CN107577193A - 水利设施监控装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种水利设施监控装置及系统，涉及水利设施技术领域。水利设施监控装置包括外壳及电路板、有线网络、无线WIFI网络，移动通信网络模块及芯片、GPS高精度位置芯片，核心控制模块、水闸开关控制模块以及数据采集模块。该水利设施监控装置可接收有线网络或移动无线终端下发的控制指令，通过开关控制模块对驱动装置的控制，可根据控制指令，采集周边水域环境图像，采集温湿度和降水量，采集水域水质参数。可以实现远程水利设施的无人值守控制及维护，减少了水利设施的人员配置，降低了水利设施的维护成本及减少人员因触电而带来的损失，提高设施运行效率，可为政府部门科学防洪提供数据参考，为智慧水网空间坐标化，提供物理位置及数据。

Description

水利设施监控装置及系统

技术领域

本申请涉及水利设施,环境监测、泄洪防洪领域，特别是涉及一种水利设施监控装置及系统。

背景技术

水库、水坝或其他水利设施作为生产生活的水利调节设施，在生产生活中具有重要作用。这些水利设施的监管控制都需要人员在现场进行监控和控制，需要耗费大量的人力，在一些无人员值守的水利设施中，不能及时进行水库容量调节或其他操作，使水利设施不能充分发挥水体调节作用，同时在防洪方面，因各地下雨量不同，导致上下游水量各有所异，且信息不畅，无法科学决策，以致灾情严重，给人们的生活带来了重大损失。

发明内容

有鉴于此，本申请提供了一种水利设施监控装置及系统，可以解决上述问题。

本发明提供的技术方案如下：

一种水利设施监控装置，应用于水利设施，该水利设施监控装置包括：

外壳，该外壳具有容纳腔室；

设置在所述容纳腔室内的电路板；

设置在所述电路板上，用于与外部设备连接的有线网络接口；

设置在所述电路板上，用于与WIFI网络通信连接的无线WiFi通信模块；

设置在所述电路板上，用于与外部移动终端通信连接的移动通信模块；

设置在所述电路板上，用于接收GPS位置信号以确定该水利设施控制装置的位置的GPS定位模块；

与所述有线网络模块、无线WiFi通信模块、移动通信模块连接，用于根据所述网络指令或短信指令，生成相应指令的核心控制芯片；

用于控制所述水利设施的水闸打开或关闭的驱动装置；

与所述控制芯片连接，用于根据所述网络指令或短信指令控制所述驱动装置运转的开关控制模块，所述开关控制模块包括与所述核心控制芯片连接的继电器，及与所述继电器和驱动装置连接的交流接触器。

进一步的，还包括：

至少一个与所述核心控制芯片连接，用于拍摄所述水利设施及周边水域影像的摄像头。

进一步的，还包括：

与所述核心控制芯片连接的水质检测传感器，该水质检测传感器用于检测所述水利设施所在位置水域的水质，并将检测到的水质数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

进一步的，还包括：

与所述控制芯片连接的水位检测传感器，该水位检测传感器用于检测所述水利设施所在位置水体预设地点的深度，并将检测到的水位数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

进一步的，还包括：

与所述核心控制芯片连接的温湿度传感器，该温湿度传感器用于检测所述水利设施所在位置的温湿度，并将检测到的温湿度数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

进一步的，还包括：

与所述核心控制芯片连接的酸碱度传感器，该酸碱度传感器用于检测所述水利设施所在位置水体的酸碱度，并将检测到的酸碱度数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

进一步的，还包括：

与所述控制芯片连接的降水量传感器，该降水量传感器用于检测所述水利设施所在位置的降水量，并将检测到的降水量数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

进一步的，还包括：

与所述控制芯片连接的风速传感器，该风速传感器用于检测所述水利设施所在位置的风速，并将检测到的风速数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。。

进一步的，所述移动通信模块为2G、3G或4G通信芯片。

本发明还提供了一种水利设施监控系统，包括上述的水利设施监控装置，以及与该水利设施监控装置通信连接的后台服务器。

由以上技术方案可以看出，通过本申请实施例中的水利设施监控装置，可以接收移动语音或移动终端下发的控制指令，并通过开关控制模块实现对水闸的驱动装置的开关控制，可以实现远程的水利设施的值守，无需人员实地进行控制，减少了水利设施的人员配置，降低了水利设施的维护成本，提高了水利设施的运行效率，方便对水利设施的远程控制，提高水利设施对水体的调节效率。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述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申请中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的一种水利设施监控装置的示意图。

图2是本申请实施例提供的另一种水利设施监控装置的示意图；

图3是本申请实施例提供的水利设施监控装置与移动语音和移动终端连接的示意图；

图4是本申请实施例提供的水利设施监控装置与后台服务器连接的示意图。

图标：101-有线网络模块；102-移动通信模块；103-无线WiFi模块；104-核心控制芯片；105-开关控制模块；1051-继电器；1052-交流接触器；106-GPS定位模块；107-摄像头；108-降水量传感器；109-水位传感器；110-温湿度传感器；111-水质传感器；112-风速传感器。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请中的技术方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都应当属于本申请保护的范围。

本申请实施例提供了一种水利设施监控装置，应用于水利设施，可以实现水利设施周围水域环境检测及防洪防灾的功能，如图1至图4所示，该水利设施监控装置包括外壳及电路板、有线网络模块101、移动通信模块102、无线WIFI通信模块103、及核心控制芯片104、GPS(Global Positioning System，全球定位系统)定位模块106、开关控制模块105，以及控制水利设施的水闸打开或关闭的驱动装置。

外壳内具有容纳腔室，外壳的具体尺寸可以根据实际需要确定。由于该水利设施监控装置一般安置于水库、水坝上，其工作环境潮湿，外壳可以具有一定的防水防湿能力。

电路板设置在所述容纳腔室内。

所述有线网络模块101设置在所述电路板上，用于与外部设备通过网线有线连接。有线网络模块101可以与网线连接，有线网络模块101可以设置单个或多个，可以与一条或多条网线连接，以保证网络的稳定性和故障线路自动切换。通过有线网络模块101或无线WiFi模块103接收的指令可以包括收集水利设施周边水域情况、收集风速、收集温湿度、收集水位深度、收集水质情况、近期或月份或全年降水量等，其指令可以通过网络下发，亦可通过语音或短信的形式下发。移动通信模块102可以包含语音、短信、移动网络的SIM卡应用终端，在实际应用过程中，可以通过程序预先进行设置，只有特定的电话号码的呼入才能被接通以及实现控制指令的下发。或者可以设置一预设通信密码，其他通信终端在拨打此SIM卡号码后，可以根据提示输入预设的通信号码，只有电话输入的号码正确，并且在指定的时间段内，才能进行开关指令的下发。在本申请实施例中，语音呼入开关指令的具体内容可以预先设置，电话开关指令用于控制水利设施中水闸的打开或关闭，具体的短信开关指令可以包括“将某水闸全部打开”，依据该指令可以将对应的水闸全部打开，语音或网络或短信指令还可以包括“将某水闸全部关闭”，依据该指令可以将对应的水闸全部关闭。在一个水利设施中，例如水库或水坝中，水闸的数量可以有多个。可以理解的是，开关指令还可以包括针对全部水闸的指令，例如“将所有水闸打开”，依据该指令可以将所有的水闸全部打开。

在一个包含水闸的水利设施中，水闸的开关可以通过驱动装置驱动，具体表现形式为核心控制芯片104通过GPIO控制继电器1051，继电器1051与交流接触器1052相连，交流接触器1052可以控制1KW到100KW的水闸开关，从而驱动水闸的打开或关闭，为了保证特殊事件的紧急需要，可旁路并行手动开关，保证了自动控制与手动控制功能，以适合特定的需要。在水利设施中可以配置至少一种网络接口或移动语音电话，由于水利设施的监管不能做到24小时的有人监管，在一些位置偏远的水库，工作人员可能由于人员不足或其他因素无法在水库中实时值守。通过设置至少一种网络接入方式，工作人员可以远程呼叫该移动电话，从而实现远程控制。工作人员在呼叫该移动语音电话时，可以预先设置一白名单，白名单内包含可以接通的电话的号码。只有使用白名单内的号码呼入才能接通。工作人员使用白名单内的电话呼入后，移动电话可以进行相应提示音的播放，例如“输入密码”“选择相应指令对应的数字”等等。通过移动电话语音实现相应指令的接收。或者通过网络下达相应指令的接收，以及回传各种传感数据。

工作人员可以通过拨打水利设施所在位置设置的移动终端，进行开关指令的下达。还可以使用移动终端进行短信开关指令的下发，也可以通过网络进行开关指令的下发，还可以实现收集各种传感数据，收集的数据可以通过Web图表的方式呈现。移动通信模块102可以与移动终端通信链接，并可以接收工作人员使用移动终端发送的短信开关指令。可以理解的是，移动通信模块102可以将预先指定的移动终端发送的短信开关指令认定为有效，以避免其他无关人员利用非指定的移动终端扰乱水利设施的正常控制。

工作人员可以根据实际控制的需要，编辑相应的可以被识别的短信指令，具体的短信内容和对应的命令可以预先设定。例如，可以预先设置一串数字内容表示“将某水闸打开”，工作人员使用移动终端发送该数字内容，即表示发送了将某水闸打开的指令。

核心控制芯片104用于根据所述电话开关指令或短信开关指令，生成开关指令。工作人员通过拨打电话或发送短信是对水闸的控制指令，核心控制芯片104可以根据相应的指令生成开关指令，以控制开关控制模块105实现对水闸的控制。

开关控制模块105与所述核心控制芯片104连接，用于根据所述开关指令控制所述驱动装置运转。该开关控制模块105包括与所述核心控制芯片104连接的继电器1051，及与所述继电器1051和驱动装置连接的交流接触器1052。核心控制芯片104根据相应的指令生成对应的开关指令，开关指令可以被转换为继电器1051的控制信号，通过控制继电器1051的工作控制交流接触器1052的通断。进而实现对水闸的驱动装置的控制，具体的控制流程可以根据具体的需要确定。例如，通过控制继电器1051的接通时长控制交流接触器1052的开通时长，进而控制驱动装置的运转时间，实现水闸的打开程度或关闭程度，实现水闸的打开或关闭。可以理解的是，控制指令对应的水闸状态可以根据不同水闸的运转情况确定。

GPS定位模块106可以实现位置信息的确认，可以采用如ublox系列GPS芯片、美时龙NEO-6M系列、北斗VK2828U8G5LF、UM220-III等系列芯片，也可以采用外接USB、串口GPS芯片。

在一种具体实施方式中，该装置还包括至少一个与所述核心控制芯片104连接，用于拍摄所述水利设施周边影像的摄像头107。摄像头107可以为基于POE的IP摄像头、OV7670摄像头模组或者S320广角工业摄像头等。

摄像头107的设置位置可以根据实际需要确定，摄像头107可以拍摄水利设施所在水体的水面情况，并可以将相关的影像情况通过有线网络模块101、无线WiFi通信模块103或移动通信模块102发送至对应的移动终端上，以便工作人员及时了解水体上的垃圾漂浮情况或其他水文情况，进行相关控制指令的下发。摄像头107还可以拍摄水闸的运行影像，以便工作人员了解水闸的运行状态，判断控制指令是否正确执行，了解水闸是否处于正常状态。摄像头107还可以对水利设施的其他位置进行拍摄，以便记录下水利设施的整体工作状态。给工作人员的调整控制提供影像资料。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述控制芯片连接的降水量传感器108，该降水量传感器108用于检测所述水利设施所在位置的降水量，并将检测到的降水量数据通过所述有线网络模块101、无线WiFi模块103或移动通信模块102发送至外部设备。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述核心控制芯片104连接，用于检测所述水利设施所在位置水体的酸碱度的酸碱度传感器。通过酸碱度传感器可以检测水体的酸碱度，及时记录水体的酸碱度情况。可以采用型号为KD21B30的酸碱度检测传感器。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述核心控制芯片104连接，用于检测所述水利设施所在位置水体预设地点的深度的水位传感器109。通过水位传感器109可以检测水体的深度，具体的设置位置和设置数量可以根据水利设施的实际情况确定。相关的数据可以进行实时的存储，以便了解水利设施的整体状态。同时可以通过与核心控制芯片104连接的水位传感器109检测预定位置的水位情况，通过水位情况了解水体的整体运行安全。可以采用如MS5803高精度数字水深测量传感器、星仪CYW11投入式液位传感器或者不锈钢双球浮球开关液位传感器等。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述核心控制芯片104连接，用于检测所述水利设施所在位置的温湿度的温湿度传感器110。温湿度传感器110的设置位置和数量可以根据实际需要确定，通过检测水利设施所在位置的温度和湿度情况，了解周边环境情况，以便进行相关控制指令的下发。可以采用如数字DHT11温湿度传感器、SHT20温湿度传感器、RHI-112A温湿度传感器、DS18B20或NEC热敏电阻直接通过ADC转换采集温度。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述核心控制芯片104连接，用于检测所述水利设施所在位置的水质的水质传感器111。水质传感器111的检测指标可以根据实际需要确定，具体的传感器的数量、设置位置可以根据水体的实际情况确定。可以检测水体中的细菌数量、重金属含量或其他污染物的含量，确定水体情况。例如，在检测到有毒污染物时，如果此时控制水闸打开，有毒的水体就可能会影响下游。此时可以控制所有的水闸处于关闭状态，以便进行有毒污染物的清除工作。可以采用ZS-710水浊度检测传感器。

在一种具体实施方式中，该装置还包括与所述核心控制芯片104连接，用于检测所述水利设施所在位置的风速的风速传感器112。在水域面积较大的水利设施中，风速会造成较大的风浪，给水体上的船只和人员安全带来不利影响，通过对风速的检测，可以及时了解到水利设施的风速情况，给相关指令的下达提供实际数据支持。

在一种具体实施方式中，该水利设施监控装置还可以通过有线网络模块101、无线WiFi模块103或移动通信模块102与后台服务器通信连接，可以将检测到的相关数据传输到后台服务器中进行分析和存储，当然也可以通过后台服务器下发相关的控制指令。

综上所述，本申请实施例中的水利设施监控装置，可以接收移动语音或移动终端下发的控制指令，并通过开关控制模块实现对水闸的驱动装置的开关控制，可以实现远程的水利设施的值守，无需人员实地进行控制，减少了水利设施的人员配置，降低了水利设施的维护成本，提高了水利设施的运行效率，方便对水利设施的远程控制，提高水利设施对水体的调节效率。

同时，可以实现远程水利设施的无人值守控制及维护，减少了水利设施的人员配置，降低了水利设施的维护成本及减少人员因触电而带来的损失，提高设施运行效率，可为政府部门科学防洪提供数据参考，为智慧水网空间坐标化，提供物理位置及数据。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

需要说明的是，以上所述仅仅是本申请技术方案的一部分优选具体实施方式，使本领域技术人员能够充分理解或实现本申请，而不是全部的实施例，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本申请的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，基于以上实施例，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请原理，不做出创造性劳动前提下，还可以做出多种显而易见的修改和润饰，通过这些修改和润饰所获得的所有其他实施例，都可以应用于本申请技术方案，这些都不影响本申请的实现，都应当属于本申请的保护范围。因此，本申请将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合于本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

以上对本申请进行了详细介绍，本文中应用可具体个例对本申请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申请的方法及其核心思想，同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，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申请的限制。

Claims (10)

1.一种水利设施监控装置，其特征在于，应用于水利设施，该水利设施监控装置包括：

外壳，该外壳具有容纳腔室；

设置在所述容纳腔室内的电路板；

设置在所述电路板上，用于与外部设备连接的有线网络接口；

设置在所述电路板上，用于与WIFI网络通信连接的无线WiFi通信模块；

设置在所述电路板上，用于与外部移动终端通信连接的移动通信模块；

设置在所述电路板上，用于接收GPS位置信号以确定该水利设施控制装置的位置的GPS定位模块；

与所述有线网络模块、无线WiFi通信模块、移动通信模块连接，用于根据所述网络指令或短信指令，生成相应指令的核心控制芯片；

用于控制所述水利设施的水闸打开或关闭的驱动装置；

与所述控制芯片连接，用于根据所述网络指令或短信指令控制所述驱动装置运转的开关控制模块，所述开关控制模块包括与所述核心控制芯片连接的继电器，及与所述继电器和驱动装置连接的交流接触器。

2.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

至少一个与所述核心控制芯片连接，用于拍摄所述水利设施及周边水域影像的摄像头。

3.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述核心控制芯片连接的水质检测传感器，该水质检测传感器用于检测所述水利设施所在位置水域的水质，并将检测到的水质数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

4.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述控制芯片连接的水位检测传感器，该水位检测传感器用于检测所述水利设施所在位置水体预设地点的深度，并将检测到的水位数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

5.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述核心控制芯片连接的温湿度传感器，该温湿度传感器用于检测所述水利设施所在位置的温湿度，并将检测到的温湿度数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

6.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述核心控制芯片连接的酸碱度传感器，该酸碱度传感器用于检测所述水利设施所在位置水体的酸碱度，并将检测到的酸碱度数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

7.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述控制芯片连接的降水量传感器，该降水量传感器用于检测所述水利设施所在位置的降水量，并将检测到的降水量数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

8.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，还包括：

与所述控制芯片连接的风速传感器，该风速传感器用于检测所述水利设施所在位置的风速，并将检测到的风速数据通过所述有线网络模块、无线WiFi模块或移动通信模块发送至外部设备。

9.根据权利要求1所述的水利设施监控装置，其特征在于，所述移动通信模块为2G、3G或4G通信芯片。

10.一种水利设施监控系统，其特征在于，包括权利要求1至9任意一项所述的水利设施监控装置，以及与该水利设施监控装置通信连接的后台服务器。