CN109115303A - 一种导电式电子水尺及其远程监控系统 - Google Patents

一种导电式电子水尺及其远程监控系统 Download PDF

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CN109115303A CN201811004328.5A CN201811004328A CN109115303A CN 109115303 A CN109115303 A CN 109115303A CN 201811004328 A CN201811004328 A CN 201811004328A CN 109115303 A CN109115303 A CN 109115303A
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朱景伟
张延斌
王忠杰
张世峰
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Dalian Maritime University
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    • G—PHYSICS
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    • G05B2219/24—Pc safety
    • G05B2219/24024—Safety, surveillance

Abstract

本发明提供一种导电式电子水尺及其监控系统，水尺包含密封的长方体不锈钢的金属外壳、设置在电子水尺上且在水位下的水位检测模块以及处理所述水位检测模块检测信号的信息处理模块。电子水尺上端开口连接监控模块；所述监控模块包括：监控并定时时间的定时单元、监控并记录检测位置的定位单元、显示所述电子水尺采集信息的显示单元、通讯单元、MYSQL数据库以及中心处理单元；所述监测模块通过RS485实现上位机与下位机之间的通信。本发明通过使用导电式电子水尺的单排触点检测信号电路设计简单，工艺简单。针对不同的测量范围，测量分辨率保持不变，只取决于触点放置的间距。因此具有采样分辨率与传感器的测量体长度无关的特点。

Description

一种导电式电子水尺及其远程监控系统
技术领域
本发明涉及电子测量水尺及对其的监控技术领域，具体而言，尤其涉及一种浸入式水位测量的导电式电子水尺及其远程监控系统。
背景技术
目前常用的水位传感器主要包括机械式、浮子式、超声波式、压力式、气泡式等多种形式。这些传感器机械结构复杂，成本较高且测量精度受外部环境影响较大。
随着电子技术的发展，触点式电子水尺已推广使用。但现有的电子水尺结构工艺繁琐，信号产生电路与处理电路包括电桥电路、正弦波发生器、模拟乘法器和滤波器等。电路复杂可靠性差，水尺的抗干扰性也受到较大影响。且触点信号传送到单片机或者其他控制器内部还需要进一步处理，对程序有一定要求。常规的电子水尺信号处理用到A/D转换。这就使电路更加的复杂，且模数转换将进一步降低水位测量的精度，提高水尺成本，延长测量时间。
发明内容
根据上述提出模数转换将进一步降低水位测量的精度，提高水尺成本，延长测量时间等技术问题，而提供一种导电式电子水尺及其远程监控系统。本发明主要利用电子水尺触电采集水位信息，对水位信息进行监控进而估算水流量，从而起到方便快捷准确的测量水位及监控。
本发明采用的技术手段如下：一种导电式电子水尺，其特征在于，至少包括：密封的长方体不锈钢的金属外壳、设置在电子水尺上且在水位下的水位检测模块以及处理所述水位检测模块检测信号的信息处理模块；
所述信息处理模块设置在所述金属外壳内并通过间隔相等的且均匀设置的触点螺钉固定；所述金属外壳与所述信息处理模块间填充有绝缘防水胶，为上述模块提供稳定电能的电源模块。
进一步的，所述金属外壳间歇性的带电，当水尺工作时，所述触点螺钉采集的水位信息传至信息处理单元，所述水位信息转换为二进制数，通过并行口传至所述信息处理模块。
进一步的，当测量时，水位变化发生变化接触到水的触电螺钉与金属外壳呈现导通状态，其对应的三极管工作在饱和区，输出Vout为低电平；未接触到水的触电螺钉呈现绝缘状态，三极管工作在截止区，输出Vout为高电平；
更进一步的，所述Vout高低电平由优先级编码器的编码电路进行编码。
本发明还提供了一种对权利要求1-3所述的电子水尺进行远程监控的远程监控系统，其特征在于：所述电子水尺上端开口连接监控模块；所述监控模块包括：监控并定时时间的定时单元、监控并记录检测位置的定位单元、显示所述电子水尺采集信息的显示单元、将STC89C52单片机的输出端相连接的通讯单元、储存水位信息的MYSQL数据库以及处理上述单元信息的中心处理单元；所述监测模块通过RS485实现上位机与下位机之间的通信。
进一步的，所述监测模块输出端与所述MCU单片机的I/O输入端相连接； STC89C52单片机的输出端相连接通过所述通讯模块中的RS485分配器与所述信息处理模块相连接。
进一步的，所述STC89C52单片机还包含GSM单元；所述GSM模块将监测到的信息上传所述MYSQL数据库中。
进一步的，所述GSM单元采用SIM800C；所述GSM单元由GPRS网络将所述水尺信息发送至服务器。
本发明的优点在于：
1、通过使用导电式电子水尺的单排触点检测信号，工艺简单。针对不同的测量范围，测量分辨率保持不变，只取决于触点放置的间距。因此具有采样分辨率与传感器的测量体长度无关的特点。
同时导电式电子水尺所采用的数字编码电路，电路简单，信号不易失真，具有模拟电路无法比拟的抗干扰性能，使水尺能够工作在各种恶劣的环境中。水位信息在经过导电式电子水尺所采用编码电路后转换为并行二进制数，传送到单片机内部，显示方便，通用性更好。
2、采用电子开关控制测量电路的电源，只有测量的瞬时才给测量电路供电，其它时刻测量电路与供电电源断开。与采用模数转换电路的的电子水尺比较，具有响应速度快、成本低、功耗小的特点。测量响应时间远快于采用A/D转换的电子水尺。
3、通过STC89C52与STM32之间使用RS485通信，可以实现一个上位机可以挂载多个下位机，统一进行控制与通信，节约成本。通过GPRS 通信，无传输距离限制，只要有运营商信号就可实现把数据传输到服务器，从而实现远程管理控制。
通过在阿里云服务器构建了MYSQL云端数据库，实现集数据汇集、共享、管理、实时监测数据，支持各物联网管理平台；进而通过电脑端浏览器可方便读取数据库中的信息并进行数据处理。本发明的电源部分采用太阳能电池板供电，增加系统的独立性，可长时间在野外工作。
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，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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为本发明导电式电子水尺的正剖面结构示意图。
图2为本发明导电式电子水尺的侧剖面结构示意图。
图3为本发明导电式电子水尺的监控系统RS485电路原理图。
图4为本发明导电式电子水尺的监控系统64-6制优先编码扩展电路图。
图5为本发明导电式电子水尺的整体模块示意图。
图6为本发明导电式电子水尺的信号产生电路图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，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的实施例，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，都应当属于本发明保护的范围。
需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。
如图1、2所示为一种导电式电子水尺的结构示意图，至少包括：密封的长方体不锈钢的金属外壳2、设置在电子水尺上且在水位下的水位检测模块以及处理水位检测模块检测信号的信息处理模块5。在本实施方式中，所述水尺为长方体型，可以理解为在其它的实施方式中，所述外壳的形状及其材质可以按照实际需求进行选择，只要能够满足其材质能够有效且良好的避免水或其它介质的腐蚀，且整体结构均匀即可。
如图6所示，为水尺的信号产生电路，触点螺钉4连接有一电阻R连接在基极上，发射极并联一电阻R，电阻并联在发射极及基极之间，集电极高电平VCC接电阻后与VOUT输出并联。所述水尺上设有多个信号产生电路。
在本实施方式中，信息处理模块5设置在金属外壳内并通过间隔相等的且均匀设置的触点螺钉4固定。金属外壳与信息处理模块间填充有绝缘防水胶3，为上述模块提供稳定电能的电源模块。可以理解为在其它的实施方式中，在外壳上还可以设置多个水位检测传感器，用于检测实际水位，只要能够满足能够良好的避免水等液体腐蚀的同时均匀的检测所需要的水位信息即可。
在本实施方式中，金属外壳间歇性的带电。可以理解为在其它的实施方式中，金属外壳的带点时间可以按照实际需要进行设定，也可安装相应的定时装置，以固定的时间检测进而通过求取平均值等方式得到更准确的数值。在本实施方式中，通过间歇的通电方式，能够有效的减少电能的消耗，降低成本，增长使用期限。
作为一种优选的实施方式，当水尺工作时，触点螺钉采集的水位信息传至信息处理单元，处理单元将水位信息转换为二进制数，通过并行口传至所述信息处理模块。当测量时，水位变化发生变化接触到水的触电螺钉与金属外壳呈现导通状态，其对应的三极管工作在饱和区，输出Vout为低电平；未接触到水的触电螺钉呈现绝缘状态，三极管工作在截止区，输出Vout为高电平。Vout高低电平由优先级编码器的编码电路进行编码。
在本实施方式中，编码电路采用74LS348，即8-3线制优先级编码器三态门输出，可以理解为，在其它的实施方式中也可采74HC147、74HC148等其他编码芯片替代。
在本实施方式中，74LS348是8-3线优先编码器，对最高位数据进行译码，利用三态允许端(EI)和输出选通端(EO)的级联以及输出端的三态功能，进行扩展为多线编码。通过验证为128-7线优先级编码输出。如图4所示给出了64位的原理图，可以理解为在其它实施方式中，还可以采用其它多位处理。
本实施方式的导电式电子水尺精度高，且其精度与传感器的测量体长度无关，对不同的应用环境，测量精度保持不变，只取决于触点所放置的间距。因此水尺不需要复杂的信号处理电路，导电式电子水尺的抗干扰性能强，可靠性高。
作为优选的实施方式，如图5所示，本发明还提供了电子水尺远程监控的远程监控系统：电子水尺上端开口连接监控模块；所述监控模块包括：监控并定时时间的定时单元、监控并记录检测位置的定位单元、显示所述电子水尺采集信息的显示单元、将STC89C52单片机的输出端相连接的通讯单元、储存水位信息的MYSQL数据库以及处理上述单元信息的中心处理单元；所述监测模块通过RS485实现上位机与下位机之间的通信。
如图3所示，为RS485的原理图。其中，STC89C52单片机的高电平 VCC段并联有保护电路的C4、C5两个电容，可以理解为，在其它的实施方式中，并联电容的数量大小按照实际的测量情况进行选择。STC89C52 单片机的RES引脚连接有一复位的按钮，复位按钮还并联有一电阻R1及一电容C1，STC89C52单片机的P2.7、P3.0、P3.1引脚分别连接至RS485 的并联的RE和DE、R0、DI引脚，STC89C52单片机的XTAL1、2两端并联有晶振电路，P3.4引脚串联一电阻R2后连接在放大电路的基极，发射机接高电平VCC，集电极通过P2的2引脚，P2的3-9引脚分别连接在 STC89C52单片机P1.6-P1.0引脚。P2的1引脚接地。
作为优选的实施方式，监测模块输出端与所述MCU单片机的I/O输入端相连接；STC89C52单片机的输出端相连接通过所述通讯模块中的 RS485分配器与所述信息处理模块相连接。
在本实施方式中，STC89C52单片机还包含GSM单元；所述GSM模块将监测到的信息上传所述MYSQL数据库中。GSM单元采用SIM800C；所述GSM单元由GPRS网络将所述水尺信息发送至服务器。可以理解在其它的实施方式中，还可以包含其它的单元只要能够满足能够更便捷的测量水位即可。
上述本发明实施例序号仅仅为了描述，不代表实施例的优劣。
在本发明的上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。
在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的技术内容，可通过其它的方式实现。其中，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如所述单元的划分，可以为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，单元或模块的间接耦合或通信连接，可以是电性或其它的形式。
所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。
另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (7)

1.一种导电式电子水尺，其特征在于，至少包括：
密封的长方体不锈钢的金属外壳、设置在电子水尺上且在水位下的水位检测模块以及处理所述水位检测模块检测信号的信息处理模块；
所述检测模块包括触点螺钉；所述信息处理模块设置在所述金属外壳内并通过间隔相等的且均匀设置的所述触点螺钉固定；所述金属外壳与所述信息处理模块间填充有绝缘防水胶，为上述模块提供稳定电能的电源模块。
2.根据权利要求1所述的一种导电式电子水尺，其特征还在于：
所述金属外壳间歇性的带电，当水尺工作时，所述触点螺钉采集的水位信息传至信息处理单元，所述信息处理单元将水位信息转换为二进制数，通过并行口传至所述信息处理模块。
3.根据权利要求1所述的一种导电式电子水尺，其特征还在于：
当测量时，水位变化发生变化接触到水的触电螺钉与金属外壳呈现导通状态，其对应的三极管工作在饱和区，输出Vout为低电平；未接触到水的触电螺钉呈现绝缘状态，三极管工作在截止区，输出Vout为高电平；
所述Vout高低电平由优先级编码器的编码电路进行编码；
所述编码电路设有8个串联的74LS348优先编码器；所述8个编码器的A0、A1、A2分别并联并输出低3位编码输出；所述编码器GS并联后接一高三位编码器输出高3为编码输出。
4.对权利要求1-3所述的电子水尺进行远程监控的远程监控系统，其特征在于：
所述电子水尺上端开口连接监控模块；所述监控模块包括：监控并定时时间的定时单元、监控并记录检测位置的定位单元、显示所述电子水尺采集信息的显示单元、将STC89C52单片机的输出端相连接的通讯单元以及处理上述单元信息的中心处理单元；所述监测模块通过RS485实现上位机与下位机之间的通信。
5.根据权利要求4所述的远程监控系统，其特征还在于：
所述监测模块输出端与所述MCU单片机的I/O输入端相连接；STC89C52单片机的输出端相连接通过所述通讯模块中的RS485分配器与所述信息处理模块相连接。
6.根据权利要求4所述的一种远程监控系统，其特征还在于：
所述STC89C52单片机还包含GSM单元；所述GSM模块将监测到的信息上传所述MYSQL数据库中。
7.根据权利要求4所述的一种远程监控系统，其特征还在于：所述GSM单元采用SIM800C；所述GSM单元由GPRS网络将所述水尺信息发送至服务器。
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