CN107561993A - 一种水库水位物联网监测报警系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水库水位物联网监测报警系统，包括设置于水库水位的监测终端和设置于远程控制室的监控中心；所述监测终端包括信号采集单元、子MCU单片机单元、子显示单元、子报警单元、子无线通信单元和电源单元；所述监控中心包括按键单元、主MCU单片机单元、主显示单元、主报警单元和主无线通信单元；所述监测终端和所述监控中心通过所述子无线通信单元和所述主无线通信单元进行远程数据传输。本发明结合传感器、自动控制和无线通信等技术，实现了对水库水位的实时检测、精准记录和远程监控，可用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统及远程控制系统，对水库水位信息化、智能化管理有着重要的作用。

Description

一种水库水位物联网监测报警系统

技术领域

本发明涉及物联网监控技术领域，特别涉及一种水库水位物联网监测报警系统。

背景技术

物联网是在计算机互联网的基础上，利用RFID、无线数据通信等技术，构造一个覆盖世界上万事万物的“Internet of Things”。在这个网络中，物品能够彼此进行“交流”，而无需人的干预。其实质是利用射频自动识别等各种传感技术，通过计算机互联网实现物品的自动识别和信息的互联与共享。目前业界普遍认可的物联网概念是通过射频(RFID)、红外感应器、全球定位系统(GPS)、激光扫描器、环境传感器、图像感知器等信息传感设备，按约定的协议，把任何物品与互联网连接起来，进行信息交换和通讯，以实现智能化识别、定位、跟踪、监控和管理的一种网络。

中国水资源总量居世界第六位，人均占有水资源量仅为世界人均占有量的四分之一，合理的利用和处理水资源已成为我国现面临的一个非常重要的问题。目前国内许多水库水位监测都是采用人工的方法，或是通过GPRS移动网络实现远程监测。人工的方法存在着测量的人身安全问题，费时费力，而且还存在着数据测量的精准性和监测实时性不强等问题，严重影响了正常的工作效率；而通过GPRS移动网络实现远程监控的方法对于复杂地形或多点监测附加成本比较高。

发明内容

(一)解决的技术问题

为了解决上述问题，本发明提供了一种水库水位物联网监测报警系统，结合传感器、自动控制和无线通信等技术，实现了对水库水位的实时检测、精准记录和远程监控。

(二)技术方案

一种水库水位物联网监测报警系统，包括设置于水库水位的监测终端和设置于远程控制室的监控中心；所述监测终端包括信号采集单元、子MCU单片机单元、子显示单元、子报警单元、子无线通信单元和电源单元；所述监控中心包括按键单元、主MCU单片机单元、主显示单元、主报警单元和主无线通信单元；所述监测终端和所述监控中心通过所述子无线通信单元和所述主无线通信单元进行远程数据传输。

进一步的，所述信号采集单元包括压力传感器和信号放大电路，其中所述压力传感器选用陶瓷电容压力敏感传感器。

进一步的，所述子MCU单片机单元和所述主MCU单片机单元均选用低功耗8位微处理器ATmega128。

进一步的，所述子显示单元和所述主显示单元具有相同的电路结构，包括液晶显示器和变阻器，其中所述液晶显示器选用20pinLCD12864HZ。

进一步的，所述子报警单元和所述主报警单元具有相同的电路结构，包括蜂鸣器、三极管和电阻，其中所述三极管为PNP型三极管。

进一步的，所述子无线通信单元和所述主无线通信单元均为WiFi模块，所述WiFi模块选用VT6656模块。

进一步的，所述电源单元包括太阳能电池板、整流稳压电路和蓄电池。

(三)有益效果

本发明提供了一种水库水位物联网监测报警系统，结合传感器、自动控制和无线通信等技术，实现了对水库水位的实时检测、精准记录和远程监控，当水库水位超过高警戒水位或低于低警戒水位时，进行现场报警和远程报警，其结构简单，通用性好，集成度高，成本低廉，实时性好，检测精度高，易于维护，智能化高，可扩展性好，可用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统及远程控制系统，对水库水位信息化、智能化管理有着重要的作用。

附图说明

图1为本发明所涉及的一种水库水位物联网监测报警系统的结构框图。

图2为本发明所涉及的一种水库水位物联网监测报警系统的显示单元电路原理图。

图3为本发明所涉及的一种水库水位物联网监测报警系统的报警单元电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明所涉及的实施例做进一步详细说明。

如图1所示，一种水库水位物联网监测报警系统，包括设置于水库水位的监测终端和设置于远程控制室的监控中心；监测终端包括信号采集单元、子MCU单片机单元、子显示单元、子报警单元、子无线通信单元和电源单元；监控中心包括按键单元、主MCU单片机单元、主显示单元、主报警单元和主无线通信单元；监测终端和监控中心通过子无线通信单元和主无线通信单元进行远程数据传输。

信号采集单元包括压力传感器和信号放大电路，其中压力传感器选用陶瓷电容压力敏感传感器。陶瓷电容压力敏感传感器具有信号输出大，综合精度高且稳定性好的优点。其工作电压5V，输出标准电压信号为0.5～4.5V，响应迅速，无迟滞。压力范围大，从微压0.5KPa到高压100Mpa，并由正负复合压可选。抗干扰能力强，防水、防尘、防震、防爆和防腐。自带温度补偿-20～+80℃，可以和绝大多数介质直接接触。陶瓷电容压力敏感传感器分别置于高警戒线和低警戒线位置处，将水位的静压转换为电信号，再经过温度补偿和线性修正，转化成标准电信号。不同的水位对压力传感器压力大小不同，从而有不同的电压信号输出。

压力传感器输出的电压信号经信号放大电路放大之后送入子MCU单片机的ADC口。考虑到成本和处理性能的要求，子MCU单片机单元和主MCU单片机单元均选用低功耗8位微处理器ATmega128。该芯片硬件资源丰富，具有功耗低、功能多、价格便宜和性能强大等优点。Atmega128自身带有128K字节Flash存储器，程序可直接通过编程器下载到片内Flash中，同时再带4K字节的EEPROM存储器，压力传感器采集的数据直接存放在EEPROM中。ATmega128内部的ADC具有8个通道，每通道的分辨率为10bit，输入电压范围为0～5V，能够满足监测数据巡回采集的需要，同时也无需另加AD转换器件，简化了外围电路设计，降低了成本。

子显示单元和主显示单元具有相同的电路结构，如图2所示，包括液晶显示器U1和变阻器Rw1，其中液晶显示器U1选用20pinLCD12864HZ。LCD12864HZ自带汉字字库，可显示汉字、字符及图形，使用方便。液晶显示器U1采用3.3V电压供电，便于与ATmega128的I/O口电平匹配。为简化电路，节约I/O口开支，液晶显示模块U1与ATmega128的接口采用串行接口进行通信，SCLK、SID和CS三引脚分别接至ATmega128的P1口。

子报警单元和主报警单元具有相同的电路结构，如图3所示，包括蜂鸣器B1、三极管Q1和电阻R1，其中三极管Q1为PNP型三极管。选用蜂鸣器B1作为报警发生装置，PNP三极管Q1作为驱动，考虑到I/O口的驱动能力，ATmega128将以灌电流形式控制蜂鸣器B1发声。控制I/O口由ATmega128的P0口提供，当水位数值高于高警戒线或低于低警戒线时，I/O口为低电平时，蜂鸣器B1发声报警，工作人员可现场或远程控制闸门的开启或关闭调整水库水位；水位处于正常范围时，I/O口为高电平，蜂鸣器B1停止发声。

子无线通信单元和主无线通信单元均为WiFi模块，WiFi模块选用VT6656模块。WiFi作为一种无线联网技术，最主要的优势在于不需要布线，不受布线条件的限制，因此特别适合移动办公用户的需要。WiFi单元采用VT6656模块实现数据的远程传输，VT6656模块内嵌TCP/IP协议栈，降低了设计的难度，同时大大提高了ATmega128处理其他数据的能力。VT6656与ATmega128的连接非常简单，二者可以通过标准的USB接口直接相连。VT6656模块采用54Mbps标准的802.11g无线以太网访问，比基于802.11b协议的快5倍；采用USB2.0接口最高比USB1.0接口快40倍；新的天线技术支持更远距离的无线访问；支持所有标准的802.11g和802.11b无线路由器及接入点；支持64/128/152位WEP加密；支持WPA/WPA2、WPA-PSK/WPA2-PSK等高级加密与安全机制。

电源单元包括太阳能电池板、整流稳压电路和蓄电池，太阳能电池板收集太阳光能，经过整流稳压电路转换为低压直流电存储于蓄电池中，给监测装置供电。由于监测终端放置在户外，考虑到环境的特殊性，采用太阳能电池板结合蓄电池的形式为监测终端供电，符合节能环保和生态可持续发展的要求，提高了能源利用率，也降低了成本。

下面介绍系统的工作原理。

监测终端实现对水库水位的实时监测功能，压力传感器采集水压力数据，输出为标准电压信号，经信号放大电路放大之后，输入监测终端ATmega128的ADC口进行模数转换，ATmega128对转换后的数据进行处理分析，再通过监测终端的WiFi模块发送给监控中心，同时传送给LCD12864HZ进行实时显示水位信息。监控中心的WiFi模块接收由监测终端发送过来的水位数据，进行存储并显示于监控中心的LCD12864HZ液晶显示屏上面。当测得的水库水位超过预设的高警戒水位或低于低警戒水位时，监测终端的蜂鸣器进行现场报警，同时监控中心的蜂鸣器进行远程报警。工作人员可以现场通过无线遥控器来控制闸门的开启或关闭，也可以通过远程上位机监控界面控制闸门的开启和关闭。按键模块预设或修改高警戒水位或低警戒水位的数值，保存于监控中心的ATmega128的EEPROM存储器中，并通过WiFi网络发送至监测终端的ATmega128进行存储。

本发明提供了一种水库水位物联网监测报警系统，结合传感器、自动控制和无线通信等技术，实现了对水库水位的实时检测、精准记录和远程监控，当水库水位超过高警戒水位或低于低警戒水位时，进行现场报警和远程报警，其结构简单，通用性好，集成度高，成本低廉，实时性好，检测精度高，易于维护，智能化高，可扩展性好，可用于多种监测环境的多模式水位自动监测系统及远程控制系统，对水库水位信息化、智能化管理有着重要的作用。

上面所述的实施例仅仅是对本发明的优选实施方式进行描述，并非对本发明的构思和范围进行限定。在不脱离本发明设计构思的前提下，本领域普通人员对本发明的技术方案做出的各种变型和改进，均应落入到本发明的保护范围，本发明请求保护的技术内容，已经全部记载在权利要求书中。

Claims (7)

1.一种水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：包括设置于水库水位的监测终端和设置于远程控制室的监控中心；所述监测终端包括信号采集单元、子MCU单片机单元、子显示单元、子报警单元、子无线通信单元和电源单元；所述监控中心包括按键单元、主MCU单片机单元、主显示单元、主报警单元和主无线通信单元；所述监测终端和所述监控中心通过所述子无线通信单元和所述主无线通信单元进行远程数据传输。

2.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述信号采集单元包括压力传感器和信号放大电路，其中所述压力传感器选用陶瓷电容压力敏感传感器。

3.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述子MCU单片机单元和所述主MCU单片机单元均选用低功耗8位微处理器ATmega128。

4.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述子显示单元和所述主显示单元具有相同的电路结构，包括液晶显示器和变阻器，其中所述液晶显示器选用20pin LCD12864HZ。

5.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述子报警单元和所述主报警单元具有相同的电路结构，包括蜂鸣器、三极管和电阻，其中所述三极管为PNP型三极管。

6.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述子无线通信单元和所述主无线通信单元均为WiFi模块，所述WiFi模块选用VT6656模块。

7.根据权利要求1所述的水库水位物联网监测报警系统，其特征在于：所述电源单元包括太阳能电池板、整流稳压电路和蓄电池。