CN103983993B - 一种水位在线监测基站设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种水位在线监测基站设备，由控制器模块，电源模块，外部存储器模块，信号采集模块和通讯模块组成。信号采集模块根据需要监测中心需要采集基站的位置信息和水位信息，控制器模块通过UART收集GPS定位模块采集的定位信息，控制器模块通过内部AD转换器将水位信息采集电路转化的标准电压信号转化为数字信号，并采集这些水位信息。同时，控制器模块根据监测中心需要通过GPRS模块向监测中心发送采集到的位置信息和水位信息，或者将这些信息保存在外部存储模块。该装置具有体积小，部署简单，实时性强，精度强等特点。

Description

一种水位在线监测基站设备
技术领域
本发明属于物联网领域，具体涉及一种水位在线监测基站设备。
背景技术
我国地域辽阔，河流纵横，各河流水情状况各异，洪涝灾害经常发生。河流水资源的安全问题尤其是洪水等自然灾害经常发生，这些问题对社会的影响极大，严重威胁了社会的安定以及百姓的生命安全，因此，设计一种具有水位自动在线监测设备提供河流的水位情况十分必要，通过水位情况预测洪水发生的可能性，从而提前做出相关准备。目前，我国水情监测普遍采用遥感技术，但在数据传输等方面存在许多问题。
物联网是指通过各种信息传感设备，实时采集任何需要监控、连接、互动的物体或过程等各种需要的信息，与互联网结合形成的一个巨大网络。其目的是实现物与物、物与人，所有的物品与网络的连接，方便识别、管理和控制。
发明内容
本发明是针对现状而提出的一种水位在线监测基站设备。基站设备通过传感器采集相关信息，通过GPRS模块与远程监测中心进行数据传输，实现水位信息的实时交互。
本发明一种水位在线监测基站设备由控制器模块，电源模块，外部存储器模块，信号采集模块和通讯模块组成。电源模块包括3.3V电压转换电路和5V电压转换电路；信号采集模块包括GPS定位模块和水位信息采集电路。GPS定位模块采用嵌入式GPS Module U-BLOX LEA-5H模块。GPRS模块采用ATK-SIM900A GSM/GPRS模块。信号采集模块根据监测中心的需要，采集基站的位置信息和水位信息，控制器模块通过UART收集GPS定位模块采集的定位信息，控制器模块通过内部AD转换器将水位信息采集电路转化的标准电压信号转化为数字信号，并采集这些水位信息。同时，控制器模块根据监测中心需要通过GPRS模块向监测中心发送采集到的位置信息和水位信息，或者将这些信息保存在外部存储器模块。
所述的控制器模块电路由控制器U1 STM32F103V8T6、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Y1和第二晶振Y2组成。控制器U1 STM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器U1 STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Y1的一端与第一滤波电容C1的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Y1的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容C1的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地。
所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电源转换芯片LM2596S、电源指示灯DS1、电感L1、稳压二极管DS1、第一极性电容C5和第二极性电容C6组成。12V锂电池与VDD12相连；第一极性电容C5的阳极、LM2596S的1引脚与VDD12相连；第一极性电容C5的阴极接地；LM2596S的3引脚、5引脚接地；稳压二极管D1的阴极、电感L1的一端与LM2596S的2引脚相连；稳压二极管D1的阳极接地；电感L1的另一端、LM2596S的4引脚、第二极性电容C6的阳极与DS1的1引脚相连；第二极性电容C6的阴极接地；DS1的2引脚与VDD5.0相连。
所述的3.3V电压转换电路由电压转换芯片LM1117、第八滤波电容C8、第十滤波电容C10、第三极性电容C7和第四极性电容C9组成。第八滤波电容C8的一端、第三极性电容C7的阳极、LM1117的3引脚与VDD5.0相连；第八滤波电容C8的另一端接地；第三极性电容C7的阴极接地；LM1117的1引脚接地；第四极性电容C9的阳极、第十滤波电容C10的一端、LM1117的2引脚与VDD3.3相连；第四极性电容C9的阴极接地；第十滤波电容C10的另一端接地。
所述的外部存储器模块电路由存储芯片AT45DB041D、第一电阻R1、第二电阻R2组成；存储芯片AT45DB041D的4引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA4引脚相连；存储芯片AT45DB041D的8引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片AT45DB041D的1引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片AT45DB041D的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片AT45DB041D的6引脚、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片AT45DB041D的3引脚与第一电阻R1的另一端相连；存储芯片AT45DB041D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片AT45DB041D的7引脚接地。
所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口J1、水位传感器插口JP1、第三电阻R3、第四电阻R4、第十一滤波电容C11和芯片LM358组成。GPS定位模块插口J1的1引脚接地；GPS定位模块插口J1的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口J1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA10引脚相连；GPS定位模块插口J1的6引脚与VDD5.0相连；GPS定位模块插口J1的其余引脚架空；水位传感器插口JP1的1引脚与VDD5.0相连；水位传感器插口JP1的3引脚接地；水位传感器插口JP1的2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端与第十一滤波电容C11的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十一滤波电容C11的另一端与LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端与LM358的2引脚相连；LM358的4引脚与VDD5.0相连；LM358的1引脚、3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PC0引脚相连。
所述的通讯模块包括GPRS插口J2和JTAG插口CON1。GPRS插口J2的1引脚与VDD5.0相连；GPRS插口J2的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA2引脚相连；GPRS插口J2的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；GPRS插口J2的4引脚接地；JTAG插口CON1的1引脚、2引脚与VDD3.3相连；JTAG插口CON1的4引脚、6引脚、8引脚、10引脚、12引脚、14引脚、16引脚、18引脚和20引脚接地；JTAG插口CON1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB4引脚相连；JTAG插口CON1的5引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA15引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA13引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA14引脚相连；JTAG插口CON1的13引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB3引脚相连；JTAG插口CON1的15引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB5引脚相连；JTAG插口CON1的其余引脚架空。
发明的有益效果：该装置体积小，部署简单，价格低廉，精度高，实时性强、适合河流湖泊的大面积部署。
附图说明。
图1为本发明的硬件结构示意图。
图2为本发明的控制器模块电路原理图。
图3为本发明的5V电压转换电路原理图。
图4为本发明的3.3V电压转换电路原理图。
图5为本发明的外部存储器模块电路原理图。
图6为本发明的信号采集模块电路原理图。
图7为本发明的通讯模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明中各个模块做具体的说明。
如图1所示，一种天然气检测与报警装置由控制器模块，电源模块，外部存储器模块，信号采集模块和通讯模块组成。
如图2所示，所述的控制器模块电路由控制器U1 STM32F103V8T6、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Y1和第二晶振Y2组成。控制器U1 STM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器U1 STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Y1的一端与第一滤波电容C1的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Y1的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容C1的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地。
如图3所示，所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电源转换芯片LM2596S、电源指示灯DS1、电感L1、稳压二极管DS1、第一极性电容C5和第二极性电容C6组成。12V锂电池与VDD12相连；第一极性电容C5的阳极、LM2596S的1引脚与VDD12相连；第一极性电容C5的阴极接地；LM2596S的3引脚、5引脚接地；稳压二极管D1的阴极、电感L1的一端与LM2596S的2引脚相连；稳压二极管D1的阳极接地；电感L1的另一端、LM2596S的4引脚、第二极性电容C6的阳极与DS1的1引脚相连；第二极性电容C6的阴极接地；DS1的2引脚与VDD5.0相连。
如图4所示，所述的3.3V电压转换电路由电压转换芯片LM1117、第八滤波电容C8、第十滤波电容C10、第三极性电容C7和第四极性电容C9组成。第八滤波电容C8的一端、第三极性电容C7的阳极、LM1117的3引脚与VDD5.0相连；第八滤波电容C8的另一端接地；第三极性电容C7的阴极接地；LM1117的1引脚接地；第四极性电容C9的阳极、第十滤波电容C10的一端、LM1117的2引脚与VDD3.3相连；第四极性电容C9的阴极接地；第十滤波电容C10的另一端接地。
如图5所示，所述的外部存储器模块电路由存储芯片AT45DB041D、第一电阻R1、第二电阻R2组成；存储芯片AT45DB041D的4引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA4引脚相连；存储芯片AT45DB041D的8引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片AT45DB041D的1引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片AT45DB041D的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片AT45DB041D的6引脚、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片AT45DB041D的3引脚与第一电阻R1的另一端相连；存储芯片AT45DB041D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片AT45DB041D的7引脚接地。
如图6所示，所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口J1、水位传感器插口JP1、第三电阻R3、第四电阻R4、第十一滤波电容C11和芯片LM358组成。GPS定位模块插口J1的1引脚接地；GPS定位模块插口J1的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口J1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA10引脚相连；GPS定位模块插口J1的6引脚与VDD5.0相连；GPS定位模块插口J1的其余引脚架空；水位传感器插口JP1的1引脚与VDD5.0相连；水位传感器插口JP1的3引脚接地；水位传感器插口JP1的2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端与第十一滤波电容C11的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十一滤波电容C11的另一端与LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端与LM358的2引脚相连；LM358的4引脚与VDD5.0相连；LM358的1引脚、3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PC0引脚相连。
如图7所示，所述的通讯模块包括GPRS插口J2和JTAG插口CON1。GPRS插口J2的1引脚与VDD5.0相连；GPRS插口J2的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA2引脚相连；GPRS插口J2的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；GPRS插口J2的4引脚接地；JTAG插口CON1的1引脚、2引脚与VDD3.3相连；JTAG插口CON1的4引脚、6引脚、8引脚、10引脚、12引脚、14引脚、16引脚、18引脚和20引脚接地；JTAG插口CON1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB4引脚相连；JTAG插口CON1的5引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA15引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA13引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA14引脚相连；JTAG插口CON1的13引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB3引脚相连；JTAG插口CON1的15引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB5引脚相连；JTAG插口CON1的其余引脚架空。
装置的工作流程如下：信号采集模块根据监测中心的需要，采集基站的位置信息和水位信息，控制器模块通过UART收集GPS定位模块采集的定位信息，控制器模块通过内部AD转换器将水位信息采集电路转化的标准电压信号转化为数字信号，并采集这些水位信息。同时，控制器模块根据监测中心需要通过GPRS模块向监测中心发送采集到的位置信息和水位信息，或者将这些信息保存在外部存储器模块。

Claims (1)

1.一种水位在线监测基站设备由控制器模块，电源模块，外部存储器模块，信号采集模块和通讯模块组成；电源模块包括3.3V电压转换电路和5V电压转换电路；信号采集模块包括GPS定位模块和水位信息采集电路；GPS定位模块采用嵌入式GPS Module U-BLOX LEA-5H模块;GPRS模块采用ATK-SIM900A GSM/GPRS模块；信号采集模块根据监测中心的需要，采集基站的位置信息和水位信息，控制器模块通过UART收集GPS定位模块采集的定位信息，控制器模块通过内部AD转换器将水位信息采集电路转化的标准电压信号转化为数字信号，并采集这些水位信息；同时，控制器模块根据监测中心需要通过GPRS模块向监测中心发送采集到的位置信息和水位信息，或者将这些信息保存在外部存储器模块；
所述的控制器模块电路由控制器U1 STM32F103V8T6、第一滤波电容C1、第二滤波电容C2、第三滤波电容C3、第四滤波电容C4、第一晶振Y1和第二晶振Y2组成；控制器U1 STM32F103V8T6的50引脚、75引脚、100引脚、28引脚、11引脚、22引脚与VDD3.3相连；控制器U1 STM32F103V8T6的49引脚、74引脚、99引脚、27引脚、10引脚、19引脚相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的8引脚、第一晶振Y1的一端与第一滤波电容C1的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的9引脚、第一晶振Y1的另一端与第二滤波电容C2的一端相连；第一滤波电容C1的另一端与第二滤波电容C2的另一端相连并接地；控制器U1 STM32F103V8T6的12引脚、第二晶振Y2的一端与第三滤波电容C3的一端相连；控制器U1 STM32F103V8T6的13引脚、第二晶振Y2的另一端与第四滤波电容C4的一端相连；第三滤波电容C3的另一端与第四滤波电容C4的另一端相连并接地；
所述的5V电压转换电路由12V锂电池、电源转换芯片LM2596S、电源指示灯DS1、电感L1、稳压二极管DS1、第一极性电容C5和第二极性电容C6组成；12V锂电池与VDD12相连；第一极性电容C5的阳极、LM2596S的1引脚与VDD12相连；第一极性电容C5的阴极接地；LM2596S的3引脚、5引脚接地；稳压二极管D1的阴极、电感L1的一端与LM2596S的2引脚相连；稳压二极管D1的阳极接地；电感L1的另一端、LM2596S的4引脚、第二极性电容C6的阳极与DS1的1引脚相连；第二极性电容C6的阴极接地；DS1的2引脚与VDD5.0相连；
所述的3.3V电压转换电路由电压转换芯片LM1117、第八滤波电容C8、第十滤波电容C10、第三极性电容C7和第四极性电容C9组成；第八滤波电容C8的一端、第三极性电容C7的阳极、LM1117的3引脚与VDD5.0相连；第八滤波电容C8的另一端接地；第三极性电容C7的阴极接地；LM1117的1引脚接地；第四极性电容C9的阳极、第十滤波电容C10的一端、LM1117的2引脚与VDD3.3相连；第四极性电容C9的阴极接地；第十滤波电容C10的另一端接地；
所述的外部存储器模块电路由存储芯片AT45DB041D、第一电阻R1、第二电阻R2组成；存储芯片AT45DB041D的4引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA4引脚相连；存储芯片AT45DB041D的8引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA6引脚相连；存储芯片AT45DB041D的1引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA7引脚相连；存储芯片AT45DB041D的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA5引脚相连；存储芯片AT45DB041D的6引脚、第一电阻R1的一端、第二电阻R2的一端与VDD3.3相连；存储芯片AT45DB041D的3引脚与第一电阻R1的另一端相连；存储芯片AT45DB041D的5引脚、第二电阻R2的另一端与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；存储芯片AT45DB041D的7引脚接地；
所述的信号采集模块电路由GPS定位模块插口J1、水位传感器插口JP1、第三电阻R3、第四电阻R4、第十一滤波电容C11和芯片LM358组成；GPS定位模块插口J1的1引脚接地；GPS定位模块插口J1的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA9引脚相连；GPS定位模块插口J1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA10引脚相连；GPS定位模块插口J1的6引脚与VDD5.0相连；GPS定位模块插口J1的其余引脚架空；水位传感器插口JP1的1引脚与VDD5.0相连；水位传感器插口JP1的3引脚接地；水位传感器插口JP1的2引脚、第三电阻R3的一端、第四电阻R4的一端与第十一滤波电容C11的一端相连；第四电阻R4的另一端、第十一滤波电容C11的另一端与LM358的8引脚相连并接地；第三电阻R3的另一端与LM358的2引脚相连；LM358的4引脚与VDD5.0相连；LM358的1引脚、3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PC0引脚相连；
所述的通讯模块包括GPRS插口J2和JTAG插口CON1；GPRS插口J2的1引脚与VDD5.0相连；GPRS插口J2的2引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA2引脚相连；GPRS插口J2的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA3引脚相连；GPRS插口J2的4引脚接地；JTAG插口CON1的1引脚、2引脚与VDD3.3相连；JTAG插口CON1的4引脚、6引脚、8引脚、10引脚、12引脚、14引脚、16引脚、18引脚和20引脚接地；JTAG插口CON1的3引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB4引脚相连；JTAG插口CON1的5引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA15引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA13引脚相连；JTAG插口CON1的7引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PA14引脚相连；JTAG插口CON1的13引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB3引脚相连；JTAG插口CON1的15引脚与控制器U1 STM32F103V8T6的PB5引脚相连；JTAG插口CON1的其余引脚架空。
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