CN210802603U - 一种分布式水位测量报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种分布式水位测量报警系统，包括至少一个水位监测单元和一终端基站，其中：水位监测单元包括供电模块、压力应变片、信号调理模块、第一处理器、第一通信模块，终端基站包括第二通信模块、第二处理器、显示模块及报警模块。本实用新型直接利用压力应变片得到的水深情况与预设的阈值进行比较从而产生报警，无需使用结构更复杂的传感器、测量仪，也无需建设网络来获取并处理相应的测量数据，其安装部署更加灵活，水位测量报警的时效性也更强。

Description

一种分布式水位测量报警系统

技术领域

本实用新型涉及水位监测领域，特别涉及一种分布式水位测量报警系统。

背景技术

我国幅员辽阔，湖泊众多，对水位进行测量报警能及时准确了解水位情况，对农业、防洪抗灾等具有重大指导意义。另外，变电站、水电站厂房等的排水情况一般也需要进行监测。目前水位测量需要建立相应的观测站，有部分河流以及湖泊等区域的水位观测站采用人工监测的方式监测水位，也有部分河流以及湖泊等区域的水位观测站中设置水位监测装置来监测水位，现有的水位监测装置主要由传感器和测量仪组成，还需要搭建满足要求的数据网络系统，测量的数据通过网络传输到数据中心，而后进行相应处理产生报警，这种水位监测系统的安装部署复杂、报警时效性低。

实用新型内容

鉴于上述问题，提出了本实用新型，以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的分布式水位测量报警系统。

一种分布式水位测量报警系统，包括至少一个水位监测单元和一终端基站，其中：

所述水位监测单元包括供电模块、压力应变片、信号调理模块、第一处理器、第一通信模块；所述压力应变片与所述信号调理模块连接，根据水深情况产生阻值变化量，并将阻值变化量发送给所述信号调理模块；所述信号调理模块的输入端与压力应变片连接，输出端与第一处理器连接，将接收的阻值变化量转换为电信号发送给第一处理器；所述第一处理器的输入端与信号调理模块连接，输出端与第一通信模块连接，对接收的电信号与预设的阈值进行比较，当所述电信号超过设定阈值时产生报警触发信号发送给第一通信模块；所述第一通信模块与所述终端基站连接，将报警触发信号发送给所述终端基站；

所述终端基站包括第二通信模块、第二处理器、显示模块及报警模块；所述第二通信模块的输入端与所述第一通信模块连接，输出端与所述第二处理器连接；所述第二处理器的输入端与第二通信模块连接，输出端分别与显示模块、报警模块连接；所述第二通信模块接收所述第一通信模发送的报警触发信号，并将此报警触发信号发送给第二处理器；所述第二处理器对接收的报警触发信号进行处理，控制显示模块显示报警点信息，还根据所述报警点信息情况控制报警模块报警。

进一步的，所述终端基站还包括与第二通信模块输出端连接的紧急处置模块，第二通信模块根据所述报警点信息启动紧急处置模块产生对外部设备的处置操作。

进一步的，所述供电模块为太阳能电池模组，分别与信号调理模块、第一处理器、第一通信模块连接。

进一步的，所述信号调理模块包括与压力应变片输出端连接的差动电桥电路、与差动电桥电路输出端连接的滤波电路、与滤波电路输出端连接的放大电路，以及与放大电路输出端连接的限压保护电路。

进一步的，所述显示模块为数显液晶模块或、字符点阵模块、或图形点阵液晶模块或信号灯。

进一步的，所述报警模块为声光报警模块。

进一步的，所述紧急处置模块包括与第二控制器连接的处理电路、与处理电路输出端连接的微处理器，以及与微处理器输出端连接的控制外部设备工作的电控制器件。

基于上述技术方案，本实用新型较现有技术而言的有益效果为：

本实用新型公开的一种分布式水位测量报警系统，包括至少一个水位监测单元和一终端基站，其中：所述水位监测单元包括供电模块、压力应变片、信号调理模块、第一处理器、第一通信模块，所述终端基站包括第二通信模块、第二处理器、显示模块及报警模块。所述压力应变片与所述信号调理模块连接，根据水深情况产生阻值变化量，并将阻值变化量发送给所述信号调理模块，所述信号调理模块将接收的阻值变化量转换为电信号发送给第一处理器，所述第一处理器的输入端与信号调理模块连接，输出端与第一通信模块连接，对接收的电信号与预设的阈值进行比较，当所述电信号超过设定阈值时产生报警触发信号发送给第一通信模块；所述第一通信模块与所述终端基站连接，将报警触发信号发送给所述终端基站。本实用新型的水位监测单元直接利用压力应变片得到的水深情况与预设的阈值进行比较从而产生报警，无需使用结构更复杂的传感器、测量仪，也无需建设网络来获取并处理相应的测量数据，成本更加低廉，其安装部署更加灵活，可以在同一个区域部署多个水位监测单元，进行分布式监测，水位测量报警的时效性也更强。

附图说明

图1是本实用新型实施例中，分布式水位测量报警系统的结构示意图；

图2是本实用新型实施例中，水位监测单元的结构示意图；

图3是本实用新型实施例中，终端基站的结构示意图；

图4是本实用新型实施例中，信号调理模块的结构示意图；

图5是本实用新型实施例中，紧急处置模块的结构示意图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种分布式水位测量报警系统，包括至少一个水位监测单元10和一终端基站20。结合图2所示，水位监测单元10包括供电模块11、压力应变片12、信号调理模块13、第一处理器14、第一通信模块15。供电模块11分别与压力应变片12、信号调理模块13、第一处理器14，实现供电功能。结合图3所示，终端基站20包括第二通信模块21、第二处理器22、显示模块23及报警模块24。

压力应变片12是一种压力传感器，将压力应变片12放入水中，当水位深度产生变化时，其所受压力也将随之变化，其阻值也将产生相应变化。压力应变片12当水位监测单元10置入水中与信号调理模块13连接，根据水深情况产生阻值变化量，并将阻值变化量发送给信号调理模块13。可以理解的，为防止短路，压力应变片12封装后放置于水中。

信号调理模块13的输入端与压力应变片12连接，输出端与第一处理器14连接，将接收的阻值变化量转换为电信号发送给第一处理器14。在一些实施例中，更具体的，结合图4所示，信号调理模块13包括与压力应变片12输出端连接的差动电桥电路131、与差动电桥电路131输出端连接的滤波电路132、与滤波电路132输出端连接的放大电路133，以及与放大电路133输出端连接的限压保护电路134。信号调理模块13用于对压力应变片12进行信号调理，采用差动电桥电路131来实现压力应变片12的电阻变化转化为相应的电压变化，并通过滤波电路132、放大电路133进行低通滤波、电路放大实现对该电信号的调理，并经由限压保护电路134将该电压控制在后级AD采集(模数采集)的允许量程范围。本实施例对差动电桥电路131、滤波电路132、放大电路133、限压保护电路134的具体结构不做限定。

第一处理器14的输入端与信号调理模块13连接，输出端与第一通信模块15连接，对接收的电信号与预设的阈值进行比较，当电信号超过设定阈值时产生报警触发信号发送给第一通信模块15。在实际应用中可以为各液位监测点设置编号信息，第一处理器14对前级信号调理模块13的输出电压变化量进行AD采集，并与初始设定的报警阈值进行比较，当超过预定值时将产生报警指令，并将自身编号信息一同打包为一个数据报警指令，通过第一通信模块15发送到终端基站20。在本实施例中，第一处理器14可以采用低功耗STM32微处理器。

第一通信模块15与终端基站20连接，将报警触发信号发送给终端基站20。在一些实施例中，第一通信模块15可以通过RS-232串口接收报警指令信息进行通信。

第二通信模块21的输入端与第一通信模块15连接，输出端与第二处理器22连接，第二通信模块21接收第一通信模发送的报警触发信号，并将此报警触发信号发送给第二处理器22。第二通信模块21可利用RS-232串口与第二处理器22进行数据交互。优选的，第一通信模块15、第二通信模块21采用无线射频编解码器，无需组建依赖网络运营商的通信网络，利于分布式水位测量报警系统的方便部署。

第二处理器22的输入端与第二通信模块21连接，输出端分别与显示模块23、报警模块24连接。第二处理器22对接收的报警触发信号进行处理，控制显示模块23显示报警点信息，还根据报警点信息情况控制报警模块24报警。显示模块23可以为数显液晶模块或字符点阵模块或图形点阵液晶模块或信号灯。报警模块24可以为声光报警模块24。

在一些实施例中，若第二通信模块21位为RS232通信模块，显示模块23为液晶显示模块23，第二处理器22分别设置有与第一RS-232串口接口、第二RS-232串口接口、RJ45网络接口。第二处理器22通过第一RS-232串口接口接收第二通信模块21的编码指令，并对接收到的信号指令进行解析，得到报警信号所处的监测点编号信息，通过第二RS-232串口接口将监测点编号信息进行编码发送到显示模块23。第二通信模块21还进行逻辑判断，统计当前报警点位数量并与预设阈值进行比较，比如预设阈值为3，若有4个水位监测单元10监测的水位值达到报警阈值，则第二处理器22就通过RJ45网络接口向声光报警模块24发送报警指令，为了更好了解水位情况，该报警指令还包含当前报警点位数量信息。声光报警系统里的处理器通过TCP/IP协议接收报警点位数量信息，并根据报警点位数量信息控制I/O口来控制高亮爆闪LED的闪烁频率。当报警点位数量越多，其闪烁频率越快；报警点位数量越少，其闪烁频率越慢。与此同时，还通过音频接口输出音频报警，并通过功率放大器驱动扩音器进行语音播放。

本实用新型的水位监测单元10直接利用压力应变片12得到的水深情况与预设的阈值进行比较从而产生报警，无需使用结构更复杂的传感器、测量仪，也无需建设网络来获取并处理相应的测量数据，成本更加低廉，其安装部署更加灵活，可以在同一个区域部署多个水位监测单元，进行分布式监测，水位测量报警的时效性也更强。

在另一些实施例中，为了更方便的部署水位监测单元10，水位监测单元10的供电模块11优选为太阳能电池模组，分别与信号调理模块13、第一处理器14、第一通信模块15连接。太阳能电池模组包括太阳能板及充电电池，太阳能板将太阳光能转化为电能，为整个水位监测单元10进行供电。与此同时，太阳能板还利用太阳光为充电电池进行充电，在非日照的情况下，由充电电池为整个水位监测单元10供电。

在另一些实施例中，为了满足现实应用需求，若出现水位异常情况除了报警还应该能实现紧急应急处置功能，比如给重要设备和设施提前断电或自动控制开闸泄洪等。因此，优选的，结合图2所示，终端基站20还包括与第二通信模块21输出端连接的紧急处置模块25，第二通信模块21根据所述报警点信息启动紧急处置模块25产生对外部设备的处置操作。

具体的，在一些实施例中，结合图5所示，紧急处置模块25包括与第二处理器22连接的处理电路251、与处理电路251输出端连接的微处理器252，以及与微处理器252输出端连接的控制外部设备工作的电控制器件253。处理电路251包括边沿触发器、采样保持电路、光耦隔离电路等。本实施例中的第二处理器22还设置有GPIO控制口，通过GPIO控制接口输出TTL高电平电压信号，输出到紧急处置模块25。紧急处置模块25判断第二处理器22的GPIO控制口输出电平变化，通过边沿触发器检测GPIO控制口输出电平变化，当由低到高跳变，将输出高电平，并经由采样保持电路进行保持，并通过光耦隔离电路进行电器隔离，紧急处置模块25的微处理器对隔离电路输出进行电平判断，并分别控制后级电控制器件的工作。根据实际应用情况，电控制器件可以为固态继电器或+12V继电器，或其它具有类似功能的器件。比如，若需要控制大型或强电类设备的工作和停止，一般选择固态继电器。若需要控制弱电类设备的工作和停止，一般选择+12V继电器即可。本实施例中的终端基站20具备完善的报警和紧急处置功能，在报警的同时实现紧急应急处置以保障所有重要设备，降低设备损坏的风险，可用于重大工程的安全防护。

在上述的详细描述中，各种特征一起组合在单个的实施方案中，以简化本公开。不应该将这种公开方法解释为反映了这样的意图，即，所要求保护的主题的实施方案需要清楚地在每个权利要求中所陈述的特征更多的特征。相反，如所附的权利要求书所反映的那样，本实用新型处于比所公开的单个实施方案的全部特征少的状态。因此，所附的权利要求书特此清楚地被并入详细描述中，其中每项权利要求独自作为本实用新型单独的优选实施方案。

上文的描述包括一个或多个实施例的举例。当然，为了描述上述实施例而描述部件或方法的所有可能的结合是不可能的，但是本领域普通技术人员应该认识到，各个实施例可以做进一步的组合和排列。因此，本文中描述的实施例旨在涵盖落入所附权利要求书的保护范围内的所有这样的改变、修改和变型。此外，就说明书或权利要求书中使用的术语“包含”，该词的涵盖方式类似于术语“包括”，就如同“包括，”在权利要求中用作衔接词所解释的那样。此外，使用在权利要求书的说明书中的任何一个术语“或者”是要表示“非排它性的或者”。

Claims (9)

1.一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，包括至少一个水位监测单元和一终端基站，其中：

所述水位监测单元包括供电模块、压力应变片、信号调理模块、第一处理器、第一通信模块；所述供电模块分别与信号调理模块、第一处理器、第一通信模块连接；所述压力应变片与所述信号调理模块连接，用于根据水深情况产生阻值变化量，并将阻值变化量发送给所述信号调理模块；所述信号调理模块的输入端与压力应变片连接，输出端与第一处理器连接，用于将接收的阻值变化量转换为电信号发送给第一处理器；所述第一处理器的输入端与信号调理模块连接，输出端与第一通信模块连接，用于当所述电信号超过设定阈值时产生报警触发信号发送给第一通信模块；所述第一通信模块与所述终端基站连接，将报警触发信号发送给所述终端基站；

所述终端基站包括第二通信模块、第二处理器、显示模块及报警模块；所述第二通信模块的输入端与所述第一通信模块连接，输出端与所述第二处理器连接；所述第二处理器的输入端与第二通信模块连接，输出端分别与显示模块、报警模块连接；所述第二通信模块，用于接收所述第一通信模发送的报警触发信号，并将报警触发信号发送给第二处理器；所述第二处理器，用于处理接收的报警触发信号，控制显示模块显示报警点信息，并根据所述报警点信息情况控制报警模块报警。

2.如权利要求1所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述终端基站还包括与第二通信模块输出端连接的紧急处置模块，第二通信模块用于根据所述报警点信息启动紧急处置模块产生对外部设备的处置操作。

3.如权利要求1或2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述供电模块为太阳能电池模组，分别与信号调理模块、第一处理器、第一通信模块连接。

4.如权利要求1或2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述信号调理模块包括与压力应变片输出端连接的差动电桥电路、与差动电桥电路输出端连接的滤波电路、与滤波电路输出端连接的放大电路，以及与放大电路输出端连接的限压保护电路。

5.如权利要求1或2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述显示模块为数显液晶模块或字符点阵模块或图形点阵液晶模块或信号灯。

6.如权利要求1或2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述报警模块为声光报警模块。

7.如权利要求2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述紧急处置模块包括与第二控制器连接的处理电路、与处理电路输出端连接的微处理器，以及与微处理器输出端连接的控制外部设备工作的电控制器件。

8.如权利要求7所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述电控制器件包括固态继电器或+12V继电器。

9.如权利要求1或2所述的一种分布式水位测量报警系统，其特征在于，所述第一通信模块、第二通信模块为无线射频编解码器。

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