专利名称：使用发光二极管显示水位的装置及使用该装置的水位测量系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种使用发光二极管显示水位的装置以及利用该装置测量水位的系 统。特别地，本发明涉及一种显示水位的装置以及利用该装置测量水位的系统，具有增 强的可见度。
背景技术：
通常，水位测量系统已被用来测量河流、湖泊或溪流的水位。用水位测量系统 测得的数据(例如当前的水位、水位的变化)被用于许多目的，例如桥梁管理、雨季期间 洪水的预测、或者如果水位大于等于预先确定水平处于安全目的进行交通控制。用于水 位测量系统的水位计量器分为通过与水接触测量水位的接触式水位计量器和通过向水发 射超声或激光束来测量水位的非接触式水位计量器。这样的水位测量系统通常安装在位于溪流或者湖泊中的桥墩上。考虑到水位测 量系统被用于洪水预测或者控制交通安全，当河流或溪流的水位达到或超过预先确定高 度或者水位存在快速变化时，这些情况应尽快告知桥上的行人或者管理者。然而，在夜间、下雨期间或者水位快速变化的情况下，很难用肉眼监控传统的 水位测量系统。如果那样，由于可见度差，则存在水位测量结果的高误差率。特别是在 洪水发生时，水位的波动应当通过肉眼监视。因此，传统的水位测量系统是无用的。
发明内容
因此，本发明在考虑到以上问题的基础上形成，并且本发明的一个目的在于提 供一种使用发光二极管显示水位的装置，该装置甚至在夜间或在雨中增强了显示的平均 水位的可见度并且该装置能够利用实时测量的水位测量并且通过自动水位识别功能分 析，以及提供用于测量水位的系统和方法。根据本发明示例性实施例的一个方面，提供了一种水位显示装置，其包括多 个公共端口、多个彼此间隔竖直排列的水位测量端口、水位测量控制器和LED单元，其 中水位测量控制器用于通过使电流流过多个公共端口并读取流过多个水位测量端口的电 流的状态来测量目标对象的水位，LED单元用于从水位测量控制器读取水位测量值并且 通过多个LED显示水位测量值。根据本发明示例性实施例的一个方面，提供了一种水位显示系统，包括水位 显示装置，该水位显示装置用于使电流在目标对象中流过多个公共端口，通过读取流过 多个彼此间隔竖直设置的水位测量端口的电流测量水位，通过控制多个LED的开/关来 显示水位测量值；主控制模块，其用于从水位显示装置读取水位测量值并控制水位显示 装置通过多个LED显示水位测量值；电源模块，其用于在主控制模块控制下向水位显示 装置供电；以及显示模块，其用于在主控制模块的控制下显示水位测量值。本发明的水位显示装置和水位测量系统可以在夜间或雨中通过保证良好的可见度来精确的显示平均水位并且提供了自动水位识别功能。因此，该水位测量可被用于实 时测量和分析。
图1显示了根据本发明实施例的水位测量系统的总体构成。图2和图3是图1中示出的水位显示装置的详细视图。图4和图5是图1示出的水位显示装置的示意图，其分别被引用是为了描述水位 显示装置的操作。图6显示了安装到桥墩上的图1中的水位显示装置。
具体实施例方式现在，根据优选实施例的水位显示装置以及利用该显示装置的水位测量系统将 参考图1至6被详细地描述。图1显示了根据本发明实施例的水位测量系统的总体构成。参考附图，根据本发明实施例的水位测量系统包括水位显示装置100、主控 制模块210、显示模块220、以及电源模块230。水位显示装置100被安装在河流或溪流当中，用于测量当前的水位并且用于将 水位信息的测量结果传送到主控制模块210。在每个水位显示装置100内，刻度部分和数 字部分被配置为可以被开/关的LED (发光二极管)。这些LED根据水位被操作，从而 增强了可见度。因此，管理者或过路人可以很容易用肉眼甚至在例如夜间或雨中的恶劣 环境中识别水位。本发明的每个水位显示装置100使电流通过输出端口即公共端口流过目标对 象，并且当作为输入端口的水位测量端口被浸入目标对象(如水)中时，放大流过该输入 端口的细微电流。在通过读取放大后的电流值测量目标对象水位之后，水位显示装置100 通过控制布置为形成显示部件(例如数字部分和刻度部分)的多个LED的开/关来显示 水位测量值。主控制模块210从水位测量装置100读取水位测量值，综合分析读出的水位测量 值，并将基于分析结果的水位信息传送到每个水位显示装置100，这样水位显示装置可以 通过多个LED用数字和刻度显示水位测量结果。电源模块230向每个被主控制模块210控制的水位显示装置100供电。由于水 位显示装置100是基于LED的操作，因此不需消耗许多电能并因此可以使用太阳能电池 来操作。显示模块220可以是电子显示板，该电子显示板受主控制模块210控制显示水位 测量值。在洪水期间或监控水位期间，管理者或过路人可以很容易地从显示模块220识 别当前的水位。当电源模块230向水位显示装置100供应直流电时，主控制模块210收集来自于 安装在多个位置的多个水位显示装置100 (如32个水位显示装置)的当前水位信息，分析 当前水位信息，在显示模块220上显示当前水位，并通过内部通信线路(例如RS232通信 线路)向其他系统提供水位信息。
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图2和3是图1中示出的水位显示装置的详细图。在图2示出的本发明实施例中，水位显示装置100包括水位测量控制器110、 传感器输出管理器120、传感器输入管理器130、以及LED单元140。传感器输出管理器120包括多个公共端口 122以及传感器输出驱动器121。传感 器输入管理器130包括多个水位测量端口 133、模拟开关132以及信号比较器131。由于水位测量控制器110设置在水位显示装置100的内部，水位测量控制器110 可以执行精确水位识别、平均水位计算、以及水位显示的功能，并且也可以根据管理者 的要求执行自定义程序。水位测量控制器110通过使电流流过多个公共端口 122以及读取每个水位测量端 口的电流状态来产生水位测量值。特别地，当低频交流信号施加到暴露在外的输出端口，即公共端口 122，上时， 传感器输出驱动器121产生放大的交流信号。水位测量端口 133为输入端口。暴露在外 的多个水位测量端口(例如100个水位测量端口)133按照预定的距离(例如10厘米)彼 此间隔。当公共端口 122和水位测量端口 123同时浸入目标对象时，公共端口 122的信号 通过目标对象的杂质传递到水位测量端口 133。因此细微的电流流过水位测量端口 133。 施加到水位测量端口 133上的交流信号通过信号比较器131传递到水位测量控制器110。 水位测量控制器110可以利用交流信号识别水位。多个公共端口 122(例如16个公共端口 )等间距排列。具有相同电相位的交流 信号输入到公共端口 122。传感器输出管理器120向多个公共端口 122施加具有相同相位 的低频交流信号。如图3所示，多个水位测量端口 133以预定的间隔竖直排列，因此形成刻度。从 中读取水位的刻度按照水位测量端口 133之间的距离确定。例如，如果水位测量端口 133 每10厘米设置一个，水位可以以10厘米的梯度读取。模拟开关132是电开关用于将多个水位测量端口 133 (例如100个水位测量端口 ) 连接到水位测量控制器110。模拟开关132顺序地选择多个水位测量端口 133并且将从已 选择的水位测量端口 133接收到的信号连接到水位测量控制器110。当模拟开关132顺 序地选择多个水位测量端口 133并使流过每个水位测量端口 133的电流传送到信号比较器 131时，信号比较器131放大电流并将放大后的电流输出到水位测量控制器110。随后，水位测量控制器110根据每个水位测量端口 133的电流值确定每个水位测 量端口 133是否浸入目标对象中并且根据确定结果确定水位。LED单元140根据从水位测量控制器110读取的水位测量值通过控制排列为形成 数字和刻度的多个LED的开/关显示水位测量值。在图2中的实施例中，LED单元140 包括条形显示器142、数字型显示器143、以及LED驱动器141。然而，许多其他形状的 显示器可以在LED单元140上应用。通过这种方式，水位显示装置100使电流流过目标对象穿过公共端口 122，当水 位测量端口 133浸入目标对象时放大细微的电流，并通过水位测量控制器110读取水位。 随后，水位测量值被传送到主控制模块210。LED单元140根据主控制模块210的请求 被控制用来显示水位结果。参考图3，水位显示装置100可以通过将每个具有预定长度(例如1米)的多个基板(PL)PL#0到PL#9连接成期望的长度来形成。每个基板PL包括由多个LED形成的 条形显示器142和数字型显示器143以便以数字或刻度的形式显示水位测量值。假定基板PL的长度为1米并且基板PL具有每一厘米一个刻度，水位测量端口 133沿1米的长度每间隔1厘米排列。由于模拟开关132顺序地选择水位测量端口 133 并且将已选择的水位测量端口连接到水位测量控制器110，水位可以以1厘米的分辨率感 知。水位测量控制器110读取模拟开关132的状态，将关于该状态的信息传送到主控制 模块210，并且开启与从主控制模块210接收到的水位测量值相对应位置的LED。此外， 水位测量控制器110可以用作根据主控制模块210的请求开启/关闭防冻加热管线。在条形显示器142中，在与多个水位测量端口 133同一线上按每一预定的间隔形 成刻度，并且每个刻度上水平地排列多个LED。条形显示器142通过区分水平LED的开 /关以数字的形式显示水位测量值。数字型显示器143具有显示数字的多个LED。水位 测量值在LED驱动器141的控制下以数字的形式显示出来。LED驱动器141控制条形显示器142和数字型显示器143以刻度和数字的形式显 示水位测量值。水位显示装置100可以进一步包括入口单元153和防冻单元155。入口单元153 具有多个路径，目标流体穿过这些路径流动，这些路径以每个预定的间隔竖直排列。防 冻单元155包括防冻加热管线以使水位显示装置100甚至能够在冬季或在低温区域中使用。由于LED在驱动期间不会消耗多少功率，因此可以由太阳能充电电池作为电源 模块230来操作水位显示装置100。也就是说，当供电困难或者电导致了较高的成本时， 可以使用利用太阳能的可充电电池。然而，当具有加热管线的防冻单元155设置在水位 显示装置100中以防止在水位显示装置100附近发生冻结时，可能需要附加的电源。同 样，具有用于驱动LED的电路的水位显示装置100应当是防水的，因为其将长时间浸泡 在目标流体当中。参考图3中示出的实施例，水位显示装置100的基板PL将更详细地被描述。连接部件151为当基板PL彼此连接时用于布线所需的空间。公共端口 122为 用于测量水位的导体，其形成在印刷电路板(PCB)铜表面上并且镀金以防锈和增加电导 率。公共端口 122为以适当的间隔从下排列的电流源。条形显示器142是水平的LED阵列，其用于显示水位。每刻度(例如1厘米) 形成一个条形显示器142。每个刻度设置一个水位测量端口 133。水位测量端口 133是用于测量水位的导 体，其区域形成在印刷电路板(PCB)的铜表面上并且镀金以防腐蚀和增加电导率。入口单元153包括多个路径154用于允许目标流体经由该路径流过。入口单元 153在公共端口和水位测量端口 133附近定位。每个基板PL上形成有多个孔152，这样 基板可以通过螺钉附接到例如桥墩的结构上。水位显示装置100通过使电流流过上述基板PL的公共端以及读取按照每个刻度 上一个的方式排列的水位测量端口 133的状态来测量当前的水位。此后，水位测量控制 器110将当前的水位测量值传送到主控制模块210并且根据主控制模块210的请求开启/ 关闭LED。
图4和5是图1中示出的水位显示装置的示意图，其在这里引用是为了描述水位 显示装置的操作。图4是水位显示装置100的示意图，并且图5是水位显示装置100的 照片。水位测量系统的主控制模块210综合地分析从一个或多个水位显示装置100收集 的水位信息，相应于每个水位显示装置100中的当前水位开启条形显示器142以及数字型 显示器143。水位信息通过显示模块220显示或被传送到请求位置。每个水位显示装置100的水位测量控制器110保留由信号比较器131探测的水位 信息并根据主控制模块210的请求将该水位信息传送到主控制模块210。此外，水位测量 控制器110根据主控制模块210的请求点亮LED以指示水位，如图4、5所示。水位显示装置100可以利用形成公共端口 122和水位测量端口 133的导电体自 动识别水位并且利用在数字部分和刻度部分的LED增加了可见度。因此，水位值肉眼可 见。如果水位显示装置100被设计为所有基板PL上的数字总是被点亮的并且仅仅当 前水位的顶端刻度是被点亮的，在驱动LED期间位于水位AL之上的位置BL的所有数字 型显示器143的LED被点亮，同时所有数字型显示器143的LED被点亮，如图4和5所
7J\ o水位测量系统通过一个或多个安装在桥墩或河流或溪流中的结构上的水位显示 装置100自动测量当前水位或在预定周期期间的水位，通过每个水位显示装置100的LED 单元140指示水位，这样管理者或过路者可以容易地识别水位，并将水位测量值传送到 中央控制中心或者其他请求系统。因此，该系统可以在显示模块220上显示接收到的水 位测量值或者将其作为数据收集。通过这种方式，水位测量值可以用于多种目的。图6显示了安装在桥墩上的图1中示出的水位显示装置。位于桥上的显示模块220具有主控制模块210和用于供电的电源模块230。如果 多个(如5个)水位显示装置100在预定的桥的范围内被安装到桥墩上并且水位测量值由 水位显示装置100向主控制模块210提供，主控制模块210实时地综合分析水位测量值以 便利用它们用于多种目的，例如防范剧烈的暴风雨/洪水以及交通控制。为了改善水位显示装置100的性能，还需要考虑一些问题。例如，整个水位显示装置100除了导电体以外应当是防水的以保护长期浸泡在 目标流体中的电路。此外，水位显示装置100应当是坚固的通过保证耐久性来抵抗冲 击，以便防止内部电路的损坏。由于低功耗的LED被用于水位显示装置100，因此水位 显示装置100可以设计为低功耗结构。用于通过电辐射加热防冻的防冻单元155附接到 基板PL以便允许甚至在冰冻的日子里测量水位。下面的表1说明了示例性的用于评价水位显示装置100性能的标准。(表 1)
权利要求
1.一种水位显示装置，包括 多个公共端口；多个彼此间隔的竖直排列的水位测量端口；水位测量控制器，其用于通过使电流流过多个公共端口并读取流过多个水位测量端 口的电流状态测量目标对象的水位；和LED (发光二级管)单元，其用于从水位测量控制器读取水位测量值和通过多个LED 显示该水位测量值。
2.如权利要求1所述的水位显示装置，其中，所述LED单元包括条形显示器，其在与多个水位测量端口同一条线上的位置处形成彼此间隔的刻度并 且包括用于一个刻度的多个水平排列的LED，用于利用刻度通过区分用于每个刻度的多 个水平LED的开/关来显示水位测量值；数字型显示器，其包括多个LED以指示数字，用于利用数字显示水位测量值；和 LED驱动器，其用于根据所述水位测量值控制条形显示器和数字型显示器，从而以 刻度和数字的形式显示水位测量值。
3.如权利要求1所述的水位显示装置，进一步包括传感器输出驱动器，用于向多个公 共端口施加具有相同相位的低频交流信号。
4.如权利要求1所述的水位显示装置，进一步包括信号比较器，用于放大流过多个水位测量端口中每一个的电流并且将放大后的电流 传送到水位测量控制器；和模拟开关，用于顺序地选择多个水位测量端口并且将流过多个水位测量端口中每一 个的电流传送到信号比较器。
5.如权利要求4所述的水位显示装置，其中，水位测量控制器由从信号比较器读取的 每个水位测量端口的电流值确定是否每个水位测量端口被浸入到目标对象中，并且根据 该确定结果确定水位。
6.如权利要求1所述的水位显示装置，进一步包括入口单元，该入口单元具有多个路 径，所述多个路径以每个预定的间隔竖直排列以允许所述目标对象流过所述路径。
7.—种水位测量系统，包括水位显示装置，其用于使电流在目标对象中流过多个公共端口，通过读取流过彼此 间隔竖直排列的多个水位测量端口的电流来测量水位，并且通过控制多个LED的开/关 显示水位测量值；主控制模块，其用于读取来自水位显示装置的水位测量值并控制水位显示装置以通 过多个LED显示该水位测量值；电源模块，其用于在主控制模块控制下向水位显示装置提供电能；和 显示模块，其用于在主控制模块控制下显示水位测量值。
8.如权利要求7所述的水位测量系统，其中，所述水位显示装置包括 多个公共端口；多个彼此间隔的竖直排列的水位测量端口；LED单元，其用于通过控制多个LED的开/关显示水位测量值；和水位测量控制器，其用于通过使电流流过多个公共端口并读取流过多个水位测量端口的电流的状态来测量水位，将该水位测量值传送到主控制模块，并使电流在目标对象 中流过多个公共端口，通过读取流过彼此间隔的竖直排列的多个水位测量端口的电流测 量水位，并且根据主控制模块的请求控制多个LED的开/关以显示水位测量值。
9.如权利要求7所述的水位测量系统，其中，所述水位显示装置具有多个彼此连接 的基板，每个基板具有预定的长度并且包括用于利用刻度显示水位测量值的具有多个 LED的条形显示器以及用于利用数字显示水位测量值的具有多个LED的数字型显示器。
10.如权利要求7所述的水位测量系统，其中，水位显示装置进一步包括具有防冻加 热管线的防冻单元。
11.如权利要求7所述的水位测量系统，其中，主控制模块读取来自多个水位显示装 置的水位测量值，综合分析所述水位测量值，并控制每个水位显示装置根据分析结果点 亮 LED。
全文摘要
本发明涉及一种用于显示水位的装置以及利用所述装置测量水位的系统。水位显示装置包括多个公共端口、多个彼此间隔的竖直排列的水位测量端口，水位测量控制器和LED单元，其中水位测量控制器通过使电流流过多个公共端口并读取通过多个水位测量端口的电流状态测量目标对象的水位，LED单元用于从水位测量控制器读取水位测量值并且通过多个LED显示水位测量值。水位显示系统包括水位显示装置，所述显示装置用于使电流在目标对象中流过多个公共端口，通过读取流过彼此间隔的多个竖直设置的水位测量端口的电流测量水位，通过控制多个LED的开/关来显示水位测量值，主控制模块，其用于从水位显示装置读取水位测量值并控制水位测量显示装置通过多个LED显示水位测量值，电源模块，其用于在主控制模块控制下向水位显示装置供电，以及显示模块，其用于在主控制模块的控制下显示水位测量值。
文档编号G01F23/18GK102016964SQ200980113974
公开日2011年4月13日 申请日期2009年12月9日 优先权日2008年12月10日
发明者李瓒柱, 金东求, 金源 申请人:韩国建设技术研究院