固态存储仪器-水文现代化与新技术

国外首先应用半导体固态存储器件记录存储数据，英文名词是solid state memory，我国直译为“固态存储器”，沿用至今。

1.固态存储仪器的工作原理

半导体固态存储式水文数据记录仪的工作原理是在一个单片微处理器的控制下，通过定时采集或事件（例如水位变化、发生降雨等）启动方式，自动将水位、雨量等传感器测得的瞬时数据和相应时间信息，以一定的数据格式存储在半导体固态存储器的相应单元内。在仪器规定的记录周期内，通过一定的输出方式将存储在固态存储器内的数据及时间标记转送到计算机中，从而完成数据处理、显示、打印及存盘等工作。

存放数据的固态存储器可以是RAM型随机存储器，也可以是ROM型存储器；可以是固定内置式存储器，也可以是插拔式存储卡，或者两者的结合。记录仪可配置数个传感器接口，用以同时接入多种多个传感器，也可只配置一个传感器接口，使仪器结构简单。记录仪应配置标准的RS—232串行口，以便直接或通过调制解调器（MODEM）与计算机进行通信。

2.结构与组成

记录仪是一典型的以单片微处理器为核心的数据采集处理智能系统。为了可靠地将水文数据及其时间标记记录保存下来，以便直接转存入计算机，记录仪至少应具备单片微处理器电路、程序存储器电路、输入接口电路、实时时钟电路、数据存储器电路、输出接口电路、“看门狗”电路、电源电路以及相应的软件功能。为了便于使用者在现场观察数据或人工置入某些测量参数，仪器还应增加显示器和功能键电路及相应的软件功能。

3.DT3X0数据采集器

我国大量使用的水位雨量数据采集系统由DT3X0数据采集器、水位传感器、雨量传感器、蓄电池、计算机、系统软件等组成。

DT3X0数据采集器包括DT300、DT350、DT350—2三种型号，是早期发展的雨量水位数据记录仪器，只能记录雨量或雨量、水位参数。

（1）DT3X0的主要技术指标。包括环境条件、电源、雨量数据、水位数据和具有自诊断功能，能够显示内部诊断信息等12项技术指标：

1）环境条件。工作温度：－20～＋55℃；湿度：95%RH（试验温度55℃，无凝结，裸板）。

2）电源。主电源：12V（10.6～14.4V）可浮充蓄电池；工作电流：在电源电压12V，20～25℃时，不显示时小于60m A；显示时小于120m A；值守电流：在电源电压12V，20～25℃时，小于0.40m A（通常状态下为0.30A）；后备电池：3.6V，800m Ah锂电池（供给存储器保存数据和维持时钟电路工作，5年更换一次）；具备电源反向保护功能。

3）雨量数据。具有专用的雨量数据输入通道，输入信号类型为开关闭合信号（无源）。输入端采用RC网络消除开关触点抖动信号，时间常数大于200ms，小于300ms；雨量传感器分辨力：0.1～1.0mm（可按0.1间隔任意选择）；采样时间间隔：1min、5min可选择，DT350—2为1min、5min、6min；雨量数据采集记录的准确率达到99.99%（每个数据包含5min的雨量累计值和该5min的第一分钟的日历时间）；应能存储2万个以上的雨量数据。

4）水位数据。有13根水位信号线输入的专用接口，可并行输入12位格雷码数、BCD码数、二进制码数。码制可选择；保证每5min或6min（DT350—2）采集一次数据，能存储4万个以上的数据（每个数据指每5min采集存储的一次水位数据和进行该水位采样的日历时间。DT350—2为每6min采集一次数据）；水位数据采集（含存储）失误率小于0.01%；水位采集的时间记录失误率小于0.01%；采样时间间隔：1min、5min可选择，DT350—2可选择6min。

5）数据存储器RAM容量：128K。(www.xing528.com)

6）日期和时间。具备年、月、日、时、分实时时钟，具有闰年调整；时钟可通过按键来修改；时钟精度：在－20～＋55℃时，每月误差小于1min。

7）显示和键盘。显示器采用8位7段红色LED显示，单行一个小数点，显示尺寸为7.6mm宽、61mm长；键盘：采用三个键，按键操作应不影响存储的数据和数据的存储；可显示今日雨量（今日早上8∶00或6∶00到当前时间的累计雨量），昨日雨量（前一天早上8∶00或6∶00到今日早上8∶00或6∶00，24h累计雨量），各小时累计雨量，当前年、月、日、时、分，当天早上8∶00水位，当前水位，昨日水位平均值、最大值、最小值等；可预置水位高程基准值，可设置和修改：年、月、日、时、分，站号，雨量计的分辨力，数据发送的波特率，采样时间间隔，码制选择，日水位数据的起始时间；可清除雨量数据、水位数据及其总清除；能发送记录的所有雨量数据和水位数据。

8）RS—232C接口。波特率1200，2400，4800和9600可选，全双工通信。

9）可靠性。平均无故障工作时间（MTBF）为10年。

10）雨量和水位信号输入端具有输入保护电路，保护的电压极限为500V尖脉冲。

11）具备利用专用写卡器在现场读取数据的功能。

图2.134　水位、雨量数据采集系统图

12）具备自诊断功能，能够显示内部诊断信息。记录设置的各种参数的变更、时间和数据；记录主电池的更换时间；反映错误信息代码；发出电池告警信号。

由DT3X0为固态存储器的水位、雨量数据采集系统如图2.134所示。

（2）DT3X0的主要功能和工作原理。包括数据采集器主要功能和采集主要工作原理内容：

1）数据采集器主要功能。水位雨量数据采集器（DT350、DT350—2）包含了单雨量数据采集器（DT300）的主要功能和工作原理。

以下以水位雨量采集器为例，以此来说明数据采集器主要功能：①水位雨量数据采集器有一个雨量信号输入端口和一个水位信号输入端口，还有一个三键组成的键盘，一个8位7段LED显示器和一个RS—232串行通信口，还具有无线通信接口，可通过RTU传输雨量水位数据。②可以外接一台翻斗式雨量传感器，可自动测量记录降雨过程数据。③可以外接一台水位传感器，对水位传感器的编码信号进行数据采集，以记录水位变化过程数据。④通过对面板上三个键的操作，可以显示数据与采集器的相关参数，并且可对参数进行修改或设置。在现场使用时，数据采集器可以不依赖于计算机进行操作，给用户使用带来方便。⑤通过专用电缆把采集器和计算机的RS—232口连接起来，采用专用软件可读取采集器中存储的数据，存入硬盘，建立数据库或打印各种数据报表。⑥还有两种读取存储数据的方法：通过电话MODEM远传数据；采用写卡器和存储卡。目前使用的存储卡的质量不够稳定，有时容易丢失数据。⑦能检测主电源电压值，并自动报警（显示“bat FAIL”）。

2）采集器主要工作原理。采集器以8位80C31单片微处理器为CPU组成核心数据采集智能系统。雨量传感器和水位传感器分别接入雨量输入接口和水位输入接口，蓄电池为数据采集器提供电源。平时数据采集器处于休眠状态，以降低功耗。当雨量值或水位值发生变化时，采集器就被唤醒，同时进行数据采集，并按照一定的格式将数据存入采集器的缓存区中。在每一个采样周期结束时，采集器就被唤醒，并检查缓存区中的雨量数据，如果有降雨则将数据按一定的格式存入采集器的存储芯片中；同时进行水位数据采样，将采集的水位数据存入采集器的缓存区中，并将水位数据按一定的格式存入采集器的存储芯片中。数据采集器通过这样的工作流程完成数据的采集与存储，以达到长期自动记录数据的目的。