CN111489524A - 一种岸设水位突变预警控制***、方法及装置 - Google Patents

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CN111489524A CN202010269964.1A CN202010269964A CN111489524A CN 111489524 A CN111489524 A CN 111489524A CN 202010269964 A CN202010269964 A CN 202010269964A CN 111489524 A CN111489524 A CN 111489524A
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Abstract

本发明属于水位预警技术领域，公开了一种岸设水位突变预控制***、方法及装置，所述岸设水位突变预警控制***包括：数据采集模块、数据转换模块、数据输入模块、水位标定模块、数据处理模块、无线传输模块、数据接收模块、自诊断模块、参数设置模块、文件***模块、拟合模块、数据显示模块、图像显示模块、表格显示模块和报警模块。本发明通过设置于紧靠电站大坝下游的岸边，连续不断地实时采集河道水位，并无线传输到航运管理中心，实时对水位的最大值、最小值、变化速率等进行计算、分析和判断，当其超过事先设定的某个限值时，发出声响警报和颜色警报，航运管理中心则可及时提醒在泄水波影响范围内的船只注意，采用适当的应急措施。

Description

一种岸设水位突变预警控制***、方法及装置
技术领域
本发明属于水位预警技术领域，尤其涉及一种岸设水位突变预警控制***、方法及装置。
背景技术
目前，最接近的现有技术：水电站运行后日调节导致的非恒定流，泄洪形成的泄水波和水位突变，电站调峰以及泄洪均存在水位的不可预料性。水电站下泄流量等信息主要是通过发电部门和航运管理部门之间的沟通，再辅助网络发布，其主动性完全掌握在发电部门。如遇开闸泄洪、电站黑起动等电站特殊运行工况，双方沟通不畅或沟通不及时，容易引发海损事故。给船舶航行特别是电站下游的船舶航行、停靠、作业等带来巨大的不便及众多安全隐患。
本发明提供的岸设水位突变预警***(Bank water mutation early warningsystem，BWMS)适用水电站运行后日调节导致的非恒定流，泄洪形成的泄水波和水位突变，电站调峰以及泄洪的不可预料性等，给船舶航行特别是电站下游的船舶航行、停靠、作业等带来巨大的不便及众多安全隐患的预警。
综上所述，现有技术存在的问题是：无法对水电站的下流水位进行实时监测，不能及时对下游的船舶发出预警提醒。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种岸设水位突变预警控制***、方法及装置。
本发明是这样实现的，一种岸设水位突变预警控制***包括：
数据采集模块，超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据；
数据转换模块，用于将采集的数据信号转换成4-20mA的电流信号；
数据输入模块，用于将转换完成的信号输入计算机；
水位标定模块，用于标定所述超声波水位传感器；
数据处理模块，用于对来自水位仪的数据进行滤波、整理处理；判断是否超过报警值，如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态；
模拟量采样模块，用于将处理完成后的信号通过A/D转换成为16位的数字量；
无线传输模块，用于把经过下位机处理的数据通过GPRS传输出去；
数据接收模块，用于通过互联网接收来自下位机通过GPRS传来的数据；
自诊断模块，用于对软硬件***进行自我诊断；
参数设置模块，用于整体***的各种参数的设置；
文件***模块，用于管理各种数据，建立相应的文件，供读取、保存、修改等操作；
拟合模块，用于剔除偶然误差，避免***发出错误的报警；
报警模块，用于控制整个***的报警，如果相关数据超过规定值，指示报警器发出声音和图形报警信号；
数据显示模块，用于实时显示日期、时间、左右干舷高、水位变率的数据；
图像显示模块，用于实时显示图像数据；
表格显示模块，用于实时显示表格信息。
进一步，所述报警模块包括高水位报警单元、低水位报警单元和变率报警单元；
所述高水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程大于报警高水位hWH时，即：
hWH＝hDI-hH；
***发出急促的报警声，同时显示的水位数字和图形变为红色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述低水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程小于报警低水位hWL时，即：
hWL＝hDI-hL；
***发出缓慢的报警声，同时显示的水位数字和图形变为绿色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述变率报警单元具体包括：
每间隔一定时间检测水位，获取水位的变化速率v，设采样时间间隔为dt，单位为秒，每小时水位的变率(单位m/h)计算公式：
v＝(hR2-hR1)×3600/dt；
当水位变化速率大于报警变率时，***发出急促的报警声，同时显示的右干舷数字和图形变为红色，当右干舷高小于报警右干舷高，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
本发明的另一目的在于提供一种基于岸设水位突变预警控制***的岸设水位突变预警装置，所述岸设水位突变预警装置设置有：
超声波水位传感器、无线水位仪、工控机、GPRS发射器、计算机、电压表、天线、电源指示器、开关、报警器、下位机、水位探头；
所述无线水位仪壳体正面嵌装有电压表和电源开关，无线水位仪壳体内部通过螺丝固定有工控机和GPRS发射器，无线水位仪壳体背面中间嵌装有水位探头接口和24V电源接口，无线水位仪壳体背面右端嵌装有220V电源接口；
所述无线水位仪壳体上表面嵌装有触摸显示屏，触摸显示屏与工控机连接；
所述GPRS发射器通过无线信号与上位机连接，上位机连接有报警器；
所述水位探头接口通过数据线路连接有超声波水位传感器。
所述水位探头的安装方法为：在设备安装前，先建造一个安装平台，然后将安装支架固定在平台上，水位探头安装在支架上，无线水位仪放置在平台上，连接相应的传输电缆线，上电后岸设水位突变预警***的远端部分就可正常工作。
进一步，所述电源开关上侧嵌装有与电源开关电连接的电源指示灯，可以对电源开关的开关状态进行显示。
进一步，所述220V电源接口内部电连接有2A保险管，避免发生短路对内部器件造成损坏。
进一步，所述无线水位仪壳体背面嵌装有与GPRS发射器连接的天线，通过天线可以提高GPRS发射器信号传输的稳定性和传输距离。
进一步，所述无线水位仪壳体背面左端嵌装有保留接口。
本发明的另一目的在于提供一种基于所述的岸设水位突变预警控制***的岸设水位突变预警控制方法，所述岸设水位突变预警控制方法如下：
超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据，然后通过专用的数据转换模块变换为所需的信号，输入计算机；
船载水位突变预警***，对输入的数据进行处理，判断是否超过报警值；如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态。
本发明的另一目的在于提供一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的岸设水位突变预警控制方法。
本发明的另一目的在于提供一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行所述的岸设水位突变预警控制方法。
综上所述，本发明的优点及积极效果为：本发明通过设置于紧靠电站大坝下游的岸边，连续不断地实时采集河道水位，并无线传输到航运管理中心，实时对水位的最大值、最小值、变化速率等进行计算、分析和判断，当其超过事先设定的某个限值时，发出声响警报和颜色警报，航运管理中心则可及时提醒在泄水波影响范围内的船只注意，采用适当的应急措施，同时，收集的详细水位变化信息，可为其他有关泄水波方面的研究提供详细的基础性资料。
本发明采用了Windows的风格，***界面友好，交互性强，操作简单。本发明提供的岸设水位突变预警控制***的主要功能有：
(1)水位信息自动采集、传输、显示、存贮；
(2)当水位高于报警高水位、低于报警低水位，水位变率超过标准时，发出不同的报警信号；
(3)采集的水位数据以文件的形式存放在磁盘中，可随时回放；
(4)可以标定超声波水位探头；
(5)完善的帮助***，用户有疑问可以随时在软件中获得帮助。
同时，本发明还具有以下积极效果：
(1)***精度高、可靠性好、自动化程度高；
(2)采用GPRS无线通信技术，解决了在偏远地区的数位数据传输问题；
(3)采用WINCE作为下位机的操作***，使下位机体积小、重量轻，便于携带，操作简单的特点；
(4)***软件、硬件采用模块化结构，组建测试***较传统方法更为灵活方便，数据处理更为快捷，为以后***的维护和***的功能扩展提供了便利；
(5)***计算机实现自动报警控制，操作简单方便；
(6)测得的电量采样滤波整形等技术进行处理，同时计算机对水位数据进行拟合分析，***运行稳定，错误率低；
(7)控制中心设计了可视化智能管理控制软件，设计了良好的人机界面，功能强大的数据管理。
(8)***软件采用面向对象的编程方法，同时多种语言混合编程。软件***结构化，模块化程度高，易于维护。
附图说明
图1是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***结构示意图。
图2是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***设计总框图。
图3是本发明实施例提供的岸设水位突变预警装置结构示意图。
图4是本发明实施例提供的无线水位仪前面板结构示意图。
图5是本发明实施例提供的无线水位仪后面板结构示意图。
图6是本发明实施例提供的岸设水位突变预警装置原理图。
图7是本发明实施例提供的超声波水位传感器引脚连接电路图。
图8是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的主界面图。
图9是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的文件菜单示意图。
图10是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的打开文件菜单示意图。
图11是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的调试参数菜单示意图。
图12是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的通道检测菜单示意图。
图13是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的日期时间区示意图。
图14是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的数据显示区示意图。
图15是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的图形显示区示意图。
图16是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的极限值显示区示意图。
图17是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的命令区示意图。
图18是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***的查看历史数据示意图。
图19是本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制的***参数设置示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明适用水电站运行后日调节导致的非恒定流，泄洪形成的泄水波和水位突变，电站调峰以及泄洪的不可预料性等，给船舶航行特别是电站下游的船舶航行、停靠、作业等带来巨大的不便及众多安全隐患的预警。
如图1和图2所示，本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制***包括：
数据采集模块，超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据；
数据转换模块，用于将采集的数据信号转换成4-20mA的电流信号；
数据输入模块，用于将转换完成的信号输入计算机；
水位标定模块，用于标定所述超声波水位传感器；
数据处理模块，用于对来自水位仪的数据进行滤波、整理处理；判断是否超过报警值，如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态；
模拟量采样模块，用于将处理完成后的信号通过A/D转换成为16位的数字量；
无线传输模块，用于把经过下位机处理的数据通过GPRS传输出去；
数据接收模块，用于通过互联网接收来自下位机通过GPRS传来的数据；
自诊断模块，用于对软硬件***进行自我诊断；
参数设置模块，用于整体***的各种参数的设置；
文件***模块，用于管理各种数据，建立相应的文件，供读取、保存、修改等操作；
拟合模块，用于剔除偶然误差，避免***发出错误的报警；
报警模块，用于控制整个***的报警，如果相关数据超过规定值，指示报警器发出声音和图形报警信号；
数据显示模块，用于实时显示日期、时间、左右干舷高、水位变率的数据；
图像显示模块，用于实时显示图像数据；
表格显示模块，用于实时显示表格信息。
本发明实施例提供的报警模块包括高水位报警单元、低水位报警单元和变率报警单元；
所述高水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程大于报警高水位hWH时，即：
hWH＝hDI-hH；
***发出急促的报警声，同时显示的水位数字和图形变为红色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述低水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程小于报警低水位hWL时，即：
hWL＝hDI-hL；
***发出缓慢的报警声，同时显示的水位数字和图形变为绿色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述变率报警单元具体包括：
每间隔一定时间检测水位，获取水位的变化速率v，设采样时间间隔为dt，单位为秒，每小时水位的变率(单位m/h)计算公式：
v＝(hR2-hR1)×3600/dt；
当水位变化速率大于报警变率时，***发出急促的报警声，同时显示的右干舷数字和图形变为红色，当右干舷高小于报警右干舷高，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
如图3所示，本发明实施例提供的岸设水位突变预警装置设置有：超声波水位传感器、无线水位仪、工控机、GPRS发射器、计算机、电压表、天线、电源指示器、开关、报警器、下位机、水位探头。
无线水位仪壳体正面嵌装有电压表和电源开关，无线水位仪壳体内部通过螺丝固定有工控机和GPRS发射器，无线水位仪壳体背面中间嵌装有水位探头接口和24V电源接口，无线水位仪壳体背面右端嵌装有220V电源接口；
无线水位仪壳体上表面嵌装有触摸显示屏，触摸显示屏与工控机连接；
GPRS发射器通过无线信号与上位机连接，上位机连接有报警器；
水位探头接口通过数据线路连接有超声波水位传感器。
水位探头的安装方法为：在设备安装前，先建造一个安装平台，然后将安装支架固定在平台上，水位探头安装在支架上，无线水位仪放置在平台上，连接相应的传输电缆线，上电后岸设水位突变预警***的远端部分就可正常工作。
作为优选，电源开关上侧嵌装有与电源开关电连接的电源指示灯，可以对电源开关的开关状态进行显示。
作为优选，220V电源接口内部电连接有2A保险管，避免发生短路对内部器件造成损坏。
作为优选，无线水位仪壳体背面嵌装有与GPRS发射器连接的天线，通过天线可以提高GPRS发射器信号传输的稳定性和传输距离。
作为优选，无线水位仪壳体背面左端嵌装有保留接口。
本发明实施例提供的岸设水位突变预警控制方法如下：
超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据，然后通过专用的数据转换模块变换为所需的信号，输入计算机；船载水位突变预警***，对输入的数据进行处理，判断是否超过报警值；如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态。
下面结合具体实施例对本发明作进一步描述。
1、***概述
本发明实施例提供的岸设水位突变预警***(Bank water mutation earlywarning system，BWMS)适用水电站运行后日调节导致的非恒定流，泄洪形成的泄水波和水位突变，电站调峰以及泄洪的不可预料性等，给船舶航行特别是电站下游的船舶航行、停靠、作业等带来巨大的不便及众多安全隐患的预警。
本发明实施例提供的***选用现今先进的超声波水位探头作为传感器。用***GPRS作为无线水位数据传输方式，由于***GPRS网络已覆盖全国所有省、直辖市、自治区，网络遍及240多个城市。在很多边远地区均有信号，特别适用于各种河流的水位监测。本发明分为硬件部分和软件部分，硬件部分包括超声波水位传感器、水位仪、工控机、GPRS发射器、计算机、报警器及相关的连接线构成，见图3。
本发明分为硬件部分和软件部分，软件部分包括数据输入模块，数据处理模块，文件***模块，参数设置模块，报警模块，自诊断模块，水位标定模块等。超声波水位传感器通过非接触水位采集获取数据，然后通过专用的数据转换模块变换为所需的信号，输入计算机。船载水位突变预警***，对输入的数据进行处理，判断是否超过报警值，如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态。软件部分是***的控制中心，软件总体任务是实现水位信息的无线传输、实时处理、实时计算、实时判断和自动报警。其主要任务是用下位机对采集水位数据进行预处理，并通过GPRS传送到计算机(上位机)，计算机对下位机传输来数据进行***的分析计算，并根据需要发出报警信号。
硬件部分主要有数据采集部分、模数转换部分、无线数据传输部分、计算机监控报警中心四大块组成。在下位机的控制下，超声波水位传感器开始工作，数据采集部分用来完成探头水位的测量，并将测量的信号转换成4-20mA的电流信号，随后在水位仪数据处理模块中完成对采样数据的滤波、整理等处理，模拟量采样模块将此信号通过A/D转换成为16位的数字量。随后通过数据传输单元将水位数据通过GPRS方式传输出去。在远处的中央控制中心的计算机通过互联网接收水位数据，岸设水位突变预警***(BWMS)软件根据这些水位数据进行计算处理，并发出相应的报警信号。
在设备安装前，先建造一个安装平台，然后将安装支架固定在平台上，水位探头安装在支架上，无线水位仪放置在平台上，连接相应的传输电缆线，上电后岸设水位突变预警***的远端部分就可正常工作。
计算机主要负责各种数据的显示、记录、查询、生成报表和打印；参数设置、闸门命令、报警、与水位仪通信等。因此，软件开发要充分体现人性化，在本***中，运用混合语言开发技术编程。采用Microsoft Visual Basic(VB)和Microsoft Visual C(VC)作为软件开发工具，VB作为界面、数据处理等功能的开发平台，VC作为数据采集部分的开发平台。采样WinCE作为下位机的操作***。WindowsCE***是微软公司专门为移动设备和消费类电子产品、嵌入式应用等非PC领域而设计的32位的嵌入式操作***。它具有抢先式多任务功能、良好的实时性能、强大的通信能力、出色的图形用户界面，它还有很多高性能、高效率的操作***特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆(Heap)等。
计算机可显示水位高程、水位变率***等数据，同时还要显示相对应的日期和时间；用图形显示水位数据，当水位超过报警高水位时，用红色显示。当水位低于报警低水位时，用绿色显示。水位正常，用黑色显示；显示指定时间内，出现的最大值和最小值水位，同时显示对应的时间。还可设置报警点名称、水位坐标、时间坐标、水位参数、探头安装基点、变速单位等参数。
如图4和图5所示，本发明实施例提供的无线水位仪在使用时：
1)首先将超声波水位传感器连接在后面板的【探头1】接口处。
2)给便携式无线水位仪连接220V交流电，观察机箱上电压指示表，电压指示应为24V，偏差不应大于2伏。
3)检查后面板上GPRS天线是否接好。
4)无线水位仪提供触摸屏，操作软件来接收数据。
5)观察未发现异常情况后，将开关置于【开】的位置，此时指示灯亮，说明水位仪通电，计算机可以通过水位仪采集数据。
6)为了防设备损坏，***通电的情况下，不要插拔超声波水位探头电缆。
如图7所示，为本发明实施例提供的超声波水位传感器引脚连接原理图，超声波水位传感器参数如下，
工作电压Vs：15-30VDC
扫描范围的限制SDE(键)：100～1000mm
负载电阻(Vs>24VDC时)：≤800Ω
扫描范围的限制SDC(键)：100～1000mm
耗电量：<55mA
负载电流：20mA
短路：会
反极性保护：有
待机：LED黄色-红色
温度范围：-10～60℃
防护等级：IP67
重复性：≤0.5mm
温度漂移：≤2％So。
2、***设计原理及相关技术
2.1***工作原理
根据功能要求及***的设计原则，我们设计的***主要有数据采集部分、模数转换部分、无线数据传输部分、计算机监控报警中心四大块组成。***上电后，在下位机的控制下，传感器开始工作，数据采集部分用来完成探头水位的测量，并将测量的信号转换成4-20mA的电流信号，随后在水位仪数据处理模块中完成对采样数据的滤波、整理等处理，模拟量采样模块将此信号通过A/D转换成为16位的数字量。随后通过数据传输单元将水位数据通过GPRS方式传输出去。在远处的中央控制中心的计算机通过互联网接收水位数据，岸设水位突变预警***(BWMS)软件根据这些水位数据进行计算处理，并发出相应的报警信号，见图6。
(1)探头安装
在设备安装前，先建造一个安装平台，然后将安装支架固定在平台上，水位探头安装在支架上，无线水位仪放置在平台上，连接相应的传输电缆线，上电后岸设水位突变预警***的远端部分就可正常工作。
(2)高水位报警
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，可得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程大于报警高水位hWH时，即：
hWH＝hDI-hH；
***发出急促的报警声，同时显示的水位数字和图形变为红色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
(3)低水位报警
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，可得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程小于报警低水位hWL时，即：
hWL＝hDI-hL；
***发出缓慢的报警声，同时显示的水位数字和图形变为绿色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
(4)变率报警
只要间隔一定时间检测水位，便可获取水位的变化速率v。设采样时间间隔为dt，单位为秒，每小时水位的变率(单位m/h)计算公式：
v＝(hR2-hR1)×3600/dt；
当水位变化速率大于报警变率时，***发出急促的报警声，同时显示的右干舷数字和图形变为红色，当右干舷高小于报警右干舷高，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
2.2***特点
本发明是典型的远程无线测控***，涉及自动控制、无线通信、数据采集、智能检测、声学等多学科领域。在研究过程中，将控制精度和可靠性与设备选型的经济性密切联系起来，实现了数据采集与监测终端的集成化。
***特点主要包括：
(1)***精度高、可靠性好、自动化程度高；
(2)采用GPRS无线通信技术，解决了在偏远地区的数位数据传输问题；
(3)采用WINCE作为下位机的操作***，使下位机体积小、重量轻，便于携带，操作简单的特点；
(4)***软件、硬件采用模块化结构，组建测试***较传统方法更为灵活方便，数据处理更为快捷，为以后***的维护和***的功能扩展提供了便利；
(5)***计算机实现自动报警控制，操作简单方便；
(6)测得的电量采样滤波整形等技术进行处理，同时计算机对水位数据进行拟合分析，***运行稳定，错误率低；
(7)控制中心设计了可视化智能管理控制软件，设计了良好的人机界面，功能强大的数据管理。
(8)***软件采用面向对象的编程方法，同时多种语言混合编程。软件***结构化，模块化程度高，易于维护。
2.3***主要功能
***的主要功能有：
(1)水位信息自动采集、传输、显示、存贮；
(2)当水位高于报警高水位、低于报警低水位，水位变率超过标准时，发出不同的报警信号；
(3)采集的水位数据以文件的形式存放在磁盘中，可随时回放；
(4)可以标定超声波水位探头；
(5)完善的帮助***，用户有疑问可以随时在软件中获得帮助。
2.4超声波水位测量技术
2.5GPRS无线数据传输技术
2.5.1GPRS的产生
GPRS(General Packet Radio Service，通用分组无线业务)是在现有的GSM移动通信***基础上发展起来的一种移动分组数据业务。GPRS通过在GSM数字移动通信网络中引入分组交换的功能实体，以完成用分组方式进行的数据传输。GPRS***可以看作是对原有的GSM电路交换***的基础上进行的业务扩充，以支持移动用户利用分组数据移动终端接入Internet或其它分组数据网络的需求。
以GSM、CDMA为主的数字蜂窝移动通信和以Internet为主的分组数据通信是目前信息领域增长最为迅猛的两大产业，正呈现出相互融合的趋势。GPRS可以看作是移动通信和分组数据通信融合的第一步。
移动通信在目前的话音业务继续保持发展的同时，对IP和高速数据业务的支持已经成为第二代移动通信***演进的方向，而且也将成为第三代移动通信***的主要业务特征。
GPRS包含丰富的数据业务，如：PTP点对点数据业务，PTM－M点对多点广播数据业务、PTM－G点对多点群呼数据业务、IP－M广播业务。这些业务已具有了一定的调度功能，再加上GSM－phase 2+中定义的话音广播及话音组呼业务，GPRS已能完成一些调度功能。
GPRS主要的应用领域可以是：远程监控、电子商务、信息查询等等。
2.5.2GPRS的发展
GSM－GPRS通过在原GSM网络基础上增加一系列的功能实体来完成分组数据功能，新增功能实体组成GSM－GPRS网络，作为独立的网络实体对GSM数据进行旁路，完成GPRS业务，原GSM网络则完成话音功能，尽量减少了对GSM网络的改动。GPRS网络与GSM原网络通过一系列的接口协议共同完成对移动台的移动管理功能。
GPRS新增了如下功能实体：服务GPRS支持节点SGSN，网关GPRS支持节点GGSN，点对多点数据服务中心等，及一系列原有功能实体的软件功能的增强。GPRS大规模的借鉴及使用了数据通信技术及产品，包括帧中继、TCP/IP、X.25、X.75、路由器、接入网服务器、防火墙等。
GPRS最早在1993年提出，1997年出台了第一阶段的协议，到目前为止GPRS协议还在不断更新，2000年初推出SMG30，匿名接入功能在新的协议中不再体现。GPRS协议除包含新出台的协议外，还对原有的一些协议进行了较多的修改。
2.5.3GPRS无线通信***特点
***利用GPRS网络进行数据的远程无线采集、查询，并能实现无线远程控制。具有以下特点：
(1)技术先进
目前在国内市场上采用GPRS技术作为通讯方式的控制管理***还不多，本控制***采用先进的GMS网络SMS短消息方式，集计算机、通信、机电、自动控制等多种先进技术于一体，结构稳定，扩展性强。
(2)实时采集、集中控制
控制中心能实时采集各现场控制点的各种实时数据。同时无线控制***能及时发现各种不同类型的故障，产生报警信息，对故障点进行准确定位，并采取相应的告警处理措施。
(3)通信快速、安全可靠
无线控制***采用的GPRS技术是当前应用在我国通信领域中的先进的移动通讯手段，它可以为无线控制***快速稳定地传输数据提供了有力的保障。基于GPRS的控制管理***具有双向传输、传输时延小、***响应快、安全可靠性高等众多优点。
(4)投资较少、性价比高
***利用GPRS网络作为传输网络，充分地利用了已有的较为完善的公网资源，极大地节约了建设投资，缩短了建设周期，整个***的性能价格比较高，本***建设投资与建无线专网的投资相比可节约40％以上。
2.6嵌入式操作***应用技术
WindowsCE(简称WinCE)是软件巨人微软公司在嵌入式操作***市场上的一个重要产品。WindowsCE.net是一种32位的多任务操作***，它经过压缩，可以移植，能够开发多种企业和客户类设备。由于它是微软公司的，包含了InternetExplore的版本，可以和Internet实现连接、同步交换信息。若开发者熟悉Windows开发环境，可以基于WindowsCE开发出很好的应用程序。但是使用它需要上交一定的版权费和使用费。随着嵌入式***逐渐深入生活，由于WindowsCE有着良好的用户界面，对于使用者来说能够有更好的使用性能，越来越多的嵌入式设备应用WindowsCE***。
由于岸设水位突变预警***(BWMS)不仅要实现数据通信功能功能，还要实现历史数据查询、数据曲线显示等功能。在应用程序中应用到一些控件，它与WindowsCE操作***更为匹配，更具有可操作性。因此选择WindowsCE作为下位机的操作***。
3、***的软件设计和开发
3.1软件设计原则
软件设计中应遵循如下的原则：
(1)可靠性：软件***的可靠性与硬件***的可靠性一样，是关键性指标，是***正常运行的基本保障"软件***的开发应采用模块化的方法，减少模块间的祸合，提高编写及调试速度。同时，软件中应设计诊断程序。自检程序，实现***的可靠性自检，确保***的安全性。也可以通过设计软件陷阱，防止程序失控。
(2)交互性：在运行过程中，能够实时接收用户命令，执行相应动作，完成待殊任务，反馈执行结果。
(3)实时性：本测试***是一个实时测量与控制***，控制***要求在运行过程所允许的时间间隔内对***进行控制，即能够在试验现场采集数据后，在允许的时间间隔内及时对数据进行计算、处理，并做出正确判断，对***进行相应的控制。
(4)灵活性和通用性：为了节省内存和具有较高的适应能力，软件采用模块化结构。在编写程序的时候，采用自顶向下的分析方法，将整个软件***划分为若干软件功能模块，然后针对每一个功能模块编写子程序。以后如果需要添加功能或者修改现有功能，只需要添加或修改子程序即可。
3.2软件总体设计思想
岸设水位突变预警***(BWMS)软件部分是***的控制中心，软件总体任务是实现水位信息的无线传输、实时处理、实时计算、实时判断和自动报警。其主要任务是用下位机对采集水位数据进行预处理，并通过GPRS传送到计算机(上位机)，计算机对下位机传输来数据进行***的分析计算，并根据需要发出报警信号。软件***主要由以下模块组成：
(1)下位机数据处理模块：处理来自水位仪的数据；
(2)GPRS无线传输模块：把经过下位机处理的数据通过GPRS传输到出去；
(3)数据接收模块：通过互联网接收来自下位机通过GPRS传来的数据；
(4)自诊断模块：对软硬件***进行自我诊断；
(5)参数设置模块：软件***的各种参数的设置；
(6)文件***模块：管理各种数据，建立相应的文件，供读取、保存、修改等操作；
(7)拟合模块：剔除偶然误差，避免***发出错误的报警；
(8)数据显示模块：实时显示日期、时间、左右干舷高、水位变率等数据。
(9)报警模块：控制整个***的报警，如果相关数据超过规定值，指示软件发出声音、图形等报警信号。
3.3软件开发平台
计算机主要负责各种数据的显示、记录、查询、生成报表和打印；参数设置、闸门命令、报警、与水位仪通信等。因此，软件开发要充分体现人性化，在本***中，运用混合语言开发技术编程。采用Microsoft Visual Basic(VB)和Microsoft Visual C(VC)作为软件开发工具，VB作为界面、数据处理等功能的开发平台，VC作为数据采集部分的开发平台。采样WinCE作为下位机的操作***。
3.3.1软件平台VB
3.3.2软件平台VC
3.3.3软件平台WinCE
WindowsCE***是微软公司专门为移动设备和消费类电子产品、嵌入式应用等非PC领域而设计的32位的嵌入式操作***。它具有抢先式多任务功能、良好的实时性能、强大的通信能力、出色的图形用户界面，它还有很多高性能、高效率的操作***特性，包括按需换页、共享存储、交叉处理同步、支持大容量堆(Heap)等。
WindowsCE嵌入式***具备以下特点：
(1)多硬件平台支持及丰富的驱动支持
WindowsCE支持包括x86，ARM，MIPS，SH等200多种的CPU结构，提供了相应的高质量的BSP，比如WindowsCE5.0就有SAMSUNG公司的S3C2410的BSP包SMDK2410。
(2)良好的通信能力
WindowsCE不但支持传统的有线网络连接，同时还支持各种无线网络标准，包括蓝牙、红外、802.11等。
(3)稳健的实时性、多任务处理
WindowsCE从3.0版开始就具备实时性，从4.0版开始，成为一个硬实时操作***，从而可以应用于工业控制等实时性要求较高的环境。WindowsCE支持中断嵌套，对高级别IST响应时间上限严格化，提供256个优先级使时序控制更加灵活。
(4)多媒体支持能力
WindowsCE为设计人员提供了多媒体功能，包括支持常见的音频，视频功能，还可以支持网络数据流。在WindowsCE5.0里，提供了对WindowsMediaplayer应用程序的支持。
(5)多语言支持
在WindowsCE里使用Unicode字符编码，并被本地化为多种语言。WindowsCE5.0己经全方位支持开发本地化的中文操作***。
(6)支持裁减
开发者可以根据实际需要来裁减相应模块，裁剪后体积小，并能够从ROM直接启动，无需硬盘，不存在***崩溃和病毒感染问题。
(7)强大的开发工具
对于WindowsCE开发人员，可以选择eMbeddedVisualC++、VisualStudio.NET、PlatformBuilder等强大的开发工具，显著地提高了开发效率。
(8)可移植性好
32位多线程、多任务、完全抢占式的操作***，支持大部分Win32API，其他Windows应用程序能方便地移植到WindowsCE上。
WindowsCE采用层状的体系结构，有层次性强、可移植性好、组件化可裁剪、强调编程接口和支持上层应用等特点。一个基于WindowsCE的嵌入式***从下而上分为四层：硬件层、OEM层、操作***层和应用层。
(1)硬件层
硬件层，是WindowsCE操作***必不可缺的载体，包括微处理器、存储器、电源和周边的各种***设备。WindowsCE***所需的最小硬件配置包括处理器、用于线程调度的实时时钟、存储器等。此外，硬件平台还可以支持其他***设备，例如串口、网卡、键盘等。
(2)OEM层
OEM层是硬件和操作***的衔接层，在逻辑上位于硬件和WindowsCE之间。其主要功能是对具体的底层硬件进行抽象，从而得出统一的接口，而这些接口则可以让操作***内核与硬件进行通信。
(3)操作***层
操作***层是WindowsCE操作***的核心层，它与常用的操作***相类似，既要给下层提供接口和服务，也要给上层的应用程序提供相应的API。
(4)应用层
应用层就是应用程序的集合，它们通过Win32API来获得操作***服务。它包含WindowsCE为用户提供的一些应用(例如Internet客户服务，用户接口等)，也可以是用户为特定的嵌入式***开发的应用程序。WindowsCE同时提供了一个外壳模块，使用户可以根据自身硬件***的需要，利用WindowsCE Shell API开发自己的Shell，例如在***中定制自己的软键盘。
3.4软件功能
本***在界面设计时，采用了Windows的风格，***界面友好，交互性强，操作简单。登陆***后，进入***主界面。登陆***后，进入***主界面，主界面是多文档界面的MDI父窗体界面，是各应用界面的背景界面，它是其他各功能界面的联系纽带。***主界面包括菜单区、日期时间区、数据显示区、图形显示区、极限值显示、命令区、消息滚动区，见图8。
3.4.1菜单区
(1)文件菜单
文件菜单分为打开文件、保存文件、文件另存为、参数设置、水位标定、退出6个子菜单，见图9。
打开文件：打开以前保存在计算机硬盘中的水位测量数据文件，见图10。
保存文件：保存水位数据文件到计算机硬盘中的水位测量数据文件；
文件另存为：把当前的水位数据文件换名另存到计算机硬盘的其他地方；
参数设置：设置软件的各种参数(后面单独说明)；
水位标定：标定当前超声波水位传感器；
退出：退出船载水位突变预警***软件；
(2)调试菜单
调试菜单分为调试参数和通道检测保2个子菜单。
调试参数：设置软件的各种调试参数参数(在调试程序时使用)，见图11。
通道检测：检测各个通道的超声波水位传感器，用于设备自检见图12。
(3)帮助菜单
打开软件的帮助文件。
3.4.2日期时间区
显示***的日期和时间，见图13。
3.4.3数据显示区
显示水位高程、水位变率***等数据，同时还要显示相对应的日期和时间，见图14。
3.4.4图形显示区
用图形显示水位数据，当水位超过报警高水位时，用红色显示。当水位低于报警低水位时，用绿色显示。水位正常，用黑色显示，见图15。
3.4.5极限值显示区
此区显示指定时间内，出现的最大值和最小值水位，同时显示对应的时间，见图16。
3.4.6命令区
此区间显示分实时采集、模拟演示和***3个子区，见图17。
(1)实时采集子区
该子区的功能是实际运行报警***，包括【开始】和【停止】两个按钮，分别控制软件的运行和停止。
(2)模拟演示子区
该子区的功能是回放硬盘中的数据，或者是通过表格的形式查看保存在硬盘中的数据。包括【读文件】、【回放】、【停止】和【查看】4个按钮，分别是读取文件，回放过去的数据，停止回放和查看以前的数据四种功能，见图18。
3.4.7消息滚动区
此区间滚动显示软件名称、版本及开发单位名称等信息。
3.4.8参数设置
设置报警点名称、水位坐标、时间坐标、水位参数、探头安装基点、变速单位等参数，单击问号可获取帮助，见图19。
(1)报警点名称
探头所处位置的地段名，此名称也作为数据文件名的前缀。
(2)水位坐标
坐标上限：指在主屏幕上图形窗口显示水位坐标的最大值。
坐标下限：指在主屏幕上图形窗口显示水位坐标的最小值。
(3)时间参数时间坐标的取值范围，可选6小时、12小时、24小时、2天、4天、8天6个值。
(4)水位参数
报警低水位：当水位低于该值时，***报警。此时显示的数字和图形变为绿色，并发出缓慢的警报声。
报警高水位：当水位高于该值时，***报警。此时显示的数字和图形变为红色，并发出急促的警报声。
采样时间间隔：指两次采样间隔的时间，取值范围为1-600秒，缺省值为60秒，必须为整数。
(5)探头安装基点
(6)水位变率单位
水位变率单位可选择的单位。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种岸设水位突变预警控制***，其特征在于，所述岸设水位突变预警控制***包括：
数据采集模块，超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据；
数据转换模块，用于将采集的数据信号转换成4-20mA的电流信号；
数据输入模块，用于将转换完成的信号输入计算机；
水位标定模块，用于标定所述超声波水位传感器；
数据处理模块，用于对来自水位仪的数据进行滤波、整理处理；判断是否超过报警值，如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态；
模拟量采样模块，用于将处理完成后的信号通过A/D转换成为16位的数字量；
无线传输模块，用于把经过下位机处理的数据通过GPRS传输出去；
数据接收模块，用于通过互联网接收来自下位机通过GPRS传来的数据；
自诊断模块，用于对软硬件***进行自我诊断；
参数设置模块，用于整体***的各种参数的设置；
文件***模块，用于管理各种数据，建立相应的文件，供读取、保存、修改等操作；
拟合模块，用于剔除偶然误差，避免***发出错误的报警；
报警模块，用于控制整个***的报警，如果相关数据超过规定值，指示报警器发出声音和图形报警信号；
数据显示模块，用于实时显示日期、时间、左右干舷高、水位变率的数据；
图像显示模块，用于实时显示图像数据；
表格显示模块，用于实时显示表格信息。
2.如权利要求1所述的岸设水位突变预警控制***，其特征在于，所述报警模块包括高水位报警单元、低水位报警单元和变率报警单元；
所述高水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程大于报警高水位hWH时，即：
hWH＝hDI-hH；
***发出急促的报警声，同时显示的水位数字和图形变为红色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述低水位报警单元具体包括：
当预警***正常工作时，根据水位探头测出到水面的实际距离h，得到实际的水位高程hW的计算公式：
hW＝hDI-h；
当水位高程小于报警低水位hWL时，即：
hWL＝hDI-hL；
***发出缓慢的报警声，同时显示的水位数字和图形变为绿色，当水位高程小于报警高水位时，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常；
所述变率报警单元具体包括：
每间隔一定时间检测水位，获取水位的变化速率v，设采样时间间隔为dt，单位为秒，每小时水位的变率(单位m/h)计算公式：
v＝(hR2-hR1)×3600/dt；
当水位变化速率大于报警变率时，***发出急促的报警声，同时显示的右干舷数字和图形变为红色，当右干舷高小于报警右干舷高，警报声消除，显示的数字和图形颜色恢复正常。
3.一种基于权利要求1-2任意一项所述的岸设水位突变预警控制***的岸设水位突变预警装置，其特征在于，所述岸设水位突变预警装置设置有：
超声波水位传感器、无线水位仪、工控机、GPRS发射器、计算机、电压表、天线、电源指示器、开关、报警器、下位机、水位探头；
所述无线水位仪壳体正面嵌装有电压表和电源开关，无线水位仪壳体内部通过螺丝固定有工控机和GPRS发射器，无线水位仪壳体背面中间嵌装有水位探头接口和24V电源接口，无线水位仪壳体背面右端嵌装有220V电源接口；
所述无线水位仪壳体上表面嵌装有触摸显示屏，触摸显示屏与工控机连接；
所述GPRS发射器通过无线信号与上位机连接，上位机连接有报警器；
所述水位探头接口通过数据线路连接有超声波水位传感器。
4.如权利要求3所述的所述的岸设水位突变预警装置，其特征在于，所述电源开关上侧嵌装有与电源开关电连接的电源指示灯。
5.如权利要求3所述的所述的岸设水位突变预警装置，其特征在于，所述220V电源接口内部电连接有2A保险管。
6.如权利要求3所述的所述的岸设水位突变预警装置，其特征在于，所述无线水位仪壳体背面嵌装有与GPRS发射器连接的天线；
所述无线水位仪壳体背面左端嵌装有保留接口。
7.如权利要求3所述的所述的岸设水位突变预警装置，其特征在于，所述水位探头的安装方法为：
在设备安装前，先建造一个安装平台，然后将安装支架固定在平台上，水位探头安装在支架上，无线水位仪放置在平台上，连接相应的传输电缆线，上电后岸设水位突变预警***的远端部分就可正常工作。
8.一种基于权利要求1-2任意一项所述的岸设水位突变预警控制***的岸设水位突变预警控制方法，其特征在于，所述岸设水位突变预警控制方法如下：
超声波水位探头通过非接触水位采集获取数据，然后通过专用的数据转换模块变换为所需的信号，输入计算机；
船载水位突变预警***，对输入的数据进行处理，判断是否超过报警值；如果超过报警参数，***发出报警声音，电脑显示屏上相应的文字和图形变为红色，当水位数据回归正常后，声音报警自动解除，显示屏上的文字也恢复到正常显示状态。
9.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1～7任意一项所述的岸设水位突变预警控制方法。
10.一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1～7任意一项所述的岸设水位突变预警控制方法。
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