大壩無線式安全監測系統的製作方法
2023-06-13 15:43:56
專利名稱：大壩無線式安全監測系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種監測系統，特別涉及一種大壩無線式安全監測系統。
背景技術：
我國江河眾多，江河大壩的安全與否關係十分重大，而影響大壩安全分析 的重要依據——大壩浸潤線數據能否穩定可靠的測量和實時掌握就顯得十分迫 切。
大壩浸潤線數據是通過這樣的方法得到在大壩的橫截面上每隔一段距離 打一個口徑很小的井，裡面再設置測壓管，然後測量測壓管內的實際浸潤線數 據。目前，許多大壩的實際浸潤線數據是依靠傳統數據電臺傳輸監測技術來獲 取，雖然是自動收集數據，但是是通過市電供電、以電磁波作為傳輸方式，就 造成抗幹擾能力及實時監測性能不好，且需要安裝電纜線，使得安裝成本高、 周期長；有些大壩的實際浸潤線數據是依靠傳統有線傳輸監測技術來獲取，但 易引起共模幹擾、耗電量高且也需要市電供電。然而，國內有許多大壩分布在 交通不方便、地理位置偏僻、無可靠電源條件的地方，這些地方大多是使用人 工測量，無法實時監測大壩的安全情況。
發明內容
本發明的一個目的是提供一種大壩無線式安全監測系統，無需市電供電、 實時監測性能高、抗幹擾能力好及投資小。該目的通過以下技術方案實現-
一種大壩無線式安全監測系統，包括用於採集現場數據的監測點模塊及和 監測點模塊通訊連接的遠方監測站中心，其特徵在於，監測點模塊包括供電 模±央，為監測點模塊供電，包括順序連接的太陽能板、充電控制電路及蓄電電 池；傳感器，用於監測測壓管內的實際浸潤線數據；中央處理單元，與所述傳 感器連接，用於接收和處理所述數據；下通訊模塊，與所述中央處理單元連接， 用於以GPRS或GSM方式與遠方監測站中心通訊。本發明的另一個目的是提供一種大壩無線式安全監測系統，能準確地收集 數據。實現該另一目的的方案是所述監測點模塊還包括由中央處理單元控制 的傳感器清理組件，包括繼電器及與繼電器電連接的氣泵，氣泵的氣管在傳感 器的感應面形成一個環形排氣管。
本發明的又一個目的是提供一種大壩無線式安全監測系統，能實時準確地 知道測壓管內的水位是否到達理論浸潤線。實現該又一目的的方案是所述監 測點模塊還包括與中央處理單元連接的水位報警組件，該水位報警組件包括報 警輸入電路及與報警輸入電路連接的水浸開關。
本發明通過太陽能供電、使用GPRS或GSM的通訊方式，無需市電供電、 實時監測性能高、抗幹擾能力好及投資小；通過中央處理單元控制繼電器的啟 閉進而控制氣泵對傳感器進行定時清潔，避免工作人員定期到工作現場清理傳 感器，保證收集到的數據更加準確；通過在測壓管內的理論浸潤線位置設置水 浸開關， 一旦水位浸過水浸開關，報警輸入電路就會導通，便會觸發中央處理 單元上傳報警信號，從而實時地監測大壩的安全。此外，本發明還可以提供終 端設置裝置，通過與監測點模塊進行通訊，根據需要方便地進行現場或提前配 置監測點模塊的各種參數；本發明還可以集成多個監測裝置，從而實現多種監 測功能，以及集合存儲器、按鍵模塊、液晶顯示模塊等，使得功能更加完善。
圖1為本發明的電路結構圖2為報警輸入電路圖3為氣泵的氣管與傳感器的相對位置圖。
具體實施例方式
如圖1所示，本發明大壩無線式安全監測系統，包括用於採集現場數據的 監測點模塊及和監測點模塊通訊連接的遠方監測站中心，監測點模塊具體包括: 太陽能板、充電控制電路、蓄電電池、穩壓模塊、中央處理單元、下通訊模塊、 本地通訊模塊、傳感器、通道切換開關、存儲器、按鍵模塊、液晶顯示模塊、 繼電器、氣泵、水浸開關、報警輸入電路。其中，太陽能板、充電控制電路、 蓄電電池組成監測點模塊的供電模塊，用於將太陽能轉化為電能，然後通過穩
4壓模塊為監測點模塊提供相應穩定的電壓。傳感器與通道切換開關順序連接， 組成數據採集單元，其中傳感器用於監測測壓管內的實際浸潤線數據，通道切 換開關可以連接用於監測其他數據的監測器件，進而輸入給中央處理單元。下 通訊模塊與中央處理單元連接，用於將處理後的監測數據發送給遠方監測站中 心。本地通訊模塊可通訊地連接所述終端設置裝置與中央處理單元。繼電器與 氣泵配合組成傳感器清理組件，用於在中央處理單元控制下定時對傳感器進行 清潔。所述水浸開關與報警輸入電路連接，構成水位報警組件，與中央處理單 元連接。存儲器與中央處理單元連接，用於緩存監測數據。按鍵模塊、液晶顯 示模塊與中央處理單元連接，提供一個人機界面，用於便於現場查看數據。
本實施例中，遠方監測站中心包括用於和所述下通訊模塊通訊配合的上通 訊模塊及與該上通訊模塊連接的監聽裝置。
以下配合具體電路說明本發明的工作原理
中央處理單元為晶片MSP430F147，穩壓模塊使用兩片COMS穩壓晶片 RN5RT30A，給中央處理單元、存儲器、按鍵模塊、報警輸入電路和數據採集單 元等提供相應穩定的電壓；通道切換開關可由MAX4636多路開關和MAX4581 多路開關並聯連接構成，用於連接其它監測裝置，例如雨量計等，實現多種監 測功能，壓阻式差分輸入信號通過MAX4636多路開關輸入給差分儀表放大器 AD8221，再經整形後送給中央處理單元的A/D轉換模塊，多路4 20mA信號通 過MAX4581多路開關直接輸入給中央處理單元的A/D轉換模塊；傳感器採用 CCPS32乾式陶瓷電容式壓力傳感器；下通訊模塊都採用GR64通訊模塊，監測 點模塊和遠方監測站中心之間的通訊方式可為GPRS、 GSM;終端設置裝置為 一設置了相關軟體的電腦，本地通訊模塊採用RS232接口晶片MAX3221，終端 設置裝置通過可拆的RS232串口通訊線與本地通訊模塊連接，實現本地配置操 作；存儲器為FM25L256鐵電存儲器；液晶顯示模塊採用LCM103顯示器，按 鍵模塊與中央處理單元為掃描式連接，當有鍵盤輸入時會給中央處理單元一個 中斷信號，中央處理單元會自動掃描實際輸入的鍵值；供電模塊可用鋰電池 ER26500M組替換。當然，本地通訊模塊也可以採用RS485接口晶片，例如 MAX3483。
(結合圖3)氣泵的氣管6在傳感器5的感應面形成一個環形排氣管7，中 央處理單元控制繼電器定時開啟，進而控制氣泵對傳感器的感應面進行多角度 地吹氣，保證傳感器不會受到水中滋生的微生物、貝殼、藻類等堵塞，達到清 潔傳感器的目的，從而也達到提高測量精度的目的，也避免了要工作人員定期
5到現場對傳感器清理，清洗對測量精度的影響(在比較受汙染的水質中測試) 如表一。
表一
未清洗時間長度下精度每天定期清洗一次下精度
10天90%99.9%
30天80%99.9%
60天60%99.9%
240天50%99%
360天30%99%
(結合圖2)報警輸入電路採用電平轉換晶片LVC14，接線端子CON3的 接口 2和接口 3分別接水浸開關，水浸開關為水電阻，接線端子CON3的接口 1 數字接地，接線端子CON3的接口3與電源連接，接線端子CON3的接口2與 電平轉換晶片LVC14的引腳3之間設有濾波等功能的保護電路，水浸開關裝在 測壓管內的浸潤線位置，水浸開關進入水中後就導通報警輸入電路，使得電平 轉換晶片LVC14的引腳3為高電平和引腳4為低電平，這樣報警輸入電路就給 中央處理單元一個電平信號，中央處理單元就向遠方監測站中心上傳報警信息， 使得本監測系統除了從傳感器中得到大壩的安全信息，也可以從水位報警組件 得知測壓管中的水位是否超過理論浸潤線的位置，這了解對大壩的安全非常重 要。
本發明大壩無線式安全監測系統，安裝前先配置監測點模塊運行參數，可 通過串口線將終端設置裝置和本地通訊模塊相連，再運行相關的終端設置軟體， 在相應的設置界面操作可以配置監測點模塊的聯網參數、測量參數、存儲參數、 報警參數等；聯網參數包括伺服器IP位址、埠號、GSM號、傳送周期、錯 開時間、ID號、系統時間；測量參數包括採樣周期、量程上限、量程下限； 存儲參數包括四個時段設置參數、每個時段存儲周期；報警參數包括上限 報警門限、下限報警門限、報警延時、快發周期，快發時長。
配置完參數後，先確認定傳感器連線長度，然後投入大壩上的測壓管內， 水浸開關裝在測壓管內的理論浸潤線位置處；安裝完成後在伺服器註冊一下該 監測點模塊，該監測點模塊和遠方監測站中心就可以通過下通訊模塊和上通訊 模塊進行通訊，從而構成一個監測系統。
在中央處理單元的控制下，傳感器監測測壓管內的實際浸潤線數據，中央
6處理單元也可以通過控制通道切換開關選擇其他監測裝置來監測其他數據，中 央處理單元分別將數據上傳給遠方監測站中心、存儲在監測點模塊的存儲器中， 便於在天氣不好時也能完整地保存數據；工作人員還可以通過按鍵模塊和液晶 顯示模塊進行現場查詢數據，當然也可以通過終端設置裝置進行現場修改中央 處理單元的各種運行參數。
當然，本發明不局限於上述實施例，對於本領域普通技術人員而言，基於 上述實施例的、未經創造性勞動的簡單替換，應當屬於本發明揭露的範圍。
權利要求
1、一種大壩無線式安全監測系統，包括用於採集現場數據的監測點模塊及和監測點模塊通訊連接的遠方監測站中心，其特徵在於，監測點模塊包括供電模塊，為監測點模塊供電，包括順序連接的太陽能板、充電控制電路及蓄電電池；傳感器，用於監測測壓管內的實際浸潤線數據；中央處理單元，與所述傳感器連接，用於接收和處理所述數據；下通訊模塊，與所述中央處理單元連接，用於以GPRS或GSM方式與遠方監測站中心通訊。
2、 根據權利要求1所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於，所述監測點 模塊還包括由中央處理單元控制的傳感器清理組件，包括繼電器及與繼電器電 連接的氣泵，氣泵的氣管在傳感器的感應面形成一個環形排氣管。
3、 根據權利要求1所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於，所述監測點 模塊還包括與中央處理單元連接的水位報警組件，該水位報警組件包括報警輸 入電路及與報警輸入電路連接的水浸開關。
4、 根據權利要求3所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於，所述報警輸 入電路包括串接的與電源端連接的接線端子、保護電路以及電平轉換晶片 LVC14，用於給所述中央處理單元提供一個水位報警的電平信號。
5、 根據權利要求4所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於，所述水浸開 關為水電阻，其裝在所述接線端子處，用於導通或截斷所述報警輸入電路。
6、 根據權利要求1至5任意一項所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於， 所述傳感器與中央處理單元之間還順接著通道切換開關，用於連接多個監測裝 置。
7、 根據權利要求1至5任意一項所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於， 所述監測點模塊還包括與中央處理單元連接的監測數據存儲器。
8、 根據權利要求1至5任意一項所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於， 所述監測點模塊還包括與中央處理單元連接的按鍵模塊、液晶顯示模塊。
9、 根據權利要求1至5任意一項所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於， 還包括與所述監測點模塊通訊連接用於更改現場監測參數的終端設置裝置、與 中央處理單元連接的用於和所述終端設置裝置通訊配合的本地通訊模塊。
10、 根據權利要求9所述的大壩無線式安全監測系統，其特徵在於，所述本地 通訊模塊採用RS232接口晶片或RS485接口晶片中的一種。
全文摘要
本發明涉及一種大壩無線式安全監測系統，包括用於採集現場數據的監測點模塊及和監測點模塊通訊連接的遠方監測站中心，監測點模塊包括供電模塊，為監測點模塊供電，包括順序連接的太陽能板、充電控制電路及蓄電電池；傳感器，用於監測測壓管內的實際浸潤線數據；中央處理單元，與所述傳感器連接，用於接收和處理所述數據；下通訊模塊，與所述中央處理單元連接，用於以GPRS或GSM方式與遠方監測站中心通訊。本發明通過太陽能供電、使用GPRS或GSM的通訊方式，無需市電供電、實時監測性能高、抗幹擾能力好及投資小。本發明還設置了傳感器清理組件來保持數據的準確，還設置了水位報警組件，進一步了解大壩的安全情況。
文檔編號G01F23/00GK101498598SQ20091003771
公開日2009年8月5日 申請日期2009年3月10日 優先權日2009年3月10日
發明者周宗南 申請人:珠海市德萊環保科技有限公司