CN209623821U - 一种基于4g通讯的自动水位观测站 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种基于4G通讯的自动水位观测站，包括固定在地面上的支撑杆，支撑杆上安装有电箱和雷达水位传感器，雷达水位传感器位于水面正上方，电箱内具有连接于雷达水位传感器的主处理器，以及连接于主处理器的通信模块和供电模块。本水位观测站还包括后台系统、图像传感器、雨量传感器和倾斜传感器，图像传感器、雨量传感器和倾斜传感器均连接于主处理器，图像传感器和雨量传感器均安装在支撑杆上，倾斜传感器固定在雷达水位传感器上以用于检测雷达水位传感器的倾斜程度，主处理器通过通信模块连接于后台系统。本实用新型使用雨量传感器，同时获取当前站点降雨量数据；使用图像传感器辅助水位观测，实时实地取景，有效避免误报。

Description

一种基于4G通讯的自动水位观测站

技术领域

本实用新型属于检测技术领域，尤其涉及一种基于4G通讯的自动水位观测站。

背景技术

在水利、气象、环保等诸多领域中都会需要用到水位测量的时候，水位测量可以用于测量水库、河流、城市道路、涵洞、排水口等处的水位，是监测水位变化的而有效监测设备。

水位监测设备需要使用雷达水位传感器35进行距离测量，再由主处理器3将距离信号转换为水位信号进行显示或传送给后台。但是现有技术的水位监测设备只有单纯的水位监测功能，后台工程人员无法知道当前被测量位置是否有降雨或者准确的降雨量，所以只能知道当前的水位数据，无法预算未来几分钟或几小时的水位可能变化情况，不便于管理人员做好相应的预防措施。此外，现有技术只向后台提供水位测量结果，管理人员无法远程验证测量结果是否无误；此外，水位监测设备多被安装在室外环境，经常会遭受风吹雨淋，容易因为诸多外部环境发生歪斜的问题，而使用雷达水位传感器35进行距离测量的水位监测设备，雷达水位传感器35若发生歪斜就会对测量结果造成影响，现有技术无法获取雷达水位传感器35是否有歪斜现象，所以在雷达水位传感器35因为歪斜检测到错误的数据后后台也无法知道。

发明内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提供一种具有高检测可靠性的基于4G通讯的自动水位观测站。

为达到上述目的，本实用新型提出了一种基于4G通讯的自动水位观测站，包括固定在地面上的支撑杆，所述支撑杆上安装有电箱和雷达水位传感器，所述雷达水位传感器位于水面正上方，所述电箱内具有连接于所述雷达水位传感器的主处理器，以及连接于所述主处理器的通信模块和供电模块。本水位观测站还包括后台系统、图像传感器、雨量传感器和倾斜传感器，所述图像传感器、雨量传感器和倾斜传感器均连接于所述主处理器，所述图像传感器和雨量传感器均安装在所述支撑杆上，所述倾斜传感器固定在所述雷达水位传感器上以用于检测雷达水位传感器的倾斜程度，所述主处理器通过所述通信模块连接于所述后台系统。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述支撑杆包括立柱和由所述立柱顶端向外延伸而得的弧形延伸杆，所述雷达水位传感器安装在所述弧形延伸杆的外端，且雷达水位传感器的检测面向下，所述图像传感器安装在所述弧形延伸杆上位于雷达水位传感器和立柱之间。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述供电模块包括蓄电池，所述蓄电池连接有太阳能板，所述太阳能板安装在所述支撑杆上。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述蓄电池为磷酸铁锂蓄电池。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述立柱顶端还向外延伸有L型延伸杆，所述太阳能板安装在所述L型延伸杆的顶端。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述主处理器包括多个RS485通讯接口和RS232通讯接口，所述雨量传感器、倾斜传感器、图像传感器和雷达水位传感器均通过所述RS485通讯接口或RS232通讯接口连接于所述主处理器。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述主处理器包括开关量输入输出模块、RF通讯模块、电源管理模块、充电管理模块和调试接口，所述太阳能板通过所述充电管理模块连接于所述蓄电池。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述通信模块包括GPRS通信模块、光纤通信模块、WLAN通信模块和微波通信模块中的任意一种或多种的组合。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述立柱、弧形延伸杆和L型延伸杆均呈具有走线槽的中空结构，连接于主处理器、通信模块、供电模块、雷达水位传感器、图像传感器、雨量传感器和倾斜传感器的连接线均穿设在手术走线槽中。

在上述的基于4G通讯的自动水位观测站中，所述雨量传感器为翻斗式雨量传感器。

与现有的技术相比，本实用新型具有以下优点：

1、使用雨量传感器，同时获取当前站点降雨量数据；

2、使用图像传感器辅助水位观测，实时实地取景，辅助观测现场水位，有效避免误报，使工程人员准确掌控现场实时状况；

3、使用倾斜传感器对水位度传感器的倾斜角进行检测，在水位度传感器因为外部因素发生歪斜的时候，后台管理人员能够及时得知歪斜情况，从而及时检修雷达水位传感器以避免长期接收错误数据；

4、使用高性能的供电模块，提高野外测量设备环境取能效率，提高设备工作稳定性。

附图说明

图1是本实用新型支撑杆的主视图；

图2是本实用新型支撑杆的侧视图；

图3是本实用新型的系统结构框图；

图4是本实用新型的电路接线示意图；

图5是本实用新型供电模块的工作原理示意图。

图中，支撑杆1；立柱11；弧形延伸杆12；L型延伸杆13；电箱2；主处理器3；通信模块31；图像传感器32；雨量传感器33；倾斜传感器34；雷达水位传感器35；充电管理模块36；电源管理模块37；供电模块4；蓄电池41；太阳能板42；超级电容43；升压模块44；后台系统5；负载6。

具体实施方式

如图1-图3所示，本实施例公开了一种基于4G通讯的自动水位观测站，包括固定在地面上的支撑杆1、后台系统5、通信模块31、主处理器3、供电模块4、图像传感器32、雨量传感器33、倾斜传感器34、雷达水位传感器35和电箱2，其中雨量传感器33为翻斗式雨量传感器33。且图像传感器32、雨量传感器33、雷达水位传感器35和电箱2均安装在支撑杆1上，倾斜传感器34固定在雷达水位传感器35上以用于检测雷达水位传感器35的倾斜程度。雷达水位传感器35面对水表面，也就是说雷达水位传感器35的微波脉冲信号的发射接收口正对于水平面的正上方，雷达水位传感器35采用目前已有的基于雷达测距的传感器设备，其工作原理主要是通过雷达水位传感器35向水表面发射并接收微波脉冲，根据发射接收微波脉冲的时间差获得距离信号，从而获得水位信息，本领域技术人员都应当知道具体的数据处理过程，在此不进行赘述。图像传感器32、雨量传感器33、供电模块4、通信模块31、倾斜传感器34和雷达水位传感器35均连接于主处理器3，主处理器3通过通信模块31连接于后台系统5，以将检测到的数据发送给后台系统5，同时接收后台系统5发送过来的控制命令等信息。且主处理器3、通信模块31和供电模块4均位于电箱2内。

这里通过使用图像传感器，在向后台提供水位数据的同时，同步传输图形信息，从而避免误报，使工程人员有效掌控现场实时状况；通过使用雨量传感器能够使后台实时知道当前的降雨量，也就是说工程人员能够根据当前水位以及当前降雨量自行预测将来几分钟或几小时的水位，有效掌控现场水位变化情况，便于工程人员及时作出相应应对。当然，本领域技术人员也可以将相关算法存储至主处理器中，通过存储在主处理器内的相关算法根据当前水位和降雨量预测将来几分钟或几小时的水位，相较于只提供降雨量和水位数据的方式，这种方法具有更加智能化，更加高效的优点。

具体地，图像传感器32可以使用网络枪机，例如可以采用海康威视型号为1/3"Progressive Scan CMOS的数字网络枪机。网络枪机把图像信号通过CMOS图像传感器和DSP处理转变为JPEG的静态单帧图片并传输给主处理器3。网络枪机能定时或按远程指令采集工程现场图像信号，经压缩处理后通过网络方式传送给数据处理系统。网络枪机的电源开启关闭由主处理器3的内部电源管理模块37输出控制。

进一步地，主处理器3具有8路12V电源可控输出，用于配置倾斜传感器34、图像传感器32、雷达水位传感器35和雨量传感器33等设备供电。

此外，主处理器3包括多个RS485通讯接口和RS232通讯接口，RS485通讯接口和RS232通讯接口处均带有防雷保护，本实施例的雨量传感器33、倾斜传感器34、图像传感器32和雷达水位传感器35等外界设备均通过RS485通讯接口或RS232通讯接口连接于主处理器3，此外，除了供倾斜传感器34、图像传感器32、雨量传感器33和雷达水位传感器35连接的通讯接口外，主处理器3还具有多余的通讯接口以供后续其他设备的接入，例如温度传感器、雪深传感器等传感器设备，具有自由扩展的优点。

进一步地，主处理器3包括开关量输入输出模块、RF通讯模块、电源管理模块37、充电管理模块36和调试接口。

开关量输入输出模块：具备2路开关量输入和2路开关量输出，开关量输入可以用于各类微波红外探测器的接入，开关量输出可以控制各设备的供电；

RF通讯模块：主要用于现场无线传感器的数据采集和相关命令配置；

电源管理模块37：负责硬件系统中所有单元的电源的产生，比如3.3V、1.8V、5V等；

充电管理模块36：负责将太阳能板42输出的能量传到磷酸铁锂蓄电池的充电，而且这里的充电管理模块36具备铅酸、胶体、磷酸铁锂匹配功能；

调试接口：工程人员在地面用有线或无线调式工具可以对各个模块装置的各项采集与控制功能进行测试、参数配置、故障分析等。

进一步地，主处理器3的核心CPU可以选择基于ARM Cortex-M3的STM32的207系列芯片。STM32系列MCU采用ARM Cortex-M3处理器内核，ARM Cortex-M3处理器结合了执行Thumb-2指令的32位哈佛微体系结构和系统外设，该技术方案在测试和实例应用中表现出较高的性能，芯片性能达1.2DMIPS/MHz，时钟频率高达100MHz。Cortex-M3处理器还实现了Tail-Chaining中断技术，该技术是一项完全基于硬件的中断处理技术，最多可减少12个时钟周期数，在实际应用中可减少70％中断；推出了新的单线调试技术，避免使用多引脚进行JTAG调试。

进一步地，通信模块31包括GPRS通信模块、光纤通信模块、WLAN通信模块和微波通信模块中的任意一种或多种的组合。

具体地，供电模块4包括蓄电池41，蓄电池41连接有太阳能板42，太阳能板42安装在支撑杆1上。且本实施例的蓄电池采用的是磷酸铁锂蓄电池。目前，野外在线监测装置普遍出现电源可靠性差等问题，主要的原因是采用了铅酸电池，或者在铅酸电池基础上发展起来的胶体电池、硅能电池、铅晶电池。后面这几类电池在国内生产厂家介绍中都提到比铅酸电池更加优越，但实际应用情况其最终性能和铅酸电池没有很大的差别。而本实施例使用的磷酸铁锂蓄电池，相较于铅酸蓄电池有如下优点：超长使用寿命，长寿命铅酸电池的循环寿命是300次左右，最高也就500次，而磷酸铁锂蓄电池是同类锂电池中循环寿命最高的，可达2000次左右；稳定性高，高温低充电的容量稳定性好，储存性能好；重量更轻，相比同等级的铅酸蓄电池容量，磷酸铁锂电池的重量轻了一半，更利于现场的安装。

如图4和图5所示，本实施例的太阳能板42是利用光伏陈列的光电效应将光能转换为电能，光伏陈列输出为直流电，其输出电压、电流随着光照强度和所接负载而变化，太阳能板42发出的电能经充电管理模块36给磷酸铁锂蓄电池进行充电。在太阳光照射不强时，输出的电压会比较低，能量会先存到超级电容43中，然后通过内部的升压模块44进入充电管理模块36对蓄电池41进行充电，超级电容将太阳能板42发出的微弱直流电贮能起来，供负载8使用和蓄电池41充电；由电源管理模块37负责给负载8供电，具有过流、欠压保护，这里的负载8主要有主处理器3、通信模块31、供电模块4、雷达水位传感器35、图像传感器32和倾斜传感器34等设备。

优选地，如图1和图2所示，支撑杆1包括立柱11和由立柱11顶端向外延伸而得的弧形延伸杆12，雷达水位传感器35安装在弧形延伸杆12的外端，且雷达水位传感器35的检测面向下，图像传感器32安装在弧形延伸杆12上位于雷达水位传感器35和立柱11之间。通过弧形延伸杆12来安装雷达水位传感器35和图像传感器32，支撑杆不会影响雷达水位传感器35和图像传感器32的监测工作，只需要将立柱固定在河边，就能够使雷达水位传感器位于河面正上方，从而达到水位监测的目的。

进一步地，立柱11顶端还向外延伸有L型延伸杆13，太阳能板42安装在L型延伸杆13的顶端。同样地，通过将太阳能板42安装在L型延伸杆13的顶端，使太阳能板42与立柱本体具有一定的距离，从而使太阳能板42具有更好的采光环境。

优选地，立柱11、弧形延伸杆12和L型延伸杆13均呈具有走线槽的中空结构，连接于主处理器3、通信模块31、供电模块4、雷达水位传感器35、图像传感器32、雨量传感器33和倾斜传感器34的连接线均穿设在走线槽中。将连接线设置在走线槽中，能够避免外部线路的杂乱，同时能够延长线路的使用寿命。

本文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

尽管本文较多地使用了支撑杆1；立柱11；弧形延伸杆12；L型延伸杆13；电箱2；主处理器3；通信模块31；图像传感器32；雨量传感器33；倾斜传感器34；雷达水位传感器35；充电管理模块36；电源管理模块37；供电模块4；蓄电池41；太阳能板42；超级电容43；升压模块44；后台系统5；负载6等术语，但并不排除使用其它术语的可能性。使用这些术语仅仅是为了更方便地描述和解释本实用新型的本质；把它们解释成任何一种附加的限制都是与本实用新型精神相违背的。

Claims (10)

1.一种基于4G通讯的自动水位观测站，包括固定在地面上的支撑杆(1)，所述支撑杆(1)上安装有电箱(2)和雷达水位传感器(35)，所述雷达水位传感器(35)位于水面正上方，所述电箱(2)内具有连接于所述雷达水位传感器(35)的主处理器(3)，以及连接于所述主处理器(3)的通信模块(31)和供电模块(4)，其特征在于，还包括后台系统(5)、图像传感器(32)、雨量传感器(33)和倾斜传感器(34)，所述图像传感器(32)、雨量传感器(33)和倾斜传感器(34)均连接于所述主处理器(3)，所述图像传感器(32)和雨量传感器(33)均安装在所述支撑杆(1)上，所述倾斜传感器(34)固定在所述雷达水位传感器(35)上以用于检测雷达水位传感器(35)的倾斜程度，所述主处理器(3)通过所述通信模块(31)连接于所述后台系统(5)。

2.根据权利要求1所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述支撑杆(1)包括立柱(11)和由所述立柱(11)顶端向外延伸而得的弧形延伸杆(12)，所述雷达水位传感器(35)安装在所述弧形延伸杆(12)的外端，且雷达水位传感器(35)的检测面向下，所述图像传感器(32)安装在所述弧形延伸杆(12)上位于雷达水位传感器(35)和立柱(11)之间。

3.根据权利要求2所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述供电模块(4)包括蓄电池(41)，所述蓄电池(41)连接有太阳能板(42)，所述太阳能板(42)安装在所述支撑杆(1)上。

4.根据权利要求3所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述蓄电池(41)为磷酸铁锂蓄电池。

5.根据权利要求4所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述立柱(11)顶端还向外延伸有L型延伸杆(13)，所述太阳能板(42)安装在所述L型延伸杆(13)的顶端。

6.根据权利要求5所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述主处理器(3)包括多个RS485通讯接口和RS232通讯接口，所述雨量传感器(33)、倾斜传感器(34)、图像传感器(32)和雷达水位传感器(35)均通过所述RS485通讯接口或RS232通讯接口连接于所述主处理器(3)。

7.根据权利要求6所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述主处理器(3)包括开关量输入输出模块、RF通讯模块、电源管理模块(37)、充电管理模块(36)和调试接口，所述太阳能板(42)通过所述充电管理模块(36)连接于所述蓄电池(41)。

8.根据权利要求1所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述通信模块(31)包括GPRS通信模块(31)、光纤通信模块(31)、WLAN通信模块(31)和微波通信模块(31)中的任意一种或多种的组合。

9.根据权利要求4所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述立柱(11)、弧形延伸杆(12)和L型延伸杆(13)均呈具有走线槽的中空结构，连接于主处理器(3)、通信模块(31)、供电模块(4)、雷达水位传感器(35)、图像传感器(32)、雨量传感器(33)和倾斜传感器(34)的连接线均穿设在手术走线槽中。

10.根据权利要求1所述的基于4G通讯的自动水位观测站，其特征在于，所述雨量传感器(33)为翻斗式雨量传感器。