CN215952677U - 一种水位测量远程监控管理系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水位测量远程监控管理系统，它包括管理终端、云服务器、水位测量装置，管理终端、水位测量装置之间通过GPRS全网通进行通信连接，水位测量装置中设置有测量控制器及供电部件，测量控制器集成上有通信单元、控制处理单元、数据采集单元，在管理终端上设置有控制管理中心，控制管理中心由数据模块、配置模块、显示模块、管理模块组成；水位测量装置将采集的水位数据传输给远端的控制管理中心，并通过管理终端进行数据显示。本实用新型通过互联网、物联网、无线通信网络，对散点安装的大量的水位测量装置进行集中管理和监控，实现远端对水位测量装置的状态进行智能化感知、数据传输、定位，为灾害险情的监督管理提供信息支撑。

Description

一种水位测量远程监控管理系统

技术领域

本实用新型涉及一种水位测量监控技术领域，特别涉及一种水位测量远程监控管理系统。

背景技术

我国水资源丰富，河流或渠道中的水在造福人们生活的同时，也可能由于大量降水给人们造成一定的灾难。城市的防洪规划是城市发展必要的工作，防洪的首要工作即是监测，对水位的监测，为了实时监测或者预判水位的变化，目前是采用水位测量装置采集水位数值，通过数值比较即可知道水位变化。水位测量装置散点安装在各江河、湖泊、河道、水库、下穿道路上，安装地域广，数量庞大，导致对水位采集数据的管理及实时监控难度大。

实用新型内容

本实用新型的目的就在于提供一种能远程对设置在远端的水位测量装置所采集的数据进行监控及管理的系统。

为了实现上述目的，本实用新型采用的技术方案是这样的：一种水位测量远程监控管理系统，包括管理终端、云服务器、水位测量装置，水位测量装置上设置有GPRS全网通信天线，管理终端、水位测量装置之间通过GPRS全网通进行通信连接，水位测量装置中设置有测量控制器及供电部件，测量控制器与供电部件电性连接；所述测量控制器集成上有通信单元、控制处理单元、数据采集单元，在管理终端上设置有控制管理中心，所述控制管理中心包括数据模块、配置模块、显示模块、管理模块；水位测量装置将采集的水位数据处理后通过通信单元传输给远端的控制管理中心，并通过管理终端进行数据显示。

其中，数据模块呈现设备电压、采集时间、采集水位基本信息；配置模块主要用于安装实施人员现场配置设备参数，包括设备编号、安装高度、采集频率、上传周期、设备运行时间段等常用参数配置；显示模块主要查询单个设备的历史水位、水量。其中水位可按天选择查询。水量可按天、月、年统计总流水量。管理模块主要用于对设备的权限管理以及对设备的功能说明。

所述控制处理单元中设置有存储参数配置，存储参数配置中设置有加报阈值及加报频率，加报阈值分为水位上限阈值和水位下限阈值。

所述通信单元、控制处理单元、数据采集单元分别集成在PCB基板上，相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接；所述通信单元包括通讯模块、SIM卡，通讯模块中设置有通信天线接口；所述控制处理单元包括微处理器、调试接口、数据传输接口、电源接口；所述数据采集单元设置有雷达模块；所述测量控制器通过天线接头与GPRS全网通信天线连接。

所述供电部件包括锂电池，锂电池与电源接口线连；锂电池还连接有充电控制器，充电控制器上设置有充电管理接口、锂电池接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；充电控制器连接有防水航空插头，防水航空插头的一端通过线缆连接到外接电源。

所述控制器中，控制处理单元与数据采集单元之间的连接器为板载连接器，板载连接器为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；所述控制处理单元与通信模块之间的连接器为排针连接器，排针连接器为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。

所述控制处理单元还包括JTAG接口，JTAG接口分为主接口和辅助接口。

所述调试接口为蓝牙调试接口，并在控制处理单元设置有与蓝牙调试接口对应的蓝牙模块，所述控制处理单元上还包括有状态指示灯接口，状态指示灯接口外接调试信号灯。

所述控制处理单元还包括至少三个信号指示灯；每个信号指示灯的颜色不同。

与现有技术相比，本实用新型的优点在于：

1、本实用新型的水位测量远程监控管理系统通过互联网、物联网、无线通信网络，对散点安装在各江河、湖泊、河道、水库、下穿道路上的大量水位测量装置集中进行管理和监控，实现在远端的控制管理中心对水位测量装置的状态进行智能化感知、数据传输、定位，为灾害险情的监督管理提供信息支撑，提高对灾害险情的救援能力。

2、本实用新型的水位测量远程监控管理系统对水位测量装置进行权限设置，实现监控管理系统与水位测量装置之间的匹配识别与管理，使得安装的水位测量装置数量多，采集的水位数据量大，也能保证数据管理的准确性和有效性。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为本实用新型中水位测量装置的结构示意图；

图3为本实用新型中测量控制器的结构示意图。

图中：外壳1-1、上盖1-2、测量控制器2、供电部件3、防水航空插头4、通信单元2-1、SIM卡接口2-11、通信天线接口2-12、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3、排针连接器2-4、板载连接器2-5、蓝牙调试接口2-21、蓝牙模块2-22、数据传输接口2-23、状态指示灯接口2-24、辅助接口2-25、干簧管接口2-26、信号指示灯2-27、主接口2-28、微处理器2-29、电源接口2-210、雷达模块2-31。

具体实施方式

为使本实用新型实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施方式中的附图，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。对于本领域的技术人员来说，本实用新型可以有各种更改和变化。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。

在本实用新型中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或成一体；可以是机械连接，也可以是电性连接；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或两个元件的相互作用关系。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。下面将结合附图和具体实施对本发明作进一步说明。

参见图1至图3，一种水位测量远程监控管理系统，包括管理终端、云服务器、水位测量装置，水位测量装置上设置有GPRS全网通信天线，管理终端、云服务器、水位测量装置之间通过GPRS全网通移动数据网络来进行通信连接及数据传输，通讯协议采用MQTT协议。水位测量装置的外壳由底壳1-1及上盖1-2组成，外壳内设置有测量控制器2及供电部件3，测量控制器2与供电部件3之间通过电线连接；测量控制器2上集成有通信单元2-1、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3，在管理终端上设置有控制管理中心，所述控制管理中心包括数据模块、配置模块、显示模块、管理模块；其中，数据模块上呈现设备电压、采集时间、采集水位基本信息；配置模块主要用于安装实施人员现场配置设备参数，包括在线状态、设备名称、设备编号、安装高度、采集频率、上传周期、设备运行时间段等常用参数配置；显示模块主要查询单个设备的历史水位、水量。其中水位可按天选择查询；水量可按天、月、年统计总流水量。管理模块主要用于对设备的权限管理以及对设备的功能说明。

在监测布点的时候，水位测量装置按照序列进行编号，如水位测量装置序列编号为水位测量装置V1，水位测量装置V2等。水位测量装置安装好并与控制管理中心无线连接后，水位测量装置的设备状态变为在线，即实现了不同水位测量装置与控制管理中心之间的匹配识别。测量控制器2将采集的水位数据处理储存，通过通信单元2-1传输给远端的控制管理中心，并通过管理终端进行数据显示。多个水位测量装置与控制管理中心无线连接后，会在数据模块上形成一个设备表单，设备表单上会显示水位测量装置的名称及对应的编号。

在管理模块中编辑需要与该水位测量装置绑定授权的移动终端号码，实现移动终端的授权，即可实现水位测量装置与移动终端的通信及数据传输。一个水位测量装置可以与多个移动终端进行授权绑定，多个水位测量装置也可以与一个移动终端进行授权绑定，只需要在对应编号下的水位测量装置的管理模块中输入移动终端的号码即可。在管理模块可根据水位测量装置安装的区域或者分组进行划分，并设定每个区域内或者分组内设备的管理及维护权限，方便控制管理中心或者移动终端能快速定位相关设备。

在控制管理中心点找到水位测量装置的编号，即可在配置模块中录入该水位装置的安装地址、地址坐标、设备型号、安装高度；并设定水位测量装置的采集频率、上传周期、设备运行时间段等常用参数配置。远端的水位测量装置即按照配置模块中的参数配置执行水位测量，并将水位测量数据的采集时间、水位数据无线传输给控制管理中心，通过数据模块进行显示。当然，设备编号、安装高度、采集频率、上传周期、设备运行时间段等常用参数配置，也可以通过移动终端进行设置，并将设置信息通过无线网络反馈给远端的控制管理中心，实现水位测量装置的参数配置可以根据使用场景进行灵活修改。

数据模块除了显示采集时间、水位数据信息外，还会显示当前水位测量装置安装所属堰槽类型、相关的渠道宽度、高度、形状、弧度等用于流量计算的参数，配置水位、流量关系数据，以及当前水位测量装置的电压信息。在水位测量装置中设置了最低电压阈值，水位测量装置通过无线网络将当前电压数值传输给远端的管理终端，并显示在控制管理中心上，当电压数值小于工作阈值时，数据模块的电压数值显示则为红色，提醒水位测量装置电压低于正常工作值，需要尽快充电。

本实用新型中的数据采集单元2-3以采用雷达模块2-31进行数据采集为例；雷达模块2-31主要包含雷达传感器、电平转换芯片，其中，雷达传感器实现雷达波的产生、发送、接收以及数据初步处理；电平转换芯片将雷达传感器输出信号的电平转换为和控制处理单元2-2的微处理器2-29电平一致，使传感器和微处理器2-29之间的通信正常进行。雷达模块2-31将采集的水位数据进行初步处理，然后将处理后的数据传输给控制处理单元2-2，控制处理单元2-2将接收的数据进行存储并通过通信单元2-1传输给远端的控制管理中心，同时也可以传输给近端的拥有对应权限的移动终端。在控制处理单元2-2中设置有存储参数配置，存储参数配置中设置有加报阈值及加报频率，加报阈值分为水位上限阈值和水位下限阈值，当采集的当前水位高于水位上限阈值或者低于水位下限阈值时，水位测量装置将按照设定的加报频率向控制管理中心加报采集的水位数据。控制管理平台中心通过API调用接口调用百度、高德或天地图，结合水位测量装置安装坐标，以及现场图像，实现了控制管理平台中心对水位测量装置安装地的险情联动管理，达到在远端能实时了解现场的目的。

进一步的，水位测量装置安装于水渠或者河流的测量站点旁，或者市电容易取得时，可通过连接市电给水位测量装置提供电力保障；而当水位测量装置安装于深山等市电不易取得的地方时，则需要其他电力设备对水位测量装置进行供电。一般采用锂电池或者太阳能电池板进行供电，锂电池需要充电才能持续供电，而太阳能电池板需要进行电能存储管理。为了解决水位测量装置电能的持续供应，因此，在实施例1的基础上，将供电部件3进行了进一步优化，供电部件3包括防水航空插头4、锂电池，锂电池与电源接口2-210线连；防水航空插头4的一端通过线缆连接到外接电源，防水航空插头4的另一端连接充电控制器，充电管理接口上插接有充电管理芯片，锂电池与充电控制器连接，锂电池为充电控制器输出端。

水位测量装置采用6芯和4芯不锈钢防水航空接头。水位测量装置安装后，把太阳能电池板的连接线与对应防水航空接头插上，太阳能电池板为充电管理芯片的输入端，锂电池为充电管理芯片的输出端，充电管理芯片内有ADC模块及微控制单元MCU，在微控制单元MCU中有电压采集模块；ADC模块采集锂电池的电压模拟信号，并将输入的模拟信号转换成为数字信号，然后将数字信号传输给微控制单元MCU；微控制单元MCU通过采集到的锂电池电压信息对锂电池进行充电控制；当电压低于在电压采集模块中设定的电压充电阈值时，则微控制单元MCU控制充电管理芯片通过太阳能电池板对锂电池进行充电，当锂电池的电量处于满格状态，则停止充电。这样实现对锂电池的电能补充，实现外接的太阳能电池板及锂电池的充放电管理，解决了水位测量装置野外使用的电能供应问题。

进一步的，在其他技术特征不变的基础上，对测量控制器2进行了进一步的优化，测量控制器2中通信单元2-1、控制处理单元2-2、数据采集单元2-3集成在PCB基板上，通信单元2-1集成在第一PCB基板上，控制处理单元2-2集成在第二PCB基板上，数据采集单元2-3集成在第三PCB基板上；相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接，其中，控制处理单元2-2与数据采集单元2-3之间的连接器为板载连接器2-5，板载连接器2-5为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；控制处理单元2-2与通信模块之间的连接器为排针连接器2-4，排针连接器2-4为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。通过板载连接器2-5实现第二PCB基板与第三PCB基板之间电流及信号的传输。通过排针连接器2-4实现第一PCB基板与第二PCB基板之间电流及信号的传输。

通信单元2-1包括通讯模块、SIM卡，通讯模块中设置有通信天线接口2-12，将SIM卡插接到SIM卡接口2-11上，实现水位测量装置的无线通信。控制处理单元2-2包括微处理器2-29、调试接口、数据传输接口2-23、电源接口2-210、干簧管接口2-26；数据采集单元2-3设置有雷达模块2-31；干簧管接口2-26连接干簧管的一端，干簧管的另一端连接磁性开关；所述控制器通过通信天线接口2-12与GPRS全网通信天线线接，GPRS全网通信天线可以是安装在水位测量装置外部，也可以一体化集成在水位测流装置的外壳内。本实施例中的微处理器2-29采用STM32L4R5集成芯片，芯片上集成32-512KB的Flash存储器或6-64KB的SRAM存储器，在工作状态中能采用低功耗模式运行。数据传输接口2-23具有数据输出及下载程序的功能，可以输出控制器的运行状况；所述电源接口2-210通过外接供电装置，为控制器提供电能。干簧管接口2-26连接干簧管，干簧管内部为真空，当感受到一定强度的磁场后，内部触点闭合或断开，这样即可通过非接触的方式实现了对水位测量装置的开启。当然微处理器2-29也可以采用但不限于STM32L4R5集成芯片，以实现控制器的运行及数据存储功能。

进一步的，SIM卡可以是通过插接到SIM卡接口2-11以实现网络通信识别，也可以是通过将芯片级通信卡直接固定集成在PCB基板上，以实现通信网络的稳定性。

在以上所述的基础上进一步的，控制处理单元2-2还包括JTAG接口，JTAG接口主要用于下载程序，JTAG接口相对数据传输接口2-23下载程序的速度较快，同时可以实现水位测量装置的单步调试和在线仿真功能，能满足控制器在研发或批量生产阶段中大量程序下载。JTAG接口分为主接口2-28和辅助接口2-25，主接口2-28用于外接程序编辑设备，辅助接口2-25用于选择是否通过JTAG接口进行程序下载。辅助接口2-25由两个金属插针组成，当两个金属插针短路连接时，辅助接口2-25处于短接状态时，水位测量装置的控制器则通过数据传输接口2-23下载程序，当两个金属插针未连通时，辅助接口2-25处于断接状态，水位测量装置的控制器则通过JTAG接口进行程序下载。控制器在使用过程中，可以先通过JTAG接口下载程序，来实现水位测量装置功能的原始设置，而当水位测量装置投入使用状态后，不需要下载大量程序，水位测量装置的功能升级或者功能修复等可以通过数据传输接口2-23进行程序下载予以实现。

进一步的，将调试接口设置为蓝牙调试接口2-21，并在控制处理单元2-2设置有与蓝牙调试接口2-21对应的蓝牙模块2-22，蓝牙调试接口2-21通过线缆与电脑中的开发软件连接，测试蓝牙模块2-22的运行状态，实现短距离无线通信。测量控制器2可以实现短距离的信号收发及实现参数配置，当测量控制器2出现故障时，将移动终端置于蓝牙模块2-22的信号识别范围内，开启移动终端的蓝牙，即可查找故障原因。同时，在控制处理单元2-2上设置状态指示灯接口2-24，状态指示灯接口2-24外接调试信号灯。以显示控制器处于调试的状态下，水位测量装置运行是否正常。

进一步的，控制处理单元2-2还包括信号指示灯2-27，信号指示灯2-27至少为三个，每个信号指示灯2-27的颜色不同，用以显示电源、网络、蓝牙等信号的状态，当电源、网络、蓝牙接通后，电源信号指示灯、网络信号指示灯、蓝牙信号指示灯则处于点亮状态，否则，信号指示灯则为熄灭状态。通过信号指示灯的状态，即可判断电源、网络、蓝牙等是否接通。

Claims (8)

1.一种水位测量远程监控管理系统，其特征在于：包括管理终端、云服务器、水位测量装置，水位测量装置上设置有GPRS全网通信天线，管理终端、水位测量装置之间通过GPRS全网通进行通信连接，水位测量装置中设置有测量控制器及供电部件，测量控制器与供电部件电性连接；所述测量控制器集成上有通信单元、控制处理单元、数据采集单元，在管理终端上设置有控制管理中心，所述控制管理中心包括数据模块、配置模块、显示模块、管理模块。

2.根据权利要求1所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述控制处理单元中设置有存储参数配置，存储参数配置中设置有加报阈值及加报频率，加报阈值分为水位上限阈值和水位下限阈值。

3.根据权利要求1所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述通信单元、控制处理单元、数据采集单元分别集成在PCB基板上，相邻的两PCB基板之间通过连接器进行连接；所述通信单元包括通讯模块、SIM卡，通讯模块中设置有通信天线接口；所述控制处理单元包括微处理器、调试接口、数据传输接口、电源接口；所述数据采集单元设置有雷达模块；所述测量控制器通过天线接头与GPRS全网通信天线连接。

4.根据权利要求1所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述供电部件包括锂电池，锂电池与电源接口线连；锂电池还连接有充电控制器，充电控制器上设置有充电管理接口、锂电池接口，充电管理接口上插接有充电管理芯片；充电控制器连接有防水航空插头，防水航空插头的一端通过线缆连接到外接电源。

5.根据权利要求3所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述测量控制器中，控制处理单元与数据采集单元之间的连接器为板载连接器，板载连接器为50位双排针直针，排针间距为0.5mm；所述控制处理单元与通信模块之间的连接器为排针连接器，排针连接器为10位双排针直针，排针间距为2.0mm。

6.根据权利要求3所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述控制处理单元还包括JTAG接口，JTAG接口分为主接口和辅助接口。

7.根据权利要求3所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述调试接口为蓝牙调试接口，并在控制处理单元设置有与蓝牙调试接口对应的蓝牙模块，所述控制处理单元上还包括有状态指示灯接口，状态指示灯接口外接调试信号灯。

8.根据权利要求3所述的水位测量远程监控管理系统，其特征在于：所述控制处理单元还包括至少三个信号指示灯；每个信号指示灯的颜色不同。

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