CN208155400U - 电极式水电厂库区水位远程监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，包括室外电源供电模块、CPU采集模块和外部接入模块，所述CPU采集模块包括分别与室外电源供电模块连接的主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、电极采样模块和电池电压采集电路，所述电极采样模块包括公共极控制回路和检测极控制回路，所述主CPU分别与外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、公共极控制回路、检测极控制回路和电池电压采集电路连接；所述外部接入模块包括短天线和电极式传感器，所述短天线连接至显示及无线模块，所述电极式传感器分别与公共极控制回路和检测极控制回路连接。本实用新型提高工作可靠性。

Description

电极式水电厂库区水位远程监测装置

技术领域

本实用新型涉及电极式水电厂库区水位远程监测装置，适用于中小水电站前池水位或深度小于十米的坝区水位测量。

背景技术

目前市面上大多数的远程水位测量装置测量传感器为通用型投入式压力传感器，近几年公司开发的水位装置产品均采用通用型投入式压力传感器或防雷型投入式压力传感器，研发过程中我们也选用了其他类型的传感器，如超声波水位传感器和雷达水位传感器，经过现场实际应用总结这些传感器的主要几个缺陷：

1、传感器普遍成本较高，不利于装置的大批量推广；其中雷达水位传感器的成本最高，其次为防雷型投入式压力传感器和超声波水位传感器，再次为通用型投入式压力传感器；

2、通用型投入式压力传感器防雷性能不好，由于通用型投入式压力传感器与测量介质直接接触，内部电路无防雷保护或只有简单的防雷保护，造成传感器的防雷性能较差，防雷型投入式压力传感器防雷性能较好，但是这种传感器的成本是通用型投入式传感器的1.5倍以上；雷雨季节，实际应用中投入式压力传感器的损坏的几率较高，造成维护工作量较大；

3、雷达水位传感器的防雷性能较好，但是在野外应用中国产的喇叭口的雷达水位传感器，需要定期对喇叭口蜘蛛丝、虫穴进行清除；外国产有平面雷达水位传感器，但是这种传感器的成本是非常高，根本无法推广；

4、超声波水位传感器的防雷性能较好，但是在实际应用中发现这种传感器对水质方面要求较高，特别是水质较差，水面泡沫较多情况下经常会出现水位测量不准确的情况。

因此在实际应用的传感器类型中，进口雷达水位传感器由于成本问题无法在中小水电站水位测量中批量推广，国产喇叭口雷达水位传感器需要定期维护，同时成本也较高；超声波水位传感器对现场水质要求较高，不利于实际推广；通用的投入式压力传感器性价比最高，但是应用在多雷地区传感器与测量介质直接接触，防雷效果较差，防雷型投入式压力传感器成本较高不利于推广。在我们现有的水位测量装置中，就以成本最低的通用型水位压力传感器的成本占装置总成本30％以上，如果有更低成本的水位传感器对于降低水位测量装置成本的具有重要的意义。

于是，我们提出更适用中小水电站的低成本、少维护安装方便的设计理念“电极式水电厂库区水位远程监测装置”，这种电极水位可以测量十种不同高度的水位值(有十个水位检测极一个或两个公共极)，主要应用在十米以下，非均匀分布的水位的检测；如前池水位，要求应用场合对于水位的测量精度没有过高的要求，一般只需要发电机组运行在指定的水位区间。

发明内容

本实用新型要解决的技术问题，在于提供一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，实现了中小型水电站前池或小坝头水位远程电测，为调度机组的开停机以及增减负荷提供基本信息；电极测量采用多重隔离处理技术，保证设备中工作模块的相对独立，提高工作可靠性。

本实用新型是这样实现的：

一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，包括室外电源供电模块、CPU采集模块和外部接入模块，

所述CPU采集模块包括分别与室外电源供电模块连接的主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、电极采样模块和电池电压采集电路，所述电极采样模块包括分别与室外电源供电模块连接的公共极控制回路和检测极控制回路，所述主CPU分别与外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、公共极控制回路、检测极控制回路和电池电压采集电路连接；

所述外部接入模块包括短天线和电极式传感器，所述短天线连接至显示及无线模块，所述电极式传感器分别与公共极控制回路和检测极控制回路连接。

进一步地，所述公共极控制回路包括一路公共极输出电路，所述公共极输出电路包括公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路、公共极二级变压器隔离电路和公共极二级隔离供电电路，所述公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路和公共极二级变压器隔离电路依次连接，所述公共极二级隔离供电电路分别连接到公共极功率放大电路和公共极二级变压器隔离电路；

所述检测极控制回路包括至少一路检测极输出电路，每路检测极输出电路包括检测极一级光耦隔离电路、二级继电器隔离电路和二级继电器隔离供电电路，所述二级继电器隔离电路分别与检测极一级光耦隔离电路和二级继电器隔离供电电路连接；

所述电极式传感器包括一路电极传感器公共极和至少一路电极传感器检测极，若电极传感器检测极的路数大于1，则不同电极传感器检测极位于水电厂库区的不同水位上；所述电极传感器公共极连接至公共极二级变压器隔离电路，每路电极传感器检测极连接至对应的检测极输出电路的二级继电器隔离电路；所述公共极一级光耦隔离电路和检测极一级光耦隔离电路均连接到主CPU。

进一步地，所述公共极输出电路还包括公共极过电压保护电路，所述公共极过电压保护电路分别与公共极二级变压器隔离电路和电极传感器公共极连接。

进一步地，所述检测极输出电路还包括检测极过电压保护电路，所述检测极过电压保护电路分别与二级继电器隔离电路和电极传感器检测极连接。

进一步地，所述CPU采集模块还包括分别与室外电源供电模块连接的外部低功耗唤醒电路和雨量采集电路，所述外部接入模块还包括雨量传感器，所述雨量采集电路分别与外部低功耗唤醒电路、雨量传感器及主CPU连接，所述外部低功耗唤醒电路连接至主CPU。

进一步地，所述雨量传感器为翻斗式雨量传感器。

进一步地，所述显示及无线模块包括分别与室外电源供电模块连接的设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路，所述设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路均连接到主CPU；所述无线模块电路外接至短天线。

进一步地，所述室外电源供电模块包括太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路，太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路依次相连，所述锂电池连接至电池电压采集电路；所述低功耗控制电路分别与主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路、公共极控制回路、检测极控制回路、电池电压采集电路、外部低功耗唤醒电路和雨量采集电路连接。

本实用新型的优点在于：

1、极低的传感器硬件成本，便于批量推广；

2、体积小重量轻，采用锂电池供电，便于工程安装及物流运输；

3、极低的功耗，通过功耗控制在待机模式下功耗小于60uA；

4、具有公共极过电压保护电路和检测极过电压保护电路，可实现感应过电压保护，电极检测采用多重隔离及防雷设计，具有公共极一级光耦隔离电路、公共极二级变压器隔离电路、检测极一级光耦隔离电路和二级继电器隔离电路，可实现多重隔离功能；

5、现场调试和生产测试极为便利，通过外置蓝牙模块连接上手机APP，可以直接在手机上操作；

6、电源采用太阳能发电系统供电，克服了传统供电方式拉线的麻烦，可以常年地正常工作运行，在连续阴雨天气下能够保证一个月的正常运行；

7、最多实现10个电极传感器检测极，将10个电极传感器检测极安装在水电厂库区不同的水位上，根据电极浸水导通的情况对不同水位进行监测，电极的量程范围可设，可适应不同的工作场合。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本实用新型作进一步的说明。

图1为本实用新型一种电极式水电厂库区水位远程监测装置的内部硬件结构框图。

图2为本实用新型中低功耗控制电路的具体连接示意图。

图3为本实用新型中电极采样模块和电极式传感器的具体结构图。

图4为本实用新型中电极检测的原理图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本实用新型作出进一步地详细说明，但本实用新型的结构并不仅限于以下实施例。

请参阅图1和图2所示，本实用新型的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，包括室外电源供电模块、CPU采集模块和外部接入模块，

所述室外电源供电模块包括太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路，太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路依次相连；

所述CPU采集模块包括分别与低功耗控制电路连接的主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、雨量采集电路、电极采样模块、电池电压采集电路和外部低功耗唤醒电路，所述电极采样模块包括分别与低功耗控制电路连接的公共极控制回路和检测极控制回路，所述主CPU分别与外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、雨量采集电路、公共极控制回路、检测极控制回路、电池电压采集电路和外部低功耗唤醒电路连接，所述电池电压采集电路连接至锂电池，所述雨量采集电路连接至外部低功耗唤醒电路；

所述外部接入模块包括短天线、雨量传感器和电极式传感器，所述雨量传感器为翻斗式雨量传感器，所述短天线连接至显示及无线模块，所述雨量传感器连接至雨量采集电路，所述电极式传感器分别与公共极控制回路和检测极控制回路连接。

具体地，所述显示及无线模块包括分别与低功耗控制电路连接的设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路，所述设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路均连接到主CPU；所述无线模块电路外接至短天线。

如图3所示，所述公共极控制回路包括一路公共极输出电路，所述公共极输出电路包括公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路、公共极二级变压器隔离电路、公共极二级隔离供电电路和公共极过电压保护电路，所述公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路、公共极二级变压器隔离电路和公共极过电压保护电路依次连接，所述公共极二级隔离供电电路分别连接到公共极功率放大电路和公共极二级变压器隔离电路；

所述检测极控制回路包括至少一路检测极输出电路，每路检测极输出电路包括检测极一级光耦隔离电路、二级继电器隔离电路、二级继电器隔离供电电路和检测极过电压保护电路，所述检测极一级光耦隔离电路、二级继电器隔离电路和检测极过电压保护电路依次连接，所述二级继电器隔离供电电路连接至二级继电器隔离电路；

所述电极式传感器包括一路电极传感器公共极和至少一路电极传感器检测极，若电极传感器检测极的路数大于1，则不同电极传感器检测极位于水电厂库区的不同水位上；所述电极传感器公共极连接至公共极过电压保护电路，每路电极传感器检测极连接至对应的检测极输出电路的检测极过电压保护电路；所述公共极一级光耦隔离电路和检测极一级光耦隔离电路均连接到主CPU。

电极检测原理如图4所示，实现过程如下：

所述主CPU通过I/O产生高频10个周期高频脉冲，通过所述公共极一级光耦隔离输出电路输出到所述公共极功率放大电路进行脉冲功率的放大，功率放大后的脉冲通过所述公共极二级变压器隔离电路输出到所述电极传感器公共极，所述电极传感器公共极与各路的所述电极传感器检测极通过水形成回路；

检测极检测的原理如下，水中回路中的脉冲信号通过水输出到所述电极传感器检测极，再通过所述二级继电器隔离电路的触点输送到所述检测极一级光耦隔离电路，主CPU通过外部口线中断方式检测到所述检测极一级光耦隔离电路输出的脉冲，并进行脉冲数方面的统计，如果脉冲数符合要求则认为该电极已浸水导通。

本实用新型的工作原理如下：

以电极式水电厂库区水位远程监测装置省电模式下开启水位可变量和电池可变量为例，叙述如下：

通过外部看门狗及定时电路进行定时，每隔设定的时间(1分钟，3分钟，5分钟，15分钟)开启进行一次电极检测，如果电极有变化同时通过电池电压采集电路采集到电池电压可变时间允许进行数据发送，开启无线模块电路进行无线模块的链接和数据发送处理，通过相应的端口使用TCP/IP通讯协议把数据发送给上位机，然后上位机集中处理接收到的水位数据对其进行解析存储在自身的数据库中，对水位相关联的数据进行归类，并将实时水位值显示在人机界面上；数据发送完成后关闭相应的数据链接，进入低功耗待机；在省电工作模式下如果有雨量输入，则所述雨量采集电路通过外部低功耗唤醒电路唤醒主CPU，再由翻斗式雨量传感器和雨量采集电路进行雨量方面的累计，并将输出传输给主CPU进行处理，雨量累计完成后立即进入低功耗待机。

虽然以上描述了本实用新型的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本实用新型的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本实用新型的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本实用新型的权利要求所保护的范围内。

Claims (8)

1.一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：包括室外电源供电模块、CPU采集模块和外部接入模块，

所述CPU采集模块包括分别与室外电源供电模块连接的主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、电极采样模块和电池电压采集电路，所述电极采样模块包括分别与室外电源供电模块连接的公共极控制回路和检测极控制回路，所述主CPU分别与外部看门狗及定时电路、外部存储电路、显示及无线模块、公共极控制回路、检测极控制回路和电池电压采集电路连接；

所述外部接入模块包括短天线和电极式传感器，所述短天线连接至显示及无线模块，所述电极式传感器分别与公共极控制回路和检测极控制回路连接。

2.如权利要求1所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述公共极控制回路包括一路公共极输出电路，所述公共极输出电路包括公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路、公共极二级变压器隔离电路和公共极二级隔离供电电路，所述公共极一级光耦隔离电路、公共极功率放大电路和公共极二级变压器隔离电路依次连接，所述公共极二级隔离供电电路分别连接到公共极功率放大电路和公共极二级变压器隔离电路；

所述检测极控制回路包括至少一路检测极输出电路，每路检测极输出电路包括检测极一级光耦隔离电路、二级继电器隔离电路和二级继电器隔离供电电路，所述二级继电器隔离电路分别与检测极一级光耦隔离电路和二级继电器隔离供电电路连接；

所述电极式传感器包括一路电极传感器公共极和至少一路电极传感器检测极，若电极传感器检测极的路数大于1，则不同电极传感器检测极位于水电厂库区的不同水位上；所述电极传感器公共极连接至公共极二级变压器隔离电路，每路电极传感器检测极连接至对应的检测极输出电路的二级继电器隔离电路；所述公共极一级光耦隔离电路和检测极一级光耦隔离电路均连接到主CPU。

3.如权利要求2所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述公共极输出电路还包括公共极过电压保护电路，所述公共极过电压保护电路分别与公共极二级变压器隔离电路和电极传感器公共极连接。

4.如权利要求2所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述检测极输出电路还包括检测极过电压保护电路，所述检测极过电压保护电路分别与二级继电器隔离电路和电极传感器检测极连接。

5.如权利要求1所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述CPU采集模块还包括分别与室外电源供电模块连接的外部低功耗唤醒电路和雨量采集电路，所述外部接入模块还包括雨量传感器，所述雨量采集电路分别与外部低功耗唤醒电路、雨量传感器及主CPU连接，所述外部低功耗唤醒电路连接至主CPU。

6.如权利要求5所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述雨量传感器为翻斗式雨量传感器。

7.如权利要求5所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述显示及无线模块包括分别与室外电源供电模块连接的设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路，所述设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路均连接到主CPU；所述无线模块电路外接至短天线。

8.如权利要求7所述的一种电极式水电厂库区水位远程监测装置，其特征在于：所述室外电源供电模块包括太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路，太阳能电池板组件、太阳能电池充电控制器、锂电池、锂电池供电转换电路和低功耗控制电路依次相连，所述锂电池连接至电池电压采集电路；所述低功耗控制电路分别与主CPU、外部看门狗及定时电路、外部存储电路、设备运行模式及通讯模块控制电路、LED扩展电路和无线模块电路、公共极控制回路、检测极控制回路、电池电压采集电路、外部低功耗唤醒电路和雨量采集电路连接。