CN212301599U - 一种测流用转子流速仪信号采集装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及一种测流用转子流速仪信号采集装置，属于水文信息数据采集技术领域。本实用新型包括转子流速仪数据采集系统、MCU处理模块、电平转换芯片、LoRa无线通信模块、上位机；转子流速仪数据采集系统与MCU处理模块相连，MCU处理模块的输出接入电平转换芯片，电平转换芯片的输出再接入LoRa无线通信模块，LoRa无线通信模块再与上位机连接。本实用新型解决了转子流速仪采集精度不高且易损耗的问题以及转子流速仪数据测量存在的数据精度不高、采集不便、数据获取耗时长、实时性差的问题，且结构简单，易于实现。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种测流用转子流速仪信号采集装置，属于水文信息数据采集技术领域。
背景技术
我国是个水资源大国，但是由于我国的水资源南多北少，分布不均衡，加之我国人口基数庞大，这就导致我国成为世界上严重缺水的少数几个国家之一。所以对水文数据的检测在水资源的管理中尤为重要。转子流速仪是获取河流、湖泊等水文数据的常用仪器，在我国水文事业发展中扮演重要角色。其优点在于结构相对简单，使用寿命长且检测方法简单，但也经常由于人为使用不当、保养不足或存放条件不好以及环境较为恶劣等原因，在使用一段时间后精度会有所下降。水文缆道测流系统依靠手动记录数据并由公式估算水文信息，因而数据存在较大的测量误差。传统水文缆道机构数据采集不便、数据获取耗时长，特别是在恶劣天气环境下，水文缆道测量很难实时便捷获取水域精确水文信息且对于获取数据的异常不能做出准确的判断。
已有和正在申请的专利主要集中于解决水文缆道的数据传输问题，“水文缆道测量系统(申请号：200620031761.4)”提出了一种能够检测流速，水面，水底信号的水文缆道测流系统和硬件实现方式，但没有解决数据传输方式和系统结构；“一种水文站缆道式流速自动测量装置(申请号：201310085652.5)”提出了一种由ADCP控制器控制的自动测流系统，但并未解决数据传输问题；“水文缆道压力测深装置中的数据无线传输系统(申请号：201520979948.6)”解决的是通过短波实现铅鱼与水文缆道的数据传输，“一种甚低频水文缆道通信系统(申请号：201621365314.2)”提出使用缆绳作为天线实现数据传输，并未提出传输数据的数据包格式和数据传输过程；“天然河流无人值守水文缆道远程自动测流方法及系统(申请号：201510352161.1)”提出了通过微波实现水文缆道的实时自动测流系统，但并未详细提出数据传输的具体规范并且未设置数据异常检测模式；“一种多功能水文勘测铅鱼(申请号：CN201920223338.1)”提出了一个多功能水文勘测铅鱼,可以根据不同的勘测需求安装在铅鱼尾部的支架上实现一机多能，但没有设置低功耗模式工作的情况。综上所述，已检索到的相关专利均无法解决上述提出的问题。
发明内容
本实用新型要解决的技术问题是：本实用新型提供一种测流用转子流速仪信号采集装置，用于解决转子流速仪检测的水文数据精度不高、采集不便、数据获取耗时长、实时性差，转子测流仪长时间工作造成精度较低以及水文数据异常检测的问题。
本实用新型技术方案是：一种测流用转子流速仪信号采集装置，包括转子流速仪数据采集系统、运放电路、MCU处理模块、电平转换芯片、LoRa无线通信模块、上位机；
所述转子流速仪数据采集系统与MCU处理模块相连，MCU处理模块的输出接入电平转换芯片，电平转换芯片的输出再接入LoRa无线通信模块，LoRa无线通信模块再与上位机连接，所述转子流速仪数据采集系统经过运放电路后再与MCU处理模块连接，所述LoRa无线通信模块包括F8L10DLora数据传输模块、控制器；控制器采用UART通讯接口和F8L10DLora数据传输模块来进行模块接口，通过控制器来调整F8L10DLora数据传输模块上M0,M1引脚的值，进而确定工作状态。
进一步地，所述上位机采用单片机。
进一步地，所述电平转换芯片采用PI4ULS5V104。
进一步地，所述MCU处理模块将接收到的数据封装成数据包依次通过电平转换芯片、LoRa无线通信模块传输给上位机。
进一步地，所述转子流速仪数据采集系统用于采集水文信息；所述运放电路用于放大采集到的水文信息；所述MCU处理模块用于将接收到的数据封装成数据包并进行转子流速仪信号异常判定，判定时通过分析信号数据的来数是否均匀来判断流速不均匀或者卡死的异常情况；所述电平转换芯片用于进行电平转换以适应LoRa无线通信模块的信号接收及发送；所述LoRa无线通信模块用于通过无线通信方式与上位机进行连接。
本实用新型的有益效果是：
1、本实用新型采用LoRa无线传输数据，减少了水文信息的采集时间，加强了水文缆道测流系统对水域水文信息的实时监测；适用于在恶劣天气环境下，水文测站要求实时便捷获取水域精确水文信息的场合；提升了数据传输的距离以及稳定性，使得水文缆道测流系统更好的适应多种环境下数据的传输；
2、本实用新型采用转子流速仪低功耗模式，延长转子流速仪的使用寿命，提升了转子流速仪的测量精度，减少了水文缆道测流系统的数据计算量。通过控制其工作时间可以更好的适应测量需求，提高了水文缆道测流系统的计算效率；
3、本实用新型采用数据异常检测的MCU处理模块，提高了对数据有效性的判别能力，减少了水文缆道测流系统的数据计算量，提高了数据处理的效率，对于水文信息的检测精度有了极大的提升；
4、本实用新型利用MCU处理模块处理水文数据信号，其实时性好、处理精度高，并能满足水文测站实时采集水文信息的需求；
5、本实用新型结构简单、易于实现，降低了缆道测流系统的成本。
附图说明
图1是本实用新型结构框图；
图2是本实用新型测流系统各模块完成水深数据通信过程的流程图；
图3是本实用新型LoRa无线通信模块电路原理图；
图4是本实用新型电平转换芯片电路原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例，对本实用新型作进一步说明。
实施例1：如图1、图3、图4所示，一种测流用转子流速仪信号采集装置，包括转子流速仪数据采集系统、运放电路、MCU处理模块、电平转换芯片、LoRa无线通信模块、上位机；
所述转子流速仪数据采集系统与MCU处理模块相连，MCU处理模块的输出接入电平转换芯片，电平转换芯片的输出再接入LoRa无线通信模块，LoRa无线通信模块再与上位机连接，所述转子流速仪数据采集系统经过运放电路后再与MCU处理模块连接。所述LoRa无线通信模块包括F8L10DLora数据传输模块、控制器；控制器采用UART通讯接口和F8L10DLora数据传输模块来进行模块接口，通过控制器来调整F8L10DLora数据传输模块上M0,M1引脚的值，进而确定工作状态。
进一步地，所述上位机采用单片机。
进一步地，所述电平转换芯片采用PI4ULS5V104。
进一步地，所述MCU处理模块将接收到的数据封装成数据包依次通过电平转换芯片、LoRa无线通信模块传输给上位机。
进一步地，所述转子流速仪数据采集系统用于采集水文信息；所述运放电路用于放大采集到的水文信息；所述MCU处理模块用于将接收到的数据封装成数据包并进行转子流速仪信号异常判定，判定时通过分析信号数据的来数是否均匀来判断流速不均匀或者卡死的异常情况；所述电平转换芯片用于进行电平转换以适应LoRa无线通信模块的信号接收及发送；所述LoRa无线通信模块用于通过无线通信方式与上位机进行连接。
本实用新型的工作原理是：
如图1所示，悬吊在缆道上的转子测流仪在入水前对水文缆道采集系统进行系统复位，转子流速仪进入水中后，转子流速仪数据采集系统测量相关数据并通过接口依次传入运放电路、MCU处理模块中，MCU处理模块接收数据并将数据封装为数据包经过电平转换芯片后再通过LoRa无线通信模块传输给上位机，实现对水文数据的实时测量。
所述转子流速仪数据采集系统的转子流速仪具有低功耗模式：需要工作时空中唤醒，进入工作状态，通过缆道系统进入水中，开始测量数据。无入水情况即不需要工作时，转子流速仪将自动进入休眠模式，降低功耗。
所述的MCU处理模块会进行转子流速仪信号异常判定，其中其异常判定的方式可以利用本领域的常规技术手段实现，例如MCU处理模块可以通过分析信号数据的来数是否均匀来判断流速不均匀或者卡死等情况。
所述的MCU处理模块将测量数据封装成数据包经过电平转换芯片后再通过LoRa无线通信模块传输给上位机。
如图3所示，本实用新型LoRa无线通信模块中的控制器采用UART通讯接口和F8L10DLora数据传输模块来进行模块接口。通过控制器来调整Lora模块上M0,M1引脚的值，进而确定工作状态。根据M0,M1的取值组合可分为四种工作状态：接收数据、发送数据、定时唤醒、深度休眠。F8L10DLora数据传输模块也通过AUX引脚向控制器提供当前工作状态。数据通过TX,RX引脚来进行输入输出。并通过UART接口将并行输入数据转为串行输出。
如图4所示，本实用新型中单片机作为上位机，LoRa无线通信模块与单片机也需要进行电平转换。本图中使用PI4ULS5V104芯片实现电平转换，将MCU的输出接入电平转换芯片，将电平转换芯片的输出接至LoRa无线通信模块。电平转换即可完成。
实施例2：一种测流用转子流速仪信号采集装置，本实施例与实施例1相同，不同之处在于：为了进一步的说明本实用新型，本实用新型的图2为本实用新型测流系统各模块完成水深数据通信过程的流程图，当转子流速仪未入水时，将其置为休眠模式。当转子流速仪入水后，MCU处理模块通过分析信号数据的来数是否均匀来判断流速不均匀或者卡死等情况。当数据无异常后MCU处理模块将测量数据封装成数据包之后再通过LoRa无线通信方式传输给水文缆道测流系统的上位机。MCU处理模块与水文缆道测流系统的上位机之间数据的通信方法为：测流系统向LoRa无线通信模块发送数据请求命令帧，LoRa无线通信模块接收后响应此数据请求；MCU处理模块将检测到的数据封装为数据包后由LoRa无线通信模块开始数据帧的发送，测流系统接收到数据帧后根据校验帧判断数据是否有效，若有效则向LoRa无线通信模块发送确认帧，若数据无效时不发送确认帧，LoRa无线通信模块接收到确认帧后完成此次数据的发送，经过一定延时仍未收到确认帧则继续向测流系统发送数据包并进行校验。
上面结合附图对本实用新型的具体实施例作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施例，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。
Claims (5)
1.一种测流用转子流速仪信号采集装置，其特征在于：包括转子流速仪数据采集系统、运放电路、MCU处理模块、电平转换芯片、LoRa无线通信模块、上位机；所述转子流速仪数据采集系统经过运放电路后再与MCU处理模块连接，MCU处理模块的输出接入电平转换芯片，电平转换芯片的输出再接入LoRa无线通信模块，LoRa无线通信模块再与上位机连接；所述LoRa无线通信模块包括F8L10DLora数据传输模块、控制器；控制器采用UART通讯接口和F8L10DLora数据传输模块来进行模块接口，通过控制器来调整F8L10DLora数据传输模块上M0,M1引脚的值，进而确定工作状态。
2.根据权利要求1所述的测流用转子流速仪信号采集装置，其特征在于：所述上位机采用单片机。
3.根据权利要求1所述的测流用转子流速仪信号采集装置，其特征在于：所述电平转换芯片采用PI4ULS5V104。
4.根据权利要求1所述的测流用转子流速仪信号采集装置，其特征在于：
所述MCU处理模块将接收到的数据封装成数据包依次通过电平转换芯片、LoRa无线通信模块传输给上位机。
5.根据权利要求1所述的测流用转子流速仪信号采集装置，其特征在于：所述转子流速仪数据采集系统用于采集水文信息；
所述运放电路用于放大采集到的水文信息；
所述MCU处理模块用于将接收到的数据封装成数据包并进行转子流速仪信号异常判定，判定时通过分析信号数据的来数是否均匀来判断流速不均匀或者卡死的异常情况；
所述电平转换芯片用于进行电平转换以适应LoRa无线通信模块的信号接收及发送；
所述LoRa无线通信模块用于通过无线通信方式与上位机进行连接。
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