CN111707332A - 一种基于stm32的低功耗窨井液位监测与报警系统 - Google Patents

一种基于stm32的低功耗窨井液位监测与报警系统 Download PDF

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CN111707332A CN202010489134.XA CN202010489134A CN111707332A CN 111707332 A CN111707332 A CN 111707332A CN 202010489134 A CN202010489134 A CN 202010489134A CN 111707332 A CN111707332 A CN 111707332A
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    • G08C17/02Arrangements for transmitting signals characterised by the use of a wireless electrical link using a radio link

Abstract

本发明公开了一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,本发明利用电池供电即可实现对窨井液位的低功耗监测,并在液位达到阈值时进行报警,相关人员通过APP、网页即可实时远程监测液位信息。本发明由STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、RS485收发电路、浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、DTU连接电路、模拟量转RS485采集模块构成;其中模拟量转RS485采集模块与雷达液位计连接且用于将雷达液位计采集到的液位值经过信号转换后送入STM32单片机进行处理,然后DTU连接电路将数据上传到物联网云平台。本发明包括三种不同的工作模式,当窨井液位达到不同高度时,系统自动调整采样周期,能够有效地减少系统整体的功耗,实现低功耗运行。

Description

一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统
技术领域
本发明涉及电子设备领域,尤其涉及一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统。
背景技术
窨井是城市的生命网之一,作为一种数量众多的基础公共设施,用于排除污水及雨水,为人们的日常生活提供便利。但在一年中的某些降雨量多的月份,窨井中水位会出现大幅度升高的情况,甚至在强降雨天气时,由于水位的升高会出现溢出导致水涝的情况。在传统的窨井液位检测中,通常只使用雷达测距来检测水位的变化,这种传感器工作电流为4-20mA,且定时每隔几个小时采样水位一次,这就带来如果某一小时内降雨足量,水位已满,而数据却没能进行及时上传反馈的情况;若减小采样时间,4-20mA的功耗太高,这对于在窨井附近不能采用电源供电的传感器来说,达不到长时间连续工作的目的。
随着物联网技术的快速发展,结合绿色发展的理念,减少电子设备的功耗,并能通过网络对设备进行远程监控,成为一种发展趋势。
发明内容
本发明针对上述问题,提供一种低功耗窨井液位监测与报警系统,能够动态调整采样周期,减少系统能耗,仅使用电池供电即可对窨井液位进行长时间的监测,液位值可通过物联网云平台在手机端、网页端进行实时查看,当液位达到阈值时,系统会发送数据报警通知,减少水涝危险。
为了达到上述目的,本发明提供了一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,包括:STM32单片机最小系统电路,所述STM32单片机最小系统电路分别与浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、电池供电电路连接,所述STM32单片机最小系统电路用于计算、处理数据;电池供电电路,所述电池供电电路与STM32单片机最小系统电路、浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、模拟量转RS485采集模块相连且用于为各个电路和模块供电;RS485收发电路,所述 RS485收发电路与模拟量转RS485采集模块、电池供电电路、MOS关断电路、STM32单片机最小系统电路相连,所述RS485收发电路用于将采集到的RS485 信号传输至STM32单片机最小系统电路;浮球信号中断触发电路,所述浮球信号中断触发电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、浮球开关1、2 相连,所述浮球信号中断触发电路用于识别浮球开关1、2的开关状态并向 STM32单片机最小系统电路发送中断触发信号;MOS关断电路,所述MOS关断电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、DTU连接电路、RS485 收发电路、模拟量转RS485采集模块相连,所述MOS关断电路用于控制DTU 连接电路、RS485收发电路、模拟量转RS485采集模块的启停;DTU连接电路,所述DTU连接电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、MOS关断电路相连,所述DTU连接电路是用于将STM32单片机最小系统电路的数据传输到物联网云平台的电路;模拟量转RS485采集模块,所述模拟量转RS485采集模块与雷达液位计、电池供电电路、RS485收发电路、MOS关断电路相连,所述模拟量转RS485采集模块用于采集雷达液位计的液位信号模拟量和电池电压模拟量并将所述模拟量转化为RS485信号。
优选方式下,所述STM32单片机最小系统电路为:串联电容C9、C12与晶振X1、电阻R4并联并组成振荡电路,所述振荡电路的两端分别与STM32单片机的PD0_OSC_IN、PD1_OSC_OUT高速外部引脚连接,电容C9、C12的公共端接地;3.3V电源通过电阻R7、电容C11的串联接地并组成上电复位电路, STM32单片机的NRST引脚与电阻R7、电容C11的公共端相连;STM32单片机的BOOT0引脚接地;3.3V电源与三个并联电容C5、C6、C7的一端连接,三个并联电容C5、C6、C7的另一端接地并组成STM32单片机的供电滤波电路;所述STM32单片机的所有VDD引脚与3.3V电源相连,所有VSS引脚接地。
优选方式下,电池供电电路为通过电压转换电路将12V锂电池的输入电源转化为5V、3.3V电源的供电电路;电池供电电路分为12V转5V电压转换电路、 12V转3.3V电压转换电路,所述12V转5V电压转换电路为:12V锂电池1引脚接地,12V锂电池2引脚与二极管D1的正极相连,所述二极管D1的负极与第一TLV704芯片的IN引脚连接,所述二极管D1的负极与两个并联滤波电容 C15、C1一端相连,所述两个并联滤波电容C15、C1的另一端与第一TLV704 芯片的GND引脚相连并接地;所述第一TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第一TLV704芯片的OUT引脚输出5V电压源,所述第一TLV704芯片的OUT 引脚通过滤波电容C2接地;所述12V转3.3V电压转换电路为:所述第一TLV704 芯片的IN引脚与第二TLV704芯片的IN引脚连接,所述第二TLV704芯片的IN 引脚与GND引脚通过滤波电容C3相连,所述第二TLV704芯片的GND引脚接地,所述第二TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第二TLV704芯片的OUT 引脚输出3.3V电压源,所述第二TLV704芯片的OUT引脚通过滤波电容C4接地。
优选方式下,所述RS485收发电路为:MAX13487芯片的RO引脚通过电阻R3与所述STM32单片机的PB11引脚相连,所述MAX13487芯片的DI引脚通过电阻R6与STM32单片机的PB10引脚相连,所述MAX13487芯片的引脚与引脚均与5V电源相连,所述MAX13487芯片的GND引脚与第二 AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的A引脚与电阻R8的一端相连,所述电阻R8的另一端与5V电源相连,所述MAX13487芯片的B引脚与电阻R1的一端连接,所述电阻R1的另一端与第二AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的VCC引脚与5V电源相连并通过电容C10与第二 AOD4184芯片的漏极D连接。
优选方式下,所述浮球信号中断触发电路为:所述74HC14芯片的INT1引脚为浮球开关1动作信号的输入引脚且与开关输入插座的2号引脚相连;所述 74HC14芯片的INT2引脚为浮球开关2动作信号的输入引脚且与开关输入插座的4号引脚相连;所述74HC14芯片的7号引脚接地且14号引脚与3.3V电源相连,同时所述74HC14芯片的14号引脚通过滤波电容C11接地;所述开关输入插座中2号引脚、4号引脚分别为浮球开关1、浮球开关2的信号输入接口,所述开关输入插座的1号引脚与3号引脚接地,所述开关输入插座的2号引脚通过上拉电阻R11与3.3V电源相连,所述开关输入插座的4号引脚通过上拉电阻 R12与3.3V电源相连;所述74HC14芯片的INT-IO1引脚为浮球开关1动作信号所对应中断信号的输出接口且与STM32单片机的PB6引脚相连,所述74HC14 芯片的INT-IO2引脚为浮球开关2动作信号所对应中断信号的输出接口且与 STM32单片机的PB7引脚相连。
优选方式下,所述MOS关断电路包括MOS1关断电路和MOS2关断电路,所述MOS1关断电路为:第一AOD4184芯片的栅极G通过电阻RQ1-2与STM32 单片机的PA7引脚相连,PA7引脚作为MOS1关断电路的控制信号输出引脚,所述第一AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RQ1-1, AOD4185芯片的栅极G与第一AOD4184芯片的漏极D相连,所述AOD4185 芯片的源极S与电池供电电路的12V电压IN+引脚相连,所述AOD4185芯片的栅极G与源极S之间连接有电阻RQ2-1,所述AOD4185芯片的漏极D作为12V 电压信号输出V-out信号并用于控制模拟量转RS485采集模块和DTU连接电路的启停;MOS2关断电路为:第二AOD4184芯片的栅极G与STM32单片机的 PA6引脚相连,PA6引脚作为MOS2关断电路的控制信号输出引脚,所述第二 AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RM2,所述第二AOD4184芯片的漏极D与所述RS485收发电路连接,用于输出电压信号并控制所述RS485收发电路的启停。
优选方式下,所述DTU连接电路为:所述DTU连接电路的12号引脚与所述MOS1关断电路的AOD4185芯片的漏极D相连,所述DTU连接电路的11 号引脚接地,所述DTU连接电路的10号引脚为串口发送端口且与STM32单片机的PA2引脚连接,所述DTU连接电路的9号引脚为串口接收端口且与STM32 单片机的PA3引脚连接。
优选方式下,所述系统具有3种工作方式,根据窨井液位处于不同的高度分为正常工作模式、黄色预警模式和红色预警模式,数据采样周期分别为6小时、5分钟、1分钟;液位上升至窨井1/2位置时触发STM32单片机的浮球开关 1中断子程序,系统变为黄色预警模式,液位上升至窨井2/3位置时触发STM32 单片机的浮球开关2中断子程序,系统变为红色预警模式。
本发明的有益效果为:通过使用浮球开关1、浮球开关2感知窨井液位所到达的高度并产生动作信号,使系统改变采样周期,提高了雷达液位计感知液位的灵活性;系统能够通过MOS关断电路关闭其它耗能电路及设备,减少系统能耗;系统采用无线通信方式,避免了由窨井所处位置出现的布置线缆难的问题;通过云平台能够远程实时显示液位信息,以及产生数据报警通知和故障报警通知,使工作人员能够及时了解窨井液位信息,以便采取维护行动。
附图说明
图1为本发明的系统结构框图;
图2为本发明STM32单片机最小系统电路图第一部分;
图3为本发明STM32单片机最小系统电路图第二部分;
图4为本发明STM32单片机最小系统电路图第三部分;
图5为本发明STM32单片机最小系统电路图第四部分;
图6为本发明电池供电电路图第一部分;
图7为本发明电池供电电路图第二部分;
图8为本发明RS485收发电路图;
图9为本发明浮球信号中断触发电路图第一部分;
图10为本发明浮球信号中断触发电路图第二部分;
图11为本发明MOS关断电路图第一部分;
图12为本发明MOS关断电路图第二部分;
图13为本发明DTU连接电路图;
图14为本发明采集模块连接电路图;
图15为本发明SWD串行调试接口电路图;
图16为本发明的数据采集主程序流程图;
图17为本发明的中断程序流程图。
具体实施方式
如图1所示,本发明一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,包括:STM32单片机最小系统电路,所述STM32单片机最小系统电路分别与浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、电池供电电路连接,所述STM32单片机最小系统电路用于计算、处理数据,STM32 单片机经过对数据的分析后,通过MOS关断电路使模拟量转RS485采集模块、雷达液位计、DTU连接电路和RS485收发电路停止工作;电池供电电路,所述电池供电电路与STM32单片机最小系统电路、浮球信号中断触发电路、MOS 关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、模拟量转RS485采集模块相连且用于为各个电路和模块供电;RS485收发电路,所述RS485收发电路与模拟量转RS485采集模块、电池供电电路、MOS关断电路、STM32单片机最小系统电路相连,所述RS485收发电路用于将采集到的RS485信号传输至STM32单片机最小系统电路;浮球信号中断触发电路,所述浮球信号中断触发电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、浮球开关1、2相连,所述浮球信号中断触发电路用于识别浮球开关1、2的开关状态并向STM32单片机最小系统电路发送中断触发信号;MOS关断电路,所述MOS关断电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、DTU连接电路、RS485收发电路、模拟量转 RS485采集模块相连,所述MOS关断电路用于控制DTU连接电路、RS485收发电路、模拟量转RS485采集模块的启停;DTU连接电路,所述DTU连接电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、MOS关断电路相连,所述 DTU连接电路是用于将STM32单片机最小系统电路的数据传输到物联网云平台的电路;模拟量转RS485采集模块,所述模拟量转RS485采集模块与雷达液位计、电池供电电路、RS485收发电路、MOS关断电路相连,所述模拟量转RS485 采集模块用于采集雷达液位计的液位信号模拟量和电池电压模拟量并将所述模拟量转化为RS485信号。
如图2所示,所述STM32微处理器的型号为STM32F103C8T6,所述STM32 单片机最小系统电路为:串联电容C9、C12与晶振X1、电阻R4并联并组成振荡电路,所述振荡电路的两端分别与STM32单片机的PD0_OSC_IN、 PD1_OSC_OUT高速外部引脚连接,电容C9、C12的公共端接地,构成时钟源电路;3.3V电源通过电阻R7、电容C11的串联接地并组成上电复位电路,STM32 单片机的NRST引脚与电阻R7、电容C11的公共端相连;STM32单片机的 BOOT0引脚接地,构成的启动模式为主闪存存储器;如图4所示,3.3V电源与三个并联电容C5、C6、C7的一端连接,三个并联电容C5、C6、C7的另一端接地并组成STM32单片机的供电滤波电路;如图3所示,所述STM32单片机的所有VDD引脚与3.3V电源相连,所有VSS引脚接地;如图5所示,所述STM32 单片机的PA9、PA10引脚与UART插座引脚连接,PA9、PA10引脚端口复用,构成串口。
如图6所示,TLV704芯片型号为TLV70450DBVR,所述第一TLV704芯片、第一TLV704芯片为低压降稳压器,电池供电电路为通过电压转换电路将12V 锂电池的输入电源转化为5V、3.3V电源的供电电路;电池供电电路分为12V 转5V电压转换电路、12V转3.3V电压转换电路,所述12V转5V电压转换电路为:12V锂电池1引脚接地,12V锂电池2引脚与二极管D1的正极相连,所述二极管D1的负极与第一TLV704芯片的IN引脚连接,所述二极管D1的负极与两个并联滤波电容C15、C1一端相连,所述两个并联滤波电容C15、C1的另一端与第一TLV704芯片的GND引脚相连并接地;所述第一TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第一TLV704芯片的OUT引脚输出5V电压源,所述第一TLV704芯片的OUT引脚通过滤波电容C2接地;所述12V转3.3V电压转换电路为:所述第一TLV704芯片的IN引脚与第二TLV704芯片的IN引脚连接,所述第二TLV704芯片的IN引脚与GND引脚通过滤波电容C3相连,所述第二 TLV704芯片的GND引脚接地,所述第二TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第二TLV704芯片的OUT引脚输出3.3V电压源,所述第二TLV704芯片的 OUT引脚通过滤波电容C4接地;如图7所示,所述第二TLV704芯片的OUT 引脚输出的3.3V电压与电阻rp的一端连接,电阻rp的另一端与发光二极管 power的一端连接,发光二极管power的另一端接地,构成电源指示灯。
所述12V锂电池输入电源的12V电压用于模拟量转RS485采集模块、雷达液位计、DTU连接电路供电,所述12V转5V电压转换电路输出的5V电压主要用于RS485收发电路供电,所述12V转3.3V电压转换电路输出的3.3V电压主要用于所述STM32单片机最小系统供电。
如图8所示,所述RS485收发电路为:MAX13487芯片的RO引脚通过电阻R3与所述STM32单片机的PB11引脚相连,所述MAX13487芯片的DI引脚通过电阻R6与STM32单片机的PB10引脚相连,所述MAX13487芯片的引脚与引脚均与5V电源相连,所述MAX13487芯片的GND引脚与第二 AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的A引脚与电阻R8的一端相连,所述电阻R8的另一端与5V电源相连,所述MAX13487芯片的B引脚与电阻R1的一端连接,所述电阻R1的另一端与第二AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的VCC引脚与5V电源相连并通过电容C10与第二 AOD4184芯片的漏极D连接;所述STM32单片机的PB10、PB11引脚为串口 USART3的TX和RX引脚,实现了串口通讯功能,模拟量转RS485采集模块将雷达液位计传输的4-20mA液位信号处理后转为RS485信号,然后RS485信号经过所述RS485收发电路与STM32单片机进行串口通信。
如图9所示,所述浮球信号中断触发电路为:所述74HC14芯片的第一通道和第二通道作为浮球信号中断的两路输入输出口,即第一通道为74HC14芯片的 INT1引脚、INT-IO1引脚,第二通道为74HC14芯片的INT2引脚、INT-IO2引脚,所述74HC14芯片的INT1引脚为浮球开关1动作信号的输入引脚且与开关输入插座的2号引脚相连;所述74HC14芯片的INT2引脚为浮球开关2动作信号的输入引脚且与开关输入插座的4号引脚相连;所述74HC14芯片的7号引脚接地且14号引脚与3.3V电源相连,同时所述74HC14芯片的14号引脚通过滤波电容C11接地,防止通过电源引入的干扰和寄生振荡;如图10所示,所述开关输入插座中2号引脚、4号引脚分别为浮球开关1、浮球开关2的信号输入接口,所述开关输入插座的1号引脚与3号引脚接地,所述开关输入插座的2号引脚通过上拉电阻R11与3.3V电源相连,所述开关输入插座的4号引脚通过上拉电阻R12与3.3V电源相连;所述74HC14芯片的INT-IO1引脚为浮球开关1 动作信号所对应中断信号的输出接口且与STM32单片机的PB6引脚相连,浮球开关1的动作信号经所述74HC14芯片反相输出至所述STM32单片机,所述 74HC14芯片的INT-IO2引脚为浮球开关2动作信号所对应中断信号的输出接口且与STM32单片机的PB7引脚相连,浮球开关2的动作信号经所述74HC14芯片反相输出至所述STM32单片机。
所述MOS关断电路包括MOS1关断电路和MOS2关断电路,所述MOS1 关断电路的芯片为第一AOD4184芯片和AOD4185芯片,第一AOD4184芯片为N沟道场效应管,AOD4185芯片为P沟道场效应管,所述MOS2关断电路的芯片为第二AOD4184芯片,第二AOD4184芯片为N沟道场效应管,如图12 所示,所述MOS1关断电路为:第一AOD4184芯片的栅极G通过电阻RQ1-2 与STM32单片机的PA7引脚相连,PA7引脚作为MOS1关断电路的控制信号输出引脚,所述第一AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RQ1-1,AOD4185芯片的栅极G与第一AOD4184芯片的漏极D相连,所述AOD4185芯片的源极S与电池供电电路的12V电压IN+引脚相连,所述 AOD4185芯片的栅极G与源极S之间连接有电阻RQ2-1,所述AOD4185芯片的漏极D作为12V电压信号输出V-out信号并用于控制模拟量转RS485采集模块和DTU连接电路的启停;如图11所示,MOS2关断电路为:第二AOD4184 芯片的栅极G与STM32单片机的PA6引脚相连,PA6引脚作为MOS2关断电路的控制信号输出引脚,所述第二AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RM2,所述第二AOD4184芯片的漏极D与所述RS485收发电路连接,用于输出电压信号并控制所述RS485收发电路的启停。
如图13所示,所述DTU连接电路为:所述DTU连接电路的12号引脚与所述MOS1关断电路的AOD4185芯片的漏极D相连,所述DTU连接电路的11 号引脚接地,所述DTU连接电路的10号引脚为串口发送端口且与STM32单片机的PA2引脚连接,所述DTU连接电路的9号引脚为串口接收端口且与STM32 单片机的PA3引脚连接,实现DTU连接电路与所述STM32单片机的串口通信。进一步,所述DTU连接电路的GPRS DTU芯片的型号为TAS-E16-V,TAS-E16-V 与所述STM32单片机进行串口通信,负责将液位数据等上传到物联网云平台进行显示。
如图14所示,模拟量转RS485采集模块与RS485收发电路之间连接有采集模块连接电路,所述采集模块连接电路A1引脚连接模拟量转RS485采集模块的485A输出引脚,B1引脚连接模拟量转RS485采集模块的485B输出引脚, 3号引脚连接地,4号引脚连接所述MOS1关断电路的AOD4185芯片的漏极D;进一步,所述模拟量转RS485采集模块负责将雷达液位计的输入信号转为485A、 485B信号;所述雷达液位计的型号为VEGAPULS WL 61,液位值输出为4-20mA 信号,送至模拟量转RS485采集模块转换;进一步,所述采集模块连接电路A1 引脚连接所述RS485收发电路中MAX13487芯片的A引脚,B1引脚连接所述 RS485收发电路中MAX13487芯片的B引脚。
如图15所示,在常用的调试下载方式JTAG和SWD中选择四线SWD调试下载方式,具体为,所述SWD串行调试接口的4号引脚接3.3V电源,所述SWD 串行调试接口的1号引脚接地,所述SWD串行调试接口的2号引脚SWCLK与所述STM32单片机的PA13引脚连接,所述SWD串行调试接口的3号引脚 SWDIO与所述STM32单片机的PA14引脚连接。
雷达液位计能够实时感知窨井的液位值;浮球开关1、浮球开关2能够感知液位所达到的高度,产生动作信号传输至STM32单片机,使系统更换工作模式;进一步说,STM32单片机能够通过MOS关断电路关闭其它耗能电路及设备,减少系统的功耗,DTU连接电路能够将STM32单片机处理后的液位数据、电池电压、浮球开关状态、故障码上传到物联网云平台中进行实时显示,实现远程监测,并能够显示报警信息。
在软件程序设计上,本发明包括数据采集主程序和中断程序两个部分:数据采集主程序包括液位数据、电池电压、浮球开关状态、故障码数据四个子程序,共分为三个采集模式,正常工作模式、黄色预警模式、红色预警模式,分别对应的采样周期为6小时、5分钟、1分钟;中断程序包括浮球开关1中断和浮球开关2中断子程序,系统进行模式切换由液位值与外部浮球是否动作决定,通过高优先级中断进行处理,浮球开关1放置于窨井1/2位置,用于触发黄色预警模式,浮球开关2放置于窨井2/3位置,用于触发红色预警模式。
如图16为本发明的数据采集主程序流程图,系统上电后,进行初始化,包括SysTick系统嘀嗒时钟、RTC实时时钟、GPIO端口配置、串口初始化、MOS 控制信号端口输出高电平使RS485收发电路、DTU连接电路、模拟量转RS485 采集模块开启,默认采集周期为6个小时,即默认开机为正常工作模式,采集时间未到则系统等待上位机发送查询报文,系统处于待机模式,等待采集时刻到达进行唤醒。6小时内若无中断产生,则系统开启正常采集模式,上位机通过串口3发送查询报文,系统进行液位计4-20mA电流、电压信号的采集,通过模拟量转RS485采集模块转换信号后送入STM32单片机处理并存储,若电流小于 4mA,说明液位计出现故障,则产生报文,对应位输出故障码0001;反之,液位计工作正常,此位产生的报文为0000。由于中断信号是由外部浮球开关是否动作产生,无中断产生说明液位未达到外部浮球开关所在预警位置,系统在两个浮球预警对应位输出报文0000。此时,系统产生响应报文中的寄存器数据包括电流值、电压值、浮球2指示、浮球1指示、液位计故障指示,通过串口2 连接GPRS DTU芯片发送至上位机。一个采集周期的数据采集发送完成,STM32 单片机对应MOS控制端口复位,输出低电平,MOS关断电路控制相应RS485 收发电路、DTU连接电路、模拟量转RS485采集模块停止工作,减少能耗。系统进入停机模式,等待下一个采集周期唤醒或外部浮球开关中断唤醒,继续进行数据采集。
如图17为本发明的中断程序流程图,系统默认为正常采集模式,6小时采集发送数据一次,此时液位应处于窨井1/2以下。当液位继续上涨至超过1/2黄色预警位置或2/3红色预警位置,此时浮球开关动作,产生开关信号,上升沿触发,使系统进入中断。系统进入中断响应后,首先清除此中断的标志位,执行系统复位,重新初始化各配置,并保存系统参数。进行判断中断来源,若由外部中断线EXTI_Line6产生,则为PA6引脚所连的浮球开关动作,说明液位超过 1/2位置,进入黄色预警模式,对应位输出浮球信号报文0001,设置RTC闹钟唤醒时间即采集时间为5分钟,保存参数,转入初始化后的主程序,以间隔5 分钟的周期进行采集;若由外部中断线EXTI_Line7产生,则为PA7引脚所连的浮球开关动作,说明液位超过2/3位置,进入红色预警模式,对应位输出浮球信号报文0001,设置RTC闹钟唤醒时间即采集时间为1分钟,保存参数,转入初始化后的主程序,以间隔1分钟的周期进行采集。
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,包括:STM32单片机最小系统电路,所述STM32单片机最小系统电路分别与浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、电池供电电路连接,所述STM32单片机最小系统电路用于计算、处理数据;电池供电电路,所述电池供电电路与STM32单片机最小系统电路、浮球信号中断触发电路、MOS关断电路、RS485收发电路、DTU连接电路、模拟量转RS485采集模块相连且用于为各个电路和模块供电;RS485收发电路,所述RS485收发电路与模拟量转RS485采集模块、电池供电电路、MOS关断电路、STM32单片机最小系统电路相连,所述RS485收发电路用于将采集到的RS485信号传输至STM32单片机最小系统电路;浮球信号中断触发电路,所述浮球信号中断触发电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、浮球开关1、2相连,所述浮球信号中断触发电路用于识别浮球开关1、2的开关状态并向STM32单片机最小系统电路发送中断触发信号;MOS关断电路,所述MOS关断电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、DTU连接电路、RS485收发电路、模拟量转RS485采集模块相连,所述MOS关断电路用于控制DTU连接电路、RS485收发电路、模拟量转RS485采集模块的启停;DTU连接电路,所述DTU连接电路与STM32单片机最小系统电路、电池供电电路、MOS关断电路相连,所述DTU连接电路是用于将STM32单片机最小系统电路的数据传输到物联网云平台的电路;模拟量转RS485采集模块,所述模拟量转RS485采集模块与雷达液位计、电池供电电路、RS485收发电路、MOS关断电路相连,所述模拟量转RS485采集模块用于采集雷达液位计的液位信号模拟量和电池电压模拟量并将所述模拟量转化为RS485信号。
2.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述STM32单片机最小系统电路为:串联电容C9、C12与晶振X1、电阻R4并联并组成振荡电路,所述振荡电路的两端分别与STM32单片机的PD0_OSC_IN、PD1_OSC_OUT高速外部引脚连接,电容C9、C12的公共端接地;3.3V电源通过电阻R7、电容C11的串联接地并组成上电复位电路,STM32单片机的NRST引脚与电阻R7、电容C11的公共端相连;STM32单片机的BOOT0引脚接地;3.3V电源与三个并联电容C5、C6、C7的一端连接,三个并联电容C5、C6、C7的另一端接地并组成STM32单片机的供电滤波电路;所述STM32单片机的所有VDD引脚与3.3V电源相连,所有VSS引脚接地。
3.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,电池供电电路为通过电压转换电路将12V锂电池的输入电源转化为5V、3.3V电源的供电电路;电池供电电路分为12V转5V电压转换电路、12V转3.3V电压转换电路,所述12V转5V电压转换电路为:12V锂电池1引脚接地,12V锂电池2引脚与二极管D1的正极相连,所述二极管D1的负极与第一TLV704芯片的IN引脚连接,所述二极管D1的负极与两个并联滤波电容C15、C1一端相连,所述两个并联滤波电容C15、C1的另一端与第一TLV704芯片的GND引脚相连并接地;所述第一TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第一TLV704芯片的OUT引脚输出5V电压源,所述第一TLV704芯片的OUT引脚通过滤波电容C2接地;所述12V转3.3V电压转换电路为:所述第一TLV704芯片的IN引脚与第二TLV704芯片的IN引脚连接,所述第二TLV704芯片的IN引脚与GND引脚通过滤波电容C3相连,所述第二TLV704芯片的GND引脚接地,所述第二TLV704芯片的两个NC引脚悬空,所述第二TLV704芯片的OUT引脚输出3.3V电压源,所述第二TLV704芯片的OUT引脚通过滤波电容C4接地。
4.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述RS485收发电路为:MAX13487芯片的RO引脚通过电阻R3与所述STM32单片机的PB11引脚相连,所述MAX13487芯片的DI引脚通过电阻R6与STM32单片机的PB10引脚相连,所述MAX13487芯片的引脚与引脚均与5V电源相连,所述MAX13487芯片的GND引脚与第二AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的A引脚与电阻R8的一端相连,所述电阻R8的另一端与5V电源相连,所述MAX13487芯片的B引脚与电阻R1的一端连接,所述电阻R1的另一端与第二AOD4184芯片的漏极D相连,所述MAX13487芯片的VCC引脚与5V电源相连并通过电容C10与第二AOD4184芯片的漏极D连接。
5.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述浮球信号中断触发电路为:所述74HC14芯片的INT1引脚为浮球开关1动作信号的输入引脚且与开关输入插座的2号引脚相连;所述74HC14芯片的INT2引脚为浮球开关2动作信号的输入引脚且与开关输入插座的4号引脚相连;所述74HC14芯片的7号引脚接地且14号引脚与3.3V电源相连,同时所述74HC14芯片的14号引脚通过滤波电容C11接地;所述开关输入插座中2号引脚、4号引脚分别为浮球开关1、浮球开关2的信号输入接口,所述开关输入插座的1号引脚与3号引脚接地,所述开关输入插座的2号引脚通过上拉电阻R11与3.3V电源相连,所述开关输入插座的4号引脚通过上拉电阻R12与3.3V电源相连;所述74HC14芯片的INT-IO1引脚为浮球开关1动作信号所对应中断信号的输出接口且与STM32单片机的PB6引脚相连,所述74HC14芯片的INT-IO2引脚为浮球开关2动作信号所对应中断信号的输出接口且与STM32单片机的PB7引脚相连。
6.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述MOS关断电路包括MOS1关断电路和MOS2关断电路,所述MOS1关断电路为:第一AOD4184芯片的栅极G通过电阻RQ1-2与STM32单片机的PA7引脚相连,PA7引脚作为MOS1关断电路的控制信号输出引脚,所述第一AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RQ1-1,AOD4185芯片的栅极G与第一AOD4184芯片的漏极D相连,所述AOD4185芯片的源极S与电池供电电路的12V电压IN+引脚相连,所述AOD4185芯片的栅极G与源极S之间连接有电阻RQ2-1,所述AOD4185芯片的漏极D作为12V电压信号输出V-out信号并用于控制模拟量转RS485采集模块和DTU连接电路的启停;MOS2关断电路为:第二AOD4184芯片的栅极G与STM32单片机的PA6引脚相连,PA6引脚作为MOS2关断电路的控制信号输出引脚,所述第二AOD4184芯片的源极S接地且栅极G与源极S之间连接有电阻RM2,所述第二AOD4184芯片的漏极D与所述RS485收发电路连接,用于输出电压信号并控制所述RS485收发电路的启停。
7.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述DTU连接电路为:所述DTU连接电路的12号引脚与所述MOS1关断电路的AOD4185芯片的漏极D相连,所述DTU连接电路的11号引脚接地,所述DTU连接电路的10号引脚为串口发送端口且与STM32单片机的PA2引脚连接,所述DTU连接电路的9号引脚为串口接收端口且与STM32单片机的PA3引脚连接。
8.根据权利要求1所述基于STM32的低功耗窨井液位监测与报警系统,其特征在于,所述系统具有3种工作方式,根据窨井液位处于不同的高度分为正常工作模式、黄色预警模式和红色预警模式,数据采样周期分别为6小时、5分钟、1分钟;液位上升至窨井1/2位置时触发STM32单片机的浮球开关1中断子程序,系统变为黄色预警模式,液位上升至窨井2/3位置时触发STM32单片机的浮球开关2中断子程序,系统变为红色预警模式。
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