CN105444836A - 水位监测装置、方法及井盖 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种水位监测装置，包括超声波传感器、水压传感器、通信模块及电源。微处理器超声波探测器与压力探测器中任一个探测到水位上升时便激活微处理器。而且，超声波探测器极其敏感，可探测到细微的变化，故使得装置的响应更加灵敏。此外，超声波传感器通过回声定位的方式监测水位，不受水流速度及方向的影响，从而能更准确的得到水位信息。进一步的，将通过超声波传感器获得的水位信息与通过水压传感器获得的水位信息进行加权处理，得到当前水位，从而可进一步的减小获得的当前水位与实际水位的误差。因此，上述水位监测装置可有效地提高反应灵敏度及监测精确度。此外，本发明还提供一种水位检测方法及井盖。

Description

水位监测装置、方法及井盖

技术领域

本发明涉及探测技术领域，特别是涉及一种水位监测装置、方法及井盖。

背景技术

下水管道是城市排水系统的重要组成部分。在暴雨天，常会因下水管道的排水不畅而造成下水管道的水位暴涨，水位暴涨可能会导致城市积水。因此，当水位超过预设的警戒水位时，需要进行警报。

目前，一般的监测装置是在井盖上加装水压传感器，通过水压传感器监测水压，再通过处理模块得到当前水位，进而根据水位高度进而发出警报。目前一般采用电池为监测装置供能，而电池的电量是有限的。为了提高使用寿命，待机时处理器等元件一般处于断电状态，当监测到水位上升时再唤醒。

然而，有时水位上升时难以被水压传感器探测到，导致反应不及时。而且，当水位暴涨时，由于水面下存在暗涌水流，可能导致水压采集不准确，从而使得获得的当前水位存在偏差。

发明内容

基于此，有必要提供一种可提高反应灵敏度及监测精确度的水位监测装置、方法及井盖。

一种水位监测装置，包括：

超声波传感器，包括超声波探测器及声波信号转换模块，所述超声波探测器用于发射超声波及接收回波信号，所述声波信号转换模块在所述超声波传感器监测到水位升高时被启动，用于将所述回波信号转化成脉冲信号；

水压传感器，包括压力探测器及压电信号转换模块，所述压力探测器用于采集当前水压，所述压电信号转换模块在所述水压传感器监测到水位升高时被启动，用于将所述当前水压转换成电信号；

与所述超声波传感器及所述水压传感器电连接的微处理器，所述微处理器在所述超声波探测器和/或所述压力探测器监测到水位升高时被启动，所述微处理器用于分别根据所述脉冲信号及所述电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在所述当前水位超过预设值时生成报警信息；

与所述微处理器电连接的通信模块，所述通信模块在所述当前水位超过所述预设值时被启动，并用于将所述报警信息上传至上位机；及

与所述超声波传感器、所述压力传感器、所述微处理器及所述通信模块连接的电源，所述电源用于为所述超声波传感器、所述压力传感器、所述微处理器及所述通信模块供能。

在其中一个实施方式中，所述声波信号转换模块在所述回波信号的频率升高时被启动。

在其中一个实施方式中，所述压电信号转换模块在所述当前水压增强时被启动。

在其中一个实施方式中，还包括计时器，所述计时器与所述微处理器及所述通信模块连接，用于当监测到所述当前水位超过所述预设值时开始计时，并在所述当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动所述通信模块。

在其中一个实施方式中，还包括复位模块，所述复位模块与所述超声波传感器、水压传感器、微处理器及通信模块电连接，用于在所述当前水位低于所述预设值时，使所述水位监测装置复位。

一种井盖，包括如上述优选实施例中任一项所述的水位监测装置。

一种水位监测方法，包括以下步骤：

发射超声波信号及接收回波信号，并采集当前水压；

当水位升高时启动声波信号转换模块及压电信号转换模块；

将所述回波信号转化成脉冲信号，并将所述当前水压转换成电信号；

在水位升高时启动微处理器；

分别根据所述脉冲信号及所述电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在所述当前水位超过预设值时生成报警信息；

在所述当前水位超过所述预设值时启动通信模块；

将所述报警信息上传至上位机。

在其中一个实施方式中，所述当水位升高时启动声波信号转换模块及压电信号转换模块的步骤为：

在所述回波信号的频率升高时启动所述声波信号转换模块；

在所述当前水压增强时启动所述压电信号转换模块。

在其中一个实施方式中，所述在所述当前水位超过所述预设值时启动通信模块的步骤为：

所述当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动所述通信模块。

在其中一个实施方式中，还包括在所述当前水位低于所述预设值时，使所述水位监测装置复位的步骤。

上述水位监测装置，超声波探测器与压力探测器中任一个探测到水位上升时便激活微处理器。而且，超声波探测器极其敏感，可探测到细微的变化，故使得装置的响应更加灵敏。此外，超声波传感器通过回声定位的方式监测水位，不受水流速度及方向的影响，从而能更准确的得到水位信息。进一步的，将通过超声波传感器获得的水位信息与通过水压传感器获得的水位信息进行加权处理，得到当前水位，从而可进一步的减小获得的当前水位与实际水位的误差。因此，上述水位监测装置可有效地提高反应灵敏度及监测精确度。

附图说明

图1为本发明一个实施例中水位监测装置的模块示意图；

图2为本发明一个实施例中水位监测方法的流程示意图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面将参照相关附图对本发明进行更全面的描述。附图中给出了本发明的较佳的实施例。但是，本发明可以以许多不同的形式来实现，并不限于本文所描述的实施例。相反地，提供这些实施例的目的是使对本发明的公开内容的理解更加透彻全面。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参阅图1，本发明较佳实施例中的井盖(图未示)包括水位监测装置。其中，水位监测装置包括超声波传感器100、水压传感器200、微处理器300、通信模块400及电源500。

超声波传感器100包括超声波探测器110及声波信号转换模块120。超声波探测器110用于发射超声波及接收回波信号，声波信号转换模块120在超声波传感器100监测到水位升高时被启动，用于将回波信号转化成脉冲信号。水位一升高，声波信号转换模块120立即启动，无需达到某个阈值。

具体的，声波信号转换模块120在回波信号的频率升高时被启动。超声波传感器100安装在井口上方，远离水面。通过发射超声波并接收回波信号，根据时间差，得到水面与井口的距离。回波信号的频率升高，则表示水面在上升。因此，需要激活声波信号转换模块120及微处理器300，以便对水位进行实时监测。

水压传感器200包括压力探测器210及压电信号转换模块220。压力探测器210用于采集当前水压，压电信号转换模块220在水压传感器200监测到水位升高时被启动，用于将当前水压转换成电信号。水位一升高，压电信号转换模块220立即启动，无需达到某个阈值。

具体的，压电信号转换模块220在当前水压增强时被启动。水的压强与深度成正比，故水压增强表示水位上升。因此，需要激活压电信号转换模块220及微处理器300，以便对水位进行实时监测。

微处理器300与超声波传感器100及水压传感器200电连接。具体的，微处理器300与声波信号转换模块120及压电信号转换模块220连接。微处理器300在超声波探测器110和/或压力探测器210监测到水位升高时被启动，微处理器300用于分别根据脉冲信号及电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在当前水位超过预设值时生成报警信息。具体的，将通过两种不同方式获得的水位信息进行平均处理。

微处理器300根据脉冲信号可获得一个水位信息，通过电信号也能得到一个水位信息。上述两个水位信息是通过不同的传感器以不同的方式获得的。微处理器300将上述两个水位信息进行加权计算，可使得最终得到的当前水位更加准确。

通信模块400与微处理器300电连接，通信模块400在当前水位超过预设值时被启动，并用于将报警信息上传至上位机。因此，相关部门工作人员能够及时根据报警信息对进行排查或抢修。

当前水位位于预设值以下时，表示暂无危险。通信模块400不通电，可进一步降低能耗。微处理器300继续实时监测当前水位，但当前水位超过预设值时，则表示有危险，则需要启动通信模块400，进行报警信息的发送。

在本实施例中，水位监测装置还包括计时器600。计时器600与微处理器300及通信模块400连接，用于当监测到当前水位超过预设值时计时器600开始计时，并在当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动通信模块400。

由于有可能出现这种情况：当前水位在某一瞬间超过了预设值，但后续通过排水系统的正常排水过程使得当前水位又回到较低水平。因此，若此时也激活通信模块400，则没有必要。在增加能耗的同时，也有可能发出错误的报警信息。通过计时器600，可将当前水位仅仅是瞬间提升的情况过滤，从而提高发出报警信息的准确度。

电源500与超声波传感器100、压力传感器、微处理器300及通信模块400连接。电源500用于为超声波传感器100、压力传感器、微处理器300及通信模块400供能。具体的，电源500为锂离子蓄电池。

在本实施例中，水位监测装置还包括复位模块700。复位模块700与超声波传感器100、水压传感器200、微处理器300及通信模块400电连接，用于在当前水位低于预设值时，使水位监测装置复位。

当前水位变低后，表示警报解除。为了降低能耗，需水位监测装置回到复位状态。此时，只有超声波探测器110及压力探测器210处于工作状态，声波信号转换模块120、压电信号转换模块220、微处理器300、通信模块400均处于断电状态。

水位监测装置，超声波探测器110与压力探测器210中任一个探测到水位上升时便激活微处理器300。而且，超声波探测器110极其敏感，可探测到细微的变化，故使得装置的响应更加灵敏。此外，超声波传感器100通过回声定位的方式监测水位，不受水流速度及方向的影响，从而能更准确的得到水位信息。进一步的，将通过超声波传感器100获得的水位信息与通过水压传感器200获得的水位信息进行加权处理，得到当前水位，从而可进一步的减小获得的当前水位与实际水位的误差。因此，水位监测装置可有效地提高反应灵敏度及监测精确度。

请参阅图2，本发明还提供一种水位监测方法。在较佳的实施例中，水位监测方法包括步骤S101～S107：

步骤S101，发射超声波信号及接收回波信号，并采集当前水压。

步骤S102，当水位升高时启动声波信号转换模块及压电信号转换模块。

在本实施例中，上述步骤S102具体为：在回波信号的频率升高时启动声波信号转换模块；在当前水压增强时启动压电信号转换模块。

超声波传感器安装在井口上方，远离水面。通过发射超声波并接收回波信号，根据时间差，得到水面与井口的距离。回波信号的频率升高，则表示水面在上升。而水的压强与深度成正比，故水压增强表示水位上升。

步骤S103，将回波信号转化成脉冲信号，并将当前水压转换成电信号。

步骤S104，在水位升高时启动微处理器。

步骤S105，分别根据脉冲信号及电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在当前水位超过预设值时生成报警信息。

微处理器根据脉冲信号可获得一个水位信息，通过电信号也能得到一个水位信息。上述两个水位信息是通过不同的传感器以不同的方式获得的。微处理器将上述两个水位信息进行加权计算，可使得最终得到的当前水位更加准确。

步骤S106，在当前水位超过预设值时启动通信模块。

当前水位位于预设值以下时，表示暂无危险。通信模块不通电，可进一步降低能耗。微处理器继续实时监测当前水位，但当前水位超过预设值时，则表示有危险，则需要启动通信模块，进行报警信息的发送。

在本实施例中，上述步骤S106具体为：当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动通信模块。

由于有可能出现这种情况：当前水位在某一瞬间超过了预设值，但后续通过排水系统的正常排水过程使得当前水位又回到较低水平。因此，若此时也激活通信模块，则没有必要。在增加能耗的同时，也有可能发出错误的报警信息。通过上述设计，可将当前水位仅仅是瞬间提升的情况过滤，从而提高发出报警信息的准确度。

步骤S107，将报警信息上传至上位机。

因此，相关部门工作人员能够及时根据报警信息对进行排查或抢修。

在本实施例中，上述水位监测方法还包括在当前水位低于预设值时，使水位监测装置复位的步骤。

当前水位变低后，表示警报解除。为了降低能耗，需水位监测装置回到复位状态。此时，只有探测器处于工作状态，声波信号转换模块、压电信号转换模块、微处理器、通信模块均处于断电状态。

上述水位监测装置方法，探测到水位上升时便激活微处理器。而且，超声波探测极其敏感，可探测到细微的变化，故使得响应更加灵敏。此外，通过回声定位的方式监测水位，不受水流速度及方向的影响，从而能更准确的得到水位信息。进一步的，将通过超声波获得的水位信息与通过水压获得的水位信息进行加权处理，得到当前水位，从而可进一步的减小获得的当前水位与实际水位的误差。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种水位监测装置，其特征在于，包括：

超声波传感器，包括超声波探测器及声波信号转换模块，所述超声波探测器用于发射超声波及接收回波信号，所述声波信号转换模块在所述超声波传感器监测到水位升高时被启动，用于将所述回波信号转化成脉冲信号；

水压传感器，包括压力探测器及压电信号转换模块，所述压力探测器用于采集当前水压，所述压电信号转换模块在所述水压传感器监测到水位升高时被启动，用于将所述当前水压转换成电信号；

与所述超声波传感器及所述水压传感器电连接的微处理器，所述微处理器在所述超声波探测器和/或所述压力探测器监测到水位升高时被启动，所述微处理器用于分别根据所述脉冲信号及所述电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在所述当前水位超过预设值时生成报警信息；

与所述微处理器电连接的通信模块，所述通信模块在所述当前水位超过所述预设值时被启动，并用于将所述报警信息上传至上位机；及

与所述超声波传感器、所述压力传感器、所述微处理器及所述通信模块连接的电源，所述电源用于为所述超声波传感器、所述压力传感器、所述微处理器及所述通信模块供能。

2.根据权利要求1所述的水位监测装置，其特征在于，所述声波信号转换模块在所述回波信号的频率升高时被启动。

3.根据权利要求2所述的水位监测装置，其特征在于，所述压电信号转换模块在所述当前水压增强时被启动。

4.根据权利要求1所述的水位监测装置，其特征在于，还包括计时器，所述计时器与所述微处理器及所述通信模块连接，用于当监测到所述当前水位超过所述预设值时开始计时，并在所述当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动所述通信模块。

5.根据权利要求1所述的水位监测装置，其特征在于，还包括复位模块，所述复位模块与所述超声波传感器、水压传感器、微处理器及通信模块电连接，用于在所述当前水位低于所述预设值时，使所述水位监测装置复位。

6.一种井盖，其特征在于，包括如上述权利要求1至5任一项所述的水位监测装置。

7.一种水位监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

发射超声波信号及接收回波信号，并采集当前水压；

当水位升高时启动声波信号转换模块及压电信号转换模块；

将所述回波信号转化成脉冲信号，并将所述当前水压转换成电信号；

在水位升高时启动微处理器；

分别根据所述脉冲信号及所述电信号获得水位信息，并加权得到当前水位，并在所述当前水位超过预设值时生成报警信息；

在所述当前水位超过所述预设值时启动通信模块；

将所述报警信息上传至上位机。

8.根据权利要求7所述的水位监测方法，其特征在于，所述当水位升高时启动声波信号转换模块及压电信号转换模块的步骤为：

在所述回波信号的频率升高时启动所述声波信号转换模块；

在所述当前水压增强时启动所述压电信号转换模块。

9.根据权利要求7所述的水位监测方法，其特征在于，所述在所述当前水位超过所述预设值时启动通信模块的步骤为：

所述当前水位在预设时间段内均超过预设值时，启动所述通信模块。

10.根据权利要求7所述的水位监测方法，其特征在于，还包括在所述当前水位低于所述预设值时，使所述水位监测装置复位的步骤。