[0001] 本发明涉及一种流量记录仪，特别涉及一种具有无线监控功能的流量记录仪，属于智能仪器技术领域。

[0002] 随着自动化仪器仪表的推广应用，一些带电子显示远程变送的测量仪表在日常生化中得以常见，比如流量计、压力计、超声波测距仪、温度控制仪等，这类仪器仪表不仅具有高精度的测量效果，还具备信息远程变送的能力，这些功能为工作人员的远程监控操作提供了极大的便利。其中，如何实现仪器仪表信息的远程传输功能，并以最便捷、最实用的形式进行监控是一项需要不断进行尝试、优化的工作。

[0003] 而当前，生产生活中的方方面面都离不开流量的测量数据，也都用到了各式各样的流量仪表，最常见的流量仪表是涡街流量计，它具有气、液体综合测量能力，而且精度高、可数字化显示、远程变送、耐高温。记录涡街流量计测量数据的仪器通常是无纸记录仪，这类记录仪售价在千元以上，且信号变送距离短、操作复杂，不利于节约财力、人力成本，为解决上述问题，开发了一款具有监控功能的流量记录仪，可在室内的PC机上完成室外涡流流量计测量数据的记录、显示、预警等工作，而且还能够实现对流量计上游电动调节阀进行控制的功能，不仅极大地节约了成本，还给记录人员的工作提供了便利。

[0004] 本发明技术解决的问题之一是：解决现有流量监控系统成本高昂的问题，利用信号采集及控制电路、3DR数传模块、PC机和客户端软件组成一个简单的室外/室内监控系统，系统结构简单且软硬件常规，实现较易，无需过多的成本投入。

[0005] 本发明解决的问题之二是：弥补现有无纸记录仪的监控信息无法长距离传输的不足，采用3DR数传模块作为信息传输的通道，有效无线通讯距离为一公里，可满足室外信息采集及控制电路与室内PC机间的通信需求。

[0006] 本发明解决的问题之三是：克服现有物质记录仪无法控制管道流量的问题，在PC机上的客户端软件内增设阈值设置功能，信号采集及控制电路会根据设定值输出控制信号从而控制管路中的电动调节阀，进而达到控制流量的目的。

[0007] 本发明主要通过以下技术方案实现：一种具有无线监控功能的流量记录仪，其特征在于由信号采集及控制电路、3DR数传模块、PC机和客户端软件组成流量记录仪的软硬件系统；所述信号采集及控制电路包括16M晶振、ATMEGA2560单片机、直流电源接口、数传模块接口、电流信号输入接口、电流采样及放大电路、控制信号输出接口、电流采样及放大电路集成模块，其中直流电源接口输入5V直流电，电流信号输入接口与流量计的电流信号线连接，控制信号输出接口与电动调节阀的控制信号线连接；所述3DR数传模块主端连接PC机的USB接口，3DR数传模块从端连接信号采集及控制电路的数传模块接口，主端和从端共同完成无线信号的收发工作；所述客户端软件运行在PC机上，包括串口设置、数据交互、保存设置、显示通道设置、阈值设置、动态图标、数据显示区、状态显示区，其中串口设置有10个通讯串口可供选择，保存设置有4个时间间隔可供选择，显示通道设置有11个通道可供选择，阈值设置有10个流量值可供选择。

[0008] 特别的，信号采集及控制电路中的电流信号输入接口和控制信号输出接口均有11路接线端子，而电流信号输入接口接入的是来自流量计的电流信号，该电流信号的范围是4-20mA，代表零至满度流量；而控制信号输出接口输出的是1-5V电压信号，代表电动调节阀的阀位开度位置。

[0009] 特别的，流量计可选择LUGN型涡街流量计，该流量计的GND端可输出4—20mA的电流信号，代表0—10m3/h的流量值；电动调节阀可选择ZDLP型电子式电动单座调节阀，包括电动执行器和调节阀，电动执行器可接受1-5V电压信号，然后根据电信号大小调节顶部伺服电机的转动，伺服电机以直行程输出的推力改变底部调节阀的开度位移，当电信号增大时阀位向上位移，并根据开度位置反馈信号自动限制伺服电机转动行程，从而达到精确控制管道内部流体流量的目的。

[0010] 特别的，电流采样及放大电路中的LM358运算放器是双运算放大器，内部包括有左右两个独立的、高增益、内部频率补偿的运算放大电路，只需5V单电源供电即可完成mV微电压的指定放大倍数。电流采样及放大电路中使用两片LM358运算放大器来完成电压信号的三级放大工作，第一级放大电路为电压跟随电路，并未放大输入端电压，目的是加大输入电阻，减小放大电路对电流采样电路的影响；第二级放大电路只把电压信号放大了11倍，目的是抑制放大极噪声的干扰；第三级放大电路再次把电压信号放大了45.45倍，目的是减小因增益过大而引入的自激震荡的影响。

[0011] 特别的，3DR数传模块分为主端和从端两个部分，两者间使用433MHz波段通讯，且都可以完成无线信号的收发功能，通常情况下，开阔地域通讯距离为两公里，有障碍地域通讯距离会相应缩小。

[0012] 特别的，客户端软件的全称是流量记录仪监控软件，是基于MATLAB的GUI功能编写而成，软件界面包括多个功能栏，主要包括串口数据接收、保存、显示以及阈值设置等功能项目，需提及的是保存时会将系统时间、各通道流量信息按照纵列的方式写入excel表格中。

[0013] 本发明与现有技术相比，具有以下优点：（1）利用信号采集及控制电路、3DR数传模块、PC机和客户端软件组成一个简单的室外/室内流量记录仪软硬件系统，信号采集及控制电路完成流量计电流信号的采集和电动调节阀的控制工作，客户端软件在PC机上运行同时通过串口完成各流量计通道信息的记录、显示和控制工作，系统硬件常规，软件操作简单，可节约大量成本。

[0014] （2）信号采集及控制电路中使用ATMEGA2560单片机作为中央处理芯片，该单片机的模拟引脚A0至A10与电流信号输入接口连接，可同时采集11路来自流量计的电流信号，该单片机的PWM引脚D2至D12与控制信号输出接口连接，可同时控制11路电动调节阀。

[0015] （3）在电流采样及放大电路中使用了电压信号三级放大的电路技术，实现了电压信号逐级放大而最终至500倍的功能，有效减小了对电流采样电路的影响，并抑制了信号放大过程中的噪声干扰，从而提高了信号放大后电压信号的精确度。

[0016] （4）采用433MHz波段的3DR数传模块作为信息传输的通道，有效无线通讯距离为一公里，可满足室外信号采集及控制电路与室内PC机间的通信需求。

[0017] （5）在PC机上的客户端软件内增设阈值设置功能，当PC机发出阈值命令后，信号采集及控制电路会根据设定值输出控制信号从而控制管路中的电动调节阀，进而达到控制流量的目的。附图说明

[0018] 图1是本发明流量记录仪工作原理示意图。

[0019] 图2是本发明信号采集及控制电路原理图。

[0020] 图3是本发明电流采样及放大电路原理图。

[0021] 图4是本发明客户端软件界面示意图。

[0022] 附图标记说明：1 信号采集及控制电路，2 3DR数传模块，3 客户端软件，4 PC机，5 流量计，6 电动调节阀，7 16M晶振，8 ATMEGA2560单片机，9 直流电源接口，10 数传模块接口，11 电流信号输入接口，12 电流采样及放大电路，13 控制信号输出接口，14 电流采样及放大电路集成模块，15 信号1输入端，16 采样电阻 ，17 第一LM358运算放大器，18 电阻R2，19 电阻R5，20 第二LM358运算放大器，21 电阻R7，22 电位器，23 信号1输出端，24 串口设置，25 数据交互，26 保存设置，27 显示通道设置，28 阈值设置，29 动态曲线图，30 数据显示区，31 状态显示区。

[0023] 下面结合附图对本发明进行进一步的详细说明，在下面的描述中，将描述本发明的软硬件组成和功能，为了便于解释，将陈述特定的配置和细节，以便提供对本发明的透彻理解。然而，本发明可能是在没有在此提及特定细节的情况下实现的，这对于熟悉这项技术的人将是明显的。此外，为了突出本发明，众所周知的特征可能被省略或简化。

[0024] 如图1所示，一种具有无线监控功能的流量记录仪包括信号采集及控制电路（1）、3DR数传模块（2）、客户端软件（3）、PC机（4），所述信号采集及控制电路（1）有两种外接设备，分别为流量计（5）和电动调节阀（6），流量计（5）通过GND端输出表征流量值的4-20mA电流信号到信号采集及控制电路（1）中的单片机，而电动调节阀（6）接收来自信号采集及控制电路（1）中单片机PWM引脚的1-5V电压信号；所述3DR数传模块（2）为信号收发设备，分为主端和从端，其主端接入PC机（4）的USB接口，而从端接入信号采集及控制电路（1）的数传模块接口（10），则3DR数传模块（2）使用433MHz波段完成PC机（4）和信号采集及控制电路（1）之间的通讯工作；所述客户端软件（3）在PC机（4）上运行，其全称是流量记录仪监控软件，完成各流量计通道信息的记录、显示和控制工作。

[0025] 如图2所示，信号采集及控制电路（1）内部包括16M晶振（7）、ATMEGA2560单片机（8）、直流电源接口（9）、数传模块接口（10）、电流信号输入接口（11）、电流采样及放大电路（12）、控制信号输出接口（13）、电流采样及放大电路集成模块（14），所述16M晶振（7）通过XTAL1和XTAL2引脚与ATMEGA2560单片机（8）相连接，并给单片机提供标准时序信号；所述直流电源接口（9）与ATMEGA2560单片机（8）的99和100号引脚连接，通过该接口给整个电路提供5V标准直流电压；所述数传模块接口（10）通过RX0和TX0引脚与ATMEGA2560单片机（8）相连接，该接口需接入3DR数传模块（2）的从端，从而完成ATMEGA2560单片机（8）与外界的通讯工作；电流信号输入接口（11）为S1至S11的11路接线端子，可连接11路流量计（5）的电流信号线；所述电流采样及放大电路（12）的SingleIn1端与电流信号输入接口（11）的S1端连接，其SingleOut1端与ATMEGA2560单片机（8）的A0引脚连接，其能够把4-20mA的电流信号转换成1-5V的电压信号并通过SingleOut1端输出，ATMEGA2560单片机（8）通过模拟引脚A0能够检测电压模拟量，并转化为0-1023数字值以表征电压模拟量，另0-1023数字值会通过3DR数传模块（2）的从端被发送给PC机（4）；所述电流采样及放大电路集成模块（14）由10组电流采样及放大电路（12）组成，其分别连接电流信号输入接口（11）的S2至S11端和ATMEGA2560单片机（8）的A1至A10引脚，所实现的功能与电流采样及放大电路（12）相同；控制信号输出接口（13）上的11路端子分别与ATMEGA2560单片机（8）的D2至D12引脚连接，同时可经过信号线与11路电动调节阀（6）上的信号控制端连接，另外ATMEGA2560单片机（8）的D2至D12引脚为PWM引脚，通过占空比调制电压的方式输出1-5V电压从而控制电动调节阀（6）。

[0026] 如图3所示，电流采样及放大电路（12）内部包括信号1输入端（15）、采样电阻（16）、第一LM358运算放大器（17）、电阻R2（18）、电阻R5（19）、第二LM358运算放大器（20）、电阻R7（21）、电位器（22）、信号1输出端（23），所述信号1输入端（15）即为电流采样及放大电路（12）的SingleIn1端，输入的是4-20mA的直流电流信号，该电流信号经过采样电阻（16）后流入GND，而0.5欧姆的采样电阻（16）两端会形成2mV-10mV的电压，该电压信号从第一LM358运算放大器（17）的INPUT+引脚流入并从INPUT1引脚流出，完成第一级信号放大工作，但此过程只是电压跟随而电压信号大小没有改变；然后电压信号到达第二LM358运算放大器（20）的左侧INPUT+引脚并从第二LM358运算放大器（20）的OUTPUT1引脚流出过程中完成了第二级信号放大工作，电压信号被放大电阻R5（19）除以电阻R2（18）并加1倍，即11倍，此时电压信号大小为22mV-110mV；电压信号继续从第二LM358运算放大器（20）的右侧INPUT+引脚流入并从OUTPUT2引脚流出过程中完成第三级信号放大工作，电压信号再次被放大电位器（22）除以电阻R7（21）并加1倍，即为45.45倍，此时电压信号大小为1V-5V，另外可调节电位器（22）的阻值以改变电压信号放大倍数；最终电压信号从信号1输出端（23）流出，即从电流采样及放大电路（12）的SingleOut1端流出并到达ATMEGA2560单片机（8）的A0引脚。

[0027] 如图4所示，客户端软件（3）包括串口设置（24）、数据交互（25）、保存设置（26）、显示通道设置（27）、阈值设置（28）、动态曲线图（29）、数据显示区（30）、状态显示区（31），所述串口设置（24）为是否打开通讯串口功能栏，共有com1至com10的10个通讯串口可以选择，即根据3DR数传模块（2）的主端在PC机（4）的USB接口的安装位置进行选择，若安装位置在第一USB接口则选择com1；所述数据交互（25）为是否接受串口数据功能栏，如选择“接收数据”则会读取已选择的通讯串口数据，并把数据值呈现在动态曲线图（29）和数据显示区（30）中；所述保存设置（26）为是否保存数据功能栏，可选择10秒、20秒、30秒、1分钟的4个保存时间间隔，选择“保存”后时间、流量等数据会被保存在同文件路径下的excel表格中；显示通道设置（27）为选择显示通道功能栏，共有通道1至通道11的11个通道可以选择，选择通道后会在右侧动态曲线图（29）和数据显示区（30）中显示相应通道的数据值；阈值设置（28）为选择阀值功能栏，共有1m3/h至10m3/h的10个阀值可以选择，如显示通道设置（27）中选择通道1，则阀值设置（28）中阀值对应的是ATMEGA2560单片机（8）的D2引脚信号，而1m3/h至10m3/h的
10个阀值对应1V-5V的电压信号。