我國是一個(gè)洪澇災(zāi)害比較嚴(yán)重的國家，平均不到兩年就發(fā)生一次較大的洪災(zāi)，每年都因洪水造成一定程度的損失，水電廠的生產(chǎn)也因此受到較大的影響。為了進(jìn)行防洪預(yù)報(bào)和防洪調(diào)度，需要及時(shí)掌握庫區(qū)流域的水情信息，為此水電廠在庫區(qū)范圍內(nèi)，定點(diǎn)設(shè)置水情觀測站。由于庫區(qū)多為偏僻山區(qū)，環(huán)境條件惡劣，通常采用無人值守的水情遙測站，若干個(gè)遙測站形成水情監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。因此系統(tǒng)對數(shù)據(jù)的采集以及傳輸過程中出現(xiàn)異常數(shù)據(jù)的正確處理是保證系統(tǒng)可靠工作的必備要求。 一、水情遙測系統(tǒng)的組成及工作方式 水電廠水情遙測系統(tǒng)主要對庫區(qū)段流域面積內(nèi)的水情信息進(jìn)行采集和處理，做出準(zhǔn)確的洪水預(yù)報(bào)和防洪調(diào)度。系統(tǒng)水情遙測系統(tǒng)由水位傳感器、雨量傳感器、遙測站、無線電臺、中繼站、及中心站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)組成，其組成結(jié)構(gòu)如圖1所示。 在系統(tǒng)中遙測站通過傳感器自動(dòng)實(shí)時(shí)地進(jìn)行水位及雨量數(shù)據(jù)的采集，并通過無線電臺向中心站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)發(fā)送所采集到的水情數(shù)據(jù)，中心站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)則對所接收的水情數(shù)據(jù)進(jìn)行分析處理及洪水預(yù)報(bào)。由于遙測站是在野外工作，無人值守，為了減少能耗，平時(shí)處于掉電值守狀態(tài)，并采用自報(bào)式工作體制進(jìn)行數(shù)據(jù)的發(fā)送傳輸水位或雨量變化時(shí)，或遙測站需要定時(shí)上報(bào)時(shí)遙測站才退出值守狀態(tài)進(jìn)入工作狀態(tài)，進(jìn)行水情數(shù)據(jù)的采集和處理，并將水情數(shù)據(jù)及測站信息等向中心站計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上報(bào)，數(shù)據(jù)上報(bào)完成后遙測站重新進(jìn)入掉電值守狀態(tài)。 二、數(shù)字式雨量、水位傳感器 在水情遙測系統(tǒng)中遙測站無人值守且地處野外，交流供電困難，只能靠蓄電池和太陽能電池供電，所以遙測站必須簡單、可靠、能耗低。在遙測站的設(shè)計(jì)中，正確的傳感器選擇是保證遙測站達(dá)到其要求的關(guān)鍵因數(shù)之一。 傳感器是實(shí)現(xiàn)測量及控制的首要環(huán)節(jié)，一般傳感器有模擬式和數(shù)字式兩類，模擬式傳感器，在和計(jì)算機(jī)及數(shù)字化儀器相連的時(shí)候必須采用A/D轉(zhuǎn)換器把模擬量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量，且易受電磁干擾，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。數(shù)字式傳感器直接將待測量轉(zhuǎn)換為數(shù)字量輸出，其輸出信號抗干擾能力強(qiáng)，功耗小，可與數(shù)字設(shè)備直接連接。數(shù)字式傳感器的這些特點(diǎn)。特別適合應(yīng)用于水情遙測系統(tǒng)中，選擇數(shù)字式雨量及水位傳感器有利于遙測站電路的簡化，提高遙測站的可靠性，從而有利于滿足遙測站低功耗的要求。 雨量傳感器是系統(tǒng)中使用最多的傳感器，在系統(tǒng)中采用翻斗式雨量計(jì)和浮子式水位計(jì)作為系統(tǒng)的雨量傳感器和水位傳感器，翻斗式雨量計(jì)屬于開/關(guān)式數(shù)字傳感器，浮子式水位計(jì)屬于編碼式數(shù)字傳感器。 1.翻斗式雨量計(jì) 翻斗雨量計(jì)采用單觸點(diǎn)通斷輸出，由干簧管繼電器、雨量翻斗組成。當(dāng)翻斗內(nèi)雨量達(dá)到1mm時(shí)，翻斗翻轉(zhuǎn)，在翻轉(zhuǎn)翻斗翻轉(zhuǎn)瞬間，帶動(dòng)磁鋼作弧狀運(yùn)動(dòng)，從而使干簧管有約0.1s的吸合時(shí)間作為信號輸出。其性能指標(biāo)如下： 輸出信號：機(jī)械雙穩(wěn)態(tài)脈沖信號 承水口內(nèi)徑：300mm 分辨率：1mm 相當(dāng)誤差：≤3% 雨強(qiáng)范圍：0.01～4mm/min,允許最大雨強(qiáng)8mm/min 2.浮子式水位計(jì) 浮子式水位計(jì)的工作原理如圖2所示，它利用液體浮力測液位的原理，靠浮子隨水面升降的位移反映水位變化。漂浮通過強(qiáng)索經(jīng)滑輪與編碼器相連，編碼器的數(shù)字輸出即為水位高度為防止錯(cuò)碼的出現(xiàn)，其編碼器的編碼為格雷碼。 系統(tǒng)中浮子式水位計(jì)主要性能指標(biāo)為：機(jī)械編碼，碼型為格雷碼 分辨率：1cm 測量范圍：0～40m 精度：±1cm 三、遙測站工作值守電路 在水情遙測系統(tǒng)中遙測站是以80C31單片機(jī)為核心構(gòu)成的監(jiān)測控制系統(tǒng)。為了減小其能耗，遙測站平常處于掉電值守狀態(tài)。因此要實(shí)現(xiàn)對雨量、水位數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)監(jiān)測，即在雨量或水位有變化的時(shí)候能夠?qū)崟r(shí)的進(jìn)行數(shù)據(jù)采集、處理和發(fā)送，遙測站就必須具有工作值守電路，其電路如圖3所示。 當(dāng)雨量傳感器的雨量值有增量（1mm）變化時(shí)，光電耦合器產(chǎn)生一低電平脈沖，通過與非門U1、反相器U2到與非門U3，U3輸出一高電平脈沖復(fù)位信號到80C31單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，退出掉電值守狀態(tài)開始工作，同時(shí)啟動(dòng)工作時(shí)間計(jì)數(shù)器計(jì)，在正常情況下，遙測站完成水情數(shù)據(jù)的采集、處理及數(shù)據(jù)傳輸任務(wù)后，重新進(jìn)入掉電值守狀態(tài)。如果由于干擾使遙測站的程序出現(xiàn)運(yùn)行錯(cuò)誤，在規(guī)定的工作時(shí)間極限內(nèi)不能進(jìn)入掉電值守狀態(tài)時(shí)，工作時(shí)間計(jì)數(shù)器將發(fā)出一個(gè)時(shí)間極限的低電平脈沖，通過與非門U4、反相器U5到與非門U3，U3輸出一高電平脈沖復(fù)位信號到80C31單片機(jī)，使單片機(jī)復(fù)位，重新開始正常工作。水位增量變化及定時(shí)報(bào)的工作原理與雨量增量變化和時(shí)間極限的工作原理相似。 四、水情遙測系統(tǒng)中對異常數(shù)據(jù)的處理方法 在水情遙測系統(tǒng)中遙測站選用自報(bào)式工作體制，這種體制的優(yōu)點(diǎn)較多，主要是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較簡單，設(shè)備能耗低，維修方便，可靠性較高，適合于我國多數(shù)水大廠地處偏遠(yuǎn)山區(qū)，交通不便等國情特點(diǎn)。自報(bào)式工作體制的主要缺點(diǎn)是同頻信號的碰撞問題。同頻信號的碰撞及電磁的干擾都可能使水情數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常錯(cuò)誤。為了減小異常錯(cuò)誤數(shù)據(jù)的出現(xiàn)及系統(tǒng)的影響，在系統(tǒng)中采用了以下方法： 1.對水情數(shù)據(jù)采用能檢二糾一錯(cuò)的（8.4）編碼方式進(jìn)行信道編碼來提高數(shù)據(jù)的通信質(zhì)量。 2.對雨量數(shù)據(jù)的處理，中心站在接收到雨量數(shù)據(jù)后進(jìn)行有效性檢查，雨量數(shù)據(jù)在數(shù)據(jù)的通信發(fā)送過程中使用雨量的累計(jì)值，這樣在中心站每一次接收到雨量值都大于或等于上一次接收到的雨量值，在其兩次接收之間的降雨量為本次接收到的雨量值。但兩次之間的增量又必須在一定的有效范圍內(nèi)，因?yàn)樵谙到y(tǒng)中其兩次接收數(shù)據(jù)之間的降雨量不可以產(chǎn)生比較大的跳變。如果出現(xiàn)接收到雨量值小于上次接收到的雨量值或兩次之間的雨量增量比較大的情況時(shí)，則還要根據(jù)再下一次接收到的雨量值來進(jìn)行判斷處理。 3.對水位數(shù)據(jù)的處理，中心站在接收到的水位數(shù)據(jù)后，先對接收到的水位數(shù)值與上一次接收到的水位數(shù)值進(jìn)行比較分析，檢查其變化量是否在有效范圍內(nèi)，如果是說明水位數(shù)據(jù)是正確的，否則再根據(jù)下一次的水位數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析以確定其水位數(shù)據(jù)的正確性。 五、結(jié)論 由于數(shù)字式傳感器的輸出具有抗干擾能力強(qiáng)，可與數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)設(shè)備直接相連的特點(diǎn)，因此，在水情遙測系統(tǒng)中傳感器中選擇數(shù)字式雨量及水位傳感器，極大地簡化了系統(tǒng)遙測電路，從而提高了系統(tǒng)可靠性。配合設(shè)計(jì)合理的遙測系統(tǒng)的值守控制電路及監(jiān)測控制電路，減小值守時(shí)的能耗，就可滿足遙測系統(tǒng)簡單、可靠、能耗低和經(jīng)久耐用的要求。另外為了保證系統(tǒng)通信數(shù)據(jù)的可靠性，還應(yīng)對水情數(shù)據(jù)采用能檢二糾一錯(cuò)的（8.4）編碼方式進(jìn)行信道編碼，并在中心站對接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行合理性檢查。