专利名称：基于平面电容式的电子水位标尺的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水位标尺，尤其涉及一种基于平面电容式的电子水位标尺。
背景技术：
水位标尺在江河湖泊的水文观测(水位测量)中应用广泛，但基本上皆采用普通水位标尺并由人工监测水位变化及读数。具体方法是将特制的水位标尺安装于水中。通常树一柱杆，同时将水位标尺固定在柱杆上，由观测人员定时读取记录。此种方法简单直接，无需能源，但观测人员需亲临现场，观测不便，且测量准确性不高；另外数据无法实时和全天候自动监测。在防汛期夜晚如何准确地读取水位数据是现行水位测量方法的一大困难。
发明内容
本发明的目的是针对上述普通水位标尺的不足而提供一种基于平面电容式的电子水位标尺，全天候实时自动监测，且测量精确，同时节省了大量的人力。
本发明的目的是这样实现的具体地说如图1、图4，本发明由设置在方柱水泥桩杆A上的传感器1和设置在方柱水泥桩杆A顶上的控制盒B内的信号调理电路2、微处理器3、无线通信模块4和电池电压监测电路5组成；传感器1的输出端与信号调理电路2的输入端相连，信号调理电路2、无线通信模块4和电池电压监测电路5分别与微处理器3相连；所述的传感器1是一种平面电容极板组成的电子水位传感器；所述的信号调理电路2是一种将水位信息经传感器1转化调理为对应的模拟电压信号；所述的微处理器3是一种超低功耗的微处理器；所述的无线通信模块4是一种微功耗无线通信芯片；所述的电池电压监测电路5是一种包括电池电压监测芯片和光耦的电路。
本发明的工作原理是经过防水及高绝缘处理后的水位传感器1能方便地将水位变化转换为电信号，该信号被信号调理电路2调理后由微处理器3进行线性修正及水位辩识运算，并将运算后的水位数据送至无线通信模块4实时传送出去；另外，由于采用电池电压监测电路5，本发明还具备电池电压实时监测报警功能。
本发明具有下列优点和积极效果1、结构简单，计量准确；2、实时性好，能全天候监测，无需人工操作；3、由于采用了微功耗微处理芯片及微功耗无线通信芯片以确保本发明处于一种微功耗工作态或休眠态，从而延长电池的工作寿命。
4、由于采用电压监测电路，能监测电池电量，并自动提示工作人员及时更换电池，维护方便。
5、广泛适用于江河湖泊的水位测量。
图1是本发明框图；图2是水位传感器结构示意图；图3是本发明电原理图；图4是本发明机械结构图。
其中1-平面电容水位传感器，简称水位传感器；1.1、1.2-第一组、第二组梳状的金属泊条；1.3-绝缘材质底版。
2-信号调理电路；2.1-ICL8038正弦波发生器；2.2-跟随器；
2.3-反相放大电路；2.4-正弦波移相器；2.5-正弦波/方波转换电路；2.6-水位传感器的测量电路；2.7-4066A模拟开关；2.8-有源低通滤波器。
3-超低功耗微处理器，简称微处理器。
4-无线通信模块。
5-电池电量监测电路；5.1-电压监测芯片；5.2-光耦。
A-方柱水泥桩杆；B-控制盒；C-人工标尺；D-雨阳棚。
具体实施例方式
下面结合附图及实施例进一步说明1、水位传感器1如图2，水位传感器1由两组梳状的金属泊条1.1、1.2和绝缘材质底版1.3组成；两组梳状的金属泊条1.1、1.2相互交错镶嵌于绝缘材质底版1.2上，并通过两根导线a、b与信号调理电路2的输入端相连；水位传感器1表面涂覆有绝缘、防水涂层。
2、信号调理电路2信号调理电路2由ICL8038正弦波发生器电路2.1、跟随器2.2、反相放大电路2.3、正弦波移相器2.4、正弦波/方波转换电路2.5、水位传感器的测量电路2.6、4066A模拟开关2.7、有源低通滤波器2.8组成；跟随器2.2的一路输出经水位传感器1接入水位传感器的测量电路2.6，另一路输出经反相放大电路2.3接正弦波移相器2.4输入端；反相放大电路2.3的输出端不仅与正弦波移相器2.4输入端相连，且通过C6与水位传感器的测量电路2.6输入端相连；正弦波移相器2.4输出至正弦波/方波转换电路2.5完成波形转换后输出至4066A模拟开关2.7的开关控制端，4066A模拟开关2.7的输入端与水位传感器测量电路2.6输出端相连，4066A模拟开关2.7输出至有源低通滤波器2.8输入端，有源低通滤波器2.8的输出与微处理器3的输入端相连。
信号调理电路2的工作原理是
ICL8038正弦波发生器电路2.1产生的正弦波信号经跟随器2.2和反相放大器2.3后送至水位传感器1的一端，水位传感器1的另一端接到水位传感器的测量电路2.6的反相端，水位传感器测量电路2.6的输出端接到4066A模拟开关2.7的输入端，反相放大电路2.3的输出端经正弦波移相器2.4输出至正弦波/方波转换电路2.5完成波形转换后输出至4066A模拟开关2.7的开关控制端，4066A模拟开关2.7的输出端经有源低通滤波器2.8后将调理后的水位电信号送到超低功耗微处理器MSP430F149的A/D输入端。
3、微处理器3由超低功耗微处理器芯片MSP430F149组成，MSP430F149内嵌的A/D电路输入端与信号调理电路2的有源低通滤波器2.8的输出端相连，MSP430F149的非屏蔽中断输入端与电池电压监测电路5的光耦TL817的输出端相连，MSP430F149的串口及I/O口与无线通信模块4的数据端相连，由MSP430F149的I/O端输出控制信号实现无线通信模块4的工作模态及收发转换。
4、无线通信模块4无线通信模块4由PTR2000模块组成。
5、电池电压监测电路5电池电压监测电路5由电压监测芯片MAX801及光耦TL817组成，MAX801的输入端与电池组输出电压端相连，MAX801输出端经光耦TL817后与微处理器3的非屏蔽中断输入端相连。
6、本发明的机械结构如图4，本发明的机械结构包括方柱水泥桩杆A、传感器1、控制盒B、人工标尺C和雨阳棚D；方柱水泥桩杆A的底部埋入水下生根，在方柱水泥桩杆A靠岸平面设置有现有的人工标尺C，在方柱水泥桩杆A的其它平面设置有传感器1，在方柱水泥桩杆A的顶部设置有控制盒B，在控制盒B上面设置有雨阳棚D。
也可在传感器1刻上水位刻度，使本发明与人工标尺C合为一体。
权利要求
1.一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于由设置在方柱水泥桩杆(A)上的水位传感器(1)和设置在方柱水泥桩杆(A)顶上的控制盒(B)内的信号调理电路(2)、微处理器(3)、无线通信模块(4)和电池电压监测电路(5)组成；水位传感器(1)的输出端与信号调理电路(2)的输入端相连，信号调理电路(2)、无线通信模块(4)和电池电压监测电路(5)分别与微处理器(3)相连；所述的水位传感器(1)是一种平面电容极板组成的电子水位传感器；所述的信号调理电路(2)是一种将水位信息经传感器(1)转化调理为对应的模拟电压信号的电路；所述的微处理器(3)是一种超低功耗的微处理器；所述的无线通信模块(4)是一种微功耗无线通信芯片；所述的电池电压监测电路(5)是一种包括电池电压监测芯片和光耦的电路。
2.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于水位传感器(1)由两组梳状的金属泊条(1.1、1.2)和绝缘材质底版(1.3)组成；两组梳状的金属泊条(1.1、1.2)相互交错镶嵌于绝缘材质底版(1.2)上，并通过两根导线(a、b)与信号调理电路(2)的输入端相连。
3.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于信号调理电路(2)由ICL8038正弦波发生器电路(2.1)、跟随器(2.2)、反相放大电路(2.3)、正弦波移相器(2.4)、正弦波/方波转换电路(2.5)、水位传感器的测量电路(2.6)、4066A模拟开关(2.7)、有源低通滤波器(2.8)组成；跟随器(2.2)的一路输出经水位传感器(1)接入水位传感器的测量电路(2.6)，另一路输出经反相放大电路(2.3)接正弦波移相器(2.4)输入端；反相放大电路(2.3)的输出端不仅与正弦波移相器(2.4)输入端相连，且通过电容(C6)与水位传感器的测量电路(2.6)输入端相连；正弦波移相器(2.4)输出至正弦波/方波转换电路(2.5)完成波形转换后输出至4066A模拟开关(2.7)的开关控制端，4066A模拟开关(2.7)的输入端与水位传感器测量电路(2.6)输出端相连，4066A模拟开关(2.7)输出至有源低通滤波器(2.8)输入端，有源低通滤波器(2.8)的输出与微处理器(3)的输入端相连。
4.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于微处理器(3)由超低功耗微处理器芯片MSP430F149组成。
5.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于无线通信模块(4)由PTR2000模块组成。
6.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于电池电压监测电路(5)由电压监测芯片MAX801及光耦TL817组成，MAX801的输入端与电池组输出电压端相连，MAX801输出端经光耦TL817后与微处理器(3)的非屏蔽中断输入端相连。
7.按权利要求1所述的一种基于平面电容式的电子水位标尺，其特征在于机械结构包括方柱水泥桩杆(A)、传感器(1)、控制盒(B)、人工标尺(C)和雨阳棚(D)；方柱水泥桩杆(A)的底部埋入水下生根，在方柱水泥桩杆(A)靠岸平面设置有现有的人工标尺(C)，在方柱水泥桩杆(A)的其它平面设置有传感器(1)，在方柱水泥桩杆(A)的顶部设置有控制盒(B)，在控制盒(B)上面设置有雨阳棚(D)。
全文摘要
本发明公开了一种基于平面电容式的电子水位标尺，涉及一种水位标尺。由设置在方柱水泥桩杆A上的传感器1和设置在桩杆顶上的控制盒B内的信号调理电路2、微处理器3、无线通信模块4和电池电压监测电路5组成；传感器1的输出端与信号调理电路2的输入端相连，信号调理电路2、无线通信模块4和电池电压监测电路5分别与微处理器3相连。本发明结构简单，计量准确；实时性好，能全天候监测，无需人工操作；处于一种微功耗工作态或休眠态，从而延长电池的工作寿命；并自动提示工作人员及时更换电池，维护方便。广泛适用于江河湖泊的水位测量。
文档编号G01F23/00GK1865866SQ200610019108
公开日2006年11月22日 申请日期2006年5月19日 优先权日2006年5月19日
发明者熊昌仑, 熊涛, 邓华 申请人:武汉大学