水位信号灯报警器的制造方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于水位自动监测技术领域。主要涉及一种应用于水位自动监测的设备， 特别是城市内涝时监测市内易积水的低洼路段形成的各形水域的水位监测设备，及其根据 不同水域的水位测量报警方法。
【背景技术】
[0002] 在我国，大部分城市的排水系统还不够完善。暴雨来临时，若不能及时排除积水易 导致城市内涝。尤其是在桥梁隧道等地，积水过多易导致道路被淹，给来往车辆的通行带来 很大的安全隐患。因此在出现城市内涝时对道路的水位进行监测并发出警示信息显得尤为 重要。
[0003] 目前，国内大部分地区在城市内涝时对道路的水位监测仍处于人工观测阶段，主 要存在以下两个问题：
[0004] 第一、智能化程度低，驾驶员需要通过人工观测水位高度才能判断能否正常通 行；
[0005] 第二、警戒效果差，驾驶员可能会忽视对道路水位值的观测而继续行车，因而带来 行车隐患。
【发明内容】
[0006] 本发明的目的之一是提供一种在城市内涝时对城市道路水位高度进行监测的设 备，可人工设定水位警戒值，能准确的利用灯光警戒过往的车辆注意前方道路的行车安全， 从而能够有效的解决城市内涝时的道路行车安全问题。
[0007] 为了达到上述发明目的，本发明的技术方案如下，水位信号灯报警装置包括水位 采集端和声光报警端，其中，水位采集端包括太阳能板，射频发射天线，控制器，水位差值校 验器，备用锂电池，水尺，八位并行总线，水位传感器，振弦式传感器，压力变送器，RS-485串 行总线发送端，八位并行总线接口，干簧管接触式水位传感器，电容接触式水位传感器，氢 氧燃料电池，水位差值编码器，第一 ESD静电防护模块。
[0008] 声光报警端包括扬声器，RS-485串行总线接收端，红色LED警示灯，黄色LED警示 灯，绿色LED警示灯，射频接收天线，第二ESD静电防护模块，水位采集端和声光报警端之间 可采用有线或无线方式进行连接。
[0009] 水位采集端中太阳能板设置在顶端，经过充电电路与备用锂电池连接；水位采集 端外部设置有水尺，沿水尺方向设置水位传感器，水位传感器具有八位并行总线接口，经八 位并行总线与水位差值校验器和控制器连接；水位采集端底端设置有振弦式传感器，压力 变送器；在水位采集端顶部还设置有射频发射天线，和RS-485串行总线发送端；在水位采 集端的适当位置设置有第一 ESD静电防护模块。
[0010] 水位传感器由干簧管接触式水位传感器和电容接触式水位传感器组成，传感器的 数据经水位差值编码器编码后通过具有八位并行总线接口与八位并行总线连接；在水位传 感器中还设置有氢氧燃料电池，可在传感器涉水时提供备用电源。每个水位采集端可安装 3-6组水位传感器，每组水位传感器含2个不同的水位探头，实现遇水、浪涌、淹没三种状态 米集。
[0011]扬声器设置在声光报警端的顶端，RS-485串行总线接收端和射频接收天线设置在 声光报警端的外部，红色LED警示灯，黄色LED警示灯，绿色LED警示灯按从上到下的顺序 排列，在声光报警端的顶端的适当位置设置第二ESD静电防护模块。
[0012] 水位采集端和声光报警端之间采用的连接方式为：有线方式采用RS-485串行总 线连接，无线方式采用433M射频收发连接。
[0013] 各部件的工作原理及作用如下：
[0014] 控制单元（主要包括控制器），用于对其他模块进行管理与调用，控制整个设备的 运行。当水位监测模块探测到道路的水位高度到达警戒值时，控制单元通过继电器输出控 制开启灯光报警模块进行灯光警示，从而警戒过往车辆注意前方道路的行车安全。控制单 元主要由微处理器和外围驱动电路组成。外围驱动电路主要包含振弦式传感器、低级水位 触发单元、高级水位监测单元及声光告警输出控制单元。
[0015] 水位监测模块（主要包括水位传感器），用于对道路水位高度的监测。水位监测模 块主要由水尺、和多组水位传感器组成。水位传感器包含干簧管接触式、电容接触式水位传 感器两种不同传感器。干簧管接触式水位传感器，通过感知水的浮力来判断水位。另一种 是电容接触式水位传感器，通过探头触水时的电荷移动感知水位。干簧管接触式水位传感 器作为值班传感器，电容接触式水位传感器作为备用传感器。根据预定的水位警戒值将水 位传感器分别固定在水尺的对应高度，当水位高度到达不同探头所在高度时，控制单元判 断当前水位已经到达相应的警戒水位通过有线或无线传输方式驱动灯光报警模块进行相 应级别的灯光报警。
[0016] 水位监测模块会产生相应信号告知控制单元当前水位已经达到相应警戒水位，需 进行相应级别的报警。该设备可配置3-6组水位传感器，各传感器通过8位并行总线与控 制单元通信。
[0017] 水位监测模块具有水位差值配置。主要由水位差值编码器和水位差值校验器两部 分组成。水位差值编码器通过两种传感器组合可识别共有遇水、浪涌、淹没三种状态，将水 位状态补齐帧头、帧尾、地址位、校验位后转化为差分曼切斯特数字编码。经水位差值校验 器解调后输送给控制单元解析水位差值。
[0018] 水域采集模块，包括振弦式传感器和压力变送器及MCU单元，包含1个振弦式传感 器和2-8(须为2的倍数）个压力变送器。MCU单元集成在控制单元内。振弦式传感器，通 过判断谐振频率及频移感知地面物位。通过复杂的力学换算可以感知地面微小震动。压力 变送器通过采集多个水压，从而判断水域情况。通过多支压力变送器和振弦式传感器采集， MCU处理换算传感器信息后得出模拟水域区域，判断往来车辆情况。
[0019] 当水位达到设定值时，灯光报警模块与声音报警模块启动，灯光报警模块用于灯 光警戒过往车辆注意前方道路的行车安全。灯光报警模块主要由绿、黄、红三种不同颜色 LED警示灯组成。每个警示灯由多只发光二极管组成，发光二极管利用固体半导体芯片作为 发光材料，在半导体中通过载流子发生复合放出过剩的能量而引起光子发射，发出红、黄、 绿色的光。三种颜色的光分别代表三种不同级别的警示。其中绿光为所有车辆都能安全通 行，黄光为建议小型车辆绕行，红光为所有车辆绕行。
[0020] 声音报警模块，在发出灯光报警信号时伴随发出声音告警信号。声音报警信号由 语音提示和警示音组合成。声音报警信号是通过TTS语音合成，支持GB2312码（简体中 文）和阿拉伯数字语音合成。合成的模拟音频信号，经模拟音频放大器后通过扬声器发出 声响。其响度大于90dB，具有很好的警示效果。
[0021] 传输总线，用于控制单元连接和控制水位监测、灯光报警两个模块。水位监测模块 采用8位并行总线控制，最多可设6组（共12支）传感器，数据类型包含4位地址、2位数 据、1位状态、1位奇偶校验。灯光报警模块采用RS-485串行总线控制。控制单元采用平衡发 送、灯光报警模块采用差分接收，具有抑制共模干扰的能力。系统采用RS-485总线组网，采 用半双工工作方式，具有高灵敏度，能检测低至200mV的电压，最大传输速率可达10Mbps。 整个网络中任意时刻从机不主动发送命令或数据，一切都由主机控制。各从机间不能相互 通讯，即使有信息交换也必须通过主机转发。通信介质采用带有屏蔽层的双绞线，并在传输 线末端各安装120 Q电阻。当总线上没有信号传输时，总线处于悬浮状态，容易受干扰信号 的影响。将总线上差分信号的端正和+5V电源间接一个10kQ的电阻；正端和负端按间接 一个10kQ的电阻，形成一个电阻网络。当总线上没有传输信号时，正端的电平为3. 2V，负 端的电压为1.6V，即使有干扰信号，也很难产生串行通信的起始信号，从而增加了总线抗干 扰能力。总线流程设计如图6。
[0022] 声音报警模块，在发出灯光报警信号时伴随发出声音告警信号。声音报警信号由 语音提示和警示音组合成。声音报警信号是通过TTS语音合成，支持GB2312码（简体中 文）和阿拉伯数字语音合成。合成的模拟音频信号，经模拟音频放大器后通过扬声器发出 声响。其响度大于90dB，具有很好的警示效果。
[0023] 水位采集端与声光报警端设置的ESD静电防护模块能有效的防止静电对设备的 干扰，对设备进行静电防护。该模块主要采用TVS管起瞬态抑制作用。并采用放电管和压 敏电阻防止浪涌冲击。该模块主要用于对电路元件进行快速过电压保护，以防止由于感应 雷和静电释放对电路元件造成损伤。
[0024] 电源模块，其主要功能为设备供电控制和充放电管理。电源模块主要包含太阳能 充电控制器、直流稳压源两个组成部分。太阳能电池板通过充电控制器用对内部铅酸电池 充电，具有涓流充电、恒流充电、恒压充电三个充电阶段。直流稳压源部分输出3. 3V和12V 系统电压为系统供电。设备采用铅酸电池作为主要供电，配有备用锂电池（图1)作为冗余 电源配置，另外用氢氧燃料电池作为传感器备用电源（图2)。氢氧燃料电池需要在有水的 情况下才能启用，有效的为传感器工作时提供备用电源。
[0025] 水位监测模块与灯光报警模块之间采用有线无线并行的连接方式。有线传输采用 RS-485总线，用2芯屏蔽信号线缆进行连接。无线连接采用433M射频通信进行无线传输和 数据交换，以地址配对的形式将水位监测模块和灯光报警模块连接。
[0026] 本发明的另一目的是提供一种采用水位信号灯报警装置的水域水位测量报警方 法，该方法主要包括一下步骤：
[0027] (1)、确定水域，对于经常易出现积水的区域的位置进行粗划分；
[0028] (2)、对于粗划分好的水域进行遥感探测以便得出精确位置信息；
[0029] (3)、对于遥感数据进行分析计算，并形成由水域部分与非水域部分的精确位置信 息组成的模拟图；
[0030] (4)、对精确位置信息模拟图中的水域进行划分，划分形状包括基本形与异形，基 本型为