CN203964957U - 一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统 - Google Patents
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Abstract
本新型涉及一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统，包括：分布于水库区域的若干检测装置，以及接收各检测装置数据的监控主机，检测装置包括：用于检测水文数据的水文传感器组，与该水文传感器组的输出端相连的调理电路，该调理电路的输出端与处理器从模块的信号采集端相连，该处理器从模块的信号输出端与无线从模块的输入端相连；监控主机包括：无线主模块，与无线主模块相连的处理器主模块；本实用新型中检测装置采用分布式设计，分布于水库区域，采集水库的水文数据，且通过无线主、从模块进行数据传输，通过监控主机实现数据汇总，使数据采集具有及时性、多样性，为水库的安全预防做好准备。
Description
技术领域
本实用新型涉及水库信息监测系统，尤其涉及一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统。
背景技术
目前，我国现有的小型水库大部分建于上世纪50～70年代 ，而其中大部分小型坝质量和建设水平都不是太高 ，小水库数量多、地方偏远，单靠人员定时巡检，一方面需要大量的人力和资金的投入、另一方面时效性低，很难有效的掌握到水库的安全状况。因此，需要研发一种远程的自动监测系统来协助此项工作。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统，该水库信息监测系统解决了小型水库偏远检测不便，检测数据单一、效率低的问题。
为了解决上述技术问题，本实用新型提供了一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统，包括：分布于水库区域的若干检测装置，以及接收各检测装置数据的监控主机，所述检测装置包括：用于检测水文数据的水文传感器组，与该水文传感器组的输出端相连的调理电路，该调理电路的输出端与处理器从模块的信号采集端相连，该处理器从模块的信号输出端与无线从模块的输入端相连；所述监控主机包括：无线主模块，与无线主模块相连的处理器主模块。
进一步，为了满足采集水文信息的多样性，所述水文传感器组包括：水位传感器、PH传感器、浊度传感器、水温传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连。
进一步，为了丰富检测数据，兼顾空气质量检测，所述检测装置还包括：用于检测空气数据的空气传感器组，该空气传感器组包括：PM2.5传感器、温湿度传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连。
进一步，为了提高调理电路的通用性，使对外部多种电压范围的数据均能进行调理，所述调理电路包括：第一、第二通道单元，通道选择单元，所述通道选择单元包括：比较器，该比较器的同相端作为调理电路的输入端，反相端接入一基准电压，该比较器的输出端分别与NPN三极管、PNP三极管的基极相连，所述NPN三极管的集电极、PNP三极管的发射极分别与电源端相连，所述NPN三极管的发射极、PNP三极管的集电极分别与第一通道单元、第二通道单元的供电端相连；所述比较器的同相端还分别与第一、第二通道单元的输入端相连，第一通道单元包括：用于对输入信号进行降压的分压电路，分压电路的输出端与第一电压跟随器的输入端相连；第二通道单元包括：第二电压跟随器，所述第一、第二电压跟随器的输出端相连作为调理电路的信号输出端。
进一步，由于检测装置分布的距离很广泛，若出现故障，短时间内不可能及时进行维修，但是在出现故障时，还是需要尽可能的保证数据采集，所述检测装置还包括冗余水文传感器组、冗余空气传感器组，所述冗余水文传感器组和冗余空气传感器组的供电端通过一开关管与所述处理器从模块的第一输出控制端相连。
进一步，为了解决无线传输问题，所述无线从模块和无线主模块采用ZigBee无线模块。
进一步，实现对分布于水库区域的若干检测装置实现定位，确定其地理位置，所述检测装置还包括GPS接收机，该GPS接收机与所述处理器从模块通过串口相连。
进一步，为了在出现故障时，发出提示信号，使维修人员能快速找到故障检测装置，所述检测装置还包括LED灯组，该LED灯组与所述处理器从模块的第二输出控制端相连。
本实用新型的上述技术方案相比现有技术具有以下优点：本实用新型中检测装置采用分布式设计，分布于水库区域，采集水库的水文数据，且通过无线主、从模块进行数据传输，通过监控主机实现数据汇总，使数据采集具有及时性、多样性，为水库的安全预防做好准备。
附图说明
为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，下面根据的具体实施例并结合附图，对本实用新型作进一步详细的说明，其中
图1是本实用新型的检测装置的原理框图一；
图2是本实用新型的检测装置的原理框图二；
图3是本实用新型的数据采集调理模块的电路图；
图4是本实用新型的第一、第二通道单元的电路图；
图5是本实用新型的检测装置的原理框图三；
其中，比较器U1A、NPN三极管T1、PNP三极管T2、第一集成运算放大器U1A、第二集成运算放大器U1B、第三集成运算放大器U1C。
具体实施方式
为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本实用新型进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本实用新型的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本实用新型的概念。
如图1所示，一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统，包括：
分布于水库区域的若干检测装置，以及接收各检测装置数据的监控主机，所述检测装置包括：用于检测水文数据的水文传感器组，该水文传感器组的输出端与调理电路的输入端相连，该调理电路的输出端与处理器从模块的信号采集端相连，该处理器从模块的信号输出端与无线从模块的输入端相连；所述监控主机包括：无线主模块，与无线主模块的信号输出端相连的处理器主模块。
所述水文传感器组包括：水位传感器、PH传感器、浊度传感器、水温传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连；所述水位传感器可以采用投入式水位传感器，所述PH传感器采用雷磁E-201-C型pH复合电极，所述浊度传感器采用投入式浊度传感器，所述水温传感器可以采用DS18B20数字温度传感器。
如图2所示，所述检测装置还包括：用于检测空气数据的空气传感器组，该空气传感器组包括：PM2.5传感器、温湿度传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连；所述PM2.5传感器可以采用夏普的GP2Y1010AU0F微尘传感器，所述温湿度传感器可以采用SHT10数字温湿度传感器。
其中，处理器从模块可以采用带有AD的单片机或者嵌入式芯片来实现，通过单片机或者嵌入式芯片实现上述信号的采集属于现有技术。例如，申请号：201210394506.6的中国专利文献“温度数据采集器”公开了单片机采集温度数据的技术方案，因此，本领域技术人员利用单片机采集其他类型的传感器的输出信号。
所述处理器从模块或者处理器主模块也可以采用带有射频功能的单片机。
如图3和图4所示，所述调理电路包括：第一、第二通道单元，通道选择单元，所述通道选择单元包括：比较器U1A，该比较器U1A的同相端作为调理电路的输入端，反相端接入一基准电压，该比较器的输出端分别与NPN三极管T1、PNP三极管T2的基极相连，所述NPN三极管T1的集电极、PNP三极管T2的发射极分别与电源端相连，所述NPN三极管T1的发射极、PNP三极管T2的集电极分别与第一通道单元、第二通道单元的供电端相连；所述比较器U1A的同相端还分别与第一、第二通道单元的输入端相连，第一通道单元包括：用于对输入信号进行降压的分压电路，分压电路的输出端与第一电压跟随器的输入端相连；第二通道单元包括：第二电压跟随器，所述第一、第二电压跟随器的输出端相连作为调理电路的信号输出端。
其中，所述分压电路通过电阻R2和电阻R3串联构成，电阻R2的一端接入输入信号ui，电阻R2的另一端与电阻R3的一端相连，并作为所述分压电路的输出端，且电阻R2或者电阻R3可以采用可调电位器（多圈电位器）对其输出电压进行调节。
所述比较器和第一、第二电压跟随器分别采用第一集成运算放大器U1A、第二集成运算放大器U1B、第三集成运算放大器U1C。
所述调理电路的工作原理是，通过基准电压与输入电压进行比较，例如基准电压采用5V，即，输入电压范围大于5V，则通过第一通道单元对电压进行缩小，通过分压电路调整到5V范围之内，经过第一电压跟随器后接入AD模块，若输入电压范围小于5V，则直接通过第二通道中的第一电压跟随器进行AD模块，因此，本实用新型能够对大于或小于基准电压的输入信号均能进行调理，提高了调理电路的通用性。由于分压电阻对信号的处理是线性的，因此，信号处理不会失真。
所述检测装置还包括冗余水文传感器组、冗余空气传感器组，所述冗余水文传感器组和冗余空气传感器组的供电端通过一开关管与所述处理器从模块的第一输出控制端相连，当监控主机检测到测量数据不准确时，可以判断水文传感器组或空气传感器组出现故障，此时，通过无线启动所述冗余水文传感器组或冗余空气传感器组，以顶替损坏的水文传感器组或空气传感器组继续工作。
如图5所示，所述无线从模块和无线主模块采用ZigBee无线模块，例如以Core2530为核心的CC2530F256芯片，其工作频段：2.4GHz；16个传输信道，可根据环境进行切换可靠通信信道；无线传输速率打250kbps；高性能、低功耗的8051微控制器内核；适应2.4GHz IEEE 802.15.4的RF收发器。
所述ZigBee无线模块与处理器主模块和处理器从模块进行连接的技术方案在申请号：201320456061.X的专利文献“一种鸡舍环境无线监测装置系统”中已被公开。
所述检测装置还包括GPS接收机，该GPS接收机与所述处理器从模块通过串口相连，以实现对若干检测装置的分布进行定位。
所述检测装置还包括LED灯组，该LED灯组与所述处理器从模块的第二输出控制端相连，当某一检测装置出现故障时，控制LED灯组闪烁，以便于维修人员找寻该检测装置。
应当理解的是，本实用新型的上述具体实施方式仅仅用于示例性说明或解释本实用新型的原理，而不构成对本实用新型的限制。因此，在不偏离本实用新型的精神和范围的情况下所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。此外，本实用新型所附权利要求旨在涵盖落入所附权利要求范围和边界、或者这种范围和边界的等同形式内的全部变化和修改例。
Claims (8)
1.一种基于ZigBee技术的水库信息监测系统，其特征在于包括：
分布于水库区域的若干检测装置，以及接收各检测装置数据的监控主机；
所述检测装置包括：用于检测水文数据的水文传感器组，与该水文传感器组的输出端相连的调理电路组，该调理电路的输出端与处理器从模块的信号采集端相连，该处理器从模块的信号输出端与无线从模块的输入端相连；
所述监控主机包括：无线主模块，与无线主模块相连的处理器主模块。
2.根据权利要求1所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述水文传感器组包括：水位传感器、PH传感器、浊度传感器、水温传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连。
3.根据权利要求2所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述检测装置还包括：用于检测空气数据的空气传感器组，该空气传感器组包括：PM2.5传感器、温湿度传感器，所述各传感器的输出端分别与相应调理电路的输入端相连。
4.根据权利要求3所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述调理电路包括：第一、第二通道单元，通道选择单元；
所述通道选择单元包括：比较器，该比较器的同相端作为调理电路的输入端，反相端接入一基准电压，该比较器的输出端分别与NPN三极管、PNP三极管的基极相连，所述NPN三极管的集电极、PNP三极管的发射极分别与电源端相连，所述NPN三极管的发射极、PNP三极管的集电极分别与第一通道单元、第二通道单元的供电端相连；
所述比较器的同相端还分别与第一、第二通道单元的输入端相连；
第一通道单元包括：用于对输入信号进行降压的分压电路，分压电路的输出端与第一电压跟随器的输入端相连；
第二通道单元包括：第二电压跟随器；
所述第一、第二电压跟随器的输出端相连作为调理电路的信号输出端。
5.根据权利要求3所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述检测装置还包括冗余水文传感器组、冗余空气传感器组，所述冗余水文传感器组和冗余空气传感器组的供电端通过一开关管与所述处理器从模块的第一输出控制端相连。
6.根据权利要求1-5任一所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述无线从模块和无线主模块采用ZigBee无线模块。
7.根据权利要求5所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述检测装置还包括GPS接收机，该GPS接收机与所述处理器从模块通过串口相连。
8.根据权利要求7所述的水库信息监测系统，其特征在于，所述检测装置还包括LED灯组，该LED灯组与所述处理器从模块的第二输出控制端相连。
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|---|---|---|---|---|
| CN104459072A (zh) * | 2014-12-12 | 2015-03-25 | 中国地质大学（武汉） | 一种基于wsn的多参数水质监测节点装置 |
| CN105206022A (zh) * | 2015-07-16 | 2015-12-30 | 武汉森岩科技有限公司 | 基于Zigbee的水位信息采集系统及方法 |
| CN105303796A (zh) * | 2015-10-14 | 2016-02-03 | 中国航空工业集团公司北京航空精密机械研究所 | 一种无线测量工具及其方法 |
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