CN209820465U - 一种基于物联网的水情采集系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于物联网的水情采集系统，包括多个采集装置、中心服务器；多个采集装置设置在水库上下游的不同位置处；每个采集装置均包括固定安装架和雨量传感器、水位传感器、太阳能供电装置、数据采集主机单元、无线数据通信模块；数据采集主机单元包括CPU控制器和本地存储器，且CPU控制器与本地存储器集成连接；CPU控制器通过无线数据通信模块与中心服务器建立通信连接；数据采集主机单元上的CPU控制器具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接。上述采集系统架构中的多个采集装置、中心服务器通过无线方式进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的，实用性更强。

Description

一种基于物联网的水情采集系统

技术领域

本实用新型涉及水力发电设备技术领域，尤其涉及一种基于物联网的水情采集系统。

背景技术

对于现有技术而言，传统的用于电量预测数据是根据以往年份的水文规律获得，然而往年原始的水文资料仅提供每日的流量监控数据。但是，在进行发电量预测时，需要对水文数据进行插补数据完成逐小时模型水文流量表，以使程序能够以1小时为时间步长进行计算分析(因此说，需要获取每个小时的水情监测数据)。

与此同时，由于实际的水情数据和历史水情数据存在不相符的情况，所以使用历史水情数据很难准确的预测水电站的发电量，从而影响发电计划的制定。

研究发现，应用上述传统技术仍然存在以下方面的技术缺陷：1、以历史数据代替实时数据进行分析预测，预测数据和实际数据存在较大变差。2、数据预测准确性差，对发电计划的制定没有太大帮助。3、不能准确的对发电量数据进行预测，影响相关的发电计划制定、电力系统调度管理，提高了管理成本，降低了管理效率。

随着现有技术的发展和进步，研究人员发现水电站工作中可以采用实时采集方式获取大量的水情数据，并远程供给后方工作人员实施有效梳理和监控，并最终预测水电站的发电量提供帮助；然而，如何设计一款实时快速高效的大量水情采集系统对于本领域技术人员来说仍然是个技术难题。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的水情采集系统，用以解决上述技术问题。

为了达到上述目的，本实用新型的技术方案是这样实现的：

本实用新型提供的一种基于物联网的水情采集系统，包括多个采集装置、中心服务器；

其中，多个所述采集装置设置在水库上下游的不同位置处；

且每个所述采集装置均包括固定在水库边缘的固定安装架和设置在固定安装架上的雨量传感器、水位传感器、太阳能供电装置、数据采集主机单元和无线数据通信模块；

所述太阳能供电装置用于给数据采集主机单元和所述无线数据通信模块供电；

所述数据采集主机单元包括CPU控制器和本地存储器，且所述CPU控制器与所述本地存储器集成连接；所述数据采集主机单元上的CPU控制器分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接，且所述CPU控制器还通过所述无线数据通信模块与所述中心服务器建立通信连接；

且所述数据采集主机单元上的CPU控制器具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述总线接口为RS485总线接口或是RS232总线接口；且所述无线数据通信模块具体为GPRS通信模块、WIFI通信模块、ZIGBEE无线通讯模块中的任意一种。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述本地存储器包括多个FLASH芯片,多个所述FLASH芯片按照阵列排序相互连接。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池；其中，所述太阳能充电控制器与所述太阳能电池板电连接，且所述太阳能充电控制器还与所述蓄电池电连接。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述蓄电池还分别与所述CPU控制器、所述雨量传感器、所述水位传感器以及所述无线数据通信模块电连接；所述蓄电池用于分别给所述CPU控制器、所述雨量传感器、所述水位传感器以及所述无线数据通信模块供电。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述太阳能供电装置上还设置有防雷电保护电路；所述防雷电保护电路包括浪涌保护器；所述防雷电保护电路用于对太阳能供电装置进行防雷电保护。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述中心服务器具体为云计算服务器。

优选的，作为一种具体的可实施方案，每个所述采集装置还包括GPS定位模块；所述CPU控制器与所述GPS定位模块电连接，且所述CPU控制器还用于在通过雨量传感器检测到雨量超过雨量标准值后触发GPS定位模块，从所述GPS定位模块获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器；所述CPU控制器还用于在通过水位传感器检测到水位超过水位标准值后触发GPS定位模块，从所述GPS定位模块获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述基于物联网的水情采集系统还包括水流流速传感器，所述水流流速传感器的一端深入到水面内部，另一端通过连接件固定连接在所述固定安装架上；且所述水流流速传感器通过总线接口或是CAN总线与所述数据采集主机单元上的CPU控制器建立通信连接。

优选的，作为一种具体的可实施方案，所述固定安装架为三角形安装架；且所述固定安装架上设置有用于封装保护所述数据采集主机单元的主机保护箱。

与现有技术相比，本实用新型实施例的优点在于：

本实用新型提供的一种基于物联网的水情采集系统，包括多个采集装置、中心服务器；同时该中心服务器可以是一个或是多个；然而上述采集装置则应当是多个，其被安装分布在水库上下游的不同位置，从而便于从水库上下游不同位置处进行采集水情数据；其中，每个采集装置均由固定在水库边缘的固定安装架和设置在固定安装架上的雨量传感器、水位传感器、太阳能供电装置、数据采集主机单元和无线数据通信模块等结构构成；该采集装置是一种具有无线通信功能的采集装置，其可以通过雨量传感器采集该位置处的雨量，通过水位传感器采集该位置的水位情况，并最终利用数据采集主机单元通过无线方式与中心服务器进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的。数据采集主机单元包括CPU控制器和本地存储器，且CPU控制器与本地存储器集成连接；数据采集主机单元上的CPU控制器分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接，且CPU控制器还通过无线数据通信模块与中心服务器建立通信连接；且数据采集主机单元上的CPU控制器具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接。

与此同时，为了保证各个电气装置的正常运行，其除了各个电气装置本身配备的电源外，还设计有太阳能供电装置；该太阳能供电装置可以给数据采集主机单元和无线数据通信模块等实施供电；上述这种供电方式既环保又安全可靠，可以满足基于物联网的水情采集系统的连续长时间采集作业要求。

本实用新型提供的基于物联网的水情采集系统架构中的多个采集装置、中心服务器通过无线方式进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的；同时研究发现，该基于物联网的水情采集系统，显著提升了水情数据共享效果，提升了监控的效率，保障了水电站实时且快速高效获取大量水情数据。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统中的一个采集装置安装在水库某采集位置的效果示意图；

图2为本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统的中的一个采集装置的结构原理图；

图3为本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统的中的一个采集装置中的太阳能供电装置的局部结构原理图；

图4为本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统的系统架构示意图。

标号：

采集装置1；固定安装架11；雨量传感器12；水位传感器13；太阳能供电装置14；数据采集主机单元15；无线数据通信模块16；GPS定位模块17；水流流速传感器18；主机保护箱19；CPU控制器151；本地存储器152；太阳能电池板141；太阳能充电控制器142；蓄电池143；

中心服务器2；

水面A。

具体实施方式

下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，某些指示的方位或位置关系的词语，其仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；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。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

实施例一

参见图4，本实用新型实施例提供了一种基于物联网的水情采集系统，包括多个采集装置1(具体参见图1以及图2)、中心服务器2；其中，多个采集装置1设置在水库上下游的不同位置处；

如图1以及图2所示，每个采集装置1均包括固定在水库边缘的固定安装架11和设置在固定安装架11上的雨量传感器12、水位传感器13、太阳能供电装置14、数据采集主机单元15和无线数据通信模块16；其中，太阳能供电装置14用于给数据采集主机单元15和无线数据通信模块16供电；

上述数据采集主机单元15包括CPU控制器151和本地存储器152，且CPU控制器151与本地存储器152集成连接；数据采集主机单元上的CPU控制器151分别与雨量传感器12、水位传感器13建立通信连接，CPU控制器151还通过无线数据通信模块16与中心服务器2建立通信连接；

且数据采集主机单元15上的CPU控制器151具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器12、水位传感器13建立通信连接。

分析上述基于物联网的水情采集系统的主要构造可知：该采集系统由多个采集装置1、中心服务器2等构成；其中，每个采集装置1均由固定在水库边缘的固定安装架11和设置在固定安装架11上的雨量传感器12、水位传感器13、太阳能供电装置14、数据采集主机单元15和无线数据通信模块16等结构构成；该采集装置1是一种具有无线通信功能的采集装置，其可以通过雨量传感器采集该位置处的雨量，通过水位传感器采集该位置的水位情况，并最终利用数据采集主机单元通过无线方式与中心服务器2进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的。数据采集主机单元15主要由CPU控制器151和本地存储器152等构成，且CPU控制器151与本地存储器152集成连接；数据采集主机单元上的CPU控制器151分别与雨量传感器12、水位传感器13建立通信连接，CPU控制器151还通过无线数据通信模块16与中心服务器2建立通信连接；且数据采集主机单元上的CPU控制器具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接。

需要说明的是，数据采集主机单元15主要由CPU控制器151和本地存储器152；数据采集主机单元上的CPU控制器151分别接收雨量传感器、水位传感器发送的传感信号，并将其解析后监测数据存储到本地存储器152中且通过无线数据通信模块传递给中心服务器2(该数据采集主机单元上选用的CPU控制器均由设定程序设计完成，本实用新型实施例对该程序逻辑不涉及具体保护)。

本实用新型提供的基于物联网的水情采集系统架构中的多个采集装置1、中心服务器2通过无线方式进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的；同时研究发现，该基于物联网的水情采集系统，显著提升了水情数据共享效果，提升了监控的效率，保障了水电站实时且快速高效获取大量水情数据。

下面对本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统的具体结构以及具体技术效果做一下详细说明：

上述总线接口为RS485总线接口或是RS232总线接口；且无线数据通信模块具体为GPRS通信模块、WIFI通信模块、ZIGBEE无线通讯模块中的任意一种。

需要说明的是，在本实施例的具体技术方案中，该总线接口可以选择多种类型的接口形式，其中最优选选择为RS485总线接口或是RS232总线接口；举例说明，本实用新型实施例中的RS485网络是一种常用的现场总线网络。其中RS485/MODBUS是现在流行的一种布网方式，实施简单方便，而且本实用新型实施例中的雨量传感器、水位传感器等仪表支持该RS485接口通信。

如图2所示，本地存储器152包括多个FLASH芯片,多个FLASH芯片按照阵列排序相互连接。需要说明的是，在本实施例的具体技术方案中，上述本地存储器可以选择使用,DDR、SDRAM或者RDRAM、FLASH存储器中的任意一种；然而本实用新型实施例中的本地存储器优选使用FLASH芯片，且多个FLASH芯片按照阵列排序相互连接，形成一个较大存储空间的本地存储器。

如图3所示，太阳能供电装置14包括太阳能电池板141、太阳能充电控制器142和蓄电池143；其中，太阳能充电控制器142与太阳能电池板141电连接，且太阳能充电控制器142还与蓄电池143电连接。需要说明的是，在本实施例的具体技术方案中，上述太阳能供电装置主要由太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池等结构构成；其中太阳能充电控制器与太阳能电池板电连接，同时太阳能充电控制器还与蓄电池电连接。上述太阳能充电控制器是控制太阳能电池板对蓄电池进行充电转化以及稳压的工作器件。

上述蓄电池143还分别与CPU控制器、雨量传感器、水位传感器以及无线数据通信模块电连接；蓄电池用于分别给CPU控制器、雨量传感器、水位传感器以及无线数据通信模块供电。需要说明的是，在其中一种实施方式中，上述蓄电池可以优选使用储能良好，性能可靠稳定的锂离子电池或是三元锂电池等；上述蓄电池可以分别给CPU控制器、雨量传感器、水位传感器以及无线数据通信模块进行供电。

上述太阳能供电装置上还设置有防雷电保护电路(图中未示出)；防雷电保护电路包括浪涌保护器；防雷电保护电路(即浪涌保护器)用于对太阳能供电装置进行防雷电保护。需要说明的是，在本实施例的具体技术方案中，防雷电保护电路用于对太阳能供电装置内部的太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池电路；上述防雷器，又称避雷器、浪涌保护器、电涌保护器、过电压保护器等，主要包括电源防雷器和信号防雷器，防雷器是通过现代电学以及其它技术来防止被雷击中的设备的损坏。避雷器中的雷电能量吸收，主要是氧化锌压敏电阻和气体放电管。

上述中心服务器2(即后台服务器)具体为云计算服务器。需要说明的是，在其中一种实施方式中，上述中心服务器优选使用云计算服务器，该云计算服务器其存储量大，运算速度更快；上述云服务器可以与多个采集装置(甚至是采集装置中的部分类型传感器)通过各类无线通信网络通信连接。云服务器还可以存储水情数据，并将供给其他操作平台共享(例如：各种连接云服务器的电脑或是上位机)。

上述每个采集装置还包括GPS定位模块17；CPU控制器151与GPS定位模块17电连接，且CPU控制器151还用于在通过雨量传感器12检测到雨量超过雨量标准值后触发GPS定位模块17，从GPS定位模块17获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器2；CPU控制器151还用于在通过水位传感器13检测到水位超过水位标准值后触发GPS定位模块17，从GPS定位模块17获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器2。

需要说明的是，在其中一种实施方式中，上述采集装置还设计有GPS定位模块17，通过该GPS定位模块17可以让中心服务器2获知到具体采集点的位置；当操作人员发现该采集点处的采集装置1的水情数据解决警报情况下后，可以及时获知到该采集点的定位位置，便于水电站工作人员及时到达现场处理具体情况。

上述基于物联网的水情采集系统还包括水流流速传感器18，水流流速传感器18的一端深入到水面A内部，另一端通过连接件固定连接在固定安装架上；且水流流速传感器18通过总线接口或是CAN总线与数据采集主机单元上的CPU控制器151建立通信连接。需要说明的是，本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统其还设计了水流流速传感器，该水流流速传感器可以深入到水面A内部对该采集点处的水流流速进行采集，并通过主机单元上的CPU控制器将采集数据传给云服务器。

在上述基于物联网的水情采集系统应用实施例中，可将该采集系统中的采集装置广泛地在水电站上游安装，从而对水电站上游流域进行多采集点布局。采集装置在具体工作时通过多种类型的传感器实时的采集水位、雨量、水流速等数据，采集数据通过无线方式传回后台服务器(即云服务器)进行分析处理，从而获得实时的水情数据(或称水文数据)用于水电站发电量的预测分析。本实用新型提供的基于物联网的水情采集系统，主要是架构整个水情数据的前端采集系统，该系统架构是基于物联网且适用于水电站网络硬件架构，对于后续采集数据如何分析处理对此本实用新型不予保护，也不再赘述。

关于水位传感器，其中，水位传感器是指能将被测点水位参量实时地转变为相应电量信号的仪器。上述水位传感器主要应用在河流和江河中的水位监测方面，水位传感器主要有两种，一种是投入式水位传感器，一种是红外式水位传感器，本实用新型实施例中的水位传感器可以选择其中的任意一种。本实用新型实施例中的水位传感器其包括但不限于选用红外式水位传感器，该红外式水位传感器使用红外技术实现水位探测和水位监测；同样该水位传感器可以通过总线接口通讯(或是CAN总线通讯)方式实现与CPU控制器建立通信连接。

关于雨量传感器需要说明的是，雨量传感器是广泛适用于气象台(站)、水文站、农林、国防等有关部门用来遥测液体降水量、降水强度、降水起止时间的传感器。本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统，其选用了市场上常规使用的雨量传感器，该雨量传感器特别适用于供水调度、电站水库水情管理为目的水情数据采集系统(或称自动野外水文测报站)。

关于上述雨量传感器的具体功能参数如下：

上述固定安装架11为三角形安装架；且固定安装架11上设置有用于封装保护数据采集主机单元的主机保护箱19。需要说明的是，在本实施例的具体技术方案中，上述固定安装架其优选使用三角形安装架，该安装架采用三角形形状设计，该支架机构主要由管架搭接固定，其不仅仅风阻系数低，抗风能力强，而且三角形结构的安装架，结构稳定性以及可靠性也非常高。

本实用新型实施例中的基于物联网的水情采集系统，其设计有适用于水电站使用的采集装置，同时利用多个采集装置和中心服务器架构了基于物联网的平台，多个采集装置、中心服务器通过无线方式进行连接，实现整体互联，达到基于物联网的平台共享的目的；同时研究发现，该基于物联网的水情采集系统，显著提升了水情数据共享效果，提升了监控的效率，保障了水电站实时且快速高效获取大量水情数据。

应用基于物联网的水情采集系统，其避免了现有技术中以历史数据代替实时数据进行分析预测的尴尬，由于可以及时快速获取大量水情数据，这样将会为后续发电计划制定、电力系统调度管理提供有效的帮助。

因此说，本实用新型实施例提供的基于物联网的水情采集系统，其系统架构完善，监控采集效率高，具有高效网络互联、高效监控等功能，并同时带了良好的经济效益和社会效益。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种基于物联网的水情采集系统，其特征在于，包括多个采集装置、中心服务器；

其中，多个所述采集装置设置在水库上下游的不同位置处；

且每个所述采集装置均包括固定在水库边缘的固定安装架和设置在固定安装架上的雨量传感器、水位传感器、太阳能供电装置、数据采集主机单元和无线数据通信模块；

所述太阳能供电装置用于给数据采集主机单元和所述无线数据通信模块供电；

所述数据采集主机单元包括CPU控制器和本地存储器，且所述CPU控制器与所述本地存储器集成连接；所述数据采集主机单元上的CPU控制器分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接，且所述CPU控制器还通过所述无线数据通信模块与所述中心服务器建立通信连接；

且所述数据采集主机单元上的CPU控制器具体可通过总线接口或是CAN总线分别与雨量传感器、水位传感器建立通信连接。

2.如权利要求1所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述总线接口为RS485总线接口或是RS232总线接口；且所述无线数据通信模块具体为GPRS通信模块、WIFI通信模块、ZIGBEE无线通讯模块中的任意一种。

3.如权利要求1所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述本地存储器包括多个FLASH芯片,多个所述FLASH芯片按照阵列排序相互连接。

4.如权利要求1所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述太阳能供电装置包括太阳能电池板、太阳能充电控制器和蓄电池；其中，所述太阳能充电控制器与所述太阳能电池板电连接，且所述太阳能充电控制器还与所述蓄电池电连接。

5.如权利要求4所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述蓄电池还分别与所述CPU控制器、所述雨量传感器、所述水位传感器以及所述无线数据通信模块电连接；所述蓄电池用于分别给所述CPU控制器、所述雨量传感器、所述水位传感器以及所述无线数据通信模块供电。

6.如权利要求5所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述太阳能供电装置上还设置有防雷电保护电路；所述防雷电保护电路包括浪涌保护器；所述防雷电保护电路用于对太阳能供电装置进行防雷电保护。

7.如权利要求1-6任一项所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述中心服务器具体为云计算服务器。

8.如权利要求7所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，每个所述采集装置还包括GPS定位模块；所述CPU控制器与所述GPS定位模块电连接，且所述CPU控制器还用于在通过雨量传感器检测到雨量超过雨量标准值后触发GPS定位模块，从所述GPS定位模块获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器；所述CPU控制器还用于在通过水位传感器检测到水位超过水位标准值后触发GPS定位模块，从所述GPS定位模块获取定位位置信息，并将其发送给中心服务器。

9.如权利要求8所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述基于物联网的水情采集系统还包括水流流速传感器，所述水流流速传感器的一端深入到水面内部，另一端通过连接件固定连接在所述固定安装架上；且所述水流流速传感器通过总线接口或是CAN总线与所述数据采集主机单元上的CPU控制器建立通信连接。

10.如权利要求9所述的基于物联网的水情采集系统，其特征在于，所述固定安装架为三角形安装架；且所述固定安装架上设置有用于封装保护所述数据采集主机单元的主机保护箱。