CN107990958A - 一种河流水位智能监测系统 - Google Patents

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马曰武
范蔚
史智臣
张迎春
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Abstract

本发明公开了一种河流水位智能监测系统，包括CPU控制模块、水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块、电源模块，CPU控制模块连接水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块，CPU控制模块控制各模块工作，电源模块用于给各个模块供电。具有以下优点：采用超声波测量河流的水位，能够准确的确知河流的水位，监测水位的误差小，能够采集水位的图像信息，网络通畅时，水位的图像信息能够上传，水位监测人员不用到现场就可以直观的观测河流的水位。

Description

一种河流水位智能监测系统
技术领域
本发明涉及一种河流水位智能监测系统,属于电子技术领域。
背景技术
水位是指自由水面相对于某一基面的高程，水面离河底的距离称水深。计算水位所用基面是以某处特征海平面高程作为零点水准基面，称为绝对基面，常用的是黄海基面；也可以用特定点高程作为参证计算水位的零点，称测站基面。水位是反映水体水情最直观的因素，它的变化主要由于水体水量的增减变化引起的。
为了预防或减少洪水的发生，就需要对河流的水位进行监测，方便根据测得的水位对河流水位进行调整。目前，市场上存在多种水位监测系统，但是这些水位的监测系统存在以下缺点：
1、监测河流水位不够准确，监测误差比较大；
2、不能获取水位的图像信息，需要到达监测现场才能确定监测到的水位是否准确，费时费力；
3、应用范围比较窄，对测距距离范围、使用温度范围等要求比较严格，许多环境下监测系统不能使用。
发明内容
本发明要解决的技术问题是针对以上不足，提供一种河流水位智能监测系统，采用超声波测量河流的水位，能够准确的确知河流的水位，监测水位的误差小，能够采集水位的图像信息，网络通畅时，水位的图像信息能够上传，水位监测人员不用到现场就可以直观的观测河流的水位，到了警告水位可以即时进行控制，减少洪水的发生。
为解决上述技术问题，本发明的技术方案是：
一种河流水位智能监测系统，包括CPU控制模块、水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块、电源模块，CPU控制模块连接水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块，CPU控制模块控制各模块工作，电源模块用于给各个模块供电,所述CPU控制模块包括芯片U2，芯片U2的型号为STM32F101CBT6，通信接口模块包括芯片U3，芯片U3的型号为SP3232。
进一步的，所述芯片U2包括1-48脚，芯片U2的1脚连接有电容C22一端，电容C22另一端接地，芯片U2的24脚连接有电容C23一端，电容C23另一端接地，芯片U2的36脚连接有电容C24一端，电容C24另一端接地，芯片U2的48脚连接有电容C26一端，电容C26另一端接地，芯片U2的9脚连接有电容C27一端、电容C14一端、电阻R8一端，电容C14另一端、电容C27另一端接地，电阻R8另一端接入+3.3V电源；芯片U2的7脚连接有电阻R6一端、电容C21一端，电阻R6另一端接入+3.3V电源，电容C21另一端接地；芯片U2的5脚连接有晶振Y1一端、电阻R7一端、电容C29一端，电阻R7另一端、晶振Y1另一端连接芯片U2的6脚，电容C29另一端连接有电容C30一端，电容C30另一端连接芯片U2的6脚；芯片U2的33脚连接有二极管J5一端，二极管J5另一端连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接入+3.3V电源；芯片U2的20脚连接有电阻R5一端，电阻R5另一端接地，芯片U2的44脚连接有电阻R4一端，电阻R4另一端接地；
所述芯片U2的12脚、13脚、21脚、22脚连接通信接口模块，芯片U2的30脚、31脚、32脚连接通信模块，芯片U2的34脚、37脚连接调试接口模块，芯片U2的42脚、43脚连接水位检测模块，芯片U2的27脚连接图像采集模块芯片U2的23脚、35脚、47脚、8脚接地。
进一步的，所述水位检测模块包括接线件J4，接线件J4外接超声波设备USM，接线件J4的1脚连接有电容C11一端、电容C19一端，并接入+5V电源，电容C11另一端、电容C19另一端接地，接线件J4的2脚连接芯片U2的42脚，接线件J4的2脚连接有电阻R1一端，电阻R1另一端接入+3.3V电源，接线件J4的3脚连接芯片U2的43脚，接线件J4的3脚连接有电阻R2一端，电阻R2另一端接入+3.3V电源，接线件J4的4脚接地。
进一步的，所述调试接口模块包括接线件J2，接线件J2的1脚连接有电容C1一端，并接入+3.3V电源，电容C1另一端接地，接线件J2的2脚连接芯片U2的34脚，接线件J2的3脚连接芯片U2的37脚，接线件J2的4脚接地。
进一步的，所述图像采集模块包括接线件J7接线件J7的2脚、3脚连接通信接口模块，接线件J7的4脚接地，接线件J7的1脚连接于电容C25一端、电容C13一端、继电器K2开关的2脚，电容C25另一端、电容C13另一端接地，继电器K2开关的1脚连接有电容C28一端、电容C6一端，并接入+5V电源，电容C28另一端、电容C6另一端接地，继电器K2线圈的5脚接+5V电源，继电器K2线圈的6脚连接有二极管D5一端、三极管Q2的集电极，二极管D5另一端连接+5V电源，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极连接芯片U2的27脚。
进一步的，所述通信模块包括接线件J6，接线件J6外接GPRS，接线件J6的3脚、4脚接地，接线件J6的5脚连接芯片U2的30脚，接线件J6的6脚连接芯片U2的31脚，接线件J6的1脚和2脚连接，接线件J6的1脚连接有电容C12一端、电容C20一端、二极管D4一端，电容C12另一端、电容C20另一端接地，二极管D4另一端连接有继电器K1开关的4脚，继电器K1开关的3脚连接有电容C10一端、电容C5一端，并接入+5V电源，电容C10另一端、电容C5另一端接地，继电器K1线圈的5脚接+5V电源，继电器K1线圈的6脚连接有二极管D3一端、三极管Q1的集电极，二极管D3另一端连接+5V电源，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接芯片U2的32脚。
进一步的，所述通信接口模块包括芯片U3，芯片U3的型号为SP3232，芯片U3包括1-16脚，芯片U3的1脚连接有电容C31一端，电容C31另一端连接芯片U3的2脚，芯片U3的4脚连接有电容C32一端，电容C32另一端连接芯片U3的5脚，芯片U3的2脚连接有电容C34一端，电容C34另一端接地，芯片U3的6脚连接有电容C35一端，电容C35另一端接地，芯片U3的11脚连接芯片U2的21脚，芯片U3的10脚连接芯片U2的12脚，芯片U3的12脚连接芯片U2的22脚，芯片U3的9脚连接芯片U2的13脚，芯片U3的8脚链接有接线件J7的2脚，芯片U3的7脚链接有接线件J7的3脚，芯片U3的14脚、13脚连接电源模块，芯片U3的16脚连接有电容C33一端，并接入+3.3V电源，电容C33另一端接地，芯片U3的15脚接地。
进一步的，所述电源模块包括接线件J1，接线件J1的1脚连接有保险丝F1一端，保险丝F1另一端连接有二极管D1一端，二极管D1另一端连接有电容C7一端、电容C2一端，并连接+12V电源，电容C7另一端、电容C2另一端接地，接线件J1的2脚接地，接线件J1的3脚接芯片U3的13脚，接线件J1的4脚接芯片U3的14脚，接线件J1的5脚接地，此部分电路是蓄电池供电电路。
进一步的，所述电源模块还包括接线件J3，接线件J3外接稳压芯片LM2596-5.0，接线件J3的1脚连接有电容C3一端、电容C15一端，并连接+12V，电容C3另端、电容C15另一端接地，接线件J3的2脚连接有电阻丝L1一端、二极管D2一端，二极管D2另一端接地，电阻丝L1另一端连接有电容C16一端、电容C4一端，并输出+5V电源，电容C16另一端、电容C4另一端接地，接线件J3的3脚和5脚接地，接线件J3的4脚输出+5V电源。
进一步的，所述电源模块还包括芯片U1，芯片U1的型号为LM117-3.3，芯片U1的3脚连接有电容C17一端、电容C8一端，并接入+5V电源，电容C17另一端、电容C8另一端接地，芯片U1的1脚接地，芯片U1的2脚连接有电容C9一端、电容C18一端，并输出+3.3V电源，电容C9另一端、电容C18另一端接地。
本发明所述的监测系统具有以下优点：
1、采用超声波测量河流的水位，发射超声波到水面上，超声波碰到水面返回，从而测得河流的水位高低，这样能够准确的确知河流的水位；
2、能够用摄像头进行拍照，从而获得水位的图像信息、水位监测标尺的图像，以便水位监测人员直观的观测河流的水位；
3、采用GPRS方式进行通信，网络通畅时，水位的图像信息、水位监测标尺的图像能够上传，水位监测人员不用到现场就可以查看河流水位的现场情况，到了警告水位可以即时进行控制，预防或减少洪水的发生；
4、本监测系统的测距距离为10CM-800CM，监测水位的误差控制在±1CM内，使用温度范围为-25℃-85，使用范围广，测量误差小；
5、本监测系统采用太阳能板供电，系统在无光照还可持续运行时间240小时，保障了系统一直运行，防止漏测水位情况。
下面结合附图和实施例对本发明进行详细说明。
附图说明
附图1～附图10是本发明实施例中监测系统的部分电路图。
具体实施方式
实施例1，如图1至图10所示，一种河流水位智能监测系统，包括CPU控制模块、水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块、电源模块，CPU控制模块连接水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块，CPU控制模块控制各模块工作，电源模块用于给各个模块供电。
所述水位检测模块通过超声波测量河流的水位，发射超声波到水面上，超声波碰到水面返回，从而测得河流的水位高低。
所述图像采集模块用摄像头进行拍照，获得水位的图像信息。
所述通信模块采用GPRS方式进行通信，通信模块能够使得监测系统连接网络，网络通畅时，水位的图像信息能够上传。
所述通信接口模块连接图像采集模块，控制摄像头进行摄影。
所述调试接口模块用于CPU控制模块中STM32硬件芯片调试。
所述CPU控制模块包括芯片U2，芯片U2的型号为STM32F101CBT6，芯片U2包括1-48脚，芯片U2的1脚连接有电容C22一端，电容C22另一端接地，芯片U2的24脚连接有电容C23一端，电容C23另一端接地，芯片U2的36脚连接有电容C24一端，电容C24另一端接地，芯片U2的48脚连接有电容C26一端，电容C26另一端接地，芯片U2的9脚连接有电容C27一端、电容C14一端、电阻R8一端，电容C14另一端、电容C27另一端接地，电阻R8另一端接入+3.3V电源；芯片U2的7脚连接有电阻R6一端、电容C21一端，电阻R6另一端接入+3.3V电源，电容C21另一端接地；芯片U2的5脚连接有晶振Y1一端、电阻R7一端、电容C29一端，电阻R7另一端、晶振Y1另一端连接芯片U2的6脚，电容C29另一端连接有电容C30一端，电容C30另一端连接芯片U2的6脚；芯片U2的33脚连接有二极管J5一端，二极管J5另一端连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接入+3.3V电源；芯片U2的20脚连接有电阻R5一端，电阻R5另一端接地，芯片U2的44脚连接有电阻R4一端，电阻R4另一端接地。
所述芯片U2的12脚、13脚、21脚、22脚连接通信接口模块，芯片U2的30脚、31脚、32脚连接通信模块，芯片U2的34脚、37脚连接调试接口模块，芯片U2的42脚、43脚连接水位检测模块，芯片U2的27脚连接图像采集模块芯片U2的23脚、35脚、47脚、8脚接地。
所述水位检测模块包括接线件J4，接线件J4外接超声波设备USM，接线件J4的1脚连接有电容C11一端、电容C19一端，并接入+5V电源，电容C11另一端、电容C19另一端接地，接线件J4的2脚连接芯片U2的42脚，接线件J4的2脚连接有电阻R1一端，电阻R1另一端接入+3.3V电源，接线件J4的3脚连接芯片U2的43脚，接线件J4的3脚连接有电阻R2一端，电阻R2另一端接入+3.3V电源，接线件J4的4脚接地。
所述调试接口模块包括接线件J2，接线件J2的1脚连接有电容C1一端，并接入+3.3V电源，电容C1另一端接地，接线件J2的2脚连接芯片U2的34脚，接线件J2的3脚连接芯片U2的37脚，接线件J2的4脚接地。
所述图像采集模块包括接线件J7接线件J7的2脚、3脚连接通信接口模块，接线件J7的4脚接地，接线件J7的1脚连接于电容C25一端、电容C13一端、继电器K2开关的2脚，电容C25另一端、电容C13另一端接地，继电器K2开关的1脚连接有电容C28一端、电容C6一端，并接入+5V电源，电容C28另一端、电容C6另一端接地，继电器K2线圈的5脚接+5V电源，继电器K2线圈的6脚连接有二极管D5一端、三极管Q2的集电极，二极管D5另一端连接+5V电源，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极连接芯片U2的27脚。
所述通信模块包括接线件J6，接线件J6外接GPRS，接线件J6的3脚、4脚接地，接线件J6的5脚连接芯片U2的30脚，接线件J6的6脚连接芯片U2的31脚，接线件J6的1脚和2脚连接，接线件J6的1脚连接有电容C12一端、电容C20一端、二极管D4一端，电容C12另一端、电容C20另一端接地，二极管D4另一端连接有继电器K1开关的4脚，继电器K1开关的3脚连接有电容C10一端、电容C5一端，并接入+5V电源，电容C10另一端、电容C5另一端接地，继电器K1线圈的5脚接+5V电源，继电器K1线圈的6脚连接有二极管D3一端、三极管Q1的集电极，二极管D3另一端连接+5V电源，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接芯片U2的32脚。
所述通信接口模块包括芯片U3，芯片U3的型号为SP3232，芯片U3包括1-16脚，芯片U3的1脚连接有电容C31一端，电容C31另一端连接芯片U3的2脚，芯片U3的4脚连接有电容C32一端，电容C32另一端连接芯片U3的5脚，芯片U3的2脚连接有电容C34一端，电容C34另一端接地，芯片U3的6脚连接有电容C35一端，电容C35另一端接地，芯片U3的11脚连接芯片U2的21脚，芯片U3的10脚连接芯片U2的12脚，芯片U3的12脚连接芯片U2的22脚，芯片U3的9脚连接芯片U2的13脚，芯片U3的8脚链接有接线件J7的2脚，芯片U3的7脚链接有接线件J7的3脚，芯片U3的14脚、13脚连接电源模块，芯片U3的16脚连接有电容C33一端，并接入+3.3V电源，电容C33另一端接地，芯片U3的15脚接地。
所述电源模块包括接线件J1，接线件J1外接蓄电池，采用接线件J1的1脚连接有保险丝F1一端，保险丝F1另一端连接有二极管D1一端，二极管D1另一端连接有电容C7一端、电容C2一端，并连接+12V电源，电容C7另一端、电容C2另一端接地，接线件J1的2脚接地，接线件J1的3脚接芯片U3的13脚，接线件J1的4脚接芯片U3的14脚，接线件J1的5脚接地，此部分电路是蓄电池供电电路，采用太阳能板供电。
所述电源模块还包括接线件J3，接线件J3外接稳压芯片LM2596-5.0，接线件J3的1脚连接有电容C3一端、电容C15一端，并连接+12V，电容C3另端、电容C15另一端接地，接线件J3的2脚连接有电阻丝L1一端、二极管D2一端，二极管D2另一端接地，电阻丝L1另一端连接有电容C16一端、电容C4一端，并输出+5V电源，电容C16另一端、电容C4另一端接地，接线件J3的3脚和5脚接地，接线件J3的4脚输出+5V电源。
所述电源模块还包括芯片U1，芯片U1的型号为LM117-3.3，芯片U1的3脚连接有电容C17一端、电容C8一端，并接入+5V电源，电容C17另一端、电容C8另一端接地，芯片U1的1脚接地，芯片U1的2脚连接有电容C9一端、电容C18一端，并输出+3.3V电源，电容C9另一端、电容C18另一端接地。
以上所述为本发明最佳实施方式的举例，其中未详细述及的部分均为本领域普通技术人员的公知常识。本发明的保护范围以权利要求的内容为准，任何基于本发明的技术启示而进行的等效变换，也在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种河流水位智能监测系统，包括CPU控制模块、水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块、电源模块，CPU控制模块连接水位检测模块、通信模块、图像采集模块、通信接口模块、调试接口模块，CPU控制模块控制各模块工作，电源模块用于给各个模块供电, 其特征在于：所述CPU控制模块包括芯片U2，芯片U2的型号为STM32F101CBT6，通信接口模块包括芯片U3，芯片U3的型号为SP3232。
2.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述芯片U2包括1-48脚，芯片U2的1脚连接有电容C22一端，电容C22另一端接地，芯片U2的24脚连接有电容C23一端，电容C23另一端接地，芯片U2的36脚连接有电容C24一端，电容C24另一端接地，芯片U2的48脚连接有电容C26一端，电容C26另一端接地，芯片U2的9脚连接有电容C27一端、电容C14一端、电阻R8一端，电容C14另一端、电容C27另一端接地，电阻R8另一端接入+3.3V电源；芯片U2的7脚连接有电阻R6一端、电容C21一端，电阻R6另一端接入+3.3V电源，电容C21另一端接地；芯片U2的5脚连接有晶振Y1一端、电阻R7一端、电容C29一端，电阻R7另一端、晶振Y1另一端连接芯片U2的6脚，电容C29另一端连接有电容C30一端，电容C30另一端连接芯片U2的6脚；芯片U2的33脚连接有二极管J5一端，二极管J5另一端连接有电阻R3一端，电阻R3另一端接入+3.3V电源；芯片U2的20脚连接有电阻R5一端，电阻R5另一端接地，芯片U2的44脚连接有电阻R4一端，电阻R4另一端接地；
所述芯片U2的12脚、13脚、21脚、22脚连接通信接口模块，芯片U2的30脚、31脚、32脚连接通信模块，芯片U2的34脚、37脚连接调试接口模块，芯片U2的42脚、43脚连接水位检测模块，芯片U2的27脚连接图像采集模块芯片U2的23脚、35脚、47脚、8脚接地。
3.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述水位检测模块包括接线件J4，接线件J4外接超声波设备USM，接线件J4的1脚连接有电容C11一端、电容C19一端，并接入+5V电源，电容C11另一端、电容C19另一端接地，接线件J4的2脚连接芯片U2的42脚，接线件J4的2脚连接有电阻R1一端，电阻R1另一端接入+3.3V电源，接线件J4的3脚连接芯片U2的43脚，接线件J4的3脚连接有电阻R2一端，电阻R2另一端接入+3.3V电源，接线件J4的4脚接地。
4.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述调试接口模块包括接线件J2，接线件J2的1脚连接有电容C1一端，并接入+3.3V电源，电容C1另一端接地，接线件J2的2脚连接芯片U2的34脚，接线件J2的3脚连接芯片U2的37脚，接线件J2的4脚接地。
5.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述图像采集模块包括接线件J7接线件J7的2脚、3脚连接通信接口模块，接线件J7的4脚接地，接线件J7的1脚连接于电容C25一端、电容C13一端、继电器K2开关的2脚，电容C25另一端、电容C13另一端接地，继电器K2开关的1脚连接有电容C28一端、电容C6一端，并接入+5V电源，电容C28另一端、电容C6另一端接地，继电器K2线圈的5脚接+5V电源，继电器K2线圈的6脚连接有二极管D5一端、三极管Q2的集电极，二极管D5另一端连接+5V电源，三极管Q2的发射极接地，三极管Q2的基极连接芯片U2的27脚。
6.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述通信模块包括接线件J6，接线件J6外接GPRS，接线件J6的3脚、4脚接地，接线件J6的5脚连接芯片U2的30脚，接线件J6的6脚连接芯片U2的31脚，接线件J6的1脚和2脚连接，接线件J6的1脚连接有电容C12一端、电容C20一端、二极管D4一端，电容C12另一端、电容C20另一端接地，二极管D4另一端连接有继电器K1开关的4脚，继电器K1开关的3脚连接有电容C10一端、电容C5一端，并接入+5V电源，电容C10另一端、电容C5另一端接地，继电器K1线圈的5脚接+5V电源，继电器K1线圈的6脚连接有二极管D3一端、三极管Q1的集电极，二极管D3另一端连接+5V电源，三极管Q1的发射极接地，三极管Q1的基极连接芯片U2的32脚。
7.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述通信接口模块包括芯片U3，芯片U3的型号为SP3232，芯片U3包括1-16脚，芯片U3的1脚连接有电容C31一端，电容C31另一端连接芯片U3的2脚，芯片U3的4脚连接有电容C32一端，电容C32另一端连接芯片U3的5脚，芯片U3的2脚连接有电容C34一端，电容C34另一端接地，芯片U3的6脚连接有电容C35一端，电容C35另一端接地，芯片U3的11脚连接芯片U2的21脚，芯片U3的10脚连接芯片U2的12脚，芯片U3的12脚连接芯片U2的22脚，芯片U3的9脚连接芯片U2的13脚，芯片U3的8脚链接有接线件J7的2脚，芯片U3的7脚链接有接线件J7的3脚，芯片U3的14脚、13脚连接电源模块，芯片U3的16脚连接有电容C33一端，并接入+3.3V电源，电容C33另一端接地，芯片U3的15脚接地。
8.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述电源模块包括接线件J1，接线件J1的1脚连接有保险丝F1一端，保险丝F1另一端连接有二极管D1一端，二极管D1另一端连接有电容C7一端、电容C2一端，并连接+12V电源，电容C7另一端、电容C2另一端接地，接线件J1的2脚接地，接线件J1的3脚接芯片U3的13脚，接线件J1的4脚接芯片U3的14脚，接线件J1的5脚接地，此部分电路是蓄电池供电电路。
9.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述电源模块还包括接线件J3，接线件J3外接稳压芯片LM2596-5.0，接线件J3的1脚连接有电容C3一端、电容C15一端，并连接+12V，电容C3另端、电容C15另一端接地，接线件J3的2脚连接有电阻丝L1一端、二极管D2一端，二极管D2另一端接地，电阻丝L1另一端连接有电容C16一端、电容C4一端，并输出+5V电源，电容C16另一端、电容C4另一端接地，接线件J3的3脚和5脚接地，接线件J3的4脚输出+5V电源。
10.如权利要求1所述的一种河流水位智能监测系统，其特征在于：所述电源模块还包括芯片U1，芯片U1的型号为LM117-3.3，芯片U1的3脚连接有电容C17一端、电容C8一端，并接入+5V电源，电容C17另一端、电容C8另一端接地，芯片U1的1脚接地，芯片U1的2脚连接有电容C9一端、电容C18一端，并输出+3.3V电源，电容C9另一端、电容C18另一端接地。
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CN114942310A (zh) * 2022-04-11 2022-08-26 湛江幼儿师范专科学校(岭南师范学院基础教育学院) 一种用于水质监测的无人船及水质监测系统

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