CN208141589U - 一种多传感器组合型变送器 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种多传感器组合型变送器，包括IP68防水外壳、主板、超声波模块和电池，主板、超声波模块和电池均设置在IP68防水外壳内，主板集成有微处理器、2路485接口、2路模拟接口、通信模块、遇水监测模块、定时模块、电源转换模块、显示模块、存储模块、SIM卡；超声波模块用于测量水位信息，并与485接口进行有线可靠通信，并将信息传递到微处理器进行处理；通信模块装有SIM卡用于与管理中心通讯；遇水监测模块用于监测警戒水位和遇水开启和关闭电源供给；该多传感器组合型变送器通过各模块的配合，降低整个设备的消耗，通过设置有2路485接口、2路模拟接口，可集成多种不同的传感器模块，提高测量可靠性。

Description

一种多传感器组合型变送器

技术领域

本实用新型涉及水位检测领域，具体涉及一种多传感器组合型变送器。

背景技术

随着我国经济的不断繁荣，城市发展日新月异，大中城市的建设在突飞猛进高速发展，城市圈也在不断扩大。在城市市政防洪防涝工程中，要求对江河、湖泊、水库、水电站、灌区及输水等水利工程中的水位监测，与此同时各地正在进行智慧城市建设，也要求对自来水、城市污水处理、城市道路积水等市政工程深度进行测量与监测，为防洪防涝提供精确水位信息。

近年来，由强降雨引起的城市下穿隧道及立交桥下低洼处大量积水的现象时有发生，且有愈演愈烈的趋势。在南方多雨的城市，有些捞点积水高达1m，短时间内不能及时排走，给人们的出行带来不便，严重时竟引发行人死亡和失踪的事件。

水位观测是城市水务的一项基础性工作，随着科学技术的进步，水位观测逐渐由人工观测转为自动化监测，水位自动化监测就是通过水位传感器再配合一些数据采集、传输、存贮等装置实现水位的自动监测。

目前市面上存在很多种不同的水位变送器，多数只是集成了单个水位传感器(压力传感器、超声波或电子水尺)和无线数据通讯于一体的水位测量装置，可以实现了对水位数据的连续自动监测。

目前市面上主要水位传感器特点如下：

投入式压力水位传感器具有量程大、安装方便、土建工程量小、价格低等优点；缺点是受泥沙或者淤泥淤积而失效、温度等环境因素影响大，存在温度、时间、非线性漂移等现象，使用时需定期进行校核和标定，长期观测精度较差；传感器需采用导电线缆传输信号，易受电磁干扰和雷击，工作可靠性较差；传感器安装在水底，对设备的维护较困难。同时大的流速对测量结果会产生影响，一般使用2年后，压力式传感器就会由于精度不够而需要更换。

气介式超声波水位传感器(架设于水面上)具有无需测井，土建投资小，设备价格低，安装维护方便等优点，特别适用于温度、梯度变化较少，水面比较平稳，波浪比较小的场合，没有机械部件，故可靠性较高；缺点是由于采用的是超声波测距原理，对反射目标有一定的要求，受气(水)温、空气(水)密度、湿度、泥沙含量等的受环境因素影响较大，存在测量盲区，不同的超声波频率盲区不一样，其测量精度和可靠性较差，在水面漂浮物较多时亦无法使用。

电子水尺具有测量精度高，不受环境如温度、湿度、泥沙、波浪、降雨等因素的影响，安装时不需要建测井，既可以垂直安装，也可倾斜安装，还可以沿河道面自下而上阶梯安装。尤其适用于测量精度要求高，水位变幅不大的场合。电子水尺采用棒体结构，法兰连接，并有不锈钢防护外壳，内部用高性能的环氧树脂材料进行特殊密封处理，产品具有防腐、防冻、耐热、耐老化等特点，可在泥桨、污液和腐蚀性液体、冰冻等各种恶劣的环境中使用。缺点是量程小，其测量探针长期在水中容易锈蚀，特别是电蚀问题，质量较重。

目前的大多数水位变送器是按照预先设定的时间间隔自动上报至信息管理中心。这意味着设备一直处于工作状态中，虽然有部分时间设备控制器处于休眠模式，功耗稍低，由于电源转换模块一直处于工作中且转换存在一定的效率问题，整体功耗还是不低，对一些难以获取市电或者太阳能供电只能采用电池(锂电池或者铅酸蓄电池)供电的场所，频繁给电池充电或者更换电池会增加不少人力成本，特别是对一些长时间无水的应用场合(道路、隧道积水)，低功耗设计显得尤为重要。此外，现有的水位变送器通常采用单一的传感器进行检测，可靠***差。

因此，特别需要一种消耗小，可靠性高的多传感器组合型变送器，以解决现有技术中存在的问题。

实用新型内容

本实用新型的目的是为了解决现有技术中的缺陷，提供一种消耗小，可靠性高的多传感器组合型变送器，来解决现有技术中存在的问题。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案如下：

一种多传感器组合型变送器，包括防水外壳、主板、超声波模块和电池，所述主板、超声波模块和电池均设置在防水外壳内，所述主板集成有微处理器、2路485接口、2路模拟接口、通信模块、遇水监测模块、定时模块、电源转换模块、显示模块、存储模块、SIM卡；所述超声波模块用于测量水位信息，并与485接口进行有线可靠通信，并将信息传递到微处理器进行处理；所述电池为整个设备提供电源；所述微处理器用于与各模块进行通信，协调各模块有序工作；所述通信模块装有SIM卡用于与管理中心通讯；所述遇水监测模块用于监测警戒水位和遇水开启和关闭电源供给，所述存储模块用于存储水位信息、IP地址关键信息。

为了进一步实现本实用新型，所述主板还集成有电量监测模块，所述电量监测模块用于采集电池的电压，换算成电量信息并上传至管理中心。

为了进一步实现本实用新型，所述电源转换模块分为3.3V电源转换模块和4V电源转换模块，3.3V电源转换模块为微处理器提供3.3V的电源输出，4V电源转换模块为通讯模块提供4V的电源输出。

为了进一步实现本实用新型，所述通信模块支持NB-IoT或者GPRS通信模式。

为了进一步实现本实用新型，所述防水外壳为IP68防水外壳。

有益效果

本实用新型通过设置有2路485接口，可以使用另外1路485接口用于电子水尺或者不同频率的超声波模块，降低了测量盲区，提高了测量范围和精度；通过2路模拟接口可以使用2个相同的投入式压力传感器，同时堵塞的概率大大降低，提高了水位测量的可靠性；由于同时使用了遇水监测模块、定时模块大大降低整个设备的消耗。

附图说明

图1为本实用新型多传感器组合型变送器的电路连接框图。

附图标记说明：

1、超声波模块；2、电池；3、微处理器；4、485接口；6、模拟接口；8、通信模块；9、遇水监测模块；10、定时模块；11、电源转换模块；12、显示模块；13、存储模块；14、SIM卡；15、电量监测模。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步地详细的说明，这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本实用新型的基本结构，本具体实施的方向以图1方向为标准。

实施例一

如图1所示，本实用新型多传感器组合型变送器包括IP68防水外壳、主板、超声波模块1和电池2，主板、超声波模块1和电池2均设置在IP68防水外壳内，其中：

主板集成有微处理器3、2路485接口4、2路模拟接口6、通信模块8、遇水监测模块9、定时模块10、电源转换模块11、显示模块12、存储模块13、SIM卡14、电量监测模块等，485接口4、模拟接口6、通信模块8、遇水监测模块9、电源转换模块11、显示模块12、存储模块13、电量监测模15块均与微处理器3连接，电源转换模块11分为3.3V电源转换模块和4V电源转换模块，3.3V电源转换模块为微处理器3提供3.3V的电源输出，4V电源转换模块为通信模块8提供4V的电源输出。

超声波模块1用于测量水位信息，并与485接口4进行有线可靠通信，并将信息传递到微处理器3进行处理。

电池2为整个设备提供电源；

微处理器3用于与各模块进行通信，协调各模块有序工作；

485接口4用于与电子水尺或者不同频率的超声波模块进行有线可靠通信；

模拟接口6可用于同时接两个相同的压力传感器，同时堵塞的概率大大降低，提高了水位测量的可靠性；

通信模块8装有SIM卡14用于与管理中心通讯，可以使用GPRS或者NB-IOT进行通讯；

遇水监测模块9用于监测警戒水位和遇水开启和关闭电源供给；

电源转换模块11高效率产生两种不同的电压，并受微处理器3控制；

显示模块12用于各类参数的显示和设置；

存储模块13用于存储水位信息、IP地址关键信息；

电量监测15用于采集电池的电压，换算成电量信息并上传至管理中心，电压不足时通知用户更换电池。

IP68防水外壳可以长时间在深水中浸泡，大大提高了产品的可靠性；

设备留有丰富的传感器接口，2路485接口4、2路模拟接口6，其中2路485接口4中1路已经用于超声波模块1，另外1路用于电子水尺或者不同频率的超声波模块；2路模拟接口6可以使用1个压力传感器或者2个相同的压力传感器，同时堵塞的概率大大降低，提高了水位测量的可靠性；

通过设置有遇水监测模块9，工作原理为：遇水监测模块9如果没有监测到水，则不开启3.3V电源输出，不唤醒微处理器3，一旦监测到水，立即开启3.3V电源输出，唤醒微处理器3，微处理器3采集水位信息并开启4V电源输出并定期发送水位信息给通信模块8，最后传到管理中心；通过设置有定时模块10，工作原理为：在静态工作中，不开启电源输出，计时一到立刻开启3.3V电源输出，3.3V电源输出唤醒微处理器3，完成任务后微处理器3使用PWM信号告知定时模块10关闭3.3V电源输出；由于同时使用了遇水监测模块9、定时模块10大大降低整个设备的消耗。

通信模块8支持NB-IoT或者GPRS通信模式。

本实用新型通过设置有2路485接口4，可以使用另外1路485接口4用于电子水尺或者不同频率的超声波模块，降低了测量盲区，提高了测量范围和精度；通过2路模拟接口6可以使用2个相同的投入式压力传感器，同时堵塞的概率大大降低，提高了水位测量的可靠性；通过使用定时模块10可以降低整个设备的消耗，以获得超低的功耗，工作电流(只有定时模块10工作)功耗为微安(10-6A)级，与传统液位仪几毫安(10-3A)的功耗(微控制器处于待机状态、电源模块等在工作)相比，功耗降低了2个数量级以上；通过使用遇水监测模块9获得很低的功耗，静态工作中(只有遇水监测模块9工作)功耗小于1mA，与传统电子水尺10mA左右的功耗(MCU处于待机状态、电源模块等在工作)相比，功耗降低1个数量级左右，相比传统电子水尺的定期上报，如定期上报周期较长突然水位上升很快，势必延期发送警戒水位信息，本设计对获得警戒水位信息具有实时性。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式，本实用新型并不局限于上述实施方式，在实施过程中可能存在局部微小的结构改动，如果对本实用新型的各种改动或变型不脱离本实用新型的精神和范围，且属于本实用新型的权利要求和等同技术范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型。

Claims (5)

1.一种多传感器组合型变送器，其特征在于，包括防水外壳、主板、超声波模块和电池，所述主板、超声波模块和电池均设置在防水外壳内，所述主板集成有微处理器、2路485接口、2路模拟接口、通信模块、遇水监测模块、定时模块、电源转换模块、显示模块、存储模块、SIM卡；

所述超声波模块用于测量水位信息，并与485接口进行有线可靠通信，并将信息传递到微处理器进行处理；

所述电池为整个设备提供电源；

所述微处理器用于与各模块进行通信，协调各模块有序工作；

所述通信模块装有SIM卡用于与管理中心通讯；

所述遇水监测模块用于监测警戒水位和遇水开启和关闭电源供给；

所述存储模块用于存储水位信息、IP地址关键信息。

2.根据权利要求1所述的多传感器组合型变送器，其特征在于，所述主板还集成有电量监测模块，所述电量监测模块用于采集电池的电压，换算成电量信息并上传至管理中心。

3.根据权利要求1所述的多传感器组合型变送器，其特征在于，所述电源转换模块分为3.3V电源转换模块和4V电源转换模块，3.3V电源转换模块为微处理器提供3.3V的电源输出，4V电源转换模块为通讯模块提供4V的电源输出。

4.根据权利要求1所述的多传感器组合型变送器，其特征在于，所述通信模块支持NB-IoT或者GPRS通信模式。

5.根据权利要求1所述的多传感器组合型变送器，其特征在于，所述防水外壳为IP68防水外壳。