我国是一个农业大国,对水资源的有效管理利用迫在眉睫。在我国明渠中,小型渠道(渠顶宽度小于120cm)分布广,数量多,虽然现有的流量测量设备已经很成熟,但是针对这些小型渠道在运行、维护等方面依旧存在很多问题,严重阻碍了小型渠道量水的发展和推广。近几年来,明渠渠道的流量测量技术开始越来越多的利用单片机和网络通讯等先进技术,很大程度上加快了灌区信息化建设的进程。目前,很多研究都着力于实现灌区测水量水的实时监测和远程数据记录。所以,针对小型渠道量水专门研发一种结构简单、便携、易操作、成本低、自动化程度高、精度高的小型渠道测流系统对灌区测流信息化有着重要意义。本文根据灌区量水的研究现状、发展趋势以及目前的实际应用情况,主要针对小型渠道,研究开发用于灌区用水流量自动测量的系统。该测量装置在远程人工操作或系统设定任务的情况下开始测量,首先通过超声波测距传感器测量出当前水位,根据测得的水位结合渠深,决定需要测点个数并计算出每个测点的坐标,接着通过步进电机结合运动结构驱动毕托管逐个运动到对应测点,该流线上的水流经毕托管后,流速转化为毕托管的全压与静压的差值,并送入微机控制系统进行相应处理,待所有测点测量结束后,微机控制系统将采集回的信息进行处理,得出流量数据,并将数据实时显示在液晶显示屏上,同时通过云服务器将数据存储在数据库中,手机客户端通过通讯协议连上数据库,就可查看实时数据及历史数据。本课题主要研究内容是对明渠测流系统的各个结构进行具体的研究与开发,其中包括以下几个方面:(1)在了解并分析明渠测流的发展历史、研究现状及其优缺点的基础上,根据实际需求对明渠自动测量流量系统进行总体方案设计;对各元件进行选型;主要包括毕托管和压差传感器方案的确定和元件的选型;完成装置中运动部分的结构、尺寸以及组装的设计,并进行了具体结构模型的绘制工作。(2)根据明渠测流原理,在硬件系统方面完成了以ARM处理器为核心的硬件系统搭建,并完成了外围用于测流的模块的选型和电路设计,其中包括了超声波传感器、两路压力传感器、步进电机及驱动器,还有其他用于辅助测量的模块,包括液晶屏模块、GPRS模块。(3)为了提高系统处理的实时性,优化在测流方面的性能,本文软件方面在STM32F4处理器上搭载了实时操作系统即μC/OSⅢ系统,以实现系统在各项任务之间的实时切换,并且在实时操作系统上搭载了基于em Win图形库的个性化图形界面,实现了良好的人机交互性能,且节省了部分硬件资源。测流阶段本文实现了根据水位的不同采用不同的测流算法进行测量,并在太原理工大学水流实验大厅的U型渠道及实际灌区渠道上进行大量的实验,通过对测得的数据与标准流量进行比对,验证所设计的测流系统的准确性及实用性。且为了实现系统所需要的远程操控及查看历史数据的功能,利用Andriodstudio开发环境开发了新型明渠便携式自动测流APP,传感器可将数据通过阿里云服务器传给MYSQL数据库进行存储,APP查询数据是通过MQTT协议连上数据库,从数据库获得数据后在APP上显示。经过大量实验验证,证明该装置可以实现较高精度的实时流量监测,同时还具有结构简单、携带方便、成本低等优点,具有较高的自动化和信息化水平,为明渠流量测量提供了新的解决方法。