CN106289443A - 基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：主要由单片机，分别与单片机相连接的模数转换芯片和信号处理单元，与模数转换芯片相连接的水位传感器，与信号处理单元相连接的无线传输单元，以及通过无线网络与无线传输单元相连接的上位机组成。本发明可以很好的对监测信号进行处理，从而使上位机接收到的监测信号更加稳定，从而使工作人员能够更好的根据监测信号准确的对河道水位进行分析，极大的提高了本发明的预警效果。

Description

基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统

技术领域

本发明涉及一种水位预警系统，具体是指一种基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统。

背景技术

水利监测设备是水利建设中不可或缺的设备，而对河道的水位进行监测预警是水利防洪抗洪工作中不可缺少的部分。随着物联网技术的不断发展，目前已出现了基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，通过水位预警系统可以实时的监测河道的水位，并根据监测结果前提预测发生洪水的可能性，从而可以在洪水发生之前作好应急准备，减少损失。然而现有的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统还存在很大的缺陷，即该水位预警系统无法很好的对监测信号进行处理，导致接收端接收到的监测信号不稳定，工作人员无法根据监测信号准确的对河道水位进行分析，极大的影响了预警效果。

发明内容

本发明的目的在于解决现有的水位预警系统无法很好的对监测信号进行处理，导致接收端接收到的监测信号不稳定的缺陷，提供一种基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统。

本发明的目的通过下述技术方案现实：基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，主要由单片机，分别与单片机相连接的模数转换芯片和信号处理单元，与模数转换芯片相连接的水位传感器，与信号处理单元相连接的无线传输单元，以及通过无线网络与无线传输单元相连接的上位机组成；所述信号处理单元由放大器P1，放大器P2，放大器P3，N极与放大器P1的正极相连接、P极与单片机相连接的二极管D1，串接在放大器P1的负极和输出端之间的电阻R1，与放大器P2的正极相连接的误差校正电路，N极与放大器P1的输出端相连接、P极与误差校正电路相连接的二极管D2，一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地的电阻R2，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R3，P极接地、N极经电阻R4后与放大器P3的负极相连接的二极管D1，正极与放大器P3的正极相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R5，与放大器P1的输出端相连接的恒流源电路，P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R8后与恒流源电路相连接的二极管D3，与恒流源电路相连接的高频抑制电路，以及分别与恒流源电路和高频抑制电路相连接的脉冲调理电路组成；所述脉冲调理电路的输出端与无线传输单元相连接。

进一步的，所述误差校正电路由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，三极管VT8，负极与三极管VT5的基极相连接、正极与二极管D2的P极相连接的电容C10，串接在三极管VT5的集电极和三极管VT6的集电极之间的电阻R19，一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端接地的电阻R18，P极与三极管VT5的发射极相连接、N极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接的二极管D8，P极与二极管D8的N极相连接、N极与三极管VT7的基极相连接的二极管D9，一端与三极管VT7的发射极相连接、另一端接地的电阻R22，正极与二极管D8的N极相连接、负极与三极管VT8的基极相连接的电容C11，正极与三极管VT6的集电极相连接、负极接地的电容C12，负极与三极管VT7的集电极相连接、正极经电阻R21后与电容C12的正极相连接的电容C13，N极与三极管VT8的发射极相连接、P极接地的二极管D10，正极与三极管VT8的集电极相连接、负极与放大器P2的正极相连接的电容C14，以及串接在二极管D10的P极和电容C14的负极之间的电阻R23组成；所述三极管VT6的基极与三极管VT5的集电极相连接、其集电极与三极管VT8的集电极相连接。

所述高频抑制电路由放大器P4，三极管VT3，三极管VT4，负极经电阻R14后与放大器P4的正极相连接、正极与恒流源电路相连接的电容C6，正极与电容C6的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C8，正极与电容C6的负极相连接、负极接地的电容C7，串接在放大器P4的负极和输出端之间的电阻R15，正极与放大器P4的负极相连接、负极与三极管VT3的基极相连接的电容C9，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端接地的电阻R16，P极与三极管VT4的发射极相连接、N极与脉冲调理电路相连接的二极管D7，以及一端与二极管D7的N极相连接、另一端经电阻R17后与三极管VT4的集电极相连接的电感L组成；所述三极管VT4的集电极接地、其基极与三极管VT3的集电极相连接；所述三极管VT3的发射极接地、其集电极与放大器P4的输出端相连接。

所述恒流源电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端接电源的电阻R7，以及串接在场效应管MOS1的漏极和场效应管MOS2的源极之间的电位器R6组成；所述场效应管MOS1的源极与放大器P1的输出端相连接、其栅极与场效应管MOS2的漏极相连接、其漏极与场效应管MOS2的栅极相连接；所述场效应管MOS2的源极分别与脉冲调理电路和电容C6的正极相连接、其漏极则与电位器R6的控制端相连接；所述场效应管MOS2的源还经电阻R8后与二极管D3的N极相连接。

所述脉冲调理电路由三极管VT1，三极管VT2，负极与三极管VT1的基极相连接、正极则与场效应管MOS2的源极相连接的电容C2，正极与二极管D7的N极相连接、负极接地的电容C3，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R11后与三极管VT2的集电极相连接的二极管D5，负极与三极管VT2的基极相连接、正极经电阻R9后与电容C3的正极相连接的电容C4，N极与三极管VT1的发射极相连接、P极与电容C3的负极相连接的稳压二极管D4，串接在三极管VT2的基极和电容C3的负极之间的电阻R10，P极与电容C3的负极相连接、N极经电阻R12后与三极管VT2的发射极相连接的二极管D6，正向端与三极管VT2的集电极相连接、反向端经电阻R13后与无线传输单元相连接的非门A，以及正极与非门A的反向端相连接、负极接地的电容C5组成。

所述场效应管MOS1和场效应管MOS2均为2SK389BL型场效应管。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以很好的对监测信号进行处理，从而使上位机接收到的监测信号更加稳定，从而使工作人员能够更好的根据监测信号准确的对河道水位进行分析，极大的提高了本发明的预警效果。

(2)本发明采用信号处理单元对监测信号进行处理，该信号处理单元可以对信号波形进行限幅，削去波形顶部或底部的干扰，使监测信号更加稳定，从而提高上位机接收到的监测信号的稳定性。

(3)本发明可以对高频干扰进行消除，从而进一步的提高监测信号的稳定性。

(4)本发明的信号处理单元可以对监测信号的频率进行调整，降低频率波动，提高监测信号的稳定性。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的信号处理单元的结构图。

图3为本发明的高频抑制电路的结构图。

图4为本发明的误差校正电路的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明主要由单片机，分别与单片机相连接的模数转换芯片和信号处理单元，与模数转换芯片相连接的水位传感器，与信号处理单元相连接的无线传输单元，以及通过无线网络与无线传输单元相连接的上位机组成。

该水位传感器用于采集河道内的水位信号，其通过管道安装在水中，水位传感器通过管道安装是为了防止水流动而影响水位测量的结果，该安装方法已是成熟的技术，在这里不做过多赘述；该水位传感器采用AL200W型压阻式水位传感器，该AL200W型压阻式水位传感器将与液位深度成正比的液体静压力准确测量出来，并转换成标准模拟信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，从而可以测量出水位传感器末端到液面的液位高度。

该单片机、模数转换芯片、信号处理单元以及无线传输单元则被集成在一个设备安装箱内，该设备安装箱则设置在岸边。该模数转换芯片可以将水位传感器输出的水位模拟信号转换为水位数字信号，其采用ADC0809模数转换芯片来实现，该ADC0809模数转换芯片的模拟量输入端IN0管脚与水位传感器相连接。该单片机则为本发明的控制处理中心，其采用AT89S51单片机来实现，该AT89S51单片机的P1.0信号输入管脚与ADC0809模数转换芯片的数字量输出端21管脚相连接，其P3.1信号输出管脚则与信号处理单元相连接。该信号处理单元可以对水位数字信号进行处理，其输出端与无线传输单元的信号输入端相连接。该无线传输模块用于将水位数字信号通过无线网络传输给上位机，其采用ZIGBEE无线传输模块来实现。上位机为现有的计算机系统，其可以对接收到的水位信号进行分析并显示。

为了更好的对水位数字信号进行处理，如图2所示，所述信号处理单元由放大器P1，放大器P2，放大器P3，N极与放大器P1的正极相连接、P极与单片机相连接的二极管D1，串接在放大器P1的负极和输出端之间的电阻R1，与放大器P2的正极相连接的误差校正电路，N极与放大器P1的输出端相连接、P极与误差校正电路相连接的二极管D2，一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地的电阻R2，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R3，P极接地、N极经电阻R4后与放大器P3的负极相连接的二极管D1，正极与放大器P3的正极相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R5，与放大器P1的输出端相连接的恒流源电路，P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R8后与恒流源电路相连接的二极管D3，与恒流源电路相连接的高频抑制电路，以及分别与恒流源电路和高频抑制电路相连接的脉冲调理电路组成；所述脉冲调理电路的输出端与无线传输单元相连接。

该放大器P2，放大器P3，电阻R3，以及二极管D3形成限幅放大电路；该限幅放大电路可以有效的削去波形顶部或底部的干扰。电容C1在限幅的状态下起频率补偿作用，从而使水位数字信号更加稳定。

其中，恒流源电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端接电源的电阻R7，以及串接在场效应管MOS1的漏极和场效应管MOS2的源极之间的电位器R6组成。所述场效应管MOS1的源极与放大器P1的输出端相连接，其栅极与场效应管MOS2的漏极相连接，其漏极与场效应管MOS2的栅极相连接。所述场效应管MOS2的源极分别与脉冲调理电路和高频抑制电路相连接，其漏极则与电位器R6的控制端相连接。所述场效应管MOS2的源极还经电阻R8后与二极管D3的N极相连接。该恒流源电路可以为信号处理单元提供恒定的电流，其不用调整就可得到正负相同的电流特性。为了达到更好的效果，所述场效应管MOS1和场效应管MOS2均采用2SK389BL型场效应管来实现。

另外，该脉冲调理电路由三极管VT1，三极管VT2，电阻R9，电阻R10，电阻R11，电阻R12，电阻R13，电容C2，电容C3，电容C4，电容C5，稳压二极管D4，二极管D5，二极管D6以及非门A。

连接时，电容C2的负极与三极管VT1的基极相连接，正极则与场效应管MOS2的源极相连接。电容C3的正极与高频抑制电路相连接，负极接地。二极管D5的P极与三极管VT1的集电极相连接，N极经电阻R11后与三极管VT2的集电极相连接。电容C4的负极与三极管VT2的基极相连接，正极经电阻R9后与电容C3的正极相连接。稳压二极管D4的N极与三极管VT1的发射极相连接，P极与电容C3的负极相连接。电阻R10串接在三极管VT2的基极和电容C3的负极之间。二极管D6的P极与电容C3的负极相连接，N极经电阻R12后与三极管VT2的发射极相连接。非门A的正向端与三极管VT2的集电极相连接，反向端经电阻R13后与无线传输单元相连接。电容C5的正极与非门A的反向端相连接，负极接地。

其中，电容C3和电阻R9构成RC滤波电路，该RC滤波电路可以对干扰信号进行过滤。该三极管VT1，三极管VT2，二极管D5，电阻R11，非门A以及电容C5则共同形成调理电路，该调理电路可以进一步的对监测信号的波形进行处理，使监测信号更加稳定。

如图3所示，该高频抑制电路由放大器P4，三极管VT3，三极管VT4，电阻R14，电阻R15，电阻R16，电阻R17，电感L，二极管D7，电容C6，电容C7，电容C8以及电容C9组成。

其中，电容C6的负极经电阻R14后与放大器P4的正极相连接，正极与场效应管MOS2的源极相连接。电容C8的正极与电容C6的负极相连接，负极与放大器P4的输出端相连接。电容C7的正极与电容C6的负极相连接，负极接地。电阻R15串接在放大器P4的负极和输出端之间。电容C9的正极与放大器P4的负极相连接，负极与三极管VT3的基极相连接。电阻R16的一端与三极管VT4的发射极相连接，另一端接地。二极管D7的P极与三极管VT4的发射极相连接，N极与电容C3的正极相连接。电感L的一端与二极管D7的N极相连接，另一端经电阻R17后与三极管VT4的集电极相连接。所述三极管VT4的集电极接地，其基极与三极管VT3的集电极相连接。所述三极管VT3的发射极接地，其集电极与放大器P4的输出端相连接。该高频抑制电路可以对水位数字信号中的高频信号进行消除，进一步的提高水位数字信号的稳定性。

如图4所示，该误差校正电路由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，三极管VT8，电阻R18，电阻R19，电阻R20，电阻R21，电阻R22，电阻R23，电容C10，电容C11，电容C12，电容C13，电容C14，二极管D8，二极管D9以及二极管D10组成。

连接时，电容C10的负极与三极管VT5的基极相连接，正极与二极管D2的P极相连接。电阻R19串接在三极管VT5的集电极和三极管VT6的集电极之间。电阻R18的一端与三极管VT5的发射极相连接，另一端接地。二极管D8的P极与三极管VT5的发射极相连接，N极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接。二极管D9的P极与二极管D8的N极相连接，N极与三极管VT7的基极相连接。电阻R22的一端与三极管VT7的发射极相连接，另一端接地。电容C11的正极与二极管D8的N极相连接，负极与三极管VT8的基极相连接。电容C12的正极与三极管VT6的集电极相连接，负极接地。电容C13的负极与三极管VT7的集电极相连接，正极经电阻R21后与电容C12的正极相连接。

同时，二极管D10的N极与三极管VT8的发射极相连接，P极接地。电容C14的正极与三极管VT8的集电极相连接，负极与放大器P2的正极相连接。电阻R23串接在二极管D10的P极和电容C14的负极之间。所述三极管VT6的基极与三极管VT5的集电极相连接，其集电极与三极管VT8的集电极相连接。该误差校正电路可以对监测信号的频率进行调整，降低频率波动，提高监测信号的稳定性。

水位信号经过信号处理单元处理后更加稳定，从而提高上位机接收到的监测信号的稳定性。

工作时，该水位传感器采集河道中的水位信号并传输给模数转换芯片，该模数转换芯片将水位信号转换成数字信号发送给单片机，单片机将水位信号传输给信号处理单元，该无线传输单元通过无线网络将水位信号发送给上位机，该上位机对水位信号进行分析、显示，工作人员则根据监测结果对河道水位情况进行判断，如有发生洪水的可能，则提前作好应急准备。

如上所述，便可很好的实现本发明。

Claims (6)

1.基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：主要由单片机，分别与单片机相连接的模数转换芯片和信号处理单元，与模数转换芯片相连接的水位传感器，与信号处理单元相连接的无线传输单元，以及通过无线网络与无线传输单元相连接的上位机组成；所述信号处理单元由放大器P1，放大器P2，放大器P3，N极与放大器P1的正极相连接、P极与单片机相连接的二极管D1，串接在放大器P1的负极和输出端之间的电阻R1，与放大器P2的正极相连接的误差校正电路，N极与放大器P1的输出端相连接、P极与误差校正电路相连接的二极管D2，一端与放大器P2的负极相连接、另一端接地的电阻R2，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R3，P极接地、N极经电阻R4后与放大器P3的负极相连接的二极管D1，正极与放大器P3的正极相连接、负极与放大器P3的输出端相连接的电容C1，与电容C1相并联的电阻R5，与放大器P1的输出端相连接的恒流源电路，P极与放大器P3的输出端相连接、N极经电阻R8后与恒流源电路相连接的二极管D3，与恒流源电路相连接的高频抑制电路，以及分别与恒流源电路和高频抑制电路相连接的脉冲调理电路组成；所述脉冲调理电路的输出端与无线传输单元相连接。

2.根据权利要求1所述的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：所述误差校正电路由三极管VT5，三极管VT6，三极管VT7，三极管VT8，负极与三极管VT5的基极相连接、正极与二极管D2的P极相连接的电容C10，串接在三极管VT5的集电极和三极管VT6的集电极之间的电阻R19，一端与三极管VT5的发射极相连接、另一端接地的电阻R18，P极与三极管VT5的发射极相连接、N极经电阻R20后与三极管VT6的发射极相连接的二极管D8，P极与二极管D8的N极相连接、N极与三极管VT7的基极相连接的二极管D9，一端与三极管VT7的发射极相连接、另一端接地的电阻R22，正极与二极管D8的N极相连接、负极与三极管VT8的基极相连接的电容C11，正极与三极管VT6的集电极相连接、负极接地的电容C12，负极与三极管VT7的集电极相连接、正极经电阻R21后与电容C12的正极相连接的电容C13，N极与三极管VT8的发射极相连接、P极接地的二极管D10，正极与三极管VT8的集电极相连接、负极与放大器P2的正极相连接的电容C14，以及串接在二极管D10的P极和电容C14的负极之间的电阻R23组成；所述三极管VT6的基极与三极管VT5的集电极相连接、其集电极与三极管VT8的集电极相连接。

3.根据权利要求2所述的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：所述高频抑制电路由放大器P4，三极管VT3，三极管VT4，负极经电阻R14后与放大器P4的正极相连接、正极与恒流源电路相连接的电容C6，正极与电容C6的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C8，正极与电容C6的负极相连接、负极接地的电容C7，串接在放大器P4的负极和输出端之间的电阻R15，正极与放大器P4的负极相连接、负极与三极管VT3的基极相连接的电容C9，一端与三极管VT4的发射极相连接、另一端接地的电阻R16，P极与三极管VT4的发射极相连接、N极与脉冲调理电路相连接的二极管D7，以及一端与二极管D7的N极相连接、另一端经电阻R17后与三极管VT4的集电极相连接的电感L组成；所述三极管VT4的集电极接地、其基极与三极管VT3的集电极相连接；所述三极管VT3的发射极接地、其集电极与放大器P4的输出端相连接。

4.根据权利要求3所述的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：所述恒流源电路由场效应管MOS1，场效应管MOS2，一端与场效应管MOS1的栅极相连接、另一端接电源的电阻R7，以及串接在场效应管MOS1的漏极和场效应管MOS2的源极之间的电位器R6组成；所述场效应管MOS1的源极与放大器P1的输出端相连接、其栅极与场效应管MOS2的漏极相连接、其漏极与场效应管MOS2的栅极相连接；所述场效应管MOS2的源极分别与脉冲调理电路和电容C6的正极相连接、其漏极则与电位器R6的控制端相连接；所述场效应管MOS2的源还经电阻R8后与二极管D3的N极相连接。

5.根据权利要求4所述的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：所述脉冲调理电路由三极管VT1，三极管VT2，负极与三极管VT1的基极相连接、正极则与场效应管MOS2的源极相连接的电容C2，正极与二极管D7的N极相连接、负极接地的电容C3，P极与三极管VT1的集电极相连接、N极经电阻R11后与三极管VT2的集电极相连接的二极管D5，负极与三极管VT2的基极相连接、正极经电阻R9后与电容C3的正极相连接的电容C4，N极与三极管VT1的发射极相连接、P极与电容C3的负极相连接的稳压二极管D4，串接在三极管VT2的基极和电容C3的负极之间的电阻R10，P极与电容C3的负极相连接、N极经电阻R12后与三极管VT2的发射极相连接的二极管D6，正向端与三极管VT2的集电极相连接、反向端经电阻R13后与无线传输单元相连接的非门A，以及正极与非门A的反向端相连接、负极接地的电容C5组成。

6.根据权利要求5所述的基于物联网技术的频率校正滤波型水位预警系统，其特征在于：所述场效应管MOS1和场效应管MOS2均为2SK389BL型场效应管。