CN114199344A - 一种非接触式雷达水位测量装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种非接触式雷达水位测量装置，包括外壳组件、测量控制器、供电部件、微波天线，测量控制器置于外壳组件内，供电部件与测量控制器电性连接，外壳组件包括底壳、外盖、内盖，测量控制器包括数据采集单元、通信单元、控制处理单元，数据采集单元设置有雷达模块；数据采通信集单元、通信单元、控制处理单元分别集成在PCB基板上，相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接；微波天线由半球透镜和天线外壳组成，并置于雷达模块的正下方。通过将测量控制器、供电部件、微波天线集为一体，并采用优化后的雷达波进行非接触式测量，实现了非接触方式下的水位测量、通信传输、数据存储、电能供应及装置外壳一体化，可应用于多种野外水位测量场景。

Description

一种非接触式雷达水位测量装置

技术领域

本发明涉及一种水位测量装置，特别涉及一种非接触式雷达水位测量装置。

背景技术

城市的防洪规划是城市发展必要的工作，防洪的首要工作即是监测，对水位或者流量的监测，为了实时监测或者预判水位的变化，目前是采用水位测量装置来采集水位数值，通过数值比较即可知道水位变化。目前市面上的水位采集装置主要是接触式结构，接触式水位监测装置的测量精度和寿命容易受到水质影响，特别是腐蚀性强的污水，导致接触式水位监测装置的使用场景受到了一定的限制。

发明内容

发明的目的就在于提供一种非接触式雷达水位测量装置，它是通过在外壳组件内安装测量控制器，并通过微波天线对雷达波束进行优化，在非接触的方式下即可实现水位的精准测量及数据传输。

为了实现上述目的，发明采用的技术方案是这样的：一种非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：包括外壳组件、测量控制器、供电部件、微波天线，供电部件与测量控制器电性连接，所述外壳组件包括底壳、外盖、内盖，所述测量控制器包括数据采集单元、通信单元、控制处理单元，所述数据采集单元设置有雷达模块；数据采集单元、通信单元、控制处理单元分别集成在PCB基板上，相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接；所述微波天线设置在底壳的底板上，并置于雷达模块的正下方；所述微波天线为半球透镜，半球透镜的平面紧贴底壳下部的内表面；并通过天线外壳进行固定；所述天线外壳的外表面均匀排布有数个环形台阶，所述天线外壳的内表面为与半球透镜相适配的内凹弧面，天线外壳与半球透镜配合后，天线外壳内表面与半球透镜之间有间隙。

当雷达水位测量装置投入使用状态后，雷达模块发出的雷达波通过微波天线进行波束优化，雷达波的方向性增强，提高了雷达波的穿透性能。数据采集单元所采集的数据输出至控制处理单元，通过控制处理单元进行数据存储及数据处理，同时通过通信单元将处理后的采集数据向外端发送，实现非接触式的水位测量及数据传输。

优选的，所述通信单元包括通讯模块、SIM卡，通讯模块上有SIM卡接口；所述控制处理单元包括微处理器、调试接口、数据传输接口、电源接口。所述测量控制器通过天线接头连接全网通信天线。

通过以上进一步的优化，实现了水位测量装置中控制程序的下载及功能升级或修复。

优选的，所述供电部件包括锂电池，锂电池与电源接口线连；锂电池还连接有充电控制器，充电控制器上设置有充电管理接口、锂电池接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；充电控制器连接有防水航空插头，防水航空插头的一端通过线缆连接到外接电源。

通过以上进一步的优化，通过外接电源对锂电池的充电控制，实现供电部件对水位测量装置所需电能的持续补充。

优选的，所述控制处理单元还包括JTAG接口，JTAG接口分为主接口和辅助接口。

通过以上进一步的优化，实现程序下载时或者对水位测量装置的功能升级及功能修复的接口选择，提升水位测量装置运行效率。

优选的，所述调试接口为蓝牙调试接口，并在控制处理单元设置有与蓝牙调试接口对应的蓝牙模块，所述控制处理单元上还包括有状态指示灯接口，状态指示灯接口外接状态指示灯。

通过以上进一步的优化，方便对蓝牙模块运行状态的进行测试，实现短距离无线通信。同时增加状态指示灯接口，以实现在调试工作中，能通过外接的调试灯直接了解调试状态。

优选的，所述控制处理单元还包括至少三个信号指示灯；每个信号指示灯的颜色不同；所述内盖上设置有导光柱，所述导光柱为透明材料制成，导光柱的上部穿过内盖，下部置于指示灯的正上方；并在外盖上与导光柱相应的位置设置有透视窗口。

增加指示灯的功能在于，通过指示灯能直观的了解用以显示电源、网络、蓝牙等信号的状态，由于测量控制器内置于外壳组件内，通过导光柱将信号指示灯的光亮信息传递到组件外壳外部，更能直观的了解电源、网络、蓝牙等是否接通。

优选的，所述测量控制器中，控制处理单元与数据采集单元之间的连接器为板载连接器，板载连接器为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；所述控制处理单元与通信单元之间的连接器为排针连接器，排针连接器为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。

进一步的，所述底壳内部设置有挡板，挡板将底壳内部分隔成第一容置部和第二容置部；与底壳内部第一容置部相配合的内盖为第一内盖，与底壳内部第一容置部相配合的内盖为第二内盖，外盖上还设置有透气孔。

与现有技术相比，发明的优点在于：

1.本发明的测量控制器是将数据采集单元、通信单元、控制处理单元集成为测量控制器，并置于外壳组件内，同时在测量控制器的正下方设置微波天线，其中微波天线由天线外壳和半球透镜组成，对雷达波束进行进行二次优化，使得能够发射到被测物表面的雷达波更多，扩大了有效的测量波束，得到的有效测量数据也就更多，提高了测量精度。本发明采用雷达波非接触式测量，不受温度、湿度、杂质气泡等外界环境影响，可连续测量渠道水位、瞬时流量和累计流量。实现了非接触方式下的水位测量、流量计算、通信传输、数据存储、电能供应及装置外壳一体化。

2.本发明中测量控制器的控制处理单元设有数据传输接口，可以通过数据传输接口外接显示设备读取设备运行日志信息，同时也可以通过数据传输接口下载升级程序，并通过调试接口外接调试端进行功能调试；还可以先通过JTAG接口下载程序，实现水位测量装置功能的原始设置；当水位测量装置投入使用状态后，水位测量装置的功能功能升级或者功能修复等可以通过数据传输接口进行程序下载予以实现。

3.本发明的外壳组件包括底壳、外盖、内盖，外盖与底壳的上端外沿配合，内盖与底壳的上端内沿配合，通过外盖、内盖与底壳的双重配合，对置于底壳内的测量控制器起到了多重保护。

4.本发明内置锂电池，设置有防水航空接头，可以外接市电、太阳能电池板或者其他供电装置给锂电池进行充电，实现水位测量装置的电能持续供应，安装便捷、维护简易；可用于应用于灌区信息化、农业灌溉干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠等输水渠道的多种野外水位流量监测场景。

附图说明

图1为本发明中外壳组件的结构图；

图2为本发明的结构示意图；

图3为本发明中测量控制器的结构图；

图4为本发明中微波天线的结构示意图；

图5为本发明中微波天线的半剖视图。

图中：外壳组件1、测量控制器2、供电部件3、微波天线4、天线接头5、防水航空插头6、导光柱7、底壳1-1、连接部1-2、挡板1-3、第二内盖1-4、外盖1-5、第一内盖1-6、防水垫圈1-7、透气孔1-8、第二容置部1-9、第一容置部1-10、通信单元2-1、SIM卡接口2-11、通信天线接口2-12、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3、排针连接器2-4、板载连接器2-5、蓝牙调试接口2-21、蓝牙模块2-22、数据传输接口2-23、状态指示灯接口2-24、辅助接口2-25、干簧管接口2-26、信号指示灯2-27、主接口2-28、微处理器2-29、电源接口2-210、雷达模块2-31、半球透镜4-11、天线外壳4-12。

具体实施方式

为使发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合发明实施方式中的附图，对发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，发明可以有各种更改和变化。基于发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于发明保护的范围。

在发明中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在发明中的具体含义。下面将结合附图和具体实施对发明作进一步说明。

参见图1、图2，一种非接触式雷达水位测量装置，包括外壳组件1、测量控制器2、供电部件3、微波天线4；供电部件3与测量控制器2电性连接，参见图2、图3，测量控制器2包括通信单元2-1、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3，通信单元2-1、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3分别集成在PCB基板上，根据水位测量装置的功能需求，测量控制器2可以有多个PCB基板。在本实施例中，通信单元2-1集成在第一PCB基板上，控制处理单元2-2成在第二PCB基板上，数据采集单元2-3集成在第三PCB基板上，通信单元2-1包括通信天线接口2-12、SIM卡，通信天线接口2-12通过天线接头5外接全网通信天线；控制处理单元2-2包括微处理器2-29、调试接口、数据传输接口2-23、电源接口2-210、干簧管接口2-26，干簧管接口2-26连接干簧管；当强磁开关靠近干簧管时，水位测量装置即可被激活。数据采集单元2-3设置有雷达模块2-31，测量控制器2置于外壳组件1内，其中雷达模块2-31位置朝下。通信单元2-1通讯模块、SIM卡，通讯模块上设计有SIM卡接口2-11；将SIM卡插入SIM卡接口2-11上，通过SIM卡接入网络，实现远程数据通信。相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接，以实现通信单元2-1、控制处理单元2-2及数据采集单元2-3之间的信号、电流的连接。其中，控制处理单元2-2与数据采集单元2-3之间的连接器为板载连接器2-5，板载连接器2-5为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；控制处理单元2-2与通信单元之间的连接器为排针连接器2-4，排针连接器2-4为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。测量控制器2通过数据传输接口2-23外接程序编辑设备进行程序下载，将流量的计算公式或者是模型编写成控制程序烧写入微处理器2-29中，通过微处理器2-29将测量的水位数据进行存储、水位数据预处理，同时根据控制程序进行流量计算，然后将水位数据或/和流量数据通过通信单元2-1传输给终端接收装置。

为了进一步说明本实施例中测量控制器2的工作原理，对测量控制器2中所涉及的元器件进行了具体定义和描述，在本实施例中，微处理器包括微处理芯片STM32L4R5；雷达模块2-31主要包含雷达传感器、电平转换芯片，雷达传感器包括雷达捷变收发芯片A111。微处理芯片STM32L4R5连接有电源系统；微处理芯片STM32L4R5分别连接雷达捷变收发芯片A111、电源转换电路和通讯模块，电源转换电路与雷达捷变收发芯片A111、通讯模块连接；电源转换电路包括锂电池和开关电压调节芯片TPS78233，通讯模块有通讯电路，通讯电路包括CAT1远传通讯电路。CAT1远传通讯电路包括CAT1模块A7670，微处理芯片STM32L4R5连接CAT1模块A767。CAT1模块A7670连接SIM卡。微处理芯片STM32L4R5的25和26引脚分别连接至CAT1模块A7670C的15和16引脚，微处理芯片STM32L4R5的54引脚通过三极管AP2305控制CAT1模块A7670的电源。微处理芯片STM32L4R5的29、32、35、36、37、47、48、51引脚分别连接至雷达捷变收发芯片A111的通信和控制引脚。从而实现微处理芯片STM32L4R5与雷达捷变收发芯片A111的数据通信和指令传输，微处理芯片STM32L4R5具有极低的功耗和不错的性能，所需执行的任务包括通信、液位数据接收和计算等。雷达捷变收发芯片A111能够驱动发出微波信号，微波信号的传播速度为固定值，即光速c，因此，雷达捷变收发芯片A111通过接收天线接收经液面反射而回的微波信号后，收发所用时间为t，便可经雷达捷变收发芯片A111处理并由微处理芯片STM32L4R5进行运算得出液面高度，实际上先计算出的是液位计至液面的距离s，具体计算公式为s＝ct/2，再由安装时液位计架设高度，减去s，即可推算出液位高度。当然，此原理性说明中，我们将液位计视为一点，目的是便于理解，在实际的距离计算中可能需要考虑其收发天线的具体高度，以使结果更准确 。在通信单元2-1中有电平转换电路，电平转换电路将通讯模块中的通信芯片输出信号的电平转换为和微处理芯片STM32L4R5的电平一致，使通讯模块和微处理芯片STM32L4R5之间的通信正常进行。通过通信天线接口外接通信天线实现水位测量装置通信信号的接收和发送。在测量控制器2中，雷达模块2-31实现雷达波的产生、发送、接收以及数据初步处理；电平转换芯片将雷达模块2-31输出信号的电平转换为和微处理芯片STM32L4R5电平一致，使雷达模块2-31和微处理芯片STM32L4R5之间的通信正常进行。需要说明的是，上述仅仅是对于测量控制器2中各元器件的具体型号及具体的电性连接关系的描述，本领域技术人员应该知悉，本申请并不受所描述的元器件具体型号及具体电性连接关系的限制，因为依据本申请，某一些其他元型号的器件可以采用其他电性连接关系达到同样的效果。说明书中所描述的实施例均属于优选实施例，不能以此来限定本发明的权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。

请继续参见图2、图3，供电部件3包括锂电池，还包括开关电压调节芯片TPS78233，开关电压调节芯片TPS78233与肖特基二极管D1及若干电阻、电感、电容组成3.3V电路。锂电池与电源接口2-210线连；实现对测量控制器2的电能供应。锂电池还连接有充电控制器，充电控制器上设置有充电管理接口、锂电池接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；充电控制器连接有防水航空插头6，防水航空插头6的一端通过线缆连接到外接电源。通过防水航空插头外接电源，外接电源可以是市电、太阳能电池板，或者其他电能供应装置。水位测量装置的应用场景一般会受到水位测量作业环境的限制，如果渠道或者是河流旁边设置有站房，铺设有市电，水位测量装置则可通过防水航空插头6与市电插座线连，为锂电池充电，实现电能供应。而如果河流或者渠道处于偏远的野外，市电不易取得，则会要求水位测量装置适应野外作业环境，因此需要通过太阳能电池板提供电能供应。太阳能电池板作为充电管理芯片的输入端，锂电池为充电管理芯片的输出端，充电管理芯片内有ADC模块及微控制单元MCU，在微控制单元MCU中有电压采集模块；ADC模块采集锂电池的电压模拟信号，并将输入的模拟信号转换成为数字信号，然后将数字信号传输给微控制单元MCU；微控制单元MCU通过采集到的锂电池电压信息对锂电池进行充电控制；当电压低于在电压采集模块中设定的电压充电阈值时，则微控制单元MCU控制充电管理芯片通过太阳能电池板对锂电池进行充电，当锂电池的电量处于满格状态，则停止充电，这样实现对锂电池的电能补充，解决了水位测量装置野外使用的电能供应问题。

参见图1、图2，外壳组件1包括底壳1-1、外盖1-5、内盖，底壳1-1为上端开口的圆柱腔体，测量控制器2、锂电池、充电控制器置于底壳1-1内。微波天线4置于在底壳1-1的底板上，并位于雷达模块2-31的正下方。请继续参见图5，微波天线4由半球透镜4-11和天线外壳4-12组成，半球透镜4-11的表面粗糙度小于等于3.2μm，半球透镜4-11的平面紧贴底壳1-1底部表面；并通过天线外壳4-12进行固定。天线外壳4-12采用ABS材料制成，在天线外壳4-12的外表面均匀排布有数个环形台阶，天线外壳4-12的内表面为与半球透镜相适配的内凹弧面；并在其两端设置有护耳。具体的，在安装时，微波天线4置于测量控制器2中雷达模块2-31的正下方，通过螺钉穿过护耳将天线外壳4-12固定在底壳1-1上，天线外壳4-12内表面与半球透镜4-11之间留有间隙。

雷达波穿过单一半球透镜的原理为：雷达芯片发出的雷达波束为圆锥形，雷达波能穿过半球透镜，通过半球透镜表面形状和折射率n，调节雷达电磁波的相速以获得辐射口径上的平面波。雷达电磁波具有波粒二象性，在其传输的过程中，经过不平行的不同介质时，会发生折射现象。半球透镜内里厚，边缘薄，雷达电磁波透过半球透镜时受到压制。这种压制在半球透镜中心作用比较明显，压制的路径就长；而在半球透镜的边缘压制作用就弱，压制路径就短。这种压制产生的结果就是将球面波经过半球透镜作用后形成了平面波，电磁辐射的方向性增强，提高了雷达波的穿透性能。

本发明中所采用的微波天线是由半球透镜4-11和天线外壳4-12组成，其对雷达波的优化相较于单一半球透镜发生了变化。具体的，雷达波穿过微波天线的原理为：雷达发射面相对于要探测的或被测量的物体来说，都是一个点源。在实施例中，雷达模块发射雷达波，雷达波发射出来时是处于散射状态，雷达波首先经过天线外壳4-12，天线外壳4-12的数个环形台阶在反射部分散射波的同时也改变了部分散射波的发射方向，使部分散射波在穿过天线外壳4-12时向内改变发射方向，进而使得更多的雷达波有机会穿过位于固定壳内部的半球透镜4-11；当雷达波雷再经过半球透镜4-11时，半球透镜4-11再次对雷达波进行了二次优化，产生更多的平行波，平行波速再穿过外壳的底板发射到被测物表面。本发明中经过对雷达波的二次优化，使得能够发射到被测物表面的雷达波更多，扩大了有效的测量波束，得到的有效测量数据也就更多。众所周知，对任意雷达发出的信号相对要探测的方位的物体来说都是一个点源，通过被探测物体的任意点到雷达的任意点都不是一个恒定值，因此，雷达是通过返回测量的统计值来标定要确定的物体的。结合本发明，雷达波被被测物表面逆反射回来，再经过半球透镜4-11及天线外壳4-12聚焦。然后再对所接收反射信号来进行测量，以得到所需的测量值。

需要说明的是，天线外壳4-12外表面设置的环形台阶越多，通过环形台阶改变雷达波发射方向进而入射到半球透镜中的雷达波就越多，获得的有效的测量波束就越多，使得得到的有效测量数据也就更多，测量精度就更精确。水位测量装置在具体使用过程中可以适应性设置环形台阶的数量。因此依本发明权利要求所作的等同变化及仅仅环形台阶数量的变化，仍属本发明所涵盖的范围。

再者，雷达芯片和微波天线4的距离越远，半球透镜4-11的直径越大，越容易收到外界环境干扰。为了保证半球透镜4-11对雷达波束的优化效果，对于雷达模块2-31与半球透镜4-11的距离，以及半球透镜4-11的直径选择，只需要保证将雷达波全部通过半球透镜4-11发射出去即可。

一般情况下，水位测量装置是安装在野外潮湿的环境中，如果是将微波天线4安装在底壳的外部，在长期的使用过程中，微波天线4会受到粉尘及水汽等环境因素的影响，在对雷达波进行优化时引起雷达波扭曲或者延迟，影响微波天线4对雷达波的优化效果；而当雷达波的反射信号发射回来时，也就会带来更多的测量误差。进而影响到测量精度。本发明中，将微波天线4设置在底壳1-1内，避免了环境因素对天线造成影响，保证雷达波的优化效果；进一步的保证了水位测量装置的测量精度。解决了在达到非接触式测量目的的同时保证测量精度的技术问题。同时，雷达波是先被半球透镜4-11及天线外壳4-12进行二次优化后再穿过底壳1-1底板发射到被测物表面；使得入射到半球透镜4-11的雷达波更多，能取得更多的有效测量数据，这样即使是减小微波天线4的设计尺寸，也能够对被测物进行有效的测量。保证了水位测量装置在雷达波有较好的优化效果的基础上可以做到减小设计尺寸，真正做到了水位测量装置在实现一体化结构的基础上减小了设备的尺寸。

请继续参见图2，外盖1-5与底壳1-1的上端外沿配合，内盖与底壳1-1的上端内沿配合，底壳1-1与外盖1-5、内盖配合后，内盖位于底壳1-1与外盖1-5之间；在底壳1-1与外盖1-5之间设置有防水垫圈1-7，外盖1-5上还设置有透气孔1-8、防水套，并设置有与透气孔1-8配合透气膜。由于环境温度和压力的变化，水位测量装置在长期使用过程中，其内部环境与外部环境会形成压力差，通过在外壳上设置透气孔1-8，使得设备内部环境与外部环境相互连通，内外环境温度和压力平衡，保证雷达波不会出现变形的情况；同时又通过防水套、透气膜的作用，对设备起到防潮防水作用，提高了设备在野外作业的区域适应性，降低了设备由于环境因素而造成的设备故障。

雷达波需要穿透外壳进行液位测量，外壳的介电常数越小，雷达波穿透效果越好，常用的材料中ABS材质介电常数相对较小、耐腐蚀、强度高，与雷达使用环境相适应，所以普遍采用该材质。雷达波遇到障碍物时会发生反射、折射现象，导致雷达波功率损耗，底壳1-1越厚损失的功率越多，穿透的雷达波越少，测量量程和精度也就越低。因此，在保证结构强度和测量装置性能的前提下，为了使测量控制器2发出的雷达波有更好的穿透效果，所述底壳1-1的底板采用ABS材质制成，介电常数可选择为3.2～4.0F/m；底板厚度可选择为1.375～1.537mm，经过大量实验及矫正，底板选择介电常数3.4F/m、厚度为1.5mm的ABS材质制成效果最优。

请继续参见图1，进一步的，底壳1-1内部设置有挡板1-3，通过挡板1-3将底壳1-1内部空间分隔成第一容置部1-10和第二容置部1-9；测量控制器2置于第二容置部1-9内，微波天线安装在第二容置部1-9的底部；锂电池及充电控制器置于第一容置部1-10内。内盖设计成第一内盖1-6和第二内盖1-4，与第一容置部1-10相配合的内盖为第一内盖1-6，与第二容置部1-9相配合的内盖为第二内盖1-4。通过将测量控制器2与锂电池、充电控制器分开设置、固定，避免长期使用过程中，锂电池、充电控制器、测量控制器2发生碰撞，降低设备故障率，延长设备使用寿命。

为了使外盖1-5与底壳1-1之间更好的配合连接，在底壳1-1的上部设置了连接部1-2，连接部1-2设计为多边形，相对应的，外盖1-5也设计成与连接部1-2相对应的多边形，连接部1-2上设置有数个螺纹连接孔，通过螺纹连接实现将底壳1-1与外盖1-5固定于一体。方便雷达水位测量装置安装防护装置或安装在测桥上。

参见图3，进一步的，控制处理单元2-2还包括JTAG接口，JTAG接口分为主接口2-28和辅助接口2-25，主接口2-28用于外接程序编辑设备，辅助接口2-25用于选择是否通过JTAG接口进行程序下载。辅助接口2-25由两个金属插针组成，当两个金属插针短路连接时，辅助接口2-25处于短接状态时，测量控制器2则通过数据传输接口2-23下载程序，当两个金属插针未连通时，辅助接口2-25处于断接状态时，测量控制器2则通过JTAG接口进行程序下载。测量控制器2在使用过程中，可以先通过JTAG接口下载程序，来实现水位测量装置功能的原始设置，而当水位测量装置投入使用状态后，不需要下载大量程序时，水位测量装置的功能升级或者功能修复等可以通过数据传输接口2-23进行程序下载予以实现。

请继续参见图3，进一步的，调试接口为蓝牙调试接口2-21，并在控制处理单元2-2设置有与蓝牙调试接口2-21对应的蓝牙模块2-22，蓝牙调试接口2-21通过线缆与电脑中的开发软件连接，测试蓝牙模块2-22的运行状态，实现短距离无线通信。测量控制器2可以实现短距离的信号收发及实现参数配置，当测量控制器2出现故障时，将移动终端置于蓝牙模块2-22的信号识别范围内，开启移动终端的蓝牙，即可进行故障查找工作。同时还在第二PCB基板上设置有状态指示灯接口2-24，状态指示灯接口2-24外接状态指示灯。水位测量装置运行运行期间，状态指示灯每秒闪烁一次，指示水位测量装置正常运行。

参见图2和图3，进一步的，在第二PCB基板上设置有信号指示灯2-27，信号指示灯2-27至少为三个，每个信号指示灯2-27的颜色不同，用以显示电源、网络、蓝牙等信号的状态，如当电源、网络、蓝牙接通后，电源信号指示灯、网络信号指示灯、蓝牙信号指示灯则处于点亮状态，否则，信号指示灯2-27则为熄灭状态。蓝牙指示灯在蓝牙激活后闪烁，蓝牙关闭后停止；网络指示灯在通讯模块正常联网情况下每秒闪烁一次，联网异常时熄灭。通过信号指示灯2-27的状态，即可判断电源、网络、蓝牙等是否接通。由于测量控制器2设置于底壳1-1内部，为了能直观的观察信号指示灯2-27的显示状态，在内盖上设置了导光柱7，导光柱7为透明材料制成的圆形柱体，导光柱7上部穿过内盖，并固定在内盖上，其下部置于信号指示灯2-27的正上方，信号指示灯2-27的光亮则可以传导至内盖上的导光柱7上部；同时，在外盖1-5上相应的位置设置有透视窗口；水位测量装置安装好后，通过透视窗口即可观察信号指示灯2-27的显示状态，能直观的了解电源、网络、蓝牙等是否接通。

当强磁开关靠近干簧管时，水位测量装置被激活，信号指示灯2-27亮起。如定义蓝牙信号指示灯为红色灯，当水位测量装置的蓝牙激活后会定时闪烁红色指示灯，断开蓝牙连接3分钟后水位测量装置会关闭蓝牙连接通道，即可退出配置模式。

需要说明的是，本申请中的第一内盖1-6、第二内盖1-4、外盖1-5分别与底壳1-1配合后对底壳1-1内部对元器件进行多层保护，具体来说是第一内盖1-6和第二内盖1-4与底壳1-1的配合形成了对底壳1-1内部的元器件起到了第一道防护，在底壳1-1与外盖1-5之间设置的防水垫圈对底壳1-1内部的元器件起到了第二道防护，底壳1-1与外盖1-5之间的配合对底壳1-1内部的元器件起到了第三道防护。本发明的具体产品是用于测量水位，其一般安装在潮湿的环境中，环境中的水汽对电子元器件会造成很大的损坏，通过底壳1-1与外盖1-5、第一内盖1-6、第二内盖1-4的配合，以及在外盖1-5之间安装防水垫圈实现了三层防护，避免了环境中水汽进入底壳1-1内部对元器件造成损伤。再者，为了方便在外盖1-5上开设透气孔1-8，透气孔1-8的作用是平衡水位测量装置内部环境与外部环境的气压、温度。参见图1、图2可以看出，外盖1-5是向外凸起，第一内盖1-6表面上设置有凹槽，底壳1-1与外盖1-5、第一内盖1-6、第二内盖1-4配合后，外盖1-5与第一内盖1-6、第二内盖1-4与之间有形成第一空间，该空间与外界环境通过透气孔连通，而第一内盖1-6、第二内盖1-4与底壳1-1配合后形成的第二空间则通过第一内盖1-6、第二内盖1-4与底壳1-1的微小的配合间隙与第一空间连通，进而实现第二空间的内部环境与外部环境的气压、温度平衡。水位测量装置属于精密测量仪器，雷达模块所处的环境中的温度及气压快速变化会对测量精度造成影响。本发明通过底壳1-1分别与外盖1-5、第一内盖1-6、第二内盖1-4配合，将底壳1-1内部分成了两个空间，使得底壳1-1内的温度及压强变化进行了二次传递后，再与外部环境平衡；通过这样的方式减缓了壳体内部的温度及气压的快速变化，避免了在温度及压强快速变化的环境情况下，影响雷达模块的测量效果。使得本发明的水位测量装置能适应于温度及气压快速变化的环境，扩大了使用场景，解决了技术问题，另外，是为了方便在内盖上安装导光柱7，可以防止水位测量装置在使用过程中导光柱7晃动，导光柱7固定得更加牢固。再者，第一内盖1-6、第二内盖1-4是与底壳1-1的内部表面配合，属于嵌入式安装，导致导光柱7与测量控制器2的距离更近，节约了导光柱7的材料。

目前现有技术中存在的雷达水位测量装置的测量精度一般在±5mm，而本申请的技术产品经过多次测试，其精确度稳定控制在±3mm以内，对于水位监测效果，具有显著的进步。请参见以下附表数据：

综上，本发明的技术方案所能取得的整体的有益效果为：

1.本发明采用雷达波非接触式测量中的微波天线由天线外壳和半球透镜组合而成，并将微波天线设置在底壳内，使得微波天线对雷达波束进行进行二次优化，扩大了有效的测量波束，得到的有效测量数据也就更多，提高了测量精度。实现了非接触方式下的水位测量、流量计算、通信传输、数据存储、电能供应及装置外壳一体化。

2.本发明在雷达波有较好的优化效果的基础上可以做到减小设计尺寸，真正做到了一体化的基础上减小了设备的尺寸。

3.本发明中底壳与外盖、内盖的配合，以及在外盖之间安装防水垫圈实现了三层防护，避免了环境中水汽进入底壳内部对元器件造成损伤。同时使得本发明的水位测量装置能适应于温度及气压快速变化的环境，扩大了使用场景，解决了技术问题。

4.本发明对供电部件进行充电管理控制，实现水位测量装置的电能持续供应，安装便捷、维护简易；可用于应用于灌区信息化、农业灌溉干渠、支渠、斗渠、农渠、毛渠等输水渠道的多种野外水位流量监测场景。景。

Claims (8)

1.一种非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：包括外壳组件、测量控制器、供电部件、微波天线，供电部件与测量控制器电性连接，所述外壳组件包括底壳、外盖、内盖，所述测量控制器包括数据采集单元、通信单元、控制处理单元，所述数据采集单元设置有雷达模块；数据采集单元、通信单元、控制处理单元分别集成在PCB基板上，相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接；所述微波天线设置在底壳的底板上，并置于雷达模块的正下方；所述微波天线由半球透镜和天线外壳组成，半球透镜的平面紧贴底壳下部的内表面；并通过天线外壳进行固定；所述天线外壳的外表面均匀排布有数个环形台阶，所述天线外壳的内表面为与半球透镜相适配的内凹弧面，天线外壳与半球透镜配合后，天线外壳内表面与半球透镜之间有间隙。

2.根据权利要求1所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述通信单元包括通讯模块、SIM卡，通讯模块上有SIM卡接口；所述控制处理单元包括微处理器、调试接口、数据传输接口、电源接口。

3.根据权利要求1所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述供电部件包括锂电池，锂电池与电源接口电性连接；锂电池还连接有充电控制器，充电控制器上设置有充电管理接口、锂电池接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；充电控制器连接有防水航空插头，防水航空插头的一端通过线缆连接到外接电源。

4.根据权利要求2所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述控制处理单元还包括JTAG接口，JTAG接口分为主接口和辅助接口。

5.根据权利要求2所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述调试接口为蓝牙调试接口，并在控制处理单元设置有与蓝牙调试接口对应的蓝牙模块，所述控制处理单元上还包括有状态指示灯接口，状态指示灯接口外接状态指示灯。

6.根据权利要求2所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述控制处理单元还包括至少三个信号指示灯；每个信号指示灯的颜色不同；所述内盖上设置有导光柱，所述导光柱为透明材料制成，导光柱的上部穿过内盖，下部置于指示灯的正上方，并在外盖上与导光柱相应的位置设置有透视窗口。

7.根据权利要求1所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述测量控制器中，控制处理单元与数据采集单元之间的连接器为板载连接器，板载连接器为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；所述控制处理单元与通信单元之间的连接器为排针连接器，排针连接器为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。

8.根据权利要求1所述的非接触式雷达水位测量装置，其特征在于：所述底壳内部设置有挡板，挡板将底壳内部分隔成第一容置部和第二容置部；与底壳内部第一容置部相配合的内盖为第一内盖，与底壳内部第一容置部相配合的内盖为第二内盖，外盖上还设置有透气孔。

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