CN106959143A - 一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法，所述水位监测报警装置固定在待测水箱的外侧壁表面，包括：压力传感器，温度传感器，加速度传感器，分别与所述压力传感器、温度传感器、及加速度传感器连接的微控制器单元，与所述微控制器单元连接的显示模块，与所述微控制器单元连接的数据远传模块，以及与所述微控制器单元连接的电源模块。通过本发明提供的一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法，解决了现有消防水箱无法根据温度及地理位置的变化而进行水位测量的调整，不具有报警功能及仅有一个水位标准，无法精确测量水位和及时维护的问题。

Description

一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法

技术领域

本发明属于消防水***监控技术领域，特别是涉及一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法。

背景技术

消防水箱是指在灭火救援活动中为消防队提供水源的消防设施，一方面，使消防给水管道充满水，节省消防水泵开启后充满管道的时间，为扑灭火灾赢得时间；另一方面，屋顶设置的增压、稳压***和水箱能保证消防水枪的充实水柱，对于扑灭初期火灾的成败有决定性作用。

近年来，随着我国城市化进程不断加快，消防安全面临新的形势和压力，为了保证维护人员能够及时地维护，消防水箱的水位监测就显得尤为重要。由于重力加速度及温度的差异都能造成液体水位的测量偏差，但现有的消防水箱的水位监测装置无法根据温度及地理位置的变化而做出相应的调整，导致水位测量不准确；而且，现有的大部分消防水箱仅具有水位监测功能，但不具有报警功能，且大多只有一个水位标准，维护人员不能清楚地了解消防水箱内部的具体水位情况并作出相应维护，极大地影响了火灾救援工作，直接威胁到人民群众的生命财产安全。

鉴于此，有必要设计一种新的自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法用以解决上述问题。

发明内容

鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法，用于解决现有消防水箱无法根据温度及地理位置的变化而进行水位测量的调整，不具有报警功能及仅有一个水位标准，无法精确测量水位和及时维护的问题。

为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自适应高精度压力式水位监测报警装置，固定在待测水箱的外侧壁表面，所述水位监测报警装置包括：

压力传感器，用于采集所述待测水箱侧壁的压力值，并将所述压力值输出；

温度传感器，用于采集所述待测水箱所处环境的温度值，并将所述温度值输出；

加速度传感器，用于采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值，并将所述重力加速度值输出；

微控制器单元，分别与所述压力传感器、温度传感器、及加速度传感器连接，用于接收所述压力值、温度值、及重力加速度值，并通过对所述压力值、温度值及重力加速度值进行查表、计算，得到所述待测水箱的当前水位值，若当前水位值大于设定的高位阈值或小于低位阈值，则生成报警信号，同时控制当前水位值及报警信号的传输、以及存储所述水位监测报警装置的序列号；

显示模块，与所述微控制器单元连接，用于显示所述待测水箱的当前水位值，以及读取所述序列号并进行显示；

数据远传模块，与所述微控制器单元连接，用于接收所述微控制器单元发送的当前水位值及报警信号并向后台传输，以及接收所述后台发送的控制命令并向所述微控制器单元传输；以及

电源模块，与所述微控制器单元连接，用于为所述水位监测报警装置供电。

优选地，所述微控制器单元检测其与后台通信链路的连接状态，并将连接状态信息发送至显示模块进行显示。

优选地，所述水位监测报警装置还包括固定部、与所述固定部连接的安装部以及至少一个与所述微控制器单元连接的功能按键，其中，所述压力传感器安装于所述固定部上，所述显示模块、功能按键均安装于所述安装部表面，所述温度传感器、加速度传感器、微控制器单元、数据远传模块及电源模块均安装于所述安装部内。

优选地，所述功能按键为4个，分别包括开关机按键、序列号显示按键、水位值显示按键、及连接状态信息显示按键。

优选地，所述加速度传感器包括三轴加速度传感器。

优选地，所述显示模块包括液晶显示屏。

优选地，所述数据远传模块采用Zigbee、WIFI、BLE、GPRS、LoRa、3G、LTE或频段小于1G的无线通信中的一种。

优选地，所述电源模块包括电池。

本发明提供一种利用上述任一项所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置进行水位监测报警方法，所述水位监测报警方法包括：

1)所述压力传感器采集所述待测水箱侧壁的压力值，所述温度传感器采集所述待测水箱所处环境的温度值，以及所述加速度传感器采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值；

2)所述微控制器单元采集所述压力传感器、温度传感器及加速度传感器输出的压力值、温度值及重力加速度值；

3)所述微控制器单元根据采集的温度值，查找温度-水体密度表，得到与该温度值对应的水体密度值；

4)所述微控制器单元根据公式h＝P/ρg计算得到所述待测水箱的当前水位值，其中，h为当前水位值，P为压力值，ρ为水体密度值，g为重力加速度值；

5)所述微控制器单元通过将当前水位值与设定的高位阈值进行比较，若当前水位值小于高位阈值，跳至6)；若当前水位值大于高位阈值，则跳至7)；

6)所述微控制器单元将当前水位值与设定的低位阈值进行比较，若当前水位值大于低位阈值，所述微控制器单元将当前水位值发送至后台；若当前水位值小于低位阈值，则跳至7)；

7)所述微控制器单元将当前水位值、及报警信号发送至后台。

如上所述，本发明的一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法，具有以下有益效果：

1.本发明所述水位监测报警装置及方法通过设置温度传感器及加速度传感器，通过利用温度传感器及加速度传感器采集消防水箱所处环境的温度值及重力加速度值，并将其用于水位修正，可以精确测量出不同维度、不同温度下消防水箱的水位，避免消防水箱因温度或重力加速度的差异造成水位测量偏差。

2.本发明所述水位监测报警装置及方法通过将当前水位值分别与高位阈值和低位阈值进行比较，若当前水位值大于高位阈值或小于低位阈值，则向后台发送报警信息，使得维护人员能够更清楚、及时地了解消防水箱内的水位情况，并及时有效地进行相应维护工作。

3.本发明所述水位监测报警装置结构简单，安装维护方便，且生产成本低廉。

附图说明

图1显示为本发明所述水位监测报警装置的***框图。

图2显示为本发明所述水位监测报警装置的结构图。

图3显示为本发明所述水位监测报警方法的流程图。

元件标号说明

1 压力传感器

2 温度传感器

3 加速度传感器

4 微控制器单元

5 显示模块

6 数据远传模块

7 电源模块

8 固定部

9 安装部

10 功能按键

1)～7) 步骤

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。

请参阅图1至图3。需要说明的是，本实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。

实施例一

如图1所示，本实施例提供一种自适应高精度压力式水位监测报警装置，固定在待测水箱的外侧壁表面，所述水位监测报警装置包括：

压力传感器1，用于采集所述待测水箱侧壁的压力值，并将所述压力值输出；

温度传感器2，用于采集所述待测水箱所处环境的温度值，并将所述温度值输出；

加速度传感器3，用于采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值，并将所述重力加速度值输出；

微控制器单元4，分别与所述压力传感器1、温度传感器2、及加速度传感器3连接，用于接收所述压力值、温度值、及重力加速度值，并通过对所述压力值、温度值及重力加速度值进行查表、计算，得到所述待测水箱的当前水位值，若当前水位值大于设定的高位阈值或小于低位阈值，则生成报警信号，同时控制当前水位值及报警信号的传输、以及存储所述水位监测报警装置的序列号；

显示模块5，与所述微控制器单元4连接，用于显示所述待测水箱的当前水位值，以及读取所述序列号并进行显示；

数据远传模块6，与所述微控制器单元4连接，用于接收所述微控制器单元4发送的当前水位值及报警信号并向后台传输，以及接收所述后台发送的控制命令并向所述微控制器单元4传输；以及

电源模块7，与所述微控制器单元4连接，用于为所述水位监测报警装置供电。

具体的，所述微控制器单元4检测其与后台通信链路的连接状态，并将连接状态信息发送至显示模块5进行显示。

具体的，如图2所示，所述水位监测报警装置还包括固定部8、与所述固定部8连接的安装部9以及至少一个与所述微控制器单元4连接的功能按键10，其中，所述压力传感器1安装于所述固定部8上，所述显示模块5、功能按键10均安装于所述安装部9表面，所述温度传感器2、加速度传感器3、微控制器单元4、数据远传模块6及电源模块7均安装于所述安装部9内。

优选地，在本实施例中，所述固定部8为两个相对放置，且中间设有一定间距的金属结构；所述安装部9为固定在所述金属结构上的空腔圆形结构，其中，所述空腔圆形结构为非封闭式结构，即所述空腔圆形结构的内部与外部环境导通，且所述空腔圆形结构的材料为金属。

优选地，在本实施例中，所述功能按键10为4个，分别包括开关机按键、序列号显示按键、水位值显示按键、及连接状态信息显示按键。

需要说明的是，通过所述开关机按键，可实现所述水位监测报警装置的开启与关闭。当按下所述序列号显示按键时，所述显示模块读取存储在所述微控制器单元内的序列号并进行显示。当按下所述水位值显示按键时，所述显示模块将接收的所述微控制器单元发送的当前水位值进行显示。当按下连接状态信息显示按键时，所述微控制器单元将检测的所述微控制器单元4与后台通信链路的连接状态信息发送至显示模块，并进行显示。

具体的，所述压力传感器1包括绝对压力式或非绝对压力式中的一种，其输出信号为数字信号或模拟信号中的一种。

具体的，所述温度传感器2为现有的任一种温度传感器，其输出信号包括数字信号或模拟信号。

优选地，所述温度传感器2输出的模拟信号为0～5V的电压信号，或4～20mA的电流信号。

具体的，所述加速度传感器3包括三轴加速度传感器，其输出信号包括数字信号或模拟信号中的一种。

具体的，所述显示模块5为液晶显示屏。

具体的，所述数据远传模块6采用Zigbee、WIFI、BLE、GPRS、LoRa、3G、LTE或频段小于1G的无线通信中的一种。

需要说明的是，所述水位监测报警装置通过数据远传模块6与后台进行双向通信，其中，所述水位监测报警装置向后台传输所述当前水位值及报警信息；所述后台向所述水位监测报警装置传输控制命令，所述控制命令包括设定或修改高、低位阈值，设定或修改压力传感器、温度传感器及加速度传感器的采集周期，以及设定或修改微控制器单元的数据统计周期等。

进一步需要说明的是，在非采集周期，所述压力传感器1、温度传感器2及加速度传感器3处于关闭状态，以实现低功耗。

具体的，所述电源模块7包括电池。

实施例二

如图3所示，本实施例提供一种利用实施例一所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置进行水位监测报警方法，所述水位监测报警方法包括：

1)所述压力传感器1采集所述待测水箱侧壁的压力值，所述温度传感器2采集所述待测水箱所处环境的温度值，以及所述加速度传感器3采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值；

2)所述微控制器单元4采集所述压力传感器1、温度传感器2及加速度传感器3输出的压力值、温度值及重力加速度值；

3)所述微控制器单元4根据采集的温度值，查找温度-水体密度表，得到与该温度值对应的水体密度值；

4)所述微控制器单元4根据公式h＝P/ρg计算得到所述待测水箱的当前水位值，其中，h为当前水位值，P为压力值，ρ为水体密度值，g为重力加速度值；

5)所述微控制器单元4通过将当前水位值与设定的高位阈值进行比较，若当前水位值小于高位阈值，跳至6)；若当前水位值大于高位阈值，则跳至7)；

6)所述微控制器单元4将当前水位值与设定的低位阈值进行比较，若当前水位值大于低位阈值，所述微控制器单元4将当前水位值发送至后台；若当前水位值小于低位阈值，则跳至7)；

7)所述微控制器单元4将当前水位值、及报警信号发送至后台。

需要说明的是，所述温度-水体密度表存储在所述微控制器单元4内，其为不同温度下对应的水体密度值。

具体的，在进行6)或7)时，所述微控制器单元4先进行其与后台通信链路的连接状态检测，并将连接状态信息发送至显示模块5进行显示。

需要说明的是，若所述微控制器单元4与后台通信链路的连接状态正常，则进行6)或7)；否则，所述微控制器单元4间隔一段时间后重新进行通信链路的连接状态检测，其中，间隔时间根据具体需要通过软件设定。

需要说明的是，所述微控制器单元4检测通信链路的连接状态的方法包括：

S1：所述微控制器单元4通过所述数据远传模块6向后台发送一数据包；

S2：若后台接收到所述数据包，校验正确后，向所述微控制器单元4回传一通信成功信号，所述微控制器单元4接收到所述通信成功信号后，则判断所述微控制器单元4与后台的通信链路的连接状态正常；否则，判断连接状态异常。

综上所述，本发明的一种自适应高精度压力式水位监测报警装置及方法，具有以下有益效果：

1.本发明所述水位监测报警装置及方法通过设置温度传感器及加速度传感器，通过利用温度传感器及加速度传感器采集消防水箱所处环境的温度值及重力加速度值，并将其用于水位修正，可以精确测量出不同维度、不同温度下消防水箱的水位，避免消防水箱因温度或重力加速度的差异造成水位测量偏差。

2.本发明所述水位监测报警装置及方法通过将当前水位值分别与高位阈值和低位阈值进行比较，若当前水位值大于高位阈值或小于低位阈值，则向后台发送报警信息，使得维护人员能够更清楚、及时地了解消防水箱内的水位情况，并及时有效地进行相应维护工作。

3.本发明所述水位监测报警装置结构简单，安装维护方便，且生产成本低廉。

所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。

Claims (9)

1.一种自适应高精度压力式水位监测报警装置，固定在待测水箱的外侧壁表面，其特征在于，所述水位监测报警装置包括：

压力传感器，用于采集所述待测水箱侧壁的压力值，并将所述压力值输出；

温度传感器，用于采集所述待测水箱所处环境的温度值，并将所述温度值输出；

加速度传感器，用于采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值，并将所述重力加速度值输出；

微控制器单元，分别与所述压力传感器、温度传感器、及加速度传感器连接，用于接收所述压力值、温度值、及重力加速度值，并通过对所述压力值、温度值及重力加速度值进行查表、计算，得到所述待测水箱的当前水位值，若当前水位值大于设定的高位阈值或小于低位阈值，则生成报警信号，同时控制当前水位值及报警信号的传输、以及存储所述水位监测报警装置的序列号；

显示模块，与所述微控制器单元连接，用于显示所述待测水箱的当前水位值，以及读取所述序列号并进行显示；

数据远传模块，与所述微控制器单元连接，用于接收所述微控制器单元发送的当前水位值及报警信号并向后台传输，以及接收所述后台发送的控制命令并向所述微控制器单元传输；以及

电源模块，与所述微控制器单元连接，用于为所述水位监测报警装置供电。

2.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述微控制器单元检测其与后台通信链路的连接状态，并将连接状态信息发送至显示模块进行显示。

3.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述水位监测报警装置还包括固定部、与所述固定部连接的安装部以及至少一个与所述微控制器单元连接的功能按键，其中，所述压力传感器安装于所述固定部上，所述显示模块、功能按键均安装于所述安装部表面，所述温度传感器、加速度传感器、微控制器单元、数据远传模块及电源模块均安装于所述安装部内。

4.根据权利要求3所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述功能按键为4个，分别包括开关机按键、序列号显示按键、水位值显示按键、及连接状态信息显示按键。

5.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述加速度传感器包括三轴加速度传感器。

6.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述显示模块包括液晶显示屏。

7.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述数据远传模块采用Zigbee、WIFI、BLE、GPRS、LoRa、3G、LTE或频段小于1G的无线通信中的一种。

8.根据权利要求1所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置，其特征在于，所述电源模块包括电池。

9.一种利用如权利要求1～8任一项所述的自适应高精度压力式水位监测报警装置进行水位监测报警方法，其特征在于，所述水位监测报警方法包括：

1)所述压力传感器采集所述待测水箱侧壁的压力值，所述温度传感器采集所述待测水箱所处环境的温度值，以及所述加速度传感器采集所述待测水箱所处环境的重力加速度值；

2)所述微控制器单元采集所述压力传感器、温度传感器及加速度传感器输出的压力值、温度值及重力加速度值；

3)所述微控制器单元根据采集的温度值，查找温度-水体密度表，得到与该温度值对应的水体密度值；

4)所述微控制器单元根据公式h＝P/ρg计算得到所述待测水箱的当前水位值，其中，h为当前水位值，P为压力值，ρ为水体密度值，g为重力加速度值；

5)所述微控制器单元通过将当前水位值与设定的高位阈值进行比较，若当前水位值小于高位阈值，跳至6)；若当前水位值大于高位阈值，则跳至7)；

6)所述微控制器单元将当前水位值与设定的低位阈值进行比较，若当前水位值大于低位阈值，所述微控制器单元将当前水位值发送至后台；若当前水位值小于低位阈值，则跳至7)；

7)所述微控制器单元将当前水位值、及报警信号发送至后台。