CN103983376A - 一种温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置，主要结构有电控箱、电路板、蓄电池箱、光伏电池板、屏蔽电缆、传感信息接线盒、温度传感器阵列板、GPRS天线、信息采集转换器、光伏充电控制器，采用机械结构和集成电路相结合的设计，采用温度传感器采集冰层上部、中间及水下的温度和冰层厚度变化，经微计算机进行程序化、信息化处理，对冰层情况进行自动在线采集监测，并进行预警预报，并与移动通讯GPRS技术相结合，使信息传输更加迅速准确，采用光伏电源，很好的解决了供电安全，此装置设计先进、结构紧凑合理，安装使用方便，冰情数据采集传输快捷，数据处理迅速准确，实现了自动化、程序化，是十分理想的温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置。
Description
技术领域
本发明涉及一种温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置，属水文监测、冰凌灾害预警预报的技术领域。
背景技术
在北方地区，冬季河流、湖泊中会产生结冰现象，由于冬季寒冷程度的增加，冰水温度会降低，冰层厚度会增加，常会在冬、春季冰层融化时在河流中引发冰凌灾害，给水工结构物的安全运行和人民的生命财产常会造成重大威胁。
如何掌握河流、湖泊的温度梯度和冰层厚度是一个重要的研究课题；目前主要通过气象站监测空气温度，通过接触式和非接触式的方法监测冰层厚度，例如接触式的人工凿冰观测法和热电阻法，人工凿冰观测法和热电阻法劳动强度大、危险性高；非接触式监测主要通过遥感、雷达和声纳技术实现监测，遥感技术适应于对大面积结冰区域的观测，遥感卫星数据得到的冰层厚度数据与冰层真实厚度相差较大；雷达和声纳检测仪器价格昂贵，自动化程度低，不能广泛应用；以上监测技术均存在弊端和不足。
发明内容
发明目的
本发明的目的是针对背景技术的不足，采用微计算机信息摄取技术，采用温度传感器采集冰情信息，采用GPRS通讯进行信息传输，光伏电源供电，计算机程序处理温度和冰层信息，对湖泊、河流的水温、冰情信息进行自动采集监测，并进行预测预报，以大幅度提高温度梯度和冰层厚度监测的准确性，实现信息化、自动化在线监测。
技术方案
本发明主要结构包括：电控箱、显示屏、指示灯、电源开关、冰上温度信息控制器、冰中温度和冰层厚度信息控制器、冰下温度信息控制器、电路板、控制电路、蓄电池箱、光伏电池板、屏蔽电缆、电源接线盒、传感信息接线盒、GPRS发射天线、温度传感器阵列板、冰上温度传感器阵列组、冰中温度和冰层厚度传感器阵列组、冰下温度传感器阵列组、信息处理计算机、打印机、GPRS接收天线、信息采集转换器、蓄电池、光伏充电控制器；
电控箱为矩形，在电控箱的前部面板上设有液晶显示屏、指示灯、电源开关、冰上温度信息控制器、冰中温度和冰层厚度信息控制器、冰下温度信息控制器；在电控箱的左上部设有GPRS发射天线；在电控箱的左部设有电源接线盒，电源接线盒通过屏蔽电缆连接蓄电池箱，蓄电池箱通过屏蔽电缆连接光伏电池板；在电控箱的右部设有温度传感器信息接线盒，温度传感器信息接线盒通过屏蔽电缆连接温度传感器阵列板，温度传感器阵列板上设有冰上温度传感器阵列组、冰中温度和冰层厚度传感器阵列组、冰下温度传感器阵列组；
在电控箱内设有电路板、温度信息采集转换器，并由导线互相连接，电路板上为控制电路；
在蓄电池箱内设有蓄电池、光伏充电控制器，并由导线互相连接；
在信息接收机房内设有信息处理计算机，在信息处理计算机左上部设有GPRS接收天线，在信息处理计算机右部通过导线连接打印机；
温度传感器阵列板上的冰上温度传感器阵列组置于冰层上部，用于测量冰层上部的温度信息，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组置于冰层中间，用于测量冰层中间的温度和冰层厚度信息，冰下温度传感器阵列组置于冰层下部，用于测量冰层下部水中的温度信息；
冰上温度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，冰下温度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，各阵列组上的温度传感器数量视需要加减；
温度传感器信息接线盒内的信息传输为总线控制。
所述的电路板上的控制电路，由微计算机控制电路IC1、实时时钟电路IC2、第一电源电路IC3、第二电源电路IC4、SD卡存储电路IC5、JTAG调试电路IC6、CH376文件管理电路IC7、GPRS通讯控制电路IC8、RS232接口电路IC9、电源监测电路IC10、液晶显示电路IC11、硬件监测电路IC12、光电耦合器电路IC13、隔离式电源转换器电路IC14组成整体电路；各分电路间由导线连接，VCC端为电源端，GND端为接地端；冰上温度信息、冰中温度和冰层厚度信息、冰下温度信息的摄取、传输、处理均由微计算机控制电路IC1的计算机程序完成。
有益效果
本发明与背景技术相比具有明显的先进性，是针对河流、湖泊的冰情情况，而设计的一种监测温度梯度和冰层厚度的装置，采用机械结构和集成电路相结合的设计，采用温度传感器阵列板采集冰层上部、中间及水下的温度和冰层厚度变化，经微计算机进行程序化信息化处理，对冰层情况进行自动在线采集监测，并进行预警预报，并与移动通讯GPRS技术相结合，使信息传输更加迅捷、准确，采用光伏电源，很好解决了供电安全，此装置设计先进，结构紧凑合理，安装使用方便，冰情数据采集传输快捷，数据处理迅速准确，实现了自动化、程序化，是十分理想的温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置。
附图说明
图1监测装置整体结构图
图2图1的A-A剖面图
图3图1的B-B剖面图
图4电路板电路图
图中所示，附图标记清单如下：
1、电控箱，2、液晶显示屏，3、指示灯，4、电源开关，5、冰上温度信息控制器，6、冰中温度和冰层厚度信息控制器，7、冰下温度信息控制器，8、GPRS发射天线，9、电源接线盒，10、屏蔽电缆，11、蓄电池箱，12、光伏电池板，13、温度传感器信息接线盒，14、冰上温度传感器阵列组，15、冰中温度和冰层厚度传感器阵列组，16、冰下温度传感器阵列组，17、信息处理计算机，18、GPRS接收天线，19、打印机，20、导线，21、电路板，22、温度信息采集转换器，23、蓄电池，24、光伏充电控制器，25、温度传感器阵列板。
IC1、微计算机控制电路，IC2、实时时钟电路，IC3、第一电源电路，IC4、第二电源电路，IC5、SD卡存储电路，IC6、JTAG调试电路，IC7、CH376文件管理电路，IC8、GPRS通讯控制电路，IC9、RS232接口电路，IC10、电源监测电路，IC11、液晶显示电路，IC12、硬件监测电路，IC13、光电耦合器电路，IC14、隔离式电源转换器电路。
R、电阻，C、电容，L、电感，J、接插件，JP、跳线帽，D、二极管，X、振荡晶体，VCC、电源端，GND、接地端，S、按键。
具体实施方式
以下结合附图对本发明做进一步说明：
图1、2、3所示，为监测装置整体结构图，各部位置、连接关系要正确，安装牢固。
电控箱1为矩形，在电控箱1的前部面板上设有液晶显示屏2、指示灯3、电源开关4、冰上温度信息控制器5、冰中温度和冰层厚度信息控制器6、冰下温度信息控制器7；在电控箱1的左上部设有GPRS发射天线8；在电控箱1的左部设有电源接线盒9，电源接线盒9通过屏蔽电缆10连接蓄电池箱11，蓄电池箱11通过屏蔽电缆10连接光伏电池板12；在电控箱1的右部设有温度传感器信息接线盒13，温度传感器信息接线盒13通过屏蔽电缆10连接温度传感器阵列板25，温度传感器阵列板25上设有冰上温度传感器阵列组14、冰中温 度和冰层厚度传感器阵列组15、冰下温度传感器阵列组16；
在电控箱1内设有电路板21、温度信息采集转换器22，并由导线互相连接，在电路板21上为控制电路；
在蓄电池箱11内设有蓄电池23、光伏充电控制器24，并由导线互相连接；
在信息接收机房内设有信息处理计算机17，在信息处理计算机17左上部设有GPRS接收天线18，在信息处理计算机17右部通过导线20连接打印机19；
温度传感器阵列板25上的冰上温度传感器阵列组14置于冰层上部，用于测量冰层上部的温度信息，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组15置于冰层中间，用于测量冰层中间的温度和冰层厚度信息，冰下温度传感器阵列组16置于冰层下部，用于测量冰层下部水中的温度信息；
冰上温度传感器阵列组14上的温度传感器数量为66个，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组15上的温度传感器数量为66个，冰下温度传感器阵列组16上的温度传感器数量为66个，各阵列组上的温度传感器数量视需要加减；
温度传感器信息接线盒13内的信息传输为总线控制。
图4所示，为电路板控制电路图，电路板控制电路由14个分电路组成整体电路，各分电路间由导线连接，控制电路电源由蓄电池箱11供给12V直流电源，经电源变化稳压整流后，各分电路间使用3.3V直流电源，VCC端为电源端，GND端为接地端。
被测量的冰上温度信息、冰中温度和冰层厚度信息、冰下温度信息的摄取、传输、处理均由微计算机控制电路IC1的计算机程序完成，计算机程序如下:
。
Claims (2)
1.一种温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置，其特征在于：主要结构包括：电控箱、显示屏、指示灯、电源开关、冰上温度信息控制器、冰中温度和冰层厚度信息控制器、冰下温度信息控制器、电路板、控制电路、蓄电池箱、光伏电池板、屏蔽电缆、电源接线盒、传感信息接线盒、GPRS发射天线、温度传感器阵列板、冰上温度传感器阵列组、冰中温度和冰层厚度传感器阵列组、冰下温度传感器阵列组、信息处理计算机、打印机、GPRS接收天线、信息采集转换器、蓄电池、光伏充电控制器；
电控箱为矩形，在电控箱的前部面板上设有液晶显示屏、指示灯、电源开关、冰上温度信息控制器、冰中温度和冰层厚度信息控制器、冰下温度信息控制器；在电控箱的左上部设有GPRS发射天线；在电控箱的左部设有电源接线盒，电源接线盒通过屏蔽电缆连接蓄电池箱，蓄电池箱通过屏蔽电缆连接光伏电池板；在电控箱的右部设有温度传感器信息接线盒，温度传感器信息接线盒通过屏蔽电缆连接温度传感器阵列板，温度传感器阵列板上设有冰上温度传感器阵列组、冰中温度和冰层厚度传感器阵列组、冰下温度传感器阵列组；
在电控箱内设有电路板、温度信息采集转换器，并由导线互相连接，电路板上为控制电路；
在蓄电池箱内设有蓄电池、光伏充电控制器，并由导线互相连接；
在信息接收机房内设有信息处理计算机，在信息处理计算机左上部设有GPRS接收天线，在信息处理计算机右部通过导线连接打印机；
温度传感器阵列板上的冰上温度传感器阵列组置于冰层上部，用于测量冰层上部的温度信息，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组置于冰层中间，用于测量冰层中间的温度和冰层厚度信息，冰下温度传感器阵列组置于冰层下部，用于测量冰层下部水中的温度信息；
冰上温度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，冰中温度和冰层厚度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，冰下温度传感器阵列组上的温度传感器数量为66个，各阵列组上的温度传感器数量视需要加减；
温度传感器信息接线盒内的信息传输为总线控制。
2.根据权利要求1所述的一种温度梯度和冰层厚度的在线自动监测装置，其特征在于：所述的电路板上的控制电路，由微计算机控制电路（IC1）、实时时钟电路（IC2）、第一电源电路（IC3）、第二电源电路（IC4）、SD卡存储电路（IC5）、JTAG调试电路（IC6）、CH376文件管理电路（IC7）、GPRS通讯控制电路（IC8）、RS232接口电路（IC9）、电源监测电路（IC10）、液晶显示电路（IC11）、硬件监测电路（IC12）、光电耦合器电路（IC13）、隔离式电源转换器电路（IC14）组成整体电路；各分电路间由导线连接，（VCC）端为电源端，（GND）端为接地端；冰上温度信息、冰中温度和冰层厚度信息、冰下温度信息的摄取、传输、处理均由微计算机控制电路（IC1）的计算机程序完成。
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