CN103106784A - 一种水利多参数采集变送装置及方法 - Google Patents

Abstract

一种水利多参数采集变送装置与方法。该装置包括：至少一个一次仪表，分别用于检测并获取相应的水利参数；并转串电路，用于将并行输入的一次仪表获取的水利参数转换成串行输出方式输出给主控芯片；主控芯片用于读取水利参数，并进行处理、存储和编码；供电系统于提供电源；通信模块用于将主控芯片的处理结果发送至中心站；显示装置，用于显示数据；输入装置，用于实现参数的设置和各种控制功能。本发明的具体实施方式能够完成同时变送水利检测所需的全部参数，从而更能适应变化多端、恶劣的外部环境。

Description

一种水利多参数采集变送装置及方法

技术领域

本发明涉及各类水利参数的采集领域，特别涉及一种实时水利多参数的采集和变送系统的装置及方法。

背景技术

水利参数动态监测是水利部门的一项基础工作。

但是，由于一些参数的监测手段还比较落后，信息传输也不及时，时效性差，加上水利部门所涉及的参数很多，如：雨量、水位、风速、风向、温湿度水文、气象参数及泵站（如：电压，电流，机组状态等参数）、闸门（如：闸位，机组状态等信息）运行等工况参数，目前是把它们进行分类，分别由不同的装置来完成采集与变送，如：分成水文变送装置、气象变送装置、泵站变送装置、闸门变送装置等来完成。因此，不能满足系统、动态掌握水利情况的要求，严重影响和制约了水资源可持续发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以同时变送水利参数动态监测所需的所有参数的装置及方法。

本发明提出的水利多参数采集变送装置包括：至少一个一次仪表，与至少一个一次仪表一一对应的至少一个并转串电路，主控芯片，供电系统，通信模块，显示模块以及输入装置；一次仪表，分别用于检测并获取相应的水利参数，并经由对应的并转串电路传输给主控芯片；并转串电路，用于将并行输入的一次仪表获取的水利参数转换成串行输出方式输出给主控芯片；主控芯片，用于读取水利参数，并进行处理、存储和编码等工作；供电系统，用于为主控芯片提供电源；通信模块，用于将主控芯片的处理结果发送至中心站；显示装置，用于显示主控芯片获取的数据或处理结果，实现数据的实时动态显示；输入装置，用于实现参数的设置和各种控制功能。

本发明还提出一种水利多参数采集变送的方法，该方法包括：主控芯片初始化之后，设置中断方式，开中断；读取时间；自动采集检测所需的水利参数；存储及显示采集的水利参数；发送水利参数到数据接收中心；进入待机状态。

本发明的具体实施方式，能够完成同时变送水利检测所需的全部参数，使水文变送装置、气象变送装置、泵站变送装置、闸门变送装置既能单独使用也可以多个合起来，从而更能适应变化多端、恶劣的外部环境。更有利于组成水利动态监测体系，进行水利的水量、水位、水质和水温等要素的监测工作，在水资源的管理、保护、利用等方面发挥重要作用。为水资源可持续利用，生态环境协调发展，地质灾害防止等方面，提供科学、详实的依据。

附图说明

图1是本发明具体实施方式一的原理结构框图；

图2是本发明具体实施方式二的原理结构框图；

图3是本发明具体实施方式三的原理结构框图；

图4是本发明具体实施方式一至三中的一次仪表、并转串电路与主控芯片的电路原理图；

图5是本发明方法的具体实施方式一的流程；

图6是本发明方法的具体实施方式一的中断程序的流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对发明进行详细的说明。

图1是本发明提出的一种水利多参数采集变送装置的具体实施方式一。

该实施例中，多参数采集变送装置包括：至少一个一次仪表，至少一个并转串电路，主控芯片，供电系统，通信模块，显示模块以及输入装置；其中，至少一个一次仪表与至少一个并转串电路之间是一一对应的。

一次仪表1、2……N分别用于检测并获取相应的水利参数，并经由并转串电路传输给主控芯片；

并转串电路，用于将并行输入的一次仪表获取的水利参数转换成串行输出方式输出给主控芯片；该电路的主要功能是方便接口扩展，从而减少接口板之间的连线（可以由N条连线变为只有两根而已）

主控芯片，可以是一个单片机，用于读取水利参数，并进行处理、存储和编码等工作；

供电系统，用于为主控芯片提供电源；供电系统可以是蓄电池和太阳能电池中的至少一种组成的；

通信模块，用于将主控芯片的处理结果发送至中心站；通信模块可以是GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）模块，或GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）模块；

显示装置，用于显示主控芯片获取的数据或处理结果，实现数据的实时动态显示；显示装置可以是显示屏或显示器；为体现系统友好的人机接口界面，便于输入和数据显示控制参数等，采用点阵图形液晶显示模块作为输出显示器件；显示模块内置控制驱动器，显示和驱动工作均由此控制器和外围电路完成；

输入装置，用于实现参数的设置和各种控制功能；输入装置可以是键盘；如：配置4键盘，采用中断输出，当有键按下时，电路输出低电平，触发主控芯片退出休眠状态，后进入中断程序，判断哪个键被按下，进入相应的应用程序。

显示装置和输入装置的存在，是得该水利多参数采集变送装置装置的具体实施方式一具有良好的人机交互功能。

另外，利用通信模块的双向传输功能，可以利用移动通信设备，如手机，发送各种指令，如通过短信发送指令，并将该指令传输给主控芯片，用以调整设备的工作参数。

水利多参数采集变送装置装置的具体实施方式一安装在野外，没有持续的电力供给，为实现长期无人值守环境下的自动监测，首先在硬件方面全部选用低功耗的器件，采用各种省电技术，使整个设备的功耗达到最低。

由于硬件方面除全部选用低功耗的器件外，还考虑全部零部件采用贴片形式，使其体积尽可能的小。

本发明具体实施方式一中，一次仪表、并转串电路、主控芯片、通信模块等部分都设置在一起，即设置在一个物理实体中。

工作时，当被测参数发生变化达到一定的幅度，发出一个指令，唤醒处于休眠状态的主控芯片，主控芯片对采集到的参数进行处理后存储，并通过通信模块即时发送到中心站。但为了防止外部环境中干扰因数对参数变化造成的影响，还可以设定一个发送数据的时间间隔，即，在参数变化达到一定幅度且距离上次发送数据的时间达到预先设定的时间间隔时，才向数据中心发送数据。

本发明的具体实施方式一能够完成同时变送水利检测所需的全部参数，使水文变送装置、气象变送装置、泵站变送装置、闸门变送装置既能单独使用也可以多个合起来，从而更能适应变化多端、恶劣的外部环境。

更有利于组成水利动态监测体系，进行水利的水量、水位、水质和水温等要素的监测工作，在水资源的管理、保护、利用等方面发挥重要作用。为水资源可持续利用，生态环境协调发展，地质灾害防止等方面，提供科学、详实的依据。

图2是本发明具体实施方式二。

相对于具体实施方式一而言，图2所示的具体实施方式二中，至少一个一次仪表1、2……N具体为若干泵闸参数采集仪表，如采集泵运行工况、闸运行工况等参数的仪表。

图3是本发明的具体实施方式三。

相对于具体实施方式一而言，图3所示的具体实施方式三中，至少一次仪表1、2……N具体为一个水位参数采集仪表，即，水位计。

优化的，为了确保水位记录的准确无误，防止雷击，在水位接口上采用光电隔离电路，以增加防雷措施，有利于提高设备可靠性。

工作时，水位参数变化1cm，水位传感器，会发出一个指令，唤醒处于休眠状态的主控芯片，对水位采集和处理后进行存储，并通过通信模块将水位参数即时发送到中心站。为了防止由于波浪影响而引起的频发数据，软件设计时特设定一个时间间隔，如：六分钟，即在水位变化1cm且距离上次发送数据的时间超过6分钟时，才向中心发送数据。

图4是本发明具体实施方式一至三中的一次仪表、并转串电路与主控芯片的电路原理图。

该电路原理图包括：两个8位静态移位寄存器U4、U5；两个一次仪表，在图4中采用的两个水位探头为例来加以说明，但如上面的具体实施方式一至三所述，并不限于是水位探头；若干电阻以及主控芯片。其中8位静态移位寄存器U4、U5即为并转串电路的主要元件。

其中，两个8位静态移位寄存器U4、U5有一个公共的时钟输入端CLK、一个并入/串入控制端P/S、一个串行数据输入端DS和8个并行数据输入端P1～P8，串行输出数据端Q8。8位静态移位寄存器的主要特点是同步串入，异步并入，不论时钟处于何种状态，都输入数据。8位静态移位寄存器U4、U5可以采用型号为MC14021B的芯片。

当并行或串行输入数据时，是在并入/串入控制端P/S控制下，随时钟的上沿同步地输入寄存器，当并入/串入控制端P/S为低电平“0”状态时，串行输入数据；当并入/串入控制端P/S为高电平“1”状态时，并行输入数据。

8位静态移位寄存器U4、U5的时钟输入端CLK接收主控芯片的时钟端CLK输出的时钟信号。

一次仪表的各端子并行连接到相应的8位静态移位寄存器U4、U5的输入端P1～P8，在图4中所示的一次仪表为水位探头，水位探头中的每个触点分别经过一个电阻接入到8位静态移位寄存器的并行数据输入端P1至P8。

将前一个8位静态移位寄存器的串行输出数据端Q8接到后一个8位静态移位寄存器的串行数据输入端DS，最后一个8位静态移位寄存器的Q8才接到主控芯片的RA2端。具体的，如图4所示为两个8位静态移位寄存器，则，8位静态移位寄存器U4的串行输出数据端Q8接到8位静态移位寄存器U5的串行数据输入端DS，8位静态移位寄存器U5的串行输出数据端Q8接到主控芯片的RA2。

当时钟端CLK为高电平时， 8位静态移位寄存器的并入/串入控制端P/S为高电平“1”，此时执行并行操作，并行数据通过并行数据输入端P1～P8送入8位静态移位寄存器；当时钟端CLK为低电平时，并入/串入控制端P/S由高电平“1”跳变到低电平“0”， 此时8位静态移位寄存器由并行输入转为串行输入。在时钟端CLK输入连续的时钟信号，就可以在Q8得到串行输出，当输入第8 个CLK时，P/S也由低电平“0”跳变到高电平“1”，寄存器由串行转为并行操作，这样反复进行下去，就能不断的将并行数据转换为串行数据，得到N个寄存器的数据。

利用8位静态移位寄存器可以使该装置的硬件设计大大简化、装置的体积减少、可靠性提高。同时，装置更改和扩充更为容易。

作为主控芯片的单片机与8位静态移位寄存器之间只有两根双向信号线，一根是数据线，另一根是时钟线，任何时候时钟信号都是由主控芯片产生。空闲时，两根线均为高电平。

图5是本发明提出的水利参数采集变送的方法的具体实施方式一。

该方法包括：

步骤30，主控芯片初始化之后，开中断；

步骤40，读取时间；

步骤50，自动采集水利检测所需的水利参数；

步骤60，存储采集的水利参数；

步骤70，显示水利参数；步骤60、70顺序没有严格限定，可以调换过来执行，也可以通知执行；

步骤80，调用发送子程序把相应的水利参数发送到数据接收中心；

步骤90，进入待机状态。

图6是本发明方法的具体实施方式一的中断程序的流程图。

步骤310，一次仪表发出一个脉冲信号，或者定时时间到，启动中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片；

以浮子水位计为例来说，就是，当水位探头以采用浮子水位计为例，当水位变化1厘米，浮子水位计发出1个脉冲信号触发中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片；若采用压力式水位计，则采用六分钟定时自动采集一次数据的方式，发出脉冲信号，触发中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片；

步骤320，判断定时是否到了，如果到了，则执行步骤350；如果没到，则执行步骤330；

步骤330，判断水利参数是否发生了变化，如果变化了，则执行步骤340；如果没有发生变化，如水利参数没有变化，则判别该中断可能是由于干扰而引发的，属于误动作，不需要如何工作，设备进入待机状态，则执行步骤370；

步骤340，判断采集时间间隔是否到了预设时间间隔（如6分钟），如果到了，则执行步骤350，没到，则执行步骤360；

步骤350，发送水利参数到数据接收中心；

步骤360，存储水利参数；

步骤370，进入待机状态。

设定一个时间间隔，即在水利参数变化达到一定幅度，且距离上次发送数据的时间超过规定的时间间隔（如6分钟）时，才向中心发送数据，而在在水利参数变化了但采集时间间隔没有达到原来设定好的时间间隔时，设备也会自动进入待机状态。由此，可以防止由于外部环境的影响而引起的频发数据，如波浪会引起水位参数经常性的发生变化。

上述具体实施方式说明但并不限制本发明，本领域的技术人员能在权利要求的范围内设计出多个可代替实例。所属领域的技术人员应该意识到，对在没有违反如所附权利要求书所定义的本发明的范围之内，可对具体实现方案做出适当的调整、修改等。因此，凡依据本发明的精神和原则，所做的任意修改和变化，均在所附权利要求书所定义的本发明的范围之内。

Claims (10)

1.一种水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述水利多参数采集变送装置包括：至少一个一次仪表，与所述至少一个一次仪表一一对应的至少一个并转串电路，主控芯片，供电系统，通信模块，显示模块以及输入装置；

所述一次仪表，分别用于检测并获取相应的水利参数，并经由对应的所述并转串电路传输给所述主控芯片；

所述并转串电路，用于将并行输入的所述一次仪表获取的水利参数转换成串行输出方式输出给所述主控芯片；

所述主控芯片，用于读取所述水利参数，并进行处理、存储和编码等工作；

所述供电系统，用于为所述主控芯片提供电源；

所述通信模块，用于将所述主控芯片的处理结果发送至中心站；

所述显示装置，用于显示所述主控芯片获取的数据或处理结果，实现数据的实时动态显示；

所述输入装置，用于实现参数的设置和各种控制功能。

2.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述一次仪表包括水位计，所述水位计的水位接口上采用光电隔离电路。

3.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述一次仪表包括泵闸参数采集仪表。

4.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述通信模块可接收移动通信设备发送的各种指令，并将该指令传输给所述主控芯片，用以调整所述水利多参数采集变送装置的工作参数。

5.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述显示装置采用点阵图形液晶显示模块，所述显示模块内置控制驱动器。

6.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述通信模块采用GPRS（General Packet Radio Service，通用分组无线服务技术）模块，或GSM（Global System of Mobile communication，全球移动通讯系统）模块。

7.如权利要求1所述的水利多参数采集变送装置，其特征在于，所述输入装置采用键盘，当有键按下时，电路输出低电平，触发所述主控芯片退出休眠状态，进入中断程序。

8.一种水利多参数采集变送的方法，其特征在于，所述水利多参数采集变送方法包括：

主控芯片初始化之后，

开中断；

读取时间；

自动采集水利检测所需的水利参数；

存储及显示采集的所述水利参数；

发送所述水利参数到数据接收中心；

进入待机状态。

9.如权利要求8所述的水利多参数采集变送的方法，其特征在于，所述中断程序包括：

一次仪表发出一个脉冲信号，启动中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片；

判断定时是否到了，如果到了，则发送所述水利参数到数据接收中心，并存储水利参数之后进去待机状态；如果定时没到，则再进一步判断所述水利参数是否发生了变化；

判断所述水利参数是否发生了变化，如果变化了，则进一步判断采集时间间隔是否到了预设时间间隔；如果所述水利参数没有发生变化，则进入待机状态；

判断采集时间间隔是否到了预设时间间隔，如果到了，则发送所述水利参数到数据接收中心，并存储水利参数之后进去待机状态，若没到，则存储水利参数之后进去待机状态。

10.如权利要求9所述的水利多参数采集变送的方法，其特征在于，一次仪表发出一个脉冲信号，启动中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片的步骤，具体为：当所述一次仪表采用浮子水位计时，水位变化达到一定幅度，所述浮子水位计发出一个脉冲信号触发中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片；或者，当所述一次仪表采用压力式水位计时，则所述压力式水位计每隔一个预设的时间间隔自动采集一次数据，并发出脉冲信号，触发中断程序，唤醒处于低功耗状态的主控芯片。

Images