本发明属于水利工程技术领域，涉及到一种超声波明渠流量计
背景技术：
在许多非满水、大流量(或小流量)，自然流动的自由水面状态下测量流体的流量，谓之明渠流量检测。由于明渠流量较大或较小，流体中往往会有一定的腐蚀性或夹带一些杂质，使用一般的管道流量计检测流量是很困难的。例如工业企业排水、医院废水、农业灌溉用水、城市地下水道排水等领域中，明渠流量检测尤其是非接触式超声波明渠流量计为首选的流量监测仪器。
利用明渠技术，以流速-水位运算法为基础，通过测量流体液位高度，结合标准堰槽的几何尺寸、边坡系数、渠道精度、水力坡道、流速垂直平面修正系数，再经过仪器内部的微处理器运算得到流量。由于是非接触测量，明渠流量计能在较恶劣的环境中应用。明渠流量计在微机控制下，发射和接收超声波，根据传输时间计算出明渠流量计距被测液面的距离，从而得到液位高度,由于该液位与流量之间有一定的比例关系，因此可根据计算公式最终得到液体流量。
流体液位高度的测量是明渠流量计检测水流量的核心，因此需要保证明渠流量计的设置需要一个稳定牢固的环境，但是由于明渠流量计所处环境湿润，固定的结构容易随着时间推移发生松动或由于外界等因素造成明渠流量计测量液位的超声波换能器角度或者位置发生偏移，造成液位检测不准的情况。
技术实现要素：
本发明设计了一种超声波明渠流量计，通过增加防抖检测单元，解决了明渠流量计设置松动引起的液位检测不准的技术问题。
本发明采用的技术方案是，
一种超声波明渠流量计，包括控制单元、液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元、无线通信单元和供电单元，
所述液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元和无线通信单元均与控制单元连接，所述供电单元为整个电路提供电压，所述无线通信单元用于与终端建立通信连接，
所述防抖检测单元包括液位传感器、光耦u1和三极管q4，
所述液位传感器的输出端连接光耦u1的输入端，所述光耦u1的输出端借助变阻器rp1连接三极管q4的基极，所述液位传感器的输出端还借助电容c1接地；所述三极管q4的发射极接地，所述三极管q4的集电极串联电阻r6后连接vcc电压源,所述三极管q4的集电极作为防抖检测单元的输出连接控制单元。
所述液位检测单元包括超声波发射模块和超声波接收模块，
所述超声波发射模块包括驱动电路和超声波发射器，所述控制单元连接驱动电路后再连接超声波发射器；
所述超声波接收模块包括超声波接收器、放大电路、滤波电路和a/d转换电路，所述超声波接收器依次连接放大电路、滤波电路、a/d转换电路后再连接控制单元。
3、根据权利要求2所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述驱动电路包括三极管q1、q2、q3、发光二极管led1、二极管d1，
所述三极管q3的基极作为驱动电路的输入端连接控制单元，所述三极管q3的发射极依次串联发光二极管led1、电阻r1、二极管d1后连接超声波发射器，所述二极管led1和二极管d1的导通方向均从三极管q3的发射极指向超声波发射器，
所述三极管q2的集电极借助电阻r2连接三极管q3的发射极，所述三极管q2的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的基极连接三极管q1的集电极，所述三极管q1的集电极借助电阻r3连接三极管q3的发射极，所述三极管q3的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的集电极连接所述超声波发射器。
所述信号放大电路包括放大器u2，所述放大器u2的同相输入端和反向输入端分别借助电阻r12、r11连接所述超声波接收器，所述放大器u2的同相输入端借助电容c2接地，所述放大器u2输出端与所述放大器u2的反向输入端之间并联电阻r10，所述放大器u2的输出端连接滤波电路。
所述带通滤波电路包括依次连接的电感l1、电阻r9、电阻r7和电感l2，所述电阻r9与所述电阻r7连接点还与电感l3的一端连接，所述电感l3的另一端接地，所述电感l3的两端并联电阻r8。
所述无线通信单元包括通讯芯片、sim卡芯片和电平转换电路，
所述通讯芯片借助电平转换电路与控制单元进行数据传输，sim卡芯片与通讯芯片连接，支持与服务器终端的通信。
所述主控单元包括控制器u7和显示芯片u8，所述显示芯片u7的sda管脚和scl管脚连接控制芯片u8。
还包括三极管q5和电容c3，所述三极管q5的发射极连接所述控制器u7的rst管脚，所述三极管的集电极连接电压源vcc，所述三极管q5的基极和集电极之间串联有电阻r19、r20，所述电阻r19与r20连线点与地之间串联有电容c3。
本发明的有益效果是：
本发明的防抖检测单元可以实时检测流量计在使用过程中的非正常活动情况，将故障信息发送给控制单元，控制单元运算处理后，借助无线通信单元发送给服务器终端，工作人员能及时的接受到流量计的故障信息，进行后续维修处理。解决了明渠流量计设置松动引起的液位检测不准的技术问题。
下面结合附图对本发明进行详细说明。
附图说明
图1是本发明的电路流程图；
图2是本发明防抖检测单元的电路图；
图3是本发明超声波发射模块的电路图；
图4是本发明超声波接收模块的电路图；
图5是本发明控制单元的电路图
具体实施方式
以下结合具体实施例及附图对本发明的技术方案作进一步详细的描述，但本发明的保护范围及实施方式不限于此。
如图1所示，本发明为一种超声波明渠流量计，包括控制单元、液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元、无线通信单元和供电单元，所述液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元和无线通信单元均与控制单元连接，所述供电单元为整个电路提供电压，所述无线通信单元用于与终端建立通信连接。
本发明中，液位检测单元和流速检测单元分别对渠道流体的液位变化和流速进行测量，将检测信息发送给控制单元，防抖检测单元可以实时检测流量计在使用过程中的非正常活动情况，将故障信息发送给控制单元，控制单元运算处理后，借助无线通信单元发送给服务器终端，服务器终端为可连接到移动设备的接收装置，工作人员可借助手机或笔记本电脑与超声波明渠流量计建立通信，方便工作人员获取该水渠流量信息的同时也能及时的接受到流量计的故障信息，进行后续维修处理。
具体实施例1，如图2所示，所述防抖检测单元包括液位传感器、光耦u1和三极管q4，所述液位传感器的输出端连接光耦u1的输入端，所述光耦u1的输出端借助变阻器rp1连接三极管q4的基极，所述液位传感器的输出端还借助电容c1接地；所述三极管q4的发射极接地，所述三极管q4的集电极串联电阻r6后连接vcc电压源,所述三极管q4的集电极作为防抖检测单元的输出连接控制单元。
液位传感器通过光耦u1隔离抗干扰后输出的信号通过变阻器rp1连接三极管q4的基极，不同的振幅通过光耦u1输出的信号的不同，输出给控制单元进行相应的处理运算；控制单元一端电压较小，传感器一端电压较大，光耦u1还用于隔离两端电压作用，防止电路造成损坏；电容c1是滤波电容；通过调节变阻器rp1的阻值，可以改变三极管q4的发射极电流大小，变阻器rp1的阻值越小，三极管q4的发射极电流越大，以此可以改变液位传感器报警信号的阈值。当流量计因为固定不牢固或其他外界因素引起松动时，设置的液位传感器会输出相应高电平，防抖检测单元导通，向控制单元输入信号。
具体实施例2，所述液位检测单元包括超声波发射模块和超声波接收模块，所述超声波发射模块包括驱动电路和超声波发射器，所述控制单元连接驱动电路后再连接超声波发射器；所述超声波接收模块包括超声波接收器、放大电路、滤波电路和a/d转换电路，所述超声波接收器依次连接放大电路、滤波电路、a/d转换电路后再连接控制单元。
驱动电路是要产生一个具有一定频率、一定脉冲宽度和一定输出功率的电脉冲去激励超声波发射器，再由超声波发射器转为超声波向外发射。超声发射器发射的超声波信号，经过管壁和流体，衰减比较大，因此超声波接收器接收的信号比较微弱，需要放大电路对此信号放大，便于后级接收。在传输中，由于振动，流动的脉冲及工业现场的管道噪声和变频设备的电噪声等电子干扰，会引起周期性的信号存在，无法得到正确的测量结果，需要滤波电路进行处理，经过前面放大滤波电路后，再借助a/d转换输入控制单元，获得需要的测量数据。
进一步，如图3所示，所述驱动电路包括三极管q1、q2、q3、发光二极管led1、二极管d1，所述三极管q3的基极作为驱动电路的输入端连接控制单元，所述三极管q3的发射极依次串联发光二极管led1、电阻r1、二极管d1后连接超声波发射器，所述二极管led1和二极管d1的导通方向均从三极管q3的发射极指向超声波发射器，所述三极管q2的集电极借助电阻r2连接三极管q3的发射极，所述三极管q2的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的基极连接三极管q1的集电极，所述三极管q1的集电极借助电阻r3连接三极管q3的发射极，所述三极管q3的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的集电极连接所述超声波发射器。
驱动电路由三极管q1、q2组成强反馈式震荡器，振荡频率为超声波发射器的的谐振频率，超声波发射器在电路中不但起反馈耦合作用，它还将电信号转换成超声波信号向外发射，在超声波换能器两端的振荡波形为方波，电压幅值接近此电路9v的vcc电源电压；三极管q3的基极接控制单元，由控制单元向驱动电路输入高电平控制信号，驱动电路工作，从而超声波发射器向外发出一串40khz的超声波。
进一步，如图4所示，所述信号放大电路包括放大器u2，所述放大器u2的同相输入端和反向输入端分别借助电阻r12、r11连接所述超声波接收器，所述放大器u2的同相输入端借助电容c2接地，所述放大器u2输出端与所述放大器u2的反向输入端之间并联电阻r10，所述放大器u2的输出端连接滤波电路。所述带通滤波电路包括依次连接的电感l1、电阻r9、电阻r7和电感l2，所述电阻r9与所述电阻r7连接点还与电感l3的一端连接，所述电感l3的另一端接地，所述电感l3的两端并联电阻r8。
放大器u2对超声波接收器接收到的超声波信号放大后输入到滤波电路，由l3、r8组成并联谐振，由l1、r9以及l2、r7组成串联谐振，形成t型网路，实现了带通滤波功能。
具体实施例3，所述无线通信单元包括通讯芯片、sim卡芯片和电平转换电路，所述通讯芯片借助电平转换电路与控制单元进行数据传输，sim卡芯片与通讯芯片连接，支持与服务器终端的通信。
通讯芯片的型号为ec20，无线通讯电路通过天线模块与服务器终端建立通讯，需要移动通讯电路工作时，sim卡芯片可以选择sim卡方式来支持无线通信单元的通信。所述电平转换电路采用两个型号为74lvc1t45的电平转换器，支持无线通信单元与主控单元的数据传输。
具体实施例4，如图5所示，所述主控单元包括控制器u7和显示芯片u8，所述显示芯片u7的sda管脚和scl管脚连接控制芯片u8。
进一步，所述控制单元还包括三极管q5和电容c3，所述三极管q5的发射极连接所述控制器u7的rst管脚，所述三极管的集电极连接电压源vcc，所述三极管q5的基极和集电极之间串联有电阻r19、r20，所述电阻r19与r20连线点与地之间串联有电容c3。
本发明还具有开机自动复位功能，在流量计开机使用时，电容c3需要充电，它两端的电压逐渐升高，在开始期间，三极管q5是截止状态，为控制器u7提供高电平的复位信号，当电容c3两端电压超过5v后，三极管q5导通，控制区u7的复位管脚rst变为低电平，控制器u7完成服务开始进入正常工作状态。
1.一种超声波明渠流量计，其特征在于：包括控制单元、液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元、无线通信单元和供电单元，
所述液位检测单元、流速检测单元、防抖检测单元和无线通信单元均与控制单元连接，所述供电单元为整个电路提供电压，所述无线通信单元用于与终端建立通信连接，
所述防抖检测单元包括液位传感器、光耦u1和三极管q4，
所述液位传感器的输出端连接光耦u1的输入端，所述光耦u1的输出端借助变阻器rp1连接三极管q4的基极，所述液位传感器的输出端还借助电容c1接地；所述三极管q4的发射极接地，所述三极管q4的集电极串联电阻r6后连接vcc电压源,所述三极管q4的集电极作为防抖检测单元的输出连接控制单元。
2.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述液位检测单元包括超声波发射模块和超声波接收模块，
所述超声波发射模块包括驱动电路和超声波发射器，所述控制单元连接驱动电路后再连接超声波发射器；
所述超声波接收模块包括超声波接收器、放大电路、滤波电路和a/d转换电路，所述超声波接收器依次连接放大电路、滤波电路、a/d转换电路后再连接控制单元。
3.根据权利要求2所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述驱动电路包括三极管q1、q2、q3、发光二极管led1、二极管d1，
所述三极管q3的基极作为驱动电路的输入端连接控制单元，所述三极管q3的发射极依次串联发光二极管led1、电阻r1、二极管d1后连接超声波发射器，所述二极管led1和二极管d1的导通方向均从三极管q3的发射极指向超声波发射器，
所述三极管q2的集电极借助电阻r2连接三极管q3的发射极，所述三极管q2的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的基极连接三极管q1的集电极，所述三极管q1的集电极借助电阻r3连接三极管q3的发射极，所述三极管q3的发射极连接二极管d1的正极，所述三极管q2的集电极连接所述超声波发射器。
4.根据权利要求2所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述信号放大电路包括放大器u2，所述放大器u2的同相输入端和反向输入端分别借助电阻r12、r11连接所述超声波接收器，所述放大器u2的同相输入端借助电容c2接地，所述放大器u2输出端与所述放大器u2的反向输入端之间并联电阻r10，所述放大器u2的输出端连接滤波电路。
5.根据权利要求2所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述带通滤波电路包括依次连接的电感l1、电阻r9、电阻r7和电感l2，所述电阻r9与所述电阻r7连接点还与电感l3的一端连接，所述电感l3的另一端接地，所述电感l3的两端并联电阻r8。
6.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述无线通信单元包括通讯芯片、sim卡芯片和电平转换电路，
所述通讯芯片借助电平转换电路与控制单元进行数据传输，sim卡芯片与通讯芯片连接，支持与服务器终端的通信。
7.根据权利要求1所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：所述主控单元包括控制器u7和显示芯片u8，所述显示芯片u7的sda管脚和scl管脚连接控制芯片u8。
8.根据权利要求7所述的一种超声波明渠流量计，其特征在于：还包括三极管q5和电容c3，所述三极管q5的发射极连接所述控制器u7的rst管脚，所述三极管的集电极连接电压源vcc，所述三极管q5的基极和集电极之间串联有电阻r19、r20，所述电阻r19与r20连线点与地之间串联有电容c3。
技术总结