一种自供电城市下水道水位无线监测系统及方法
【专利摘要】本发明公开一种自供电城市下水道水位无线监测系统及方法，包括液位传感器模块、电源模块、无线基站模块和太阳能充电管理模块，所述液位传感器产生超声波，超声波在液面与空气的分界面反射成回波并被液位传感器转化成电压信号，从而将下水道的水位信息转化成电压信号，所述电压信号传输给所述无线基站模块，经过处理后转化为无线信号传输到监测终端，所述电源模块用于为所述液位传感器模块和无线基站模块提供工作电压，所述太阳能充电管理模块为所述电源模块补充电力。本发明系统和方法，通过在每个下水道水位监测系统之间构成无线传感网络，水位信息数据最终传输给终端系统，同时系统利用太阳能自供电，无需外部提供电源。
【专利说明】—种自供电城市下水道水位无线监测系统及方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及无线传感网络【技术领域】，尤其涉及到一种基于无线传感网络的自供电下水道水位监测系统及方法。
【背景技术】
[0002]近年来，由于在城市建设之初，下水道的设计标准较低，许多城市发生了多起城市内涝的事件，给人民生命财产造成了重大损失。在现有的城市下水道升级建设面临诸多困难的条件下，避免城市内涝所带来的人员和财产损失的唯一办法是只有在极端恶劣天气
下，下水道水位快速升高的时候，及时获取城市各关键位置下水道水位信息，并及时发出预
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[0003]目前国内各大城市小水道水位主要还是人工监测完成的。由于下水道位于地表以下，人工监测不仅需要爬入窨井下面，工作环境恶劣，而且测量的准确性和及时性不够，这也是难以大面积推广的主要原因。本发明正是为了解决这一难题而提出的，通过一种可以自供电的无线液位监测系统，实时测量下水道的水位信息，并传输给远端的控制终端。
【发明内容】
[0004]鉴于上述现有技术中存在的缺陷，本发明提供一种自供电城市下水道水位无线监测系统及方法，通过一种可以自供电的无线液位监测系统，实时测量下水道的水位信息，并传输给远端的控制终端。
[0005]为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案实现的:
[0006]一种自供电城市下水道水位无线监测系统，包括液位传感器模块、电源模块、无线基站模块和太阳能充电管理模块，所述液位传感器产生超声波，超声波在液面与空气的分界面反射成回波并被液位传感器转化成电压信号，从而将下水道的水位信息转化成电压信号，所述电压信号传输给所述无线基站模块，经过处理后转化为无线信号传输到监测终端，所述电源模块用于为所述液位传感器模块和无线基站模块提供工作电压，所述太阳能充电管理模块为所述电源模块补充电力。
[0007]所述电源模块由蓄电池和两个电压转化模块构成，其中一个电压转化模块将蓄电池的电压转化为液位传感器模块所需的电压，另一个电压转化模块将蓄电池的电压转化为无线基站模块所需的电压。
[0008]所述太阳能充电管理模块是由太阳能电池板将太阳能转化为电能，补充到蓄电池中，当蓄电池充满后可以自动关断与蓄电池之间的连接，避免过冲对蓄电池造成损伤。
[0009]所述液位传感器输出的电压信号传输给所述无线基站模块，通过MCU对电压信号进行A/D转换成数字信号，无线基站模块中的无线发射端在MCU的控制下，将转换成数字信号的液位信息通过无线传感网络传输到远端的监测终端。
[0010]所述液位传感器输出的电压信号经过导线传输给所述无线基站模块，经过处理后，转化为2.4GHz的无线信号，并采用2.4GHz的自组网无线传感网络传输到远端的监测终端。
[0011]一种自供电城市下水道水位无线监测方法，采用上述的系统来完成。
[0012]本发明具有以下有益效果:
[0013](I)下水道水位及时、准确、快速测量,无需人工参与,从而减小了劳动力成本。
[0014](2)由于对下水道水位的采样密度很大，所以可以更加科学、可靠的获取水情资料，方便决策者做出预警判断。
[0015](3)由于采用2.4Ghz的自组网无线传感网络，所以可以可靠的传输下水道水情资料，同时也极大的节省了数据传输费用。
[0016](4)采用太阳能作为系统的电力来源，可以很好的解决了系统的长时间、连续的稳
定工作。
【专利附图】
【附图说明】
[0017]通过阅读参照以下附图的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显:
[0018]图1为本发明所提供的系统实施例的结构框图；
[0019]图2为液位传感器工作示意图。
【具体实施方式】:
[0020]以下将结合附图对本发明的构思、具体结构及产生的技术效果作进一步的说明，以充分了解本发明的目的、特征和效果。
[0021]图1?图2所示，本发明所提供的自供电城市下水道水位无线监测系统，包括:液位传感器模块、电源模块、无线基站模块和太阳能充电模块。具体实施时，液位传感器安装在窨井井壁上，并通过法兰盘固定。当接通电源后，液位传感器定时发射超声波信号，当超声波遇到液面后反射回液位传感器，液位传感器根据反射回的超声波信号强度计算出液位传感器与液面的高度，进而可以计算出当前井内的水位高度。液位传感器输出O — 5V电压信号，与测量水位高度成线性关系。电压信号传输给无线基站模块，经过无线基站模块处理后转化为无线信号传输到监测终端，电源模块用于为液位传感器模块和无线基站模块提供工作电压，太阳能充电管理模块为电源模块补充电力。
[0022]本发明具体实施例中，液位传感器输出电压信号接入到无线基站模块中，通过MCU对电压信号进行A/D转换成2.4GHz的无线数字信号，无线基站模块中的无线发射端在MCU的控制下，将转换成2.4GHz的无线数字信号的液位信息通过2.4GHz的自组网无线传感网络传输到远端的监测终端。
[0023]电源模块由蓄电池和两个电压转化模块构成，蓄电池通过防水密封箱埋在地下。其中一个电压转化模块将蓄电池的12V电压转化为5V输出给所述无线基站模块。另一个电压转化模块2将蓄电池I的12V电压转化为24V电压供给液位传感器模块3，如图2所
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[0024]12V/100W太阳能电池板安装在地面以上，以接收太阳光照射。太阳能电池板上的单晶硅片将太阳能转化为电能，然后通过充电管理器将电能储存在蓄电池中，充电管理器主要是起防止蓄电池过充和过放保护。即当蓄电池充电时，电池电压超过某一电压，充电管理器自动关断电池的充电端；当蓄电池放电时，电池电压低于某一电压，充电管理器会自动关断电池的放电端。
[0025]本发明通过在每个下水道水位监测系统之间构成无线传感网络，水位信息数据最终传输给终端系统，同时系统利用太阳能自供电，无需外部提供电源。
[0026]以上内容是结合具体的优选实施例来对本发明所作进一步详细说明，所以不能将本发明局限在上述这些说明中。对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在本发明的构思基础上所做的推演和替换都应视为属于本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种自供电城市下水道水位无线监测系统，其特征在于，包括液位传感器模块、电源模块、无线基站模块和太阳能充电管理模块，所述液位传感器产生超声波，超声波在液面与空气的分界面反射成回波并被液位传感器转化成电压信号，从而将下水道的水位信息转化成电压信号，所述电压信号传输给所述无线基站模块，经过处理后转化为无线信号传输到监测终端，所述电源模块用于为所述液位传感器模块和无线基站模块提供工作电压，所述太阳能充电管理模块为所述电源模块补充电力。
2.根据权利要求1所述的自供电城市下水道水位无线监测系统，其特征在于，所述电源模块由蓄电池和两个电压转化模块构成，其中一个电压转化模块将蓄电池的电压转化为液位传感器模块所需的电压，另一个电压转化模块将蓄电池的电压转化为无线基站模块所需的电压。
3.所述根据权利要求2所述的自供电城市下水道水位无线监测系统，其特征在于，所述太阳能充电管理模块是由太阳能电池板将太阳能转化为电能，补充到蓄电池中，当蓄电池充满后可以自动关断与蓄电池之间的连接，避免过冲对蓄电池造成损伤。
4.根据权利要求1所述的自供电城市下水道水位无线监测系统，其特征在于，所述液位传感器输出的电压信号传输给所述无线基站模块，通过MCU对电压信号进行A/D转换成数字信号，无线基站模块中的无线发射端在MCU的控制下，将转换成数字信号的液位信息通过无线传感网络传输到远端的监测终端。
5.根据权利要求1所述的自供电城市下水道水位无线监测系统，其特征在于，所述液位传感器输出的电压信号经过导线传输给所述无线基站模块，经处理后，转化为2.4GHz的无线信号，并采用2.4GHz的自组网无线传感网络传输到远端的监测终端。
6.一种自供电城市下水道水位无线监测方法，其特征在于，采用如权利要求1至5所述的系统。
【文档编号】G08C17/02GK103700236SQ201310659160
【公开日】2014年4月2日 申请日期:2013年12月6日 优先权日:2013年12月6日
【发明者】刘成良, 赵源深, 贡亮, 黄亦翔, 张执南, 李琳, 李志腾 申请人:上海交通大学