CN204759699U - 一种山洪灾害监测预警装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种山洪灾害监测预警装置，包括核心处理器和雨量传感器，雨量传感器通过雨量信号采集电路连接核心处理器，其特征在于，还包括土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块，土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块分别与核心处理器连接；语音播放模块的音频输出端连接调频发射模块的音频输入端，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号以调频形式进行发送。本实用新型在降雨量指标的基础上增加了前期土壤饱和度约束，有效提高了山洪灾害预警的准确性。另外本实用新型增加了调频发射模块，改进了单户的预警模式，通过调频信号与无线预警广播联动，实现了预警信息的村级联合发布，提高预警信息的发布范围。

Description

一种山洪灾害监测预警装置

技术领域

本实用新型涉及自然灾害预警技术领域，特别涉及一种山洪灾害监测预警装置。

背景技术

山洪灾害是山丘区在一定强度或持续的降雨下因特殊的地形地质条件而发生的自然灾害，它具有突发性、水量集中流速大、冲刷破坏力强、防治困难等鲜明特点，山洪及其诱发的泥石流和滑坡，往往对局部地区造成毁灭性灾害，对国民经济和人民生命财产造成重大损失。近年来，我国山洪灾害问题日益突出，每年都造成大量人员伤亡，严重影响社会经济发展。因此山洪灾害监测预警已经成为一项重要的工程，能够对山洪灾害的发生进行预测，以提前做好防护措施，减少生命财产等损失。

目前，公知的山洪灾害预警装置基本是单纯根据降雨强度判定山洪灾害发生的风险，准确度较低，且不具有远程通讯功能，预警发布范围仅限于一家一户，难以满足山洪灾害村级预警系统的建设要求。中国实用新型公开了一种简易雨量报警器(公开号为CN202975366U，公开日为2013年6月15日)该简易雨量报警器包括雨量传感器、主控制器、报警装置和供电装置，雨量传感器、报警装置和供电装置均电性连接至主控制器，该装置通过翻斗式雨量计采集降雨信号，太阳能电池板提供电源，主控制器分析降雨数据并判断是否通过报警装置报警，十分方便地实现了对雨量的监测与报警，该报警器兼具了结构简单、安装方便和长期稳定野外工作的优点，成本低廉且实用。但是上述简易雨量报警器需要太阳能供电，对安装条件要求较高，对预警的判别也只是采用单一的雨量指标，忽略了前期土壤含水量对山洪发生的影响，且不带有通讯功能，仅适用于单户家庭。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种预警准确度高、预警范围广的山洪灾害监测预警装置。

本实用新型的目的通过下述技术方案实现：一种山洪灾害监测预警装置，包括核心处理器和雨量传感器，所述雨量传感器连接核心处理器，将其采集到的雨量信号传送给核心处理器，还包括土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块，所述土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块分别与核心处理器连接；所述语音播放模块的音频输出端连接调频发射模块的音频输入端，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号以调频形式进行发送。

优选的，所述核心处理器的模拟量采集接口连接土壤含水量传感器的信号线，通过模拟土壤含水量传感器实现土壤含水量的采集；所述核心处理器通过控制电路连接土壤含水量传感器的电源线，核心处理器通过控制电路控制土壤含水量传感器的工作状态。

更进一步的，所述控制电路包括PMOS管Q1和NPN三极管Q4，三极管Q4的基极通过电阻R4连接核心处理器的IO端口，三极管Q4的基极还通过电阻R4接地，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接PMOS管Q1的栅极，PMOS管Q1的栅极通过电阻连接PMOS管Q1的源级，PMOS管Q1的源级连接直流电源，PMOS管Q1的漏极连接土壤含水量传感器的电源线，土壤含水量传感器的电源线通过电容C1接地，PMOS管Q1的源级连接的直流电源通过电容C4接地。

优选的，所述雨量传感器通过雨量信号采集电路连续核心处理器的中断接口，所述雨量信号采集电路包括电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R26、电阻R28和静电防护芯片U7，静电防护芯片有第一双向击穿二极管和第二双向击穿二极管组成；雨量传感器的一路信号端通过电阻R31和电阻R32串联后上拉直流电源，雨量传感器的另一路信号端通过电阻R34和电阻R35串联后上拉直流电源，电阻R31和电阻R32连接的一端通过电容C24接地，电阻R31和电阻R32连接的一端连接通过第一双向击穿二极管接地，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电容C25接地，电阻R34和电阻R35连接的一端连接通过第二双向击穿二极管接地；电阻R31和电阻R32连接的一端通过电阻R26连接核心处理器的一中断接口，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电阻R28连接核心处理器的另一中断接口。

优选的，所述语音播放模块包括依次连接的语音转换电路、音频放大电路和扬声器，所述语音转换电路包括语音芯片U8，语音芯片U8为芯片NV080C；其中语音芯片U8的三个引脚PB0、PA0和PA1分别连接核心处理器的三个IO端口，语音芯片U8的语音输出端连接音频放大电路的输入端，将语音芯片U8输出的语音信号进行放大后传送到扬生器中进行播发。

更进一步的，所述音频放大电路包括音频功率放大器U2，其中音频功率放大器U2为芯片HT6871，其中芯片HT6871，音频功率放大器U2的同相输入端依次通过电阻R4、电容C6、电阻R9串联后接地，其中电容C6和电阻R9连接的一端与语音芯片U8的音频信号输出端第4引脚连接；音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R3、电阻R2串联后连接直流电源，音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R6接地，电阻R3和电阻R2连接的一端通过二极管D1和二极管D2串联后接地；音频功率放大器U2的同相输出端OUT+和反向输出端OUT-连接作为语音播放模块的音频输出端连接扬声器。

优选的，所述调频发射模块为银凤调频发射模块，包括高频模块U12，其中高频模块U12采用M3000芯片，高频模块U12的控制信号端MUTE第14引脚连接核心处理器的IO端，通过核心处理器控制高频模块U12控制信号端MUTE的打开或者关闭；高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别通过电阻R63、R64、R65、R66和R67连接直流电源，同时高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别对应通过跳线J9、J8、J7、J6和J5接地；所述高频模块U12的SPK+和SPK-为调频发射模块的音频输出端，连接语音播放模块的音频输出端，将语音播放模块发送的音频信号通过天线端SMB以及相应的频段发送出去。

优选的，还包括与核心处理器连接的固态存储器和人机交互模块。

更进一步的，所述人机交互模块包括多个用于指示预警等级的LED指示灯、按键以及用于显示土壤含水量传感器、雨量传感器所采集的数据和预警等级的显示器。

优选的，所述核心处理器为MSP430F149芯片，核心处理器连接有电源电路，电源电路通过电池为核心处理器供电。

本实用新型相对于现有技术具有如下的优点及效果：

(1)本实用新型通过雨量传感器采集雨量数据，通过土壤含水量传感器检测土壤含水量数据，核心处理器针对接收到的雨量数据和土壤含水量数据进行分析处理，以得到山洪灾害的预警等级。本实用新型在雨量数据监测的基础上增加了土壤含水量数据的监测，因此在降雨量指标的基础上增加了前期土壤饱和度约束，有效提高了山洪灾害预警的准确性。

(2)本实用新型在预警等级超过预警指标时，核心处理器启动语音播放模块，通过语音播放模块播报预警信息。同时核心处理器启动调频发射模块，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号以调频形式发送给附近的无线预警广播设备，从而实现村级预警信息发布。因此本实用新型增加了调频发射模块，改进了单户的预警模式，通过调频信号与无线预警广播联动，实现了预警信息的村级联合发布，提高了预警信息的发布范围。

(3)本实用新型的核心处理器采用微功耗设计方案，降低了设备的功耗，改变了传统设备需要太阳能或交流供电的方式，可使用3节1号电池进行供电，能够正常工作2年以上，降低了站点的建设成本，方便安装维护。

(4)本实用新型可以根据实际无线广播系统的频段调整调频发射模块的信号发送频段，具有适用范围广的优点。

附图说明

图1是本实用新型装置组成框图。

图2是本实用新型核心处理器电路原理图。

图3是本实用新型土壤含水量传感器的控制电路原理图。

图4是本实用新型雨量信号采集电路原理图。

图5是本实用新型语音播放模块中语音转换电路原理图。

图6是本实用新型语音播放模块中音频放大电路原理图。

图7是本实用新型调频发射模块电路原理图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本实用新型公开了一种山洪灾害监测预警装置，包括核心处理器、雨量传感器、土壤含水量传感器、语音播放模块、调频发射模块、固态存储器、人机交互模块、报警模块以及电源电路。

雨量传感器通过雨量信号采集电路连接核心处理器，土壤含水量传感器、语音播放模块、调频发射模块、固态存储器、人机交互电路、报警模块以及电源电路分别与核心处理器连接；语音播放模块的音频输出端连接调频发射模块的音频输入端，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号以调频形式进行发送。

如图2所示，本实施例中核心处理器U3为TI公司的MSP430F149芯片，是一种微功耗处理器，核心处理器通过IO口与人机交互电路连接，通过SPI(串行外设接口，SerialPeripheralInterface)接口与固态存储器连接，通过IIC接口与语音播放模块连接，通过模拟量采集接口直接连接土壤含水量传感器的信号输出端，通过中断计数接口连续雨量传感器的雨量信号采集电路。核心处理器连接的电源电路连接有3节1号电池，可供设备使用2年以上。

本实施例中核心处理器的模拟量采集接口连接土壤含水量传感器的信号线，通过模数转换模块实现土壤含水量的采集；所述核心处理器通过控制电路连接土壤含水量传感器的电源线，核心处理器通过控制电路控制土壤含水量传感器的工作状态。其中如图3所示，控制电路包括PMOS管Q1和NPN三极管Q4，三极管Q4的基极通过电阻R4连接核心处理器的IO端口，三极管Q4的基极还通过电阻R4接地，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接PMOS管Q1的栅极，PMOS管Q1的栅极通过电阻连接PMOS管Q1的源级，PMOS管Q1的源级连接直流电源，PMOS管Q1的漏极连接土壤含水量传感器的电源线，土壤含水量传感器的电源线通过电容C1接地，PMOS管Q1的源级连接的直流电源通过电容C4接地。其中当核心处理器IO端口提供高电平信号时，三极管Q4导通，随着三极管Q4的导通，当PMOS管Q1栅极和源级之间的电压UGS小于等于截止电压VT时，PMOS管Q1导通，土壤含水量传感器的电源线接通电源，控制土壤含水量传感器工作。当核心处理器IO端口提供低电平信号时，三极管Q4截止，阻止PMOS管Q1导通，土壤含水量传感器的电源线无法接通电源，控制土壤含水量传感器不工作。

如图4所示，本实施例的雨量信号采集电路包括电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R26、电阻R28和静电防护芯片U7，静电防护芯片有第一双向击穿二极管和第二双向击穿二极管组成；雨量传感器的一路信号端通过电阻R31和电阻R32串联后上拉直流电源，雨量传感器的另一路信号端通过电阻R34和电阻R35串联后上拉直流电源，电阻R31和电阻R32连接的一端通过电容C24接地，电阻R31和电阻R32连接的一端连接通过第一双向击穿二极管接地，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电容C25接地，电阻R34和电阻R35连接的一端连接通过第二双向击穿二极管接地；电阻R31和电阻R32连接的一端通过电阻R26连接核心处理器的一中断接口，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电阻R28连接核心处理器的另一中断接口。本实施例中雨量传感器将采集到的雨量数据转换成脉冲信号后通过静电防护芯片U7后直接输入到核心处理器的中断计数接口。雨量信号采集电路中的静电防护芯片U7起到静电防护的作用。

如图5所示，本实施例语音播放模块包括依次连接的语音转换电路、音频放大电路和扬声器，所述语音转换电路包括语音芯片U8，语音芯片U8为芯片NV080C；其中语音芯片U8的三个引脚PB0、PA0和PA1分别连接核心处理器的三个IO端口，语音芯片U8的语音输出端连接音频放大电路的输入端，将语音芯片U8输出的语音信号进行放大后传送到扬生器中进行播放。本实施例的语音芯片NV080C，可存储256段语音，通过不同的组合可将256段语音组合成不同等级的预警信息进行发布；例如，当1小时雨量超过一级预警指标时，需要播报“1小时1级雨量预警”时，语音芯片先播放“1小时”，再播放“1级”，最后播放“雨量预警”依次类推可组成不同的预警信息。由于语音芯片U8输出的音频信号较为微弱，无法直接驱动喇叭，因此通过第4引脚即音频信号输出端与音频放大电路连接。

如图6所示，音频放大电路包括音频功率放大器U2，其中音频功率放大器U2为芯片HT6871，其中芯片HT6871为3.4W的D型功率放大器。音频功率放大器U2的同相输入端依次通过电阻R4、电容C6、电阻R9串联后接地，其中电容C6和电阻R9连接的一端与语音芯片U8的音频信号输出端第4引脚连接；音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R3、电阻R2串联后连接直流电源，音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R6接地，电阻R3和电阻R2连接的一端通过二极管D1和二极管D2串联后接地；音频功率放大器U2的同相输出端OUT+和反向输出端OUT-连接作为语音播放模块的音频输出端连接扬声器。语音芯片发送的语音信号经过音频功率放大器U2放大后输入都扬声器中进行播放。

如图7所示，本实施例的调频发射模块为银凤调频发射模块，包括高频模块U12，其中高频模块U12采用M3000芯片。高频模块U12的控制信号端MUTE第14引脚连接核心处理器的IO端，通过核心处理器控制高频模块U12控制信号端MUTE的打开或者关闭；高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别通过电阻R63、R64、R65、R66和R67连接直流电源，同时高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别对应通过跳线J9、J8、J7、J6和J5接地；高频模块U12的SPK+和SPK-为调频发射模块的音频输出端，连接语音播放模块的音频输出端，将语音播放模块发送的音频信号通过天线端SMB以及相应的频段发送出去。本实施例调频发射模块通过跳线J5、J6、J7、J8和J9可以控制高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4输入高电平或者低电平；例如跳线J5取出前，高频模块U12的D9端输入低电平，取出后输入高电平。通过跳线J5、J6、J7、J8和J9，本实施例调频发射模块可以提供32中调频频段。本实施例通过调频发射模块将语音播放模块发送的音频信号通过相应频段发送到附近的无线预警广播，能够实现村级预警广播发布。

本实施例的人机交互模块包括多个用于指示预警等级的LED指示灯、按键以及用于显示监测数据和预警等级的显示器，其中监测数据包括土壤含水量传感器所采集到的土壤含水量数据以及雨量传感器所采集到的雨量数据。本实施例中通过指示灯变亮的个数表示预警等级，指示灯变亮个数越多，表示预警等级越高。本实施例中与核心处理器连接的按键可实现设备配置和数据查看操作。本实施例中所采用的显示器为128*64中文液晶显示器。

本实施例装置的工作过程如下：

雨量传感器将检测到的雨量数据转换成脉冲信号后通过雨量信号采集电路输出给核心处理器的中断计数接口，土壤含水量传感器将土壤含水量数据转换成0～1.5V电压信号后输出给核心处理器的模拟量采集接口；核心处理器将接收到的雨量数据和土壤含水量数据进行分析处理，根据数据分析处理结果判断山洪灾害预警等级，当预警等级超过预警指标时，核心处理器将启动语音播放模块，通过语音播放模块播报预警信息。同时核心处理器启动调频发射模块，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号通过以调频形式发送给附近的无线预警广播设备，从而实现村级预警信息发布。另外核心处理器将接收到的雨量数据和土壤含水量数据存储在固态存储器中，并通过人机交互模块中显示核心处理器将接收到的雨量数据和土壤含水量数据以及预警等级。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种山洪灾害监测预警装置，包括核心处理器和雨量传感器，所述雨量传感器连接核心处理器，将其采集到的雨量信号传送给核心处理器，其特征在于，还包括土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块，所述土壤含水量传感器、语音播放模块和调频发射模块分别与核心处理器连接；所述语音播放模块的音频输出端连接调频发射模块的音频输入端，通过调频发射模块将语音播放模块输出的音频信号以调频形式进行发送。

2.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述核心处理器的模拟量采集接口连接土壤含水量传感器的信号线，通过模拟土壤含水量传感器实现土壤含水量的采集；所述核心处理器通过控制电路连接土壤含水量传感器的电源线，核心处理器通过控制电路控制土壤含水量传感器的工作状态。

3.根据权利要求2所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述控制电路包括PMOS管Q1和NPN三极管Q4，三极管Q4的基极通过电阻R4连接核心处理器的IO端口，三极管Q4的基极还通过电阻R4接地，三极管Q4的发射极接地，三极管Q4的集电极连接PMOS管Q1的栅极，PMOS管Q1的栅极通过电阻连接PMOS管Q1的源级，PMOS管Q1的源级连接直流电源，PMOS管Q1的漏极连接土壤含水量传感器的电源线，土壤含水量传感器的电源线通过电容C1接地，PMOS管Q1的源级连接的直流电源通过电容C4接地。

4.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述雨量传感器通过雨量信号采集电路连续核心处理器的中断接口，所述雨量信号采集电路包括电阻R31、电阻R32、电阻R34、电阻R35、电阻R26、电阻R28和静电防护芯片U7，静电防护芯片有第一双向击穿二极管和第二双向击穿二极管组成；雨量传感器的一路信号端通过电阻R31和电阻R32串联后上拉直流电源，雨量传感器的另一路信号端通过电阻R34和电阻R35串联后上拉直流电源，电阻R31和电阻R32连接的一端通过电容C24接地，电阻R31和电阻R32连接的一端连接通过第一双向击穿二极管接地，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电容C25接地，电阻R34和电阻R35连接的一端连接通过第二双向击穿二极管接地；电阻R31和电阻R32连接的一端通过电阻R26连接核心处理器的一中断接口，电阻R34和电阻R35连接的一端通过电阻R28连接核心处理器的另一中断接口。

5.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述语音播放模块包括依次连接的语音转换电路、音频放大电路和扬声器，所述语音转换电路包括语音芯片U8，语音芯片U8为芯片NV080C；其中语音芯片U8的三个引脚PB0、PA0和PA1分别连接核心处理器的三个IO端口，语音芯片U8的语音输出端连接音频放大电路的输入端，将语音芯片U8输出的语音信号进行放大后传送到扬生器中进行播发。

6.根据权利要求5所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述音频放大电路包括音频功率放大器U2，其中音频功率放大器U2为芯片HT6871，其中芯片HT6871，音频功率放大器U2的同相输入端依次通过电阻R4、电容C6、电阻R9串联后接地，其中电容C6和电阻R9连接的一端与语音芯片U8的音频信号输出端第4引脚连接；音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R3、电阻R2串联后连接直流电源，音频功率放大器U2的CTR端通过电阻R6接地，电阻R3和电阻R2连接的一端通过二极管D1和二极管D2串联后接地；音频功率放大器U2的同相输出端OUT+和反向输出端OUT-连接作为语音播放模块的音频输出端连接扬声器。

7.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述调频发射模块为银凤调频发射模块，包括高频模块U12，其中高频模块U12采用M3000芯片，高频模块U12的控制信号端MUTE第14引脚连接核心处理器的IO端，通过核心处理器控制高频模块U12控制信号端MUTE的打开或者关闭；高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别通过电阻R63、R64、R65、R66和R67连接直流电源，同时高频模块U12的D0、D1、D2、D3和D4端分别对应通过跳线J9、J8、J7、J6和J5接地；所述高频模块U12的SPK+和SPK-为调频发射模块的音频输出端，连接语音播放模块的音频输出端，将语音播放模块发送的音频信号通过天线端SMB以及相应的频段发送出去。

8.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，还包括与核心处理器连接的固态存储器和人机交互模块。

9.根据权利要求8所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述人机交互模块包括多个用于指示预警等级的LED指示灯、按键以及用于显示土壤含水量传感器、雨量传感器所采集的数据和预警等级的显示器。

10.根据权利要求1所述的山洪灾害监测预警装置，其特征在于，所述核心处理器为MSP430F149芯片，核心处理器连接有电源电路，电源电路通过电池为核心处理器供电。