CN108880593A - 一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路及其控制方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路及其控制方法，属水文检测装备领域。本发明包括LM358水面开关电路、MS5837压力传感器电路、STM32L1微处理器、LoRa无线通信电路；LM358水面开关电路、MS5837压力传感器电路与STM32L1微处理器相连接，STM32L1微处理器再与LoRa无线通信电路相连。本发明MS5837压力传感器电路安装在铅鱼底部，LM358水面开关电路安装在与转子流速仪平行同高度位置。本发明引入水压检测信号和入水开关信号双信号检测的方法，控制无线通信模块的电源，解决了入水信号抖动带来的供电不稳定的问题和因无线通信模块过快耗电引起的测流易中断问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路及其控制方法，属于水文检测装备技术领域。
背景技术
目前，常见的水面开关为机械式浮子开关或水电导开关。但是，机械式浮子开关的可动部件间存在一定的摩擦阻力，并容易积垢和腐蚀，不具有自检定的功能，且在高水条件下由于混流会引起开关误动作，故它的可靠性和使用寿命均受环境条件的制约较大；水电导开关为两根固定在铅鱼尾部的信号线，两个线头保持适当的距离，当两个线头同时接触到水面时，电路导通给入水信号。现有的水电导开关由于极易受波浪或者含盐量较大的潮湿空气等影响，易发生误导通，从而导致铅鱼测量河流的水深不准和误动作。铅鱼上入水、流速和触底信号等常采用无线通讯方式实时传送监测数据，通常无线通信模块的供电由水面开关单信号控制，存在波浪等因素引起的入水信号抖动而带来的供电不稳定的问题，以及存在波浪或者含盐量较大的潮湿空气等因素引起的误导通，带来无线通信模块过快耗电引起的测流中断问题。压力传感器模块单信号控制无线通信模块的供电由于入水浅及大气压力波动等因素而不能精确检测，对铅鱼是否入水不能有精确的判断。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：本发明提供一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路及其控制方法，克服现有水面开关单入水信号控制铅鱼水下无线通信模块的不足。主要解决了以下两个问题：1、因波浪等因素引起的入水信号抖动而带来的供电不稳定的问题；2、波浪或者含盐量较大的潮湿空气等因素引起的误导通，使无线通信模块过快耗电，引起的测流中断问题。
本发明技术方案是：一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，包括LM358水面开关电路1、MS5837压力传感器电路2、STM32L1微处理器3、LoRa无线通信电路4；LM358水面开关电路1的输出端接STM32L1微处理器3的PA2，MS5837压力传感器电路2的SCL接STM32L1微处理器3的I2C_SCL，MS5837压力传感器电路2的SDA接STM32L1微处理器3的I2C_SDA，LoRa无线通信电路4的RESET接STM32L1微处理器3的PA4，LoRa无线通信电路4的DIO1接STM32L1微处理器3的PA5，LoRa无线通信电路4的SCK接STM32L1微处理器3的SPI1_SCK，LoRa无线通信电路4的MISO接STM32L1微处理器3的SPI1_MISO，LoRa无线通信电路4的NSS接STM32L1微处理器3的SPI1_NSS，LoRa无线通信电路4的MOSI接STM32L1微处理器3的SPI1_MOSI，STM32L1微处理器3的PA6控制LoRa无线通信电路4的电源开关。
所述LM358水面开关电路1包括LM358运算放大器、电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、金属棒S1；LM358运算放大器的逻辑电源管脚8接VDD5V，负电源管脚4接地，输出端管脚1接STM32L1微处理器3的PA2，LM358运算放大器的反相输入端接金属棒S1的2引脚、电阻R2的一端；金属棒S1的1引脚接R4、C1的一端，R4、C1的另一端接地，电阻R2的另一端接VDD5V和电阻R1的一端，R1的另一端接R3的一端和运算放大器的同相输入端，R3的另一端接地；当LM358水面开关电路1中的金属棒S1的1、2两引脚位于水面上时，LM358运算放大器的同相输入端的电压为2.5V，反相输入端的电压为5V，此时反相输入端电压高于同相输入端电压，LM358运算放大器输出低电平给STM32L1微处理器3；当金属棒S1的1、2两引脚同时触水导通时，LM358运算放大器的同相输入端的电压大于反向输入端的电压，LM358运算放大器输出高电平给STM32L1微处理器3。
所述LoRa无线通信电路4包括SX1278芯片、电阻R5、R6、R7、三极管Q1、电容C2、C3、IRLML6401芯片Q2；SX1278芯片的RESET管脚4接STM32L1的PA4，DIO1管脚5接STM32L1的PA5，SCK管脚12接STM32L1的SPI1_SCK，MISO管脚13接STM32L1的SPI1_MISO，MOSI管脚14接STM32L1的SPI1_MOSI，NSS管脚15接STM32L1的SPI1_NSS，STM32L1的PA6控制LoRa无线通信电路4的电源开关；PA6通过电阻R6接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地；电阻R6还通过R5接地，三极管Q1的集电极接IRLML6401芯片Q2中MOS管的栅极、R7的一端，R7的另一端接电容C2的一端、C3的一端、MOS管的源极；C2、C3的另一端接地，MOS管的漏极接SX1278芯片的VCC；当STM32L1的PA6输出高电平时，三极管Q1导通，LoRa无线通信电路4的VCC管脚3置为高电平。
所述MS5837压力传感器电路2包括MS5837压力传感器、电阻R8、R9；MS5837压力传感器的SCL管脚3接STM32L1的I2C_SCL、电阻R8的一端，R8的另一端接VDD3V3，MS5837压力传感器的SDA管脚4接STM32L1的I2C_SDA、电阻R9的一端，R9的另一端接VDD3V3。
所述MS5837压力传感器电路2安装在铅鱼底部，LM358水面开关电路1安装在与转子流速仪平行同高度位置，MS5837压力传感器电路2与LM358水面开关电路1安装位置有高度差，用于有效克服波浪的影响。
所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路的控制方法的具体内容如下：
当LM358水面开关电路1输出低电平时，无论MS5837压力传感器电路2采集到的压力值是否大于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路4不工作；
当LM358水面开关电路1输出高电平且MS5837压力传感器电路2采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路4的电源开关电路，LoRa无线通信电路4工作；否则，LoRa无线通信电路4不工作；
当LM358水面开关电路1突然断开输出低电平，STM32L1微处理器3判断MS5837压力传感器电路2采集到的压力值是否大于等于设定值；
若MS5837压力传感器电路2采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器3继续使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路4的电源开关电路，LoRa无线通信电路4继续工作；
若MS5837压力传感器电路2采集到的压力值小于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路4停止工作。
本发明的有益效果是：
本发明引入水压检测信号和入水开关信号双信号检测的方法，控制无线通信模块的电源，克服了现有水面开关单入水信号控制铅鱼水下无线通信模块的不足。MS5837压力传感器电路和LM358水面开关电路的信号发送给STM32L1微处理器，利用STM32L1系列微处理器控制LoRa无线通信电路的工作状态。主要解决了以下两个问题：1、因波浪等因素引起的入水信号抖动而带来的供电不稳定的问题；2、波浪或者含盐量较大的潮湿空气等因素引起的误导通，使无线通信模块过快耗电，引起的测位中断问题。使开关电路对铅鱼测量装置正常工作状态的判断更加准确，大幅提高了电池使用时间。有利于铅鱼测量装置的长时间工作和水文站对水文参数的实时监测，测量数据精度得到了有效提高。
附图说明
图1是本发明电路结构框图；
图2是本发明LM358水面开关的电路原理图；
图3是本发明LoRa无线通信电路原理图；
图4是本发明MS5837压力传感器电路的电路原理图。
图1-4中各标号：1-LM358水面开关电路，2-MS5837压力传感器电路，3-STM32L1微处理器，4-LoRa无线通信电路。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。
实施例1：如图1-4所示，一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，包括LM358水面开关电路1、MS5837压力传感器电路2、STM32L1微处理器3、LoRa无线通信电路4；LM358水面开关电路1的输出端接STM32L1微处理器3的PA2，MS5837压力传感器电路2的SCL接STM32L1微处理器3的I2C_SCL，MS5837压力传感器电路2的SDA接STM32L1微处理器3的I2C_SDA，LoRa无线通信电路4的RESET接STM32L1微处理器3的PA4，LoRa无线通信电路4的DIO1接STM32L1微处理器3的PA5，LoRa无线通信电路4的SCK接STM32L1微处理器3的SPI1_SCK，LoRa无线通信电路4的MISO接STM32L1微处理器3的SPI1_MISO，LoRa无线通信电路4的NSS接STM32L1微处理器3的SPI1_NSS，LoRa无线通信电路4的MOSI接STM32L1微处理器3的SPI1_MOSI，STM32L1微处理器3的PA6控制LoRa无线通信电路4的电源开关。
进一步的，所述LM358水面开关电路1包括LM358运算放大器、电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、金属棒S1；LM358运算放大器的逻辑电源管脚8接VDD5V，负电源管脚4接地，输出端管脚1接STM32L1微处理器3的PA2，LM358运算放大器的反相输入端接金属棒S1的2引脚、电阻R2的一端；金属棒S1的1引脚接R4、C1的一端，R4、C1的另一端接地，电阻R2的另一端接VDD5V和电阻R1的一端，R1的另一端接R3的一端和运算放大器的同相输入端，R3的另一端接地；当LM358水面开关电路1中的金属棒S1的1、2两引脚位于水面上时，LM358运算放大器的同相输入端的电压为2.5V，反相输入端的电压为5V，此时反相输入端电压高于同相输入端电压，LM358运算放大器输出低电平给STM32L1微处理器3；当金属棒S1的1、2两引脚同时触水导通时，LM358运算放大器的同相输入端的电压大于反向输入端的电压，LM358运算放大器输出高电平给STM32L1微处理器3。
进一步的，所述LoRa无线通信电路4包括SX1278芯片、电阻R5、R6、R7、三极管Q1、电容C2、C3、IRLML6401芯片Q2；SX1278芯片的RESET管脚4接STM32L1的PA4，DIO1管脚5接STM32L1的PA5，SCK管脚12接STM32L1的SPI1_SCK，MISO管脚13接STM32L1的SPI1_MISO，MOSI管脚14接STM32L1的SPI1_MOSI，NSS管脚15接STM32L1的SPI1_NSS，STM32L1的PA6控制LoRa无线通信电路4的电源开关；PA6通过电阻R6接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地；电阻R6还通过R5接地，三极管Q1的集电极接IRLML6401芯片Q2中MOS管的栅极、R7的一端，R7的另一端接电容C2的一端、C3的一端、MOS管的源极；C2、C3的另一端接地，MOS管的漏极接SX1278芯片的VCC；当STM32L1的PA6输出高电平时，三极管Q1导通，LoRa无线通信电路4的VCC管脚3置为高电平。
进一步的，所述MS5837压力传感器电路2包括MS5837压力传感器、电阻R8、R9；MS5837压力传感器的SCL管脚3接STM32L1的I2C_SCL、电阻R8的一端，R8的另一端接VDD3V3，MS5837压力传感器的SDA管脚4接STM32L1的I2C_SDA、电阻R9的一端，R9的另一端接VDD3V3。
进一步的，所述MS5837压力传感器电路2安装在铅鱼底部，LM358水面开关电路1安装在与转子流速仪平行同高度位置，MS5837压力传感器电路2与LM358水面开关电路1安装位置有高度差，用于有效克服波浪的影响。
所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路的控制方法的具体内容如下：
当LM358水面开关电路1输出低电平时，无论MS5837压力传感器电路2采集到的压力值是否大于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路4不工作；其中LM358水面开关电路作为主控制电路，MS5837压力传感器电路作为辅助控制电路，当LM358水面开关电路不导通时，STM32L1微处理器3使PA6引脚置位输出低电平信号，无线通信模块不工作。
当LM358水面开关电路1输出高电平且MS5837压力传感器电路2采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路4的电源开关电路，LoRa无线通信电路4工作；否则，LoRa无线通信电路4不工作；这种双信号配合工作方式解决了因波浪或者含盐量较大的潮湿空气等因素引起的误导通，使无线通信模块过快耗电，引起的测位中断问题。
当LM358水面开关电路1突然断开输出低电平，STM32L1微处理器3判断MS5837压力传感器电路2采集到的压力值是否大于等于设定值；
若MS5837压力传感器电路2采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器3继续使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路4的电源开关电路，LoRa无线通信电路4继续工作；
若MS5837压力传感器电路2采集到的压力值小于设定值，STM32L1微处理器3使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路4停止工作。这种双信号配合工作方式解决了因波浪等因素引起的入水信号抖动而带来的供电不稳定的问题；
本发明改变传统的设计方法，引入水压检测信号和入水开关信号双信号检测的方法，控制无线通信模块（本发明中的无线通信模块采用LoRa无线通信电路4）的电源。MS5837压力传感器电路2安装在铅鱼底部，LM358水面开关电路1安装在与转子流速仪平行同高度位置，MS5837压力传感器电路2与LM358水面开关电路1安装位置有高度差，能有效克服波浪的影响。
所述LM358水面开关电路1利用低功耗双运算放大器实现比较器功能，位于水面上时，同相输入端的电压比反向输入端的电压低，LM358水面开关电路1的输出端输出为低电平，进入水面后，S1接触到水面导通，同相输入端的电压比反向输入端的电压高，LM358水面开关电路1的输出端输出高电平给STM32L1微处理器3。
MS5837压力传感器电路2与STM32L1微处理器3采用I2C总线接口方式通信，MS5837压力传感器电路2实时采集压力数据与STM32L1微处理器3内部的设定值作比较，STM32L1系列微处理器3控制LoRa无线通信电路4的工作状态。
上面结合附图对本发明的具体实施例作了详细说明，但是本发明并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本发明宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (6)
1.一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，其特征在于：包括LM358水面开关电路（1）、MS5837压力传感器电路（2）、STM32L1微处理器（3）、LoRa无线通信电路（4）；LM358水面开关电路（1）的输出端接STM32L1微处理器（3）的PA2，MS5837压力传感器电路（2）的SCL接STM32L1微处理器（3）的I2C_SCL，MS5837压力传感器电路（2）的SDA接STM32L1微处理器（3）的I2C_SDA，LoRa无线通信电路（4）的RESET接STM32L1微处理器（3）的PA4，LoRa无线通信电路（4）的DIO1接STM32L1微处理器（3）的PA5，LoRa无线通信电路（4）的SCK接STM32L1微处理器（3）的SPI1_SCK，LoRa无线通信电路（4）的MISO接STM32L1微处理器（3）的SPI1_MISO，LoRa无线通信电路（4）的NSS接STM32L1微处理器（3）的SPI1_NSS，LoRa无线通信电路（4）的MOSI接STM32L1微处理器（3）的SPI1_MOSI，STM32L1微处理器（3）的PA6控制LoRa无线通信电路（4）的电源开关。
2.根据权利要求1所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，其特征在于：所述LM358水面开关电路（1）包括LM358运算放大器、电阻R1、R2、R3、R4、电容C1、金属棒S1；LM358运算放大器的逻辑电源管脚8接VDD5V，负电源管脚4接地，输出端管脚1接STM32L1微处理器（3）的PA2，LM358运算放大器的反相输入端接金属棒S1的2引脚、电阻R2的一端；金属棒S1的1引脚接R4、C1的一端，R4、C1的另一端接地，电阻R2的另一端接VDD5V和电阻R1的一端，R1的另一端接R3的一端和运算放大器的同相输入端，R3的另一端接地；当LM358水面开关电路（1）中的金属棒S1的1、2两引脚位于水面上时，LM358运算放大器的同相输入端的电压为2.5V，反相输入端的电压为5V，此时反相输入端电压高于同相输入端电压，LM358运算放大器输出低电平给STM32L1微处理器（3）；当金属棒S1的1、2两引脚同时触水导通时，LM358运算放大器的同相输入端的电压大于反向输入端的电压，LM358运算放大器输出高电平给STM32L1微处理器（3）。
3.根据权利要求1所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，其特征在于：所述LoRa无线通信电路（4）包括SX1278芯片、电阻R5、R6、R7、三极管Q1、电容C2、C3、IRLML6401芯片Q2；SX1278芯片的RESET管脚4接STM32L1的PA4，DIO1管脚5接STM32L1的PA5，SCK管脚12接STM32L1的SPI1_SCK，MISO管脚13接STM32L1的SPI1_MISO，MOSI管脚14接STM32L1的SPI1_MOSI，NSS管脚15接STM32L1的SPI1_NSS，STM32L1的PA6控制LoRa无线通信电路（4）的电源开关；PA6通过电阻R6接三极管Q1的基极，三极管Q1发射极接地；电阻R6还通过R5接地，三极管Q1的集电极接IRLML6401芯片Q2中MOS管的栅极、R7的一端，R7的另一端接电容C2的一端、C3的一端、MOS管的源极；C2、C3的另一端接地，MOS管的漏极接SX1278芯片的VCC；当STM32L1的PA6输出高电平时，三极管Q1导通，LoRa无线通信电路（4）的VCC管脚3置为高电平。
4.根据权利要求1所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，其特征在于：所述MS5837压力传感器电路（2）包括MS5837压力传感器、电阻R8、R9；MS5837压力传感器的SCL管脚3接STM32L1的I2C_SCL、电阻R8的一端，R8的另一端接VDD3V3，MS5837压力传感器的SDA管脚4接STM32L1的I2C_SDA、电阻R9的一端，R9的另一端接VDD3V3。
5.根据权利要求1所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路，其特征在于：所述MS5837压力传感器电路（2）安装在铅鱼底部，LM358水面开关电路（1）安装在与转子流速仪平行同高度位置，MS5837压力传感器电路（2）与LM358水面开关电路（1）安装位置有高度差，用于有效克服波浪的影响。
6.权利要求1-5任一项所述的基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路的控制方法，其特征在于：
当LM358水面开关电路（1）输出低电平时，无论MS5837压力传感器电路（2）采集到的压力值是否大于设定值，STM32L1微处理器（3）使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路（4）不工作；
当LM358水面开关电路（1）输出高电平且MS5837压力传感器电路（2）采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器（3）使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路（4）的电源开关电路，LoRa无线通信电路（4）工作；否则，LoRa无线通信电路（4）不工作；
当LM358水面开关电路（1）突然断开输出低电平，STM32L1微处理器（3）判断MS5837压力传感器电路（2）采集到的压力值是否大于等于设定值；
若MS5837压力传感器电路（2）采集到的压力值大于等于设定值，STM32L1微处理器（3）继续使PA6引脚置位输出高电平信号导通LoRa无线通信电路（4）的电源开关电路，LoRa无线通信电路（4）继续工作；
若MS5837压力传感器电路（2）采集到的压力值小于设定值，STM32L1微处理器（3）使PA6引脚复位输出低电平信号，LoRa无线通信电路（4）停止工作。
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| CN201810553694.XA CN108880593B (zh) | 2018-06-01 | 2018-06-01 | 一种基于双入水信号控制铅鱼水下无线通信的电路及其控制方法 |
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|---|---|---|---|---|
| CN110986895A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 昆明理工大学 | 基于卡尔曼滤波算法判断铅鱼完全入水的方法及系统 |
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2018
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| CN112653562B (zh) * | 2019-10-11 | 2024-02-13 | 费斯托股份两合公司 | 供电模块 |
| CN110986895A (zh) * | 2019-12-06 | 2020-04-10 | 昆明理工大学 | 基于卡尔曼滤波算法判断铅鱼完全入水的方法及系统 |
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