CN207600565U - 一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种基于NB‑IoT的一体化窨井水位测量装置，包括主控板，其上设置有主板供电模块、传感器供电模块以及与传感器供电模块连接的电源控制模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块、Flash存储模块，电源控制模块分别与超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块连接；电池组，分别与主板供电模块和传感器供电模块连接；中央控制单元，分别与主板供电模块、电源控制模块、Flash存储模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块连接；NB‑IoT模块；超声波传感器，与超声波信号处理模块连接；压力传感器，与压力传感器信号处理模块连接；本实用新型为一体式结构，集成度高，传感器在需要工作时才会接通电源，从而降低功耗。

Description

一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置

技术领域

本实用新型涉及一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其包括主控板、电池组、中央控制单元、NB-IoT模块、超声波传感器和压力传感器。

背景技术

近些年，城市汛情随着城市发展有越来越严重的发展趋势，造成了个人和公共财产的巨大损失，甚至威胁了生命安全。目前，我国大部分城市缺乏有效的排水内涝监测和预警手段，防汛应急处理处于被动状态。而随着电子技术、通讯技术、传感器技术的发展，液位检测与预警技术有很大的提高。

现代地下管网水位测量利用电子技术水位计，主要有超声波式、浮子式、气泡式、雷达式等，数据读取多采用RS485或RS232等串口通讯方式，再接入专门设备进行数据采集，最后设备通过光纤或2G/3G/4G蜂窝网技术上传数据到后台服务器，实施起来相当复杂，需要开挖布线安装成本高，实施难度大。而且一旦出现断网情况会导致数据丢失。

基于NB-IoT的窨井水位监测仪是基于先进的传感技术、物联网技术、云计算技术，具有测量精度高、无测量盲区、数据能远距离传送、软硬一体实现云服务平台监控、能长时间稳定运行等特点，满足排水管网长期运行规律监测与内涝精细化预警预报的要求。

而随着最近几年物联网的迅速发展，特别是窄带物联网技术的日渐成熟，使得基于NB-IoT的窨井水位监测仪具有更广的传输范围、具有更高的续航能力，日后将成为智慧市政智慧水务的重要组成部分。

发明内容

针对上述现有技术所存在的问题，本实用新型的目的是提供一种集成度高、低功耗的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置。

为达到上述目的，本实用新型所采用的技术方案是：

一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，包括主控板，其上设置有主板供电模块、传感器供电模块以及与传感器供电模块连接的电源控制模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块、Flash存储模块，所述电源控制模块分别与超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块连接；电池组，分别与主板供电模块和传感器供电模块连接；中央控制单元，分别与主板供电模块、电源控制模块、Flash存储模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块连接；NB-IoT模块，分别与主板供电模块和中央控制单元连接；超声波传感器，与超声波信号处理模块连接；压力传感器，与压力传感器信号处理模块连接。

作为优选，所述电池组通过主板供电接口与主板供电模块连接，所述电池组通过传感器供电接口与传感器供电模块连接，所述主板供电接口和传感器供电接口均设置在主控板上。

作为优选，所述超声波信号处理模块通过超声波传感器接口外接超声波传感器，所述压力传感器信号处理模块通过压力传感器接口外接压力传感器，所述超声波传感器接口和压力传感器接口均设置在主控板上。

作为优选，所述压力传感器设置在接近超声波传感器测量盲区的位置。

作为优选，还包括设置在主控板上的天线接口。

作为优选，还包括上盖和外壳，所述主控板通过螺丝固定在上盖内，所述NB-IoT模块和中央控制单元均固定在主控板上，所述电池组固定在外壳内，所述上盖与外壳通过螺丝连接，接口处增加了防水垫圈。

作为优选，所述电池组通过橡胶板和电池固定架固定在外壳内。

本实用新型的有益效果是：

一、本实用新型的传感器电源不但需要接入传感器供电模块稳压，还需要通过电源控制模块的控制才能给超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块供电，而电源控制模块可以由中央控制单元来控制电源供给的通断，从而使得传感器在需要工作时才会接通电源，从而降低功耗，当超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块接通电源后，会通过超声波传感器接口和压力传感器接口驱动超声波传感器和压力传感器运行。

二、本实用新型一体化设计可免去复杂的安装环节，集成度高，自带锂电池供电无需接入电源，安装方便，可适用与多种复杂的安装环境，而且无需再接其他设备即可远程收到水位数据。

三、本实用新型采用NB-IoT模块通讯，NB-IOT网络是一种新兴的网络技术，其是一种基于蜂窝的窄带物联网，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。

四、本实用新型设置有超声波传感器和压力传感器，超声波传感器和压力传感器配合使用可去掉超声波测量盲区，也可去掉压力传感器长期浸泡带来设备堵塞的缺点。

五、本实用新型的水位数据会保存到Flash存储模块中，如果网络中断，然后又恢复后，未成功发送的数据将断网续传，以防数据丢失。

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步说明。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型的实施例中一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置的电路连接框图。

图2是本实用新型的实施例中一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置的侧视图。

图3是本实用新型的实施例中一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置的俯视图。

图4是本实用新型的实施例中一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置的上盖的仰视图。

附图标记：

上盖1；把手11；

外壳2；

主控板3；超声波传感器接口31；压力传感器接口32；电源接口33；天线接口34；

锂亚电池组4；橡胶板41；电池固定架42；

中央控制单元5；

NB-IoT模块6。

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面以具体实施例详细阐述本实用新型更多的技术细节。

如图1至图4所示，本实施例的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，包括上盖1、外壳2、主控板3、锂亚电池组4、中央控制单元5、NB-IoT模块6、超声波传感器和压力传感器, 设备为一体式结构，集成度高，自带锂电池供电无需接入电源，安装方便，可适用与多种复杂的安装环境，其中，

主控板3，通过螺丝固定在上盖1内，其上设置有主板供电模块、传感器供电模块以及与传感器供电模块连接的电源控制模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块、Flash存储模块，电源控制模块分别与超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块连接，超声波信号处理模块通过超声波传感器接口31外接超声波传感器，压力传感器信号处理模块通过压力传感器接口32外接压力传感器，传感器电源不但需要接入传感器供电模块稳压，还需要通过电源控制模块的控制才能给超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块供电，而电源控制模块可以由中央控制单元5来控制电源供给的通断，从而使得传感器在需要工作时才会接通电源，从而降低功耗，当超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块接通电源后，会通过超声波传感器接口31和压力传感器接口32驱动超声波传感器和压力传感器运行，并且会回传测量信号，超声波传感器接口31和压力传感器接口32均设置在主控板3上，压力传感器设置在接近超声波传感器测量盲区的位置，超声波传感器和压力传感器配合使用可去掉超声波测量盲区，也可去掉压力传感器长期浸泡带来设备堵塞的缺点，主控板3上还设置有电源接口33和天线接口34，电源接口33用于外接电源充电，天线接口34是一个通用的天线接口，可根据需求选用不同类型天线。

锂亚电池组4，为整个设备供电，锂亚电池组4通过橡胶板41和电池固定架42固定在外壳2内，锂亚电池组4通过主板供电接口与主板供电模块连接，通过传感器供电接口与传感器供电模块连接，主板供电接口和传感器供电接口均设置在主控板3上。

中央控制单元5，采用低功耗的MCU主芯片，中央控制单元5固定在主控板3上，分别与主板供电模块、电源控制模块、Flash存储模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块连接，锂亚电池组4接入主板供电模块稳压后，给中央控制单元5供电。

NB-IoT模块6，固定在主控板3上，NB-IoT模块6采用低功耗的NB-IoT通讯芯片，分别与主板供电模块和中央控制单元5连接，锂亚电池组4接入主板供电模块稳压后，给NB-IoT模块6供电，中央控制单元5通过NB-IoT模块6将处理后的数据发送到后台服务器去，NB-IoT网络是一种新兴的网络技术，其是一种基于蜂窝的窄带物联网，可直接部署于GSM网络、UMTS网络或LTE网络，支持待机时间短、对网络连接要求较高设备的高效连接，具有覆盖广、连接多、速率低、成本低、功耗少、架构优等特点。

上盖1与外壳2通过螺丝连接，接口处增加了防水垫圈，防水等级可达IP68。

进一步来说，上盖1上表面设置有把手11，方便用户提起设备，或者用于安装设备。

本实施的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置监控原理如下：

将本实施的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置安装在窨井内，利用超声波传感器和压力传感器监控窨井的水位，中央控制单元5控制电源供给的接通，当超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块接通电源后，会通过超声波传感器接口31和压力传感器接口32驱动超声波传感器和压力传感器运行，并且会回传测量信号，信号通过超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块处理放大后，经ADC转换后反馈给中央控制单元5再做进一步计算处理，从而换算出测量到的液位高度，换算出来的液位会定时存储到Flash存储模块中，并通过NB-IoT模块传送到后台服务器。由于数据会保存到Flash存储模块中，如果网络中断，然后又恢复后，未成功发送的数据将断网续传，以防数据丢失。

尽管本实用新型是参照具体实施例来描述，但这种描述并不意味着对本实用新型构成限制。参照本实用新型的描述，所公开的实施例的其他变化，对于本领域技术人员都是可以预料的，这样的变化应属于所属权利要求所限定的范围内。

Claims (7)

1.一种基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，包括

主控板，其上设置有主板供电模块、传感器供电模块以及与传感器供电模块连接的电源控制模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块、Flash存储模块，所述电源控制模块分别与超声波信号处理模块和压力传感器信号处理模块连接；

电池组，分别与主板供电模块和传感器供电模块连接；

中央控制单元，分别与主板供电模块、电源控制模块、Flash存储模块、超声波信号处理模块、压力传感器信号处理模块连接；

NB-IoT模块，分别与主板供电模块和中央控制单元连接；

超声波传感器，与超声波信号处理模块连接；

压力传感器，与压力传感器信号处理模块连接。

2.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，所述电池组通过主板供电接口与主板供电模块连接，所述电池组通过传感器供电接口与传感器供电模块连接，所述主板供电接口和传感器供电接口均设置在主控板上。

3.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，所述超声波信号处理模块通过超声波传感器接口外接超声波传感器，所述压力传感器信号处理模块通过压力传感器接口外接压力传感器，所述超声波传感器接口和压力传感器接口均设置在主控板上。

4.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，所述压力传感器设置在接近超声波传感器测量盲区的位置。

5.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，还包括设置在主控板上的天线接口。

6.根据权利要求1所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，还包括上盖和外壳，所述主控板通过螺丝固定在上盖内，所述NB-IoT模块和中央控制单元均固定在主控板上，所述电池组固定在外壳内，所述上盖与外壳通过螺丝连接，接口处增加了防水垫圈。

7.根据权利要求6所述的基于NB-IoT的一体化窨井水位测量装置，其特征在于，所述电池组通过橡胶板和电池固定架固定在外壳内。