CN101246030A - 一种移动式无线数字水位监测站系统 - Google Patents

Abstract

一种移动式无线数字水位监测站系统，属于自动化检测技术领域，其特征在于是一种移动式、数字化、智能型并利用太阳能供电和无线数据收发的水位监测站系统的技术方案，本发明采用自主原创技术“检索式数字水位传感器”，并将无线射频技术应用于水文监控系统，采用太阳能(或干电池)供电及多模式信息通讯方式，可独立完成水位信息数据采集、数据处理、直通入网的无线数据传输，设站布点迅速，安装简单快捷，特别适用于偏远、无可靠供电条件的测点或汛情汛期临时建站，测站无需土建施工，投资是传统测站的几十分之一。可广泛用于水库大坝、河道、水资源管理、汛情预报等水文监测场合特别是偏远、无可靠供电条件地区的水文测报站。

Description

一种移动式无线数字水位监测站系统

一、技术领域

本发明一种移动式无线数字水位监测站系统，属于自动化检测技术领域，可广泛用于水库大坝、河道、水资源管理、汛情预报等水文监测场合特别是偏远、无可靠供电条件地区的水文测报站。

二、背景技术

水文测报在水资源领域占有重要的地位，水位测报的自动化、信息化、高效化是水文测报发展的方向，目前水位监测站建测井投资大、成本高，施工周期长，测站的传输线路容易受大风、洪水、雷击等自然灾害或人为的破坏导致信息传输中断，目前，国内50％以上的水位监测站和监测井大多分布在交通不便，地理位置偏僻、无可靠供电条件的地区，许多地区监测采用的还是人工亲临现场，通过看标杆、放测绳的方法进行水位检测，根本无法实现自动化连续监测与水文数据自动管理，所以解决水利信息自动化是当前水文水利行业的重要任务和发展方向之一，太原理工大学马福昌教授发明了检索式数字水位传感器(ZL200310109631.9)，并发表了论文《数字化集成水文测报站的研究与应用》(科技情报开发与经济，2007第17卷第1期p164～166)，提出了利用无线射频技术、单片机智能控制及太阳能供电方式的电路方案，但始终未从实际应用现场出发，真正提出一种能够解决投资大、建站时间长、无线数据可靠收发的问题，当前，急需一种能快速建站、并适合在荒郊野外、无可靠供电条件地区的现代化水位监测系统。

三、发明内容

本发明一种移动式无线数字水位监测站系统的目的在于，解决上述现有技术中当前水位监测站建测井投资大、偏远地区无供电条件等无法解决的问题，从而公开一种移动式、数字化、智能型并利用太阳能供电和无线数据收发的水位监测站系统的技术方案。

本发明一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于是一种可拆可卸、携带方便，能快速反应、随时建站的移动式无线数字水位监测系统，该系统由传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5、立柱6、基墩7、无线接收装置8、上位机13组成，所述立柱6和基墩7组成系统骨干，实现系统的安装固定，所述传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5组成电路部分，实现水位数据采集并无线发送功能，所述无线接收装置8、上位机13组成远方监测站中心，实现无线数据接收并直通入网，所述控制箱2内装有主控模块9、蓄电池10、太阳能充电控制电路11，太阳能电池板3和控制箱内2的太阳能充电控制电路11及蓄电池10联接，将太阳能转换成电能储存，并给整个系统供电，所述无线发送装置4内放置无线射频芯片电路12和天线5联结，控制箱2内的主控模块9与无线射频芯片电路12及传感器1联接，由主控模块9控制传感器1和无线射频芯片电路12工作，经天线5实现水位数据的无线发送功能，无线接收装置8安装在地面监测中心和指定的上位机13联接，经无线信道接收无线数据信号，完成显示、存储、入网的功能，基墩7为直径0.4-0.6m、厚度7-9cm的圆形水泥板，水泥板中间开孔和立柱6插接，立柱6采用长度为3-4m的PVC管，并可根据测量深度将PVC管连接，系统使用时，先选择安装地点，确定长度，将立柱6按所需长度连接，并插入基墩7中心孔中，将传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5用卡子和螺丝依次固定在立柱6上并按上述方法依次做电气联接，使用时将整个系统垂直放入所选地点，即独立完成水情信息数据采集、数据处理、实现无线数据的传输和接收。

上述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的传感器1使用ZL200310109631.9检索式数字水位传感器保证低功耗、数字化运行模式，检索式数字水位传感器的结构分为A、B、C三节，其中B节根据测量范围任意级联，使用时可按测量深度选择B节数，测量范围为0.01～30m。

上述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的无线接收装置8安装于地面监测中心或水文工作站和上位机13联接，通过无线信道接收该系统发射的水位数据，无线接收装置8为无线信号调制解调器或根据上位机显示方式需要为无线射频信号与GSM/GPRS双路调制解调器。

上述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的控制箱2内可设置4节以上的干电池，一般情况下选用太阳能供电，在连续阴雨、日照不充分情况下也可选用干电池供电方式。

本发明一种移动式无线数字水位监测站系统的优点在于：

采用自主原创技术“检索式数字水位传感器”，并将无线射频技术应用于水文监控系统，采用太阳能(或干电池)供电及多模式信息通讯方式，可独立完成水位信息数据采集、数据处理、直通入网的无线数据传输，传感器和立柱均有接插连接功能，携带方便，设站布点迅速，安装简单快捷，特别适用于偏远、无可靠供电条件的测点或汛情汛期临时建站，测站无需土建施工，投资是传统测站的几十分之一。

四、附图说明

图1.系统外形结构图

图2.信号接收装置及上位机系统图

图3.系统工作原理图

1、传感器                  2、控制箱

3、太阳能电池板            4、无线发送装置

5、天线                    6、立柱

7、基墩                    8、无线接收装置

9、主控模块                10、蓄电池

11、太阳能充电控制电路     12、无线射频芯片电路

13、上位机

五、具体实施方案

实施方式1：如图1，本发明一种移动式无线数字水位监测站系统，将5根长度为3m的PVC管立柱6连接后，插入直径为0.5m、厚度为0.8cm的基墩7的中心孔中，作为系统的安装支撑骨干，传感器1使用检索式数字水位传感器(ZL200310109631.9)，由A节、14节1m长的B节、C节接插组成并靠立柱底部安装固定，控制箱2的外形尺寸为20*15*8cm，太阳能电池板3选择20*30cm尺寸，依次联接靠立柱6固定，控制箱2内装有主控模块9、蓄电池10、太阳能充电控制电路11，无线发送装置4外形为直径3cm、长度12cm的PVC管，管内放置无线射频芯片电路12，无线射频芯片电路12的用户接口分别与传感器1、主控模块9、单端天线5联接，无线发送装置4固定安装于立柱顶部位置，无线接收装置8为无线信号调制解调器，安放在远处水文站内，接收的信号经232接口给上位机13(PC机)入网储存，供管理者实时查询或网上发布。系统主要技术指标为：

测量范围：14m

检索式数字水位传感器测量精度：1cm

太阳能储能，蓄电池供电：蓄电池电压6VDC、蓄电池容量6AH

实时数据采集，网络管理

下面结合附图进一步加以说明：

所述系统的电路原理结构可分为太阳能供电，无线传输，水位传感器及主控模块部分，工作原理如图3所示，所述的太阳能供电部分由太阳能电池板3，太阳能充电控制电路11和蓄电池10组成，太阳能电池板3吸收太阳光能转化成电能，输送给太阳能充电控制电路11，由太阳能充电控制电路11控制给蓄电池10充电并向外输出6V的电压信号，太阳能充电控制电路11采用PHLIPS公司的8位单片机P87LPC767，它内含有4K字节的EPROM存储和一个8位的A/D转换器，结构简单、功耗低，比较适合用作充电器的控制芯片，蓄电池采用铅酸蓄电池，电池容量为6AH，蓄电池10和传感器1、无线射频芯片电路12、主控模块9联接，为其提供工作电源。

所述的无线传输部分由无线发送装置4、天线5和无线接收装置8组成，无线发送装置4外形为直径3cm、长度12cm的PVC管，管内放置无线射频芯片电路12，无线射频芯片电路12选用Nordic VLSI公司推出的多频段无线收发芯片nRF905，它可自动处理字头，使用极为方便，管脚CS、CFG_CLK和CFG_DATA组成的串行接口可将14位的配置字移入相应的寄存器，从而实现对频段、通道、输出功率和输出时钟频率的配置，nRF905外围电路的用户接口和传感器1、主控模块9、天线5联接，天线接口为差分天线，当无线射频芯片电路12得到主控模块9的数据发送指令后，将传感器采集的数据经单端天线5发送，发射功率可调，无线接收装置8为无线信号调制解调器，安放在远处水文站或监测中心，接收的信号经232接口给上位机13(PC机)入网储存。所述的传感器1使用检索式数字水位传感器，详细原理见专利ZL200310109631.9，它的功能是实现数字化水位数据的采集。所述电路均受主控模块9的控制，如图3，主控模块9采用微功耗、微型化的控制芯片MSP430F149，其工作电压2.2V、耗电电流200μA，MSP430F149可以任意嵌套，适合于不同的工作模式，该芯片可大大减少不必要的传输延迟，其高效的查表处理方法和较高的数据处理速度，完全满足传感器和无线传输电路的数据采集及数据传输的要求，且对于太阳能蓄电池供电系统也是有利的，一般情况下，传感器1和无线射频芯片电路12均处于待机休眠状态，工作时由主控模块9将其唤醒，并对其进行初始化设置，由nRF905完成数据基带信号到射频信号或射频信号到基带信号的转变，进行数据发送与接收，主控模块9控制无线传输数据的收发和数据的采集，完成数据处理与通讯网接轨的无线传送任务。

实施方式2：当监测中心只需要将水文数据以短信息形式发送到管理人员手机时，无线接收装置8为无线射频信号与GSM/GPRS双路调制解调器，其它同实施方式1。

实施方式3：其工作电压1.8V、耗电电流0.1μA，其它同实施方式1。

实施方式4：其工作电压3.6V、耗电电流400μA，其它同实施方式1。

实施方式5：长年阴雨无太阳光照射地区，采用4节干电池供电方式，其它同实施方式1。

实施方式6：长年阴雨无太阳光照射地区，采用6节干电池供电方式，其它同实施方式1。

实施方式7：由长度为4m的8根PVC管立柱6连接，基墩7为直径0.6m、厚度9cm，传感器B节为30节级联，某时刻水位测量值为30m，其它同实施方式1。

实施方式8：由长度为3m的1根PVC管立柱6，基墩7为直径0.4m、厚度7cm，传感器B节为2节级联，某时刻水位测量值为0.01m，其它同实施方式1。

Claims (4)

1、一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于是一种可拆可卸、携带方便，能快速反应、随时建站的移动式无线数字水位监测系统，该系统由传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5、立柱6、基墩7、无线接收装置8、上位机13组成，所述立柱6和基墩7组成系统骨干，实现系统的安装固定，所述传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5组成电路部分，实现水位数据采集并无线发送功能，所述无线接收装置8、上位机13组成远方监测站中心，实现无线数据接收并直通入网，所述控制箱2内装有主控模块9、蓄电池10、太阳能充电控制电路11，太阳能电池板3和控制箱内2的太阳能充电控制电路11及蓄电池10联接，将太阳能转换成电能储存，并给整个系统供电，所述无线发送装置4内放置无线射频芯片电路12和天线5联结，控制箱2内的主控模块9与无线射频芯片电路12及传感器1联接，由主控模块9控制传感器1和无线射频芯片电路12工作，经天线5实现水位数据的无线发送功能，无线接收装置8安装在地面监测中心和指定的上位机13联接，经无线信道接收无线数据信号，完成显示、存储、入网的功能，基墩7为直径0.4-0.6m、厚度7-9cm的圆形水泥板，水泥板中间开孔和立柱6插接，立柱6采用长度为3-4m的PVC管，并可根据测量深度将PVC管连接，系统使用时，先选择安装地点，确定长度，将立柱6按所需长度连接，并插入基墩7中心孔中，将传感器1、控制箱2、太阳能电池板3、无线发送装置4、天线5用卡子和螺丝依次固定在立柱6上并按上述方法依次做电气联接，使用时将整个系统垂直放入所选地点，即独立完成水情信息数据采集、数据处理、实现无线数据的传输和接收。

2、按照权利要求1所述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的传感器1使用ZL200310109631.9检索式数字水位传感器保证低功耗、数字化运行模式，检索式数字水位传感器的结构分为A、B、C三节，其中B节根据测量范围任意级联，使用时可按测量深度选择B节数，测量范围为0.01～30m。

3、按照权利要求1所述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的无线接收装置8安装于地面监测中心或水文工作站和上位机13联接，通过无线信道接收该系统发射的水位数据，无线接收装置8为无线信号调制解调器或根据上位机显示方式需要为无线射频信号与GSM/GPRS双路调制解调器。

4、按照权利要求1所述的一种移动式无线数字水位监测站系统，其特征在于所述的控制箱2内可设置4节以上的干电池，一般情况下选用太阳能供电，在连续阴雨、日照不充分情况下也选用干电池供电方式。

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