基于平衡罩式压力传感器水位测量系统的制作方法

本实用新型涉及自动检测领域，具体涉及一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统及其方法。

背景技术：

目前我国变电站、水电站厂房等的排水设施基本未装设自动监测装置。而针对水位的预警监测系统主要应用于河流、水库等水文观测站，基本采用专业水位传感器（如浮子、电压力传感器、超声波传感器，光纤液位传感装置等），如配合专用测量水井，以及基于通用分组无线服务技术（general packet radio service,GPRS）的通信方式。

目前国内尚未出现针对重要变电站重要排涝设施的水雨情监测一体化平台。普遍存在的水位监测系统基本依靠浮子式、电压力式等传统监测手段。近年来出现过超声测量法、光纤液位测量等系统，但均存在于投资成本高、工程量大、对于测量环境的要求较高，抗干扰程度较低等问题。同时，部分监测系统存在现场取电困难，无法自供电等一系列问题。具体表现在：

（1）传统水位测量方案对于电力生产区域排水设施并不适用。特别是在水位采集部分，需要将水位传感器配合专用测量水井使用，以排除水位波动并阻隔水体杂质，因此该方式对于测量环境的要求较高，工程量大、投资成本高、传感器自身的抗干扰程度较低，难以在变电站、电站厂房等场所推广应用。

（2）采集数据的可视化程度不高。由于采用GPRS通信方式，造成传输带宽受到限制，使得测量数据的准确性无法进行验证，当现地传感器故障时，处于远端的调度及维护人员无法及时发现和处理，给水位测报准确性造成严重影响。特别是遭遇涝灾险情时，无法进行实时、准确、直观数据的获取，给应急处置工作带来困难。

（3）采集模式单一。一般设定为固定时间间隔的定时采集方式，因此数据获取的频率固定，采集方式被动，无法根据特定需求和时段进行更改，在灾害期间无法满足短时间密集观测和重点防范的要求。

（4）数据交互灵活性不足。数据输至后台服务器系统后，没有提供面向用户的交互式数据查询服务。造成系统使用在时间、地点上的局限性，同时用户无法主动获取相关数据。

（5）数据分析能力不强。现有方案一般只简单收集并留存采集数据，并未对其进行分析、管理并提供数据报表服务，无法根据数据自动分析各监测点水情灾害的规律，为灾害预测与防治提供依据。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统，能够很好的满足无人值守、少人值守变电站和其它电力生产区域的防灾报警需求。

为实现上述目的，本实用新型采用如下技术方案：

一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统，包括若干采集终端、监控中心服务器和移动端；所述采集终端通过无线通信将数据传输至监控中心服务器；移动端通过无线通信可以访问监控中心服务器数据。

进一步的，所述采集终端由水位压力传感器、视频采集模块、信号调理电路、检测终端控制器、通信模块、显示模块和供电单元组成；所述水位压力传感器、信号调理电路和检测终端控制器依次连接；所述信号调理电路与显示模块连接；所述通信模块与检测终端控制器和视频采集模块分别连接。

进一步的，所述检测终端控制器采用AT89C51单片机。

进一步的，所述水位压力传感器采用平衡罩式压力传感器。

进一步的，所述的一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:系统初始化，设定采集机制；

步骤S2:根据监控中心服务器发送来的控制和配置指令，控制采集终端；

步骤S3:如果接收到采集指令，则对水位压力传感器采集的数据进行采样和解析，并获取现场图像，送回监控中心服务器；若没有收到采集指令，则按照系统默认的采样频率对传感器水位压力传感器采集的数据进行采样；移动端可以通过访问监控中心服务器获取水位压力传感器数据和现场图像数据；若收到从监测中心发来的采集模式配置指令，则对该水位监测终端的工作方式和采样频率进行配置，并按照此设置获取压力传感器的输出数据，并按照定义的协议格式将数据打包发送至服务器；

步骤S4:当检测的水位超出了预先设定的安全范围时，向监控中心服务器发出报警；如水位在正常范围，则将数据打包并通过通信模块发送至监控中心服务器存储，并按设定时间延时后继续循环采集水位。

进一步的，所述采样中采用连续5次测量取平均的算法来减小误差：采样间隔为200ms，若水位压力传感器的输出值偏离5次平均值的5%，则认为这次数据误差太大，剔除，只求剩余值的平均值，并得到的平均值返回给管理主机。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型采用了新型的水位采集装置。针对电力生产区域，如变电站、山区水电站等典型应用场景，选择简捷易维和抗干扰性强硬件系统，在不进行大规模施工（如建设专用水井）和高成本投入前提下实现现场水位数据精确采集，即通过平衡滤波罩式的压力传感器，有效滤除水波阻尼，获取准确、稳定的测量数据，具备较好的扩展性和推广性

2、本实用新型制定了灵活多样采集机制。通过软件控制系统的编程，实现水情数据的定时采集、预警采集和受控采集，并通过4G/GPRS方式（APP/SMS/MMS）与手机终端进行交互，实现了灾害预警智能化。使得巡检运维人员能够及时发现灾险情，并迅速采取措施，对变电站防汛抗灾工作具有积极的意义。

3、本实用新型实现了数据共享和分析。通过手机APP软件的开发，为用户提供全天候，全方位的数据交换服务。同时，数据可以实现简单分析，为灾害预警和防范提供可靠依据。

附图说明

图1是本实用新型系统原理图；

图2是本实用新型采集终端原理图；

图3是本实用新型实施例中采用的水位压力传感器装置图；

图4是本实用新型实施例中T89C51单片机采集及显示接口电路；

图5是本实用新型实施例中sim7100c接口电路；

图6是本实用新型实施例中控制流程图；

图7是本实用新型实施例中软件功能结构图。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步说明。

请参照图1，本实用新型提供一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统，包括若干采集终端、监控中心服务器和移动端；所述采集终端通过无线通信将数据传输至监控中心服务器；移动端通过无线通信可以访问监控中心服务器数据。

参照图2，在本实用新型一实施例中，所述采集终端由水位压力传感器、视频采集模块、信号调理电路、检测终端控制器、通信模块、显示模块和供电单元组成；所述水位压力传感器、信号调理电路和检测终端控制器依次连接；所述信号调理电路与显示模块连接；所述通信模块与检测终端控制器和视频采集模块分别连接。

本实施例中，如图4所示，所述检测终端控制器采用AT89C51单片机；其中，单片机AT89C51芯片接收模数转换器ADC0809送来的数据信号。其P0口前3位与ADC0809地址线A、B和C连接，作为用于多路采集信号输入时的信号选择。AT89C51的P2.6、RD和WR输出的信号组合提供ADC0809的START、AIE和OE信号，AT89C51的双向数据传输口P0与ADC0809的D0～D7相连，作为采集数据接口。AT89C51的INT1引脚连接ADC0809的EOC取反信号，用于检测A/D转换是否结束。AT89C51的P0口在转换结束后读取转换结果。转换结果同时送与液晶显示器LCD1602显示。

在本实施例中，如图3所示，所述水位压力传感器采用平衡罩式压力传感器。量程可达200m，两线制输出0～20mA的线性电流信号。当传感器投入被测液体某一深度时，其受到的压力公式为

(1)

式中: 为传感器迎液面所受压力, ；为被测水流密度, ；g为重力加速度, ；为平衡罩部分投入液体的深度；为液面上大气压, 。

由于液体的压力通过导气不锈钢被引入到传感器的正压腔，再将液面上的大气压与传感器的负压腔相连，抵消了传感器正面的，所以传感器测得压力为，通过测得的压力，可以得到液位深度。控制器ADC接口与压力传感器的电流输出相连，即可完成压力数据的采集和数字化处理，并将其转化为水位高度信息。

在本实施例中，无线通信模块芯片采用SIM7100C，模块与单片机之间使用异步串行通信接口。SIM7100C的串行口采用了电平匹配设计，利用SS8050三极管和电阻构成电平转换电路，使得改接口所适用的1.8V电平能够与5V系统接口。SIM7100C的硬件接口电路如图5所示。

当单片机的TXD为高电平时，三级管SS8050截止，SIM7100C的RXD接口被上拉至1.8V电平。当单片机的TXD为低电平时，SS8050饱和，则SIM7100C的RXD接口变为低电平。

控制单片机通过向SIM7100C发送AT指令配置上网，并利用PPP协议建立与供应商之间的网络连接，并获取自身的IP地址，进而，终端与服务器之间通过TCP/IP协议建立连接，进行采集数据和配置命令的传输。

在本实施例中，所述的一种基于平衡罩式压力传感器水位测量系统的控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤S1:系统初始化，设定采集机制；

步骤S2:根据监控中心服务器发送来的控制和配置指令，控制采集终端；

步骤S3:如果接收到采集指令，则对水位压力传感器采集的数据进行采样和解析，并获取现场图像，送回监控中心服务器；若没有收到采集指令，则按照系统默认的采样频率对传感器水位压力传感器采集的数据进行采样；移动端可以通过访问监控中心服务器获取水位压力传感器数据和现场图像数据；若收到从监测中心发来的采集模式配置指令，则对该水位监测终端的工作方式和采样频率进行配置，并按照此设置获取压力传感器的输出数据，并按照定义的协议格式将数据打包发送至服务器；

步骤S4:当检测的水位超出了预先设定的安全范围时，向监控中心服务器发出报警；如水位在正常范围，则将数据打包并通过通信模块发送至监控中心服务器存储，并按设定时间延时后继续循环采集水位。

系统中水位一旦发生变化，采集终端即刻进行数据采集和分析，相应数据传输至中心站完成预处理后进入数据库，并向有关部门分发、通报。当达到预警阈值时，可根据设定进行广播预警。

在本实施例中，所述采样中采用连续5次测量取平均的算法来减小误差：采样间隔为200ms，若水位压力传感器的输出值偏离5次平均值的5%，则认为这次数据误差太大，剔除，只求剩余值的平均值，并得到的平均值返回给管理主机。

本实施例中，移动端功能块主要有数据管理、数据备份、数据展示、预警、通信接口、移动端软件部分，其移动端软件部分功能结构如图7所示。

采用基于Socket的通信协议和SQL数据库。与采集终端的通信使用Socket编程控件,完成TCP/IP的连接和数据的收发。管理中心软件实现数据的接收、实时显示、数据备份、历史查询、分析统计、报警以及报表打印等功能。

管理软件接收并管理各监测点水位的变化信息。系统启用前对每个水位采集终端的进行设置，定义该节点的名称、编号、位置和安全水位范围等信息，设置完成后添加并激活该节点的ID,便可在软件的监测界面显示出该节点的相关信息和实时数据。也可以用曲线的形式显示各监测点水位变化情况，并设置异常报警信号的声光报警。

移动端软件部分包含设备管理、远程配置、实时数据、历史数据、图片信息、视频信息等功能。通过APP，可以方便地查询到所需观测节点的当前及历史水位值、告警信息、设备现状。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。