TWM594123U - 水砂盒 - Google Patents
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Abstract
本創作係一種水砂盒，包含外殼、資料控制處理模組、電源監控模組、記憶體模組、通訊模組及鋰聚合物電池，用以搭配太陽能板、水位感測模組及濁度感測模組，提供穩定的自主電力，並可針對設置現場的河川水位、濁度進行長時間的量測、監控及記錄，尤其是可連結至外部的遠端伺服器，實現通訊及資料傳輸。本創作利用資料控制處理模組同時接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及來自濁度感測模組的濁度感測資料，並結合物聯網技術而傳送至遠端伺服器，能具體實現連續、準確、即時感測、監測河川的水位及濁度的功能，適合設置於複雜地形。
Description
本創作係有關於一種水砂盒，尤其是利用資料控制處理模組同時接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及來自濁度感測模組的濁度感測資料，並結合物聯網技術而傳送至遠端伺服器，因而能具體實現連續、準確、即時感測、監測河川的水位及濁度的功能，且具有操作簡便、耐用、較不佔用空間、整體系統尺寸、重量相當輕巧的優點，並能設置於多數複雜地形。
眾所周知，河川的水力侵蝕作用會導致河岸及河床的土砂流失而運移到下游，最後排到出海口或大海中，造成土砂沉積。對於水庫而言，來自上游的土砂、泥砂會運移至水庫庫底形成淤積，會降低蓄水量，影響水庫的作用。因此，如何掌握土砂流失量及土砂運移量以評估可行的防治策略一直都是相關業界、政府及學術單位尋求積極解決方案的重要課題。
在習用技術中，一般是使用水文站以監測主流、支流的土砂流失量及土砂運移量，提供參考。舉例而言，水文站是利用一般市電而運作因此，當電力輸配線路因天候影響而損毀時，比如颱風來襲時，電力供應便會中斷而水文站即無法正常運作，所以操作穩定性不佳。更有甚者的是，在這類強降雨的天候下所導致的土砂流失量及土砂運移量才是最為重要，顯然傳統的水文站無法滿足實際需要。
再者，傳統的水文站通常是使用電子記憶裝置儲存感測資料，並由操作人員定期讀取感測資料，供後續處理、分析，所以需要耗費相當多的人力，尤其是設置在偏遠區域的水砂盒，交通成本就是很大的負擔。
上述習用技術的缺點在於整體水砂盒的體積相當龐大，一般為30x30x90cm，而且相當沉重，所以需要相當堅固的支撐架，導致成本增加，且安裝不易，很難配合現場地形安置。
因此，非常需要一種創新的水砂盒，利用資料控制處理模組同時接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及來自濁度感測模組的濁度感測資料，並結合物聯網技術而傳送至遠端伺服器，因而能具體實現連續、準確、即時感測、監測河川的水位及濁度的功能，且具有操作簡便、耐用、較不佔用空間、整體系統尺寸、重量相當輕巧的優點，並能設置於任何複雜地形，藉以解決上述習用技術的所有問題。
本創作之主要目的在於提供一種水砂盒，包含外殼、資料控制處理模組、電源監控模組、記憶體模組、通訊模組以及鋰聚合物電池，用以搭配太陽能板、水位感測模組及濁度感測模組，用以提供穩定的自主電力，並可針對設置現場的河川水位、濁度進行長時間的量測、監控及記錄，尤其是可連結至外部的遠端伺服器，實現通訊及資料傳輸。
具體而言，外殼具防水功能且包含密閉的容置空間，用以容置資料控制處理模組、電源監控模組、記憶體模組、通訊模組以及鋰聚合物電池而提供隔絕保護作用。資料控制處理模組接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及濁度感測模組的濁度感測資料，且產生監控資料，並同時產生、發送控制信息。此外，電源監控模組接收來自太陽能板的外部電力，並經電源監控、處理、轉換後而產生、發送充電電力。
進一步，記憶體模組電氣連接至資料控制處理模組，並接收、儲存監控資料以供讀取。通訊模組電氣連接至資料控制處理模組，用以接收監控資料及控制信息，並經由無線通訊通道而與遠端伺服器進行通訊及資料傳輸。再者，鋰聚合物電池電氣連接至電源監控模組，用以在電源監控模組的控制下接收充電電力而充電，並提供電力給資料控制處理模組、電源監控模組及記憶體模組而運作。
尤其，通訊模組是可規劃成接收鋰聚合物電池所產生的電力以及該太陽能板的充電電力的至少其中之一而運作，具有雙電源供電的特性，改善整體的操作穩定性，避免通訊模組消耗電力而影響其它元件的正常運作。
因此，本創作主要是利用資料控制處理模組同時接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及來自濁度感測模組的濁度感測資料，尤其是結合物聯網(IoT)技術而藉通訊模組而傳送至遠端伺服器，因而具體實現連續、準確、即時感測、監測河川的水位及濁度的功能，並能藉簡單計算而獲得流速資料。
以下配合圖示及元件符號對本創作之實施方式做更詳細的說明，俾使熟習該項技藝者在研讀本說明書後能據以實施。
請參考第一圖，本創作實施例水砂盒的示意圖。如第一圖所示，本創作的水砂盒1包括外殼10、資料控制處理模組20、電源監控模組30、記憶體模組40、通訊模組50以及鋰聚合物電池60，用以搭配太陽能板70、水位感測模組80及濁度感測模組90，可提供穩定的自主電力，並針對設置現場的水位、濁度進行長時間的量測、監控及記錄，尤其是可連結至外部的遠端伺服器100，用以進行通訊及資料傳輸。實質上，本創作具有操作簡便、耐用、較不佔用空間，且整體系統尺寸、重量相當輕巧的優點，能設置於多數複雜地形，解決一般需要架設特定支架結構的問題。
外殼1具防水功能，且包含密閉的容置空間，用以容置資料控制處理模組20、電源監控模組30、記憶體模組40、通訊模組50以及鋰聚合物電池60，而提供隔絕保護作用，防止外部水分或水氣侵入。
具體而言，資料控制處理模組20是用以接收、處理來自水位感測模組80的水位感測資料及來自濁度感測模組90的濁度感測資料，進而產生包含水位感測資料及濁度感測資料的監控資料，同時還產生、發送控制信息。舉例而言，資料控制處理模組20可為微處理器(Microcontroller，MCU)，是利用內建的韌體程式而運作，可依據實際需要或環境變化而更新成最佳化的韌體程式，使用上非常有彈性。
此外，水位感測模組80可為超音波或紅外線水位計，比如超音波水位計的超音波發射頻率為42KHz，量測頻率為5.1Hz，且量測距離範圍為0.25~12.5公尺，而濁度感測模組90可為光學式、電極式的濁度感測器，而光學式的紅外線濁度感測器，係以非接觸方式透過紅外線光源入射水中後利用光電晶體接收通過水中的光線而轉成電流，且此電流可依據光功率和水濁度之間的關係而轉換成相對應的濁度以供參考，比如偵測範圍為0~3000NTU，反應時間小於0.5秒。
進一步，資料控制處理模組20可利用水位感測資料，藉全堰式流量方式而計算出河水的流速。
再者，電源監控模組30是用以接收來自太陽能板70的外部電力，並經電源監控、處理、轉換後產生充電電力，再者，鋰聚合物電池60是電氣連接至電源監控模組30，用以在電源監控模組30的控制下接收充電電力而充電，並產生穩定的電力以提供給資料控制處理模組20、電源監控模組30、記憶體模組40而運作。特別的是，通訊模組50可規劃成是接收鋰聚合物電池60所產生的電力以及太陽能板70的充電電力的至少其中之一而運作，藉以避免過度消耗鋰聚合物電池60的電力而導致資料控制處理模組20、電源監控模組30、記憶體模組40發生當機或失效。換言之，通訊模組50可利用太陽能板70的充電電力或電源監控模組30的電力而運作，不過較佳的是使用太陽能板70的充電電力。
上述的記憶體模組40是電氣連接至資料控制處理模組20，並接收、儲存來自資料控制處理模組20的監控資料以供讀取。例如，記憶體模組40可為抽取式的記憶卡或大容量的固態硬碟(Solid State Drive，SSD)，而較佳的，可使用具輕薄短小特性的SD(SanDisk)記憶卡。
進一步，通訊模組50是電氣連接至資料控制處理模組20，用以接收監控資料及控制信息，並經由無線通訊通道而與遠端伺服器100進行通訊及資料傳輸，比如經由包含NB IOT物聯網技術、LoRa遠程通信技術、WiFi、4G、5G、微波通道、紅外線通道、激光通道、雷射光通道或衛星通道的無線通訊通道。較佳的，通訊模組50是電氣連接至天線A，比如高感度的LoRa天線，並藉天線A而連結遠端伺服器100以提高無線傳輸品質。
在實際應用時，可參考第二圖，本創作實施例水砂盒的應用示意圖。如第二圖所示，水位感測模組80及濁度感測模組90可分別放置於河川岸邊不同的適當位置，並靠近河床的水體，比如水位感測模組80及濁度感測模組90是固定在不相同的支撐桿上，分別對準水體以感測而獲得所需的水位感測資料及濁度感測資料，並由水砂盒1接收後傳送至遠端伺服器100。
進一步而言，比如針對集水區的防砂壩，水位感測模組80可設於防砂壩下方、穩固橋面側邊、堤岸側邊，而濁度感測模組90可設於防砂壩下方且河床較為平坦的水流平穩區域或靜止水池的上方，藉以避開迴流的干擾，因而能連續、即時、準確的感測河川的水位及濁度。
可再進一步參考第三圖，本創作實施例水砂盒所監測的水位濁度感測數據圖，其中顯示河川水位、濁度、流速及電力供應的感測數據，可即時掌握河道全洪程土砂運移變化，並確實了解河道或土砂運移的程度。
此外，太陽能板70可設置於無遮蔽物阻擋的岸邊或堤岸側，而能在日曬下接收太陽能，尤其太陽能板70具有傾斜度可調整性，藉以將太陽能板70的正面調整成朝向較佳的向陽面，以配合所在的岸邊或堤岸側的地形。
本創作還可進一步包含資料顯示模組D，是電氣連接至資料控制處理模組20，用以接收並顯示監控資料及/或控制信息，可供現場人員參考。較佳的，資料顯示模組D可為液晶顯示器或電子紙顯示器。
綜上所述，本創作的特點在於利用資料控制處理模組同時接收、處理來自水位感測模組的水位感測資料及來自濁度感測模組的濁度感測資料，尤其是結合物聯網(IoT)技術而藉通訊模組而傳送至遠端伺服器，因而具體實現連續、準確、即時感測、監測河川的水位及濁度的功能，並能藉簡單計算而獲得流速資料。
因此，本創作的水砂盒可設置於水庫的上游集水區、主流河川、支流河川以進行高解析時間的流量、水位、濁度、泥砂濃度之記錄、報告，尤其是颱風時的強降雨期，藉以有效掌握主流、支流的土砂流失量及土砂運移量，幫助後續研擬水庫減淤、降濁的防治策略。
例如，在主流河川的輸砂量變大下，當上游集水區的輸砂量上升，支流河川的輸砂量維持穩定，且上游集水區的輸砂量是大於支流河川的輸砂量時，水庫的供砂形態是屬於主流供砂，而當上游集水區及支流河川的輸砂量皆上升，且二者的輸砂量相同時，水庫的供砂形態是屬於主、支流供砂，另外，當上游集水區的輸砂量維持穩定，支流河川的輸砂量上升，且上游集水區的輸砂量是小於支流河川的輸砂量時，水庫的供砂形態是屬於支流供砂。因此，可依據每個相關聯河川的實測數據，並考量全面性的綜合複雜因素而特別擬定水庫減淤、降濁的防治策略。
此外，本創作的另一特點在於利用電源監控模組接收太陽能板所產生的充電電力而對鋰聚合物電池進行充電，並由鋰聚合物電池供電給資料控制處理模組、電源監控模組、記憶體模組、通訊模組而運作，達到自主性穩定電力供應的目的，避免電力中斷，而同時還可將太陽能板的充電電力直接供電給通訊模組，避免因通訊模組過度消耗鋰聚合物電池的電力而影響整體系統的正常運作，所以大幅改善操作穩定性及耐用性，很適合長時間操作而不需額外的保修。
以上所述者僅為用以解釋本創作之較佳實施例，並非企圖據以對本創作做任何形式上之限制，是以，凡有在相同之創作精神下所作有關本創作之任何修飾或變更，皆仍應包括在本創作意圖保護之範疇。
1:水砂盒
10:外殼
20:資料控制處理模組
30:電源監控模組
40:記憶體模組
50:通訊模組
60:鋰聚合物電池
70:太陽能板
80:水位感測模組
90:濁度感測模組
100:遠端伺服器
A:天線
D:資料顯示模組
第一圖顯示依據本創作實施例水砂盒的示意圖。
第二圖顯示依據本創作實施例水砂盒的應用示意圖。
第三圖顯示依據本創作實施例水砂盒所監測的水位濁度感測數據圖。
1:水砂盒
10:外殼
20:資料控制處理模組
30:電源監控模組
40:記憶體模組
50:通訊模組
60:鋰聚合物電池
70:太陽能板
80:水位感測模組
90:濁度感測模組
100:遠端伺服器
A:天線
D:資料顯示模組
Claims (5)
- 一種水砂盒，係搭配一太陽能板、一水位感測模組及一濁度感測模組，用以針對現場的水位、濁度進行長時間的量測監控，並連結至一遠端伺服器，用以進行資料傳輸，包含： 一外殼，具防水功能且包含密閉的一容置空間； 一資料控制處理模組，是容置於該容置空間中，用以接收、處理來自該水位感測模組的一水位感測資料及該濁度感測模組的一濁度感測資料，而且產生一監控資料，並同時產生、發送一控制信息； 一電源監控模組，是容置於該容置空間中，用以接收來自該太陽能板的一外部電力，並經電源監控、處理、轉換後而產生、發送一充電電力； 一記憶體模組，是容置於該容置空間中，且電氣連接至該資料控制處理模組，並接收、儲存該監控資料以供讀取； 一通訊模組，是容置於該容置空間中，且電氣連接至該資料控制處理模組，用以接收該監控資料及該控制信息，並經由一無線通訊通道而與該遠端伺服器進行通訊及資料傳輸；以及 一鋰聚合物電池，是容置於該容置空間中，且電氣連接至該電源監控模組，用以在該電源監控模組的控制下接收該充電電力而充電，並提供電力給該資料控制處理模組、該電源監控模組及該記憶體模組而運作， 其中該通訊模組是接收該鋰聚合物電池所產生的電力以及該太陽能板的充電電力的至少其中之一而運作。
- 依據申請專利範圍第1項所述之水砂盒，其中該資料控制處理模組為一微處理器(Microcontroller，MCU)，該水位感測模組為一超音波水位計或一紅外線水位計，而該濁度感測模組為一光學式濁度感測器或一電極式濁度感測器。
- 依據申請專利範圍第1項所述之水砂盒，其中該通訊模組是經由包含NB IOT物聯網技術、LoRa遠程通信技術、WiFi、4G、5G、微波通道、紅外線通道、激光通道、雷射光通道或衛星通道的無線通訊通道而與該遠端伺服器進行通訊及資料傳輸。
- 依據申請專利範圍第1項所述之水砂盒，其中該通訊模組是電氣連接至天線，並藉該天線而連結該遠端伺服器。
- 依據申請專利範圍第1項所述之水砂盒，其中該記憶體模組包含一記憶卡或一固態硬碟(Solid State Drive，SSD)，而該記憶卡包含一SD(SanDisk)記憶卡。
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| TW108216417U TWM594123U (zh) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 水砂盒 |
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ID=71134162
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| TW108216417U TWM594123U (zh) | 2019-12-10 | 2019-12-10 | 水砂盒 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| TW (1) | TWM594123U (zh) |
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI813439B (zh) * | 2022-09-08 | 2023-08-21 | 台禹監測科技股份有限公司 | 黏度感測裝置 |
-
2019
- 2019-12-10 TW TW108216417U patent/TWM594123U/zh not_active IP Right Cessation
Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| TWI813439B (zh) * | 2022-09-08 | 2023-08-21 | 台禹監測科技股份有限公司 | 黏度感測裝置 |
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