CN106404107A - 一种沟渠水位监测仪 - Google Patents

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赵金博
冯成洪
徐粒
刘梦媛
常悦心
李蕾芳
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    • G—PHYSICS
    • G01—MEASURING; TESTING
    • G01F—MEASURING VOLUME, VOLUME FLOW, MASS FLOW OR LIQUID LEVEL; METERING BY VOLUME
    • G01F23/00—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm
    • G01F23/14—Indicating or measuring liquid level or level of fluent solid material, e.g. indicating in terms of volume or indicating by means of an alarm by measurement of pressure
    • G01F23/18—Indicating, recording or alarm devices actuated electrically
    • G—PHYSICS
    • G08—SIGNALLING
    • G08C—TRANSMISSION SYSTEMS FOR MEASURED VALUES, CONTROL OR SIMILAR SIGNALS
    • G08C17/00—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link
    • G08C17/02—Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开一种沟渠水位监测仪，包括水位检测电路、微处理器、移动通信电路以及电源电路。针对含沙量比较大，杂物比较多，水位比较浅的沟渠，本发明采用频率法测量压力感应探头的电容值计算沟渠水位，来代替传统的回声定位法来测量水位，使测量精度更高。

Description

一种沟渠水位监测仪
技术领域
本发明涉及水位测量领域，特别是涉及一种沟渠水位监测仪。
背景技术
当极端天气(暴雨)发生时，径流流失可能会携带大量的泥沙进入沟渠或者河流，因此泥沙含量大是农田区域径流流失的一大特点。目前常用测量水深和防洪的技术方法分别是回声定位法和浮球开关法。这两种方法一般常应用于水库水位监测及水库防洪报警，当水体含沙量大时，会影响回声定位法的数据的准确性，而浮球水位开关法只能判断是否超过某一确定的液位值，并不能给出液位的具体值，并不适合水位比较浅的农田沟渠水位。
本发明旨在提供一种适合含沙量比较大，杂物比较多，水位比较浅的农田环境的水位监测仪。
发明内容
本发明的目的是提供一种沟渠水位监测仪，解决现有技术中不能精确测量农田沟渠水位的问题。
为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
一种沟渠水位监测仪，包括水位检测电路、微处理器、移动通信电路以及电源电路；所述微处理器分别与水位检测电路、电源电路以及移动通信电路相连；所述水位检测电路包括加法电路、带通滤波电路、振荡电路、放大电路、滤波电路、采样保持电路；所述振荡电路包括电容感应探头、石英晶体和电感；微处理器内部的数字模拟转换器产生电压信号，使用脉冲宽带调制输出频率信号，经过加法电路及滤波电路后，产生频率和幅度可控的信号源，振荡电路在信号源的激励下产生振荡信号，并经过放大电路和滤波电路放大和滤波后，经采样保持电路输入微处理器内部的模拟-数字转换器进行转换得到精确的电容值；微处理器将电容值转换成压力值，并经过计算得到水位值。
可选的，所述振荡电路为带有温度补偿的晶体震荡电路。
可选的，还包括WIFI通信电路，WIFI通信电路通过远程通讯网络与上位监测计算机匹配连接。
可选的，所述WIFI通信电路中设置有自动休眠控制电路。
根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
1、水位检测电路采用频率法测量压力感应探头的电容值，为提高测量精度，采用频域测量方法实现对电容值的测量，即采用不同频率、不同幅值的信号对电容感应探头进行频率扫描，获得其频率响应信号，经采样保持电路输入微处理器内部的模拟-数字转换器进行转换得到精确的电容值；微处理器将电容值转换成压力值，并经过计算得到水位值。相对于回声定位法测量沟渠水位，其测量值更加准确。
2、本发明为实现传感器的接入物联网，改进和优化了传统的WIFI通信系统，除了使用最新的ARM CM3内核处理器作为无线应用处理器外，还设计了自动休眠控制电路来降低仪器功耗，WIFI通信部分在没有连接接入点的情况下，可以自动进入深度睡眠模式，而在连接接入点的情况下，WIFI模块也会进入休眠模式，但是此时会自动唤醒检测数据包。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为一种沟渠水位监测仪的电路结构图
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本发明的目的是提供一种沟渠水位监测仪，解决现有技术中不能精确测量农田沟渠水位的问题。
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
如图1所示，一种沟渠水位监测仪，包括水位检测电路1、微处理器2、移动通信电路3、WIFI通信电路4以及电源电路5；水位检测电路1包括加法电路101、带通滤波电路102、振荡电路103、放大电路104、滤波电路105、采样保持电路106。
微处理器1内部的12位数字-模拟转换器产生电压信号，使用脉冲宽带调制输出频率信号，经过加法电路101及带通滤波电路102后，产生频率和幅度可控的信号源，石英晶体、电感与感应探头组成的振荡电路103在信号源的激励下产生振荡信号，并经过放大电路104、滤波电路105后经采样保持电路106后输入处理器内部的模拟-数字转换器进行转换，经过处理后最终得到水位值。
振荡电路103包括电容感应探头、石英晶体和电感。晶体振荡电路，是一种产生频率信号的电路，这种电路会随着温度的变化而产生漂移，从而导致产生的频率信号准确度下降。带有温度补偿的晶振电路可以减少这种漂移，提高产生的频率信号的准确度，以提高仪器在温度多变的野外的测量精度。
电源电路5为水位检测电路、WIFI通信电路、移动通信电路分别设计了高效的DC/DC变换电路，并分别单独控制，保证每个单元只在需要工作时消耗电能，其它时刻则处于关断状态。电源电路5也是保证水位监测仪低功耗可靠工作的重要组成部分。
水位检测电路采用频率法测量压力感应探头的电容值，为提高测量精度，采用频域测量方法实现对电容值的测量，即采用不同频率、不同幅值的信号对电容感应探头进行频率扫描，获得其频率响应信号，经采样保持电路输入微处理器内部的模拟-数字转换器进行转换得到精确的电容值；微处理器将电容值转换成压力值，并经过计算得到水位值。相对于回声定位法测量沟渠水位，其测量值更加准确。
本发明为实现传感器的接入物联网，改进和优化了传统的WIFI通信电路，采用了超低功耗WIFI方案，除了使用最新的ARM CM3内核处理器作为无线应用处理器外，还设计了自动休眠控制电路来降低仪器功耗，WIFI通信电路在没有连接接入点(ACESS POINT，AP)的情况下，可以自动进入深度睡眠模式，而在连接AP的情况下，WIFI模块也会进入休眠模式，但是此时会自动唤醒检测数据包，该检测周期取决于实际数据传输需要。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (4)

1.一种沟渠水位监测仪，其特征在于，包括水位检测电路、微处理器、移动通信电路以及电源电路；所述微处理器分别与水位检测电路、电源电路以及移动通信电路相连；所述水位检测电路包括加法电路、带通滤波电路、振荡电路、放大电路、滤波电路、采样保持电路；所述振荡电路包括电容感应探头、石英晶体和电感；
微处理器内部的数字-模拟转换器产生电压信号，使用脉冲宽带调制输出频率信号，经过加法电路及滤波电路后，产生频率和幅度可控的信号源，振荡电路在信号源的激励下产生振荡信号，并经过放大电路和滤波电路放大和滤波后，经采样保持电路输入微处理器内部的模拟-数字转换器进行转换得到精确的电容值；微处理器将电容值转换成压力值，并经过计算得到水位值。
2.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述振荡电路为带有温度补偿的晶体振荡电路。
3.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，还包括WIFI通信电路，WIFI通信电路通过远程通讯网络与上位监测计算机匹配连接。
4.根据权利要求1所述的监测仪，其特征在于，所述WIFI通信电路中设置有自动休眠控制电路。
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