一种适用于城市内涝监测的水位监测预警装置的制作方法

本发明涉及一种预警装置，具体是指一种适用于城市内涝监测的水位监测预警装置。

背景技术：

我国在城市规划建设方面起步较晚，城市扩张的速度超过了城市原本的规划，城市硬化面积也不断增加；随着极端天气情况频发，加之城市排水系统本身设计之初没有考虑到当今复杂的水务环境，城市积水与内涝现象频繁发生，给国家和人民带来巨大的经济损失。为了在内涝发生之前做好应急准备，很多城市都采用水位监测预警装置对城市下水井的水位进行监测，根据监测结果提前预测内涝发生的可能性，并提前做好应急准备。然而，现有的水位监测预警装置对水位测量的误差较大，极大的影响工作人员对灾情的分析。

技术实现要素：

本发明的目的在于解决现有的水位监测预警装置对水位测量的误差较大缺陷，提供一种适用于城市内涝监测的水位监测预警装置。

本发明的目的通过下述技术方案现实：一种适用于城市内涝监测的水位监测预警装置，主要由第一单片机，第二单片机，分别与第一单片机相连接的水位信号处理单元和第一无线传输模块，与水位信号处理单元相连接的模数转换芯片，与模数转换芯片相连接的水位传感器，以及分别与第二单片机相连接的第二无线传输模块和显示器组成；所述第一无线传输模块通过无线网络与第二无线传输模块相连接；所述水位信号处理单元主要由处理芯片U，负极与处理芯片U的OUT管脚相连接、正极与处理芯片U的-IN管脚相连接的电容C7，与电容C7相并联的电阻R8，负极接地、正极经二极管D3后与处理芯片U的-IN管脚相连接的电容C8，串接在处理芯片U的V-管脚和电容C8的负极之间的电阻R9，P极经电阻R11后与电容C8的负极相连接、N极经电阻R10后与处理芯片U的V+管脚相连接的二极管D4，正极与处理芯片U的-IN管脚相连接、负极与电容C8的负极相连接的电容C6，负极与电容C6的正极相连接、正极经电阻R7后与电容C6的负极相连接的电容C5，与电容C5的正极相连接的干扰抑制电路，以及同时与处理芯片U的OUT管脚和二极管D4的N极相连接的反向比例放大电路组成；所述处理芯片U的V+管脚接电源；所述干扰抑制电路的输入端与模数转换芯片相连接；所述反向比例放大电路的输出端与第一单片机相连接。

进一步的，所述干扰抑制电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三极管VT1，负极与放大器P1的正极相连接、正极与模数转换芯片相连接的电容C1，正极与放大器P1的正极相连接、负极与放大器P1的输出端相连接的电容C2，与电容C2相并联的电阻R2，N极与三极管VT1的基极相连接、P极经电阻R1后与放大器P1的负极相连接的二极管D1，N极与三极管VT1的发射极相连接、P极接地的二极管D2，串接在二极管D2的P极和二极管D1的P极之间的电阻R4，串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间的电阻R3，正极与放大器P2的正极相连接、负极与放大器P2的输出端相连接的电容C3，串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间的电阻R5，以及负极与放大器P3的输出端相连接、正极经电阻R6后与放大器P2的输出端相连接的电容C4组成；所述放大器P1的正极与其负极相连接；所述三极管VT1的集电极与放大器P2的负极相连接、其发射极与放大器P3的负极相连接；所述放大器P2的输出端与电容C5的正极相连接。

所述反向比例放大电路由放大器P4，三极管VT2，正极与处理芯片U的OUT管脚相连接、负极与放大器P4的负极相连接的电容C9，N极与三极管VT2的发射极相连接、P极接地的二极管D5，正极与放大器P4的负极相连接、负极与放大器P4的输出端相连接的电容C10，以及与电容C10相并联的电阻R12组成；所述放大器P4的正极与二极管D4的N极相连接、负极与三极管VT2的基极相连接、其输出端与三极管VT2的集电极相连接；所述放大器P4的输出端与第一单片机相连接。

所述处理芯片U为LM324集成芯片。

本发明与现有技术相比具有以下优点及有益效果：

(1)本发明可以准确的对下水井的水位进行测量，并通过无线网络将测量结果传输给控制室，从而使工作人员可以准确的对监测结果进行分析，并提前做好应急准备。

(2)本发明的水位信号处理单元可以对采集到的水位信号进行处理，滤除信号中的高频干扰信号，排除高频干扰信号的影响，使水位信号更加稳定；同时该水位信号处理单元还可以对水位信号进行不失真的放大，从而弥补信号在无线传输过程中出现的削弱；如此则可以使控制室所接收到的水位信号更加准确，以便工作人员可以准确的对监测结果进行分析，并提前做好应急准备。

(3)本发明通过水位信号处理单元对水位信号进行处理，相较传统的水位监测预警装置，本发明对水位监测精度提高了20％。

附图说明

图1为本发明的整体结构示意图。

图2为本发明的水位信号处理单元的结构图。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式并不限于此。

实施例

如图1所示，本发明包括监测端和控制室端，其中监测端由第一单片机，分别与第一单片机相连接的水位信号处理单元和第一无线传输模块，与水位信号处理单元相连接的模数转换芯片，以及与模数转换芯片相连接的水位传感器组成。而控制室端则由第二单片机，和分别与第二单片机相连接的第二无线传输模块和显示器组成。所述第一无线传输模块通过无线网络与第二无线传输模块相连接。

该水位传感器用于采集下水井内的水位信号，其通过管道安装在水中，水位传感器通过管道安装是为了防止水流动而影响水位测量的结果，该安装方法已是成熟的技术，在这里不做过多赘述；该水位传感器采用AL200W型压阻式水位传感器，该AL200W型压阻式水位传感器将与液位深度成正比的液体静压力准确测量出来，并转换成标准模拟信号输出，建立起输出信号与液体深度的线性对应关系，从而可以测量出水位传感器末端到液面的液位高度。

该第一单片机、水位信号处理单元、第一无线传输模块以及模数转换芯片被集成在一个设备安装箱内，该设备安装箱则设置在下水井的旁边。该模数转换芯片可以将水位传感器输出的水位模拟信号转换为水位数字信号其采用ADC0809模数转换芯片来实现，该ADC0809模数转换芯片的模拟量输入端IN0管脚与水位传感器相连接，其数字量输出端21管脚则与水位处理单元的输入端相连接。该水位信号处理单元可以对水位数字信号进行处理并将处理后的水位数字信号传输给第一单片机。该第一单片机则为本发明的控制处理中心，其采用AT89S51单片机来实现，该第一单片机的P1.0信号输入管脚与水位信号处理单元的输出端相连接，其信号输出I/O接口则与第一无线传输模块相连接。该第一无线传输模块用于将水位信号通过无线网络传输给控制室端，其采用ZIGBEE无线传输模块来实现，其信号输入接口与单片机相连接。

该第二单片机则设置在控制室内，其也采用AT89S51单片机来实现。该第二无线传输模块用于接收第二无线传输模块所发送的水位信号，其也采用ZIGBEE无线传输模块来实现，其信号输出接口与单片机的信号输入接口相连接。

为了提高水位监测的精度，该水位信号处理单元的结构如图2所示，其主要由处理芯片U，负极与处理芯片U的OUT管脚相连接、正极与处理芯片U的-IN管脚相连接的电容C7，与电容C7相并联的电阻R8，负极接地、正极经二极管D3后与处理芯片U的-IN管脚相连接的电容C8，串接在处理芯片U的V-管脚和电容C8的负极之间的电阻R9，P极经电阻R11后与电容C8的负极相连接、N极经电阻R10后与处理芯片U的V+管脚相连接的二极管D4，正极与处理芯片U的-IN管脚相连接、负极与电容C8的负极相连接的电容C6，负极与电容C6的正极相连接、正极经电阻R7后与电容C6的负极相连接的电容C5，与电容C5的正极相连接的干扰抑制电路，以及同时与处理芯片U的OUT管脚和二极管D4的N极相连接的反向比例放大电路组成。所述处理芯片U的V+管脚接电源。所述干扰抑制电路的输入端与模数转换芯片相连接；所述反向比例放大电路的输出端与第一单片机相连接。

其中，干扰抑制电路可以滤除高频干扰，并对水位信号的波形进行处理。电阻R7可以防止电路自激，电容C5和电容C6则可以进一步的对高频干扰进行消除。该处理芯片U，电容C7以及电阻R8则构成一个电压负反馈电路，该电阻R8为反馈电阻，电容C7则起到频率补偿的作用；水位数字信号经过电压负反馈电路的处理后变得更加稳定；所述处理芯片U优选LM324集成芯片来实现。该反向比例放大电路可以对水位数字信号进行放大，同时对干扰信号进行滤除。

进一步的，该干扰抑制电路由放大器P1，放大器P2，放大器P3，三极管VT1，电阻R1，电阻R2，电阻R3，电阻R4，电阻R5，电阻R6，电容C1，电容C2，电容C3，电容C4，二极管D1以及二极管D2组成。

连接时，电容C1的负极与放大器P1的正极相连接，正极与模数转换芯片相连接。电容C2的正极与放大器P1的正极相连接，负极与放大器P1的输出端相连接。电阻R2与电容C2相并联。二极管D1的N极与三极管VT1的基极相连接，P极经电阻R1后与放大器P1的负极相连接。二极管D2的N极与三极管VT1的发射极相连接，P极接地。电阻R4串接在二极管D2的P极和二极管D1的P极之间。电阻R3串接在放大器P1的输出端和放大器P2的正极之间。电容C3的正极与放大器P2的正极相连接，负极与放大器P2的输出端相连接。电阻R5串接在放大器P2的输出端和放大器P3的正极之间。电容C4的负极与放大器P3的输出端相连接，正极经电阻R6后与放大器P2的输出端相连接。所述放大器P1的正极与其负极相连接。所述三极管VT1的集电极与放大器P2的负极相连接，其发射极与放大器P3的负极相连接。所述放大器P2的输出端与电容C5的正极相连接。

其中，而容C2和电阻R2则构成一个低通滤波器，该滤波器可以滤除水位数字信号在的高频干扰。该放大器P2和电容C3则形成另一个低通滤波器，该低通滤波器可以防止前一个低通滤波器对高频干扰滤除不够彻底而使水位数字信号受到高频干扰影响。该放大器P3，三极管VT1，电容C4以及电阻R6则构成整形电路，该整形电路可以将正弦波转换成方波，并将幅值控制在稳定范围之内，避免信号出现失真。

另外，该反向比例放大电路由放大器P4，三极管VT2，电阻R12，电容C9，电容C10，以及二极管D5组成。

其中，电容C9的正极与处理芯片U的OUT管脚相连接，负极与放大器P4的负极相连接。二极管D5的N极与三极管VT2的发射极相连接，P极接地。电容C10的正极与放大器P4的负极相连接，负极与放大器P4的输出端相连接。电阻R12与电容C10相并联。所述放大器P4的正极与二极管D4的N极相连接，负极与三极管VT2的基极相连接，其输出端与三极管VT2的集电极相连接。所述放大器P4的输出端与第一单片机相连接。该电阻R12和电容C10组成一个RC滤波器，该RC滤波器可以对干扰信号进行滤除。放大器P4和三极管VT2则组成一个放大器。

本发明通过水位信号处理单元对采集到的水位信号进行处理，滤除信号中的高频干扰信号，排除高频干扰信号的影响，使高水位信号更加稳定；同时该水位信号处理单元还可以对水位信号进行不失真的放大，从而弥补信号在无线传输过程中出现的削弱；如此则可以使控制室所接收到的水位信号更加准确，以便工作人员可以准确的对监测结果进行分析，并提前做好应急准备。经过水位信号处理单元对水位信号进行处理，相较传统的水位监测预警装置，本发明对水位监测精度提高了20％。

工作时，该水位传感器采集下水井中的水位信号并传输给模数转换芯片，该模数转换芯片将水位信号转换成数字信号发送给水位信号处理单元，经过水位信号处理单元处理后的水位数字信号传输给单片机进行处理，而单片机再将水位数字信号发送给第一无线传输模块，第一无线传输模块通过无线网络将水位信号发送给控制室。控制室内的第二无线传输模块接收水位数字信号并传输给第二单片机，第二单片机将信号发送给显示器显示出水位值。工作人员通过分析水位监测结果来判断是否会发生内涝，并根据需要作好紧急预防工作。

如上所述，便可很好的实现本发明。