠性高；成本低，實用性強。
文檔編號G05D9/12GK2700849SQ20042002429
公開日2005年5月18日 申請日期2004年1月20日 優先權日2004年1月20日
發明者徐小群, 馬小平, 李德富, 馬勇 申請人:徐州市理工計算機工程技術研究所