一体化压力式水位水温监测电路和水位水温计

摘要

本实用新型实施例公开了一体化压力式水位水温监测电路和水位水温计，包括水位传感模块、水温传感模块、模数转换模块和数据处理模块；水位传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号至模数转换模块；水温传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的水温并输出温度信号至模数转换模块；模数转换模块还与数据处理模块连接，用于对电压信号和温度信号进行模数转换处理，输出相应的数字信号至数据处理模块；数据处理模块用于根据接收到的数字信号计算输出预设监测点的水位数据和水温数据。基于压力式水位传感实现数字化的监测，通过数字信号同时采集水压、水位与温度数据，实现一体化安装的准确数据监测。

说明书

技术领域

本实用新型涉及地下水监测技术领域，尤其涉及一体化压力式水位水温监测电路和水位水温计。

背景技术

地下水距地表面的距离长达几百米至一千米不等，是水资源的重要组成部分，而对地下水进行动态监测对水资源的可持续开发尤为重要。

目前地下水的水位水温监测方式是用电缆将测量设备放至水中，且分别采用水位和水温两套测量设备，并且从井下到地面传输的是模拟信号，其传输距离受限且模拟信号易受噪声干扰、不稳定，降低了测量数据的可靠性。

实用新型内容

针对上述技术问题，本实用新型实施例提供了一体化压力式水位水温监测电路和水位水温计，旨在解决现有技术中水位水温监测数据可靠性低的问题。

本实用新型实施例的第一方面提供一种一体化压力式水位水温监测电路，包括水位传感模块、水温传感模块、模数转换模块和数据处理模块；所述水位传感模块与所述模数转换模块连接，用于测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号至所述模数转换模块；所述水温传感模块与所述模数转换模块连接，用于测量预设监测点的水温并输出温度信号至所述模数转换模块；所述模数转换模块还与所述数据处理模块连接，用于对所述电压信号和温度信号进行模数转换处理，输出相应的数字信号至所述数据处理模块；所述数据处理模块用于根据接收到的数字信号计算输出所述预设监测点的水位数据和水温数据。

可选地，所述模数转换模块包括模数转换器、基准电容、滤波电容、第一电阻和第二电阻；所述模数转换器的第7脚连接所述基准电容的一端，所述模数转换器的第8脚连接所述基准电容的另一端；所述模数转换器的第10脚连接所述滤波电容的一端和所述第一电阻的一端，所述第一电阻的另一端连接所述第二电阻的一端和模拟输入端；所述滤波电容的另一端、所述第二电阻的另一端、所述模数转换器的第9脚和第24脚均接地；所述模数转换器的第13脚、第17脚、第18脚、第19脚、第20脚和第26脚连接所述数据处理模块。

可选地，所述模数转换模块还包括方波发生器和多路复用器；所述方波发生器的第12脚连接所述模数转换器的第22脚，所述方波发生器的第14脚连接所述数据处理模块，所述方波发生器的第15脚接地；所述多路复用器的第1脚、第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第10脚、第11脚分别对应连接所述模数转换器的第12脚、第14脚、第28脚、第15脚、第27脚、第23脚、第16脚，所述多路复用器的第4脚、第7脚和第9脚均两件所述数据处理模块。

可选地，所述数据处理模块包括单片机，所述单片机的第36脚、第37脚、第38脚分别对应连接所述多路复用器的第9脚、第7脚、第4脚；所述单片机的第39脚、第35脚、第34脚、第33脚、第32脚、第12脚分别对应连接所述模数转换器的第13脚、第20脚、第19脚、第18脚、第17脚、第26脚；所述单片机的第30脚连接所述方波发生器的第14脚。

可选地，所述水位传感模块采用型号为ST3011的液位变送传感器。

可选地，所述模数转换器的型号为ICL7135。

可选地，所述方波发生器采用型号为MC14017的十进制分频器。

可选地，所述多路复用器的型号为74HC157。

可选地，所述单片机的型号为AT89C51。

本实用新型实施例第二方面提供了一种水位水温计，包括外壳，所述外壳内设置有PCB板，所述PCB板上设置有如上所述的一体化压力式水位水温监测电路。

本实用新型实施例提供的技术方案中，所述一体化压力式水位水温监测电路包括水位传感模块、水温传感模块、模数转换模块和数据处理模块；水位传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号至模数转换模块；水温传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的水温并输出温度信号至模数转换模块；模数转换模块还与数据处理模块连接，用于对电压信号和温度信号进行模数转换处理，输出相应的数字信号至数据处理模块；数据处理模块用于根据接收到的数字信号计算输出预设监测点的水位数据和水温数据。基于压力式水位传感实现数字化的监测，通过数字信号同时采集水压、水位与温度数据，实现一体化安装的准确数据监测。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的所述一体化压力式水位水温监测电路的结构框图；

图2为本实用新型实施例提供的所述一体化压力式水位水温监测电路的电路图；

图3为本实用新型实施例提供的所述一体化压力式水位水温监测电路中模数传感器的封装引脚图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅图1，本实用新型实施例提供的一体化压力式水位水温监测电路，包括水位传感模块10、水温传感模块20、模数转换模块30和数据处理模块40；水位传感模块10和水温传感模块20均与模数转换模块30连接，模数转换模块30还与数据处理模块40连接，其中，水位传感模块10用于测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号至模数转换模块30；水温传感模块20用于测量预设监测点的水温并输出温度信号至模数转换模块30；模数转换模块30用于对电压信号和温度信号进行模数转换处理，输出相应的数字信号至数据处理模块40；数据处理模块40用于根据接收到的数字信号计算输出预设监测点的水位数据和水温数据。

本实施例中，通过在水下的预设监测点安装水位传感模块10和水温传感模块20，该水位传感模块10采用压力式的测量方式测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号，在实现水压监测的同时也能通过后续的换算得到相应的水位数据，水温传感模块20可优选采用电流型的温度传感器，信号可远距离传输且不易受干扰，之后将测量得到的模拟信号转换为能可靠稳定传输的数字信号后传输至数据处理模块40中，根据接收到的数字信号获得水温数据，并且根据电压信号获取相应的水压数据后换算得到水位数据，同时实现水压、水位与温度数据的采集，实现一体化安装的准确数据监测。

在一个实施例中，水位传感模块10采用压力式水位传感器实现水位测量，具体采用型号为ST3011的液位变送传感器，ST3011型液位变送传感器,可以用来测量开口容器及河渠、湖泊、水井中的液位，具有结构简单、测量精确、安装方便等特点。ST3011型液位变送传感器由不锈钢探头、导气电缆和电气盒组成，探头与电气盒之间由专用电缆连接，电缆中间有一导气管使传感器的背腔与大气相通，电缆与探头和电气盒之间为密封连接。当把传感器投入到水中某一位置时，基于所测液体静压与该液体的高度成比例的原理，将测点的静水压力转换为电压信号，并且通过温度补偿和线性修正保证水位计精度不受安装现场温度影响，通过换算即可得到水位数据，具体来说，若测点的静水压力为P＝Hγ，其中，P为静水压力，H为水深，即测点至水面的距离，γ为水体容量，推算即可得到测点的水深H＝P/γ，进一步可得到测点的水位Hw＝Ho+P/γ，其中Hw为水位，Ho为测点的绝对高程，实现安装便捷且测量准确的水位测量。

在一个实施例中，水温传感模块20可采用集成温度传感器，例如型号为AD590的电流型温度传感器，通过对电流的策略可得到所需要的温度值，其信号可以远距离传输且不易收到外界电磁场的干扰，非常适用于对水质温度进行自动检测控制的场景，实现高效且稳定传输的水温监测。

在一个实施例中，如图2和图3所示，模数转换模块30包括模数转换器U1、基准电容C1、滤波电容C2、第一电阻R1和第二电阻R2；模数转换器U1的第7脚连接基准电容C1的一端，模数转换器U1的第8脚连接基准电容C1的另一端；模数转换器U1的第10脚连接滤波电容C2的一端和第一电阻R1的一端，第一电阻R1的另一端连接第二电阻R2的一端和模拟输入端，即水位传感模块10和水温传感模块20测量得到的模拟量信号则从该模拟输入端输入以进行模数转换处理；滤波电容C2的另一端、第二电阻R2的另一端、模数转换器U1的第9脚和第24脚均接地；模数转换器U1的第13脚、第17脚、第18脚、第19脚、第20脚和第26脚连接数据处理模块40。

本实施例中，压力式水位传感器输出的电信号为模拟量信号，因此需须将其转换成数字量才能被单片机U4采集、分析、计算，因此通过模数转换器U1来完成这一功能，模数转换芯片的种类很多,根据转换原理主要可分为逐次逼近式和双积分式，逐次逼近式的模数转换芯片具有转换速度快的特点，但其价格较高，双积分式模数转换芯片的转换精度高,对于成周期变化的干扰信号积分结果为零,因而具有抗干扰性能,而且还具有价格便宜、与单片机U4接口方便等优点,但其缺点是转换速度不快。由于在水位监测中对于A/D转换的精度要求较高,而对转换速度要求不是十分苛刻,因而本实施例中采用型号ICL7135双积分式ADC作为模数转换器U1，实现高精度的模数转换。

在一个实施例中，模数转换模块30还包括方波发生器U2和多路复用器U3；方波发生器U2的第12脚连接模数转换器U1的第22脚，方波发生器U2的第14脚连接数据处理模块40，方波发生器U2的第15脚接地；多路复用器U3的第1脚、第2脚、第3脚、第5脚、第6脚、第10脚、第11脚分别对应连接模数转换器U1的第12脚、第14脚、第28脚、第15脚、第27脚、第23脚、第16脚，多路复用器U3的第4脚、第7脚和第9脚均两件数据处理模块40。

本实施例中，模数转换器U1进一步配合方波发生器U2和多路复用器U3以获取时钟脉冲来满足系统所需的转换速度要求，且采用多路复用器U3可接收两个或多个输入，并根据需求选择其中一个作为输出，实现多路信号的复用传输，具体该方波发生器U2采用型号为MC14017的十进制分频器，多路复用器U3的型号为74HC157，即具体实施时，模数转换模块30中ICL7135的模数转换结果是动态并行输出的，采集部分主要由ICL7135、74HC157、MC14017等组成，MC14017作为方波发生器U2为ICL7135提供时钟信号，当数据处理模块40的晶振频率取12MHz时，MC14017的CLK输入时钟频率为2MHz，经10分频后，Cout输出为200kHz的方波作为ICL7135的时钟脉冲，在满足转换速度要求的同时也实现了高精度的模数转换。

在一个实施例中，数据处理模块40包括单片机U4，单片机U4的第36脚、第37脚、第38脚分别对应连接多路复用器U3的第9脚、第7脚、第4脚；单片机U4的第39脚、第35脚、第34脚、第33脚、第32脚、第12脚分别对应连接模数转换器U1的第13脚、第20脚、第19脚、第18脚、第17脚、第26脚；单片机U4的第30脚连接方波发生器U2的第14脚。

本实施例中，通过单片机U4对接收到的数字量信号进行采集、分析以及计算，具体采用型号为AT89C51的单片机U4，通过该单片机U4实现对水位水温数据监测的控制，具体来说，单片机U4在监测起始先完成初始化，之后启动模数转换，之后清零标志位，之后等待外部中断，之后在外部中断0的中断服务程序完成数据的转换、读出、处理工作，即根据读取数字信号并换算得到相应的水压数据、水位数据和水温数据，实现高效可靠的一体化水数据监测，当然还可进一步通过与单片机U4连接的例如显示屏实时显示当前的监测数据，实现更加直观明了的地下水数据监测。

上面对本实用新型实施例中的一体化压力式水位水温监测电路进行了描述，下面对本实用新型实施例中的水位水温计进行描述，本实用新型实施例中水位水温计的一个实施例包括外壳，所述外壳内设置有PCB板，PCB板上设置有如上的一体化压力式水位水温监测电路，由于上文已对一体化压力式水位水温监测电路进行了详细描述，此处不做赘述。

综上所述，本实用新型实施例提供的技术方案中，所述一体化压力式水位水温监测电路包括水位传感模块、水温传感模块、模数转换模块和数据处理模块；水位传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的静水压力并输出相应的电压信号至模数转换模块；水温传感模块与模数转换模块连接，用于测量预设监测点的水温并输出温度信号至模数转换模块；模数转换模块还与数据处理模块连接，用于对电压信号和温度信号进行模数转换处理，输出相应的数字信号至数据处理模块；数据处理模块用于根据接收到的数字信号计算输出预设监测点的水位数据和水温数据。基于压力式水位传感实现数字化的监测，通过数字信号同时采集水压、水位与温度数据，实现一体化安装的准确数据监测。

以上实施例仅用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型各实施例技术方案的精神和范围。