本發(fā)明涉及一種水位預(yù)警系統(tǒng)，具體是指一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號(hào)緩沖放大型水位預(yù)警系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

水利監(jiān)測(cè)設(shè)備是水利建設(shè)中不可或缺的設(shè)備，而對(duì)河道的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)預(yù)警是水利防洪抗洪工作中不可缺少的部分。隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的不斷發(fā)展，目前已出現(xiàn)了基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號(hào)緩沖放大型水位預(yù)警系統(tǒng)，通過(guò)水位預(yù)警系統(tǒng)可以實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)河道的水位，并根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果前提預(yù)測(cè)發(fā)生洪水的可能性，從而可以在洪水發(fā)生之前作好應(yīng)急準(zhǔn)備，減少損失。然而現(xiàn)有的基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號(hào)緩沖放大型水位預(yù)警系統(tǒng)還存在很大的缺陷，即該水位預(yù)警系統(tǒng)無(wú)法很好的對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，導(dǎo)致接收端接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定，工作人員無(wú)法根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確的對(duì)河道水位進(jìn)行分析，極大的影響了預(yù)警效果。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有的水位預(yù)警系統(tǒng)無(wú)法很好的對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，導(dǎo)致接收端接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)不穩(wěn)定的缺陷，提供一種基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號(hào)緩沖放大型水位預(yù)警系統(tǒng)。

本發(fā)明的目的通過(guò)下述技術(shù)方案現(xiàn)實(shí)：基于物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的信號(hào)緩沖放大型水位預(yù)警系統(tǒng)，主要由單片機(jī)，分別與單片機(jī)相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和信號(hào)處理單元，與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的水位傳感器，與信號(hào)處理單元相連接的無(wú)線傳輸單元，以及通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線傳輸單元相連接的上位機(jī)組成；所述信號(hào)處理單元由放大器P1，放大器P2，放大器P3，N極與放大器P1的正極相連接、P極與單片機(jī)相連接的二極管D1，串接在放大器P1的負(fù)極和輸出端之間的電阻R1，N極與放大器P1的輸出端相連接、P極與放大器P2的正極相連接的二極管D2，一端與放大器P2的負(fù)極相連接、另一端接地的電阻R2，串接在放大器P2的輸出端和放大器P3的正極之間的電阻R3，P極接地、N極經(jīng)電阻R4后與放大器P3的負(fù)極相連接的二極管D1，正極與放大器P3的正極相連接、負(fù)極與放大器P3的輸出端相連接的電容C1，與電容C1相并聯(lián)的電阻R5，與放大器P1的輸出端相連接的恒流源電路，P極與放大器P3的輸出端相連接、N極經(jīng)電阻R8后與恒流源電路相連接的二極管D3，與恒流源電路相連接的緩沖放大電路，以及分別與恒流源電路和緩沖放大電路相連接的脈沖調(diào)理電路組成；所述脈沖調(diào)理電路的輸出端與無(wú)線傳輸單元相連接。

進(jìn)一步的，所述緩沖放大電路由場(chǎng)效應(yīng)管MOS3，三極管VT3，三極管VT4，負(fù)極經(jīng)電阻R14后與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的柵極相連接、正極與恒流源電路相連接的電容C6，一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的漏極相連接、另一端順次經(jīng)電阻R15和電阻R17后接地的電阻R16，一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的源極相連接、另一端接地的電阻R18，正極與電容C6的負(fù)極相連接、負(fù)極經(jīng)電阻R19后與三極管VT4的發(fā)射極相連接的電容C7，一端與三極管VT4的發(fā)射極相連接、另一端接地的電阻R20，P極與三極管VT4的發(fā)射極相連接、N極與脈沖調(diào)理電路相連接的二極管D7，以及正極與三極管VT3的發(fā)射極相連接、負(fù)極經(jīng)電阻R21后與二極管D7的N極相連接的電容C8組成；所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的源極與三極管VT4的基極相連接、其漏極與三極管VT3的基極相連接；所述三極管VT3的發(fā)射極與三極管VT4的集電極相連接、其集電極接地。

所述恒流源電路由場(chǎng)效應(yīng)管MOS1，場(chǎng)效應(yīng)管MOS2，一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的柵極相連接、另一端接電源的電阻R7，以及串接在場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極之間的電位器R6組成；所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的源極與放大器P1的輸出端相連接、其柵極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的漏極相連接、其漏極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的柵極相連接；所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極分別與電容C6的正極和脈沖調(diào)理電路相連接、其漏極則與電位器R6的控制端相連接；所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極還經(jīng)電阻R8后與二極管D3的N極相連接。

所述脈沖調(diào)理電路由三極管VT1，三極管VT2，負(fù)極與三極管VT1的基極相連接、正極則與二極管D7的N極相連接的電容C2，正極與電容C6的正極相連接、負(fù)極接地的電容C3，P極與三極管VT1的集電極相連接、N極經(jīng)電阻R11后與三極管VT2的集電極相連接的二極管D5，負(fù)極與三極管VT2的基極相連接、正極經(jīng)電阻R9后與電容C3的正極相連接的電容C4，N極與三極管VT1的發(fā)射極相連接、P極與電容C3的負(fù)極相連接的穩(wěn)壓二極管D4，串接在三極管VT2的基極和電容C3的負(fù)極之間的電阻R10，P極與電容C3的負(fù)極相連接、N極經(jīng)電阻R12后與三極管VT2的發(fā)射極相連接的二極管D6，正向端與三極管VT2的集電極相連接、反向端經(jīng)電阻R13后與無(wú)線傳輸單元相連接的非門A，以及正極與非門A的反向端相連接、負(fù)極接地的電容C5組成。

所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS1和場(chǎng)效應(yīng)管MOS2均為2SK389BL型場(chǎng)效應(yīng)管。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比具有以下優(yōu)點(diǎn)及有益效果：

(1)本發(fā)明可以很好的對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，從而使上位機(jī)接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)更加穩(wěn)定，從而使工作人員能夠更好的根據(jù)監(jiān)測(cè)信號(hào)準(zhǔn)確的對(duì)河道水位進(jìn)行分析，極大的提高了本發(fā)明的預(yù)警效果。

(2)本發(fā)明采用信號(hào)處理單元對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行處理，該信號(hào)處理單元可以對(duì)信號(hào)波形進(jìn)行限幅，削去波形頂部或底部的干擾，使監(jiān)測(cè)信號(hào)更加穩(wěn)定，從而提高上位機(jī)接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性。

(3)本發(fā)明可以的信號(hào)處理單元可以對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大處理，從而彌補(bǔ)信號(hào)出現(xiàn)的衰弱，使上位機(jī)接收的信號(hào)更清晰。

附圖說(shuō)明

圖1為本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2為本發(fā)明的信號(hào)處理單元的結(jié)構(gòu)圖。

圖3為本發(fā)明的緩沖放大電路的結(jié)構(gòu)圖。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)說(shuō)明，但本發(fā)明的實(shí)施方式并不限于此。

實(shí)施例

如圖1所示，本發(fā)明主要由單片機(jī)，分別與單片機(jī)相連接的模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片和信號(hào)處理單元，與模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片相連接的水位傳感器，與信號(hào)處理單元相連接的無(wú)線傳輸單元，以及通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)與無(wú)線傳輸單元相連接的上位機(jī)組成。

該水位傳感器用于采集河道內(nèi)的水位信號(hào)，其通過(guò)管道安裝在水中，水位傳感器通過(guò)管道安裝是為了防止水流動(dòng)而影響水位測(cè)量的結(jié)果，該安裝方法已是成熟的技術(shù)，在這里不做過(guò)多贅述；該水位傳感器采用AL200W型壓阻式水位傳感器，該AL200W型壓阻式水位傳感器將與液位深度成正比的液體靜壓力準(zhǔn)確測(cè)量出來(lái)，并轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)模擬信號(hào)輸出，建立起輸出信號(hào)與液體深度的線性對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而可以測(cè)量出水位傳感器末端到液面的液位高度。

該單片機(jī)、模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片、信號(hào)處理單元以及無(wú)線傳輸單元?jiǎng)t被集成在一個(gè)設(shè)備安裝箱內(nèi)，該設(shè)備安裝箱則設(shè)置在岸邊。該模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片可以將水位傳感器輸出的水位模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為水位數(shù)字信號(hào)，其采用ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)，該ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的模擬量輸入端IN0管腳與水位傳感器相連接。該單片機(jī)則為本發(fā)明的控制處理中心，其采用AT89S51單片機(jī)來(lái)實(shí)現(xiàn)，該AT89S51單片機(jī)的P1.0信號(hào)輸入管腳與ADC0809模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片的數(shù)字量輸出端21管腳相連接，其P3.1信號(hào)輸出管腳則與信號(hào)處理單元相連接。該信號(hào)處理單元可以對(duì)水位數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，其輸出端與無(wú)線傳輸單元的信號(hào)輸入端相連接。該無(wú)線傳輸模塊用于將水位數(shù)字信號(hào)通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)傳輸給上位機(jī)，其采用ZIGBEE無(wú)線傳輸模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)。上位機(jī)為現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，其可以對(duì)接收到的水位信號(hào)進(jìn)行分析并顯示。

為了更好的對(duì)水位數(shù)字信號(hào)進(jìn)行處理，如圖2所示，所述信號(hào)處理單元由放大器P1，放大器P2，放大器P3，N極與放大器P1的正極相連接、P極與單片機(jī)相連接的二極管D1，串接在放大器P1的負(fù)極和輸出端之間的電阻R1，N極與放大器P1的輸出端相連接、P極與放大器P2的正極相連接的二極管D2，一端與放大器P2的負(fù)極相連接、另一端接地的電阻R2，串接在放大器P2的輸出端和放大器P3的正極之間的電阻R3，P極接地、N極經(jīng)電阻R4后與放大器P3的負(fù)極相連接的二極管D1，正極與放大器P3的正極相連接、負(fù)極與放大器P3的輸出端相連接的電容C1，與電容C1相并聯(lián)的電阻R5，與放大器P1的輸出端相連接的恒流源電路，P極與放大器P3的輸出端相連接、N極經(jīng)電阻R8后與恒流源電路相連接的二極管D3，與恒流源電路相連接的緩沖放大電路，以及分別與恒流源電路和緩沖放大電路相連接的脈沖調(diào)理電路組成；所述脈沖調(diào)理電路的輸出端與無(wú)線傳輸單元相連接。

該放大器P2，放大器P3，電阻R3，以及二極管D3形成限幅放大電路；該限幅放大電路可以有效的削去波形頂部或底部的干擾。電容C1在限幅的狀態(tài)下起頻率補(bǔ)償作用，從而使水位數(shù)字信號(hào)更加穩(wěn)定。

其中，恒流源電路由場(chǎng)效應(yīng)管MOS1，場(chǎng)效應(yīng)管MOS2，一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的柵極相連接、另一端接電源的電阻R7，以及串接在場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的漏極和場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極之間的電位器R6組成。所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS1的源極與放大器P1的輸出端相連接，其柵極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的漏極相連接，其漏極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的柵極相連接。所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極分別與脈沖調(diào)理電路和緩沖放大電路相連接，其漏極則與電位器R6的控制端相連接。所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極還經(jīng)電阻R8后與二極管D3的N極相連接。該恒流源電路可以為信號(hào)處理單元提供恒定的電流，其不用調(diào)整就可得到正負(fù)相同的電流特性。為了達(dá)到更好的效果，所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS1和場(chǎng)效應(yīng)管MOS2均采用2SK389BL型場(chǎng)效應(yīng)管來(lái)實(shí)現(xiàn)。

另外，該脈沖調(diào)理電路由三極管VT1，三極管VT2，電阻R9，電阻R10，電阻R11，電阻R12，電阻R13，電容C2，電容C3，電容C4，電容C5，穩(wěn)壓二極管D4，二極管D5，二極管D6以及非門A。

連接時(shí)，電容C2的負(fù)極與三極管VT1的基極相連接，正極則與緩沖放大電路相連接。電容C3的正極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極相連接，負(fù)極接地。二極管D5的P極與三極管VT1的集電極相連接，N極經(jīng)電阻R11后與三極管VT2的集電極相連接。電容C4的負(fù)極與三極管VT2的基極相連接，正極經(jīng)電阻R9后與電容C3的正極相連接。穩(wěn)壓二極管D4的N極與三極管VT1的發(fā)射極相連接，P極與電容C3的負(fù)極相連接。電阻R10串接在三極管VT2的基極和電容C3的負(fù)極之間。二極管D6的P極與電容C3的負(fù)極相連接，N極經(jīng)電阻R12后與三極管VT2的發(fā)射極相連接。非門A的正向端與三極管VT2的集電極相連接，反向端經(jīng)電阻R13后與無(wú)線傳輸單元相連接。電容C5的正極與非門A的反向端相連接，負(fù)極接地。

其中，電容C3和電阻R9構(gòu)成RC濾波電路，該RC濾波電路可以對(duì)干擾信號(hào)進(jìn)行過(guò)濾。該三極管VT1，三極管VT2，二極管D5，電阻R11，非門A以及電容C5則共同形成調(diào)理電路，該調(diào)理電路可以進(jìn)一步的對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)的波形進(jìn)行處理，使監(jiān)測(cè)信號(hào)更加穩(wěn)定。

如圖3所示，所述緩沖放大電路由場(chǎng)效應(yīng)管MOS3，三極管VT3，三極管VT4，電阻R14，電阻R15，電阻R16，電阻R17，電阻R18，電阻R19，電阻R20，電阻R21，二極管D7，電容C6，電容C7以及電容C8組成。

連接時(shí)，電容C6的負(fù)極經(jīng)電阻R14后與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的柵極相連接，正極與場(chǎng)效應(yīng)管MOS2的源極相連接。電阻R16的一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的漏極相連接，另一端順次經(jīng)電阻R15和電阻R17后接地。電阻R18的一端與場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的源極相連接，另一端接地。電容C7的正極與電容C6的負(fù)極相連接，負(fù)極經(jīng)電阻R19后與三極管VT4的發(fā)射極相連接。電阻R20的一端與三極管VT4的發(fā)射極相連接，另一端接地。二極管D7的P極與三極管VT4的發(fā)射極相連接，N極與電容C2的正極相連接。電容C8的正極與三極管VT3的發(fā)射極相連接，負(fù)極經(jīng)電阻R21后與二極管D7的N極相連接。所述場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的源極與三極管VT4的基極相連接，其漏極與三極管VT3的基極相連接。所述三極管VT3的發(fā)射極與三極管VT4的集電極相連接，其集電極接地。

該場(chǎng)效應(yīng)管MOS3形成一個(gè)放大器，三極管VT3和三極管VT4則形成一個(gè)射極跟隨器，此結(jié)構(gòu)為兩個(gè)緩沖放大器的組合，因此具有很高的放大倍數(shù)。該電容C7和電阻R19形成負(fù)反饋鏈路，該負(fù)反饋鏈路將輸出的信號(hào)反饋到場(chǎng)效應(yīng)管MOS3的柵極，從而改善了放大器的頻率特性。該緩沖放大電路可以對(duì)監(jiān)測(cè)信號(hào)進(jìn)行放大處理，從而彌補(bǔ)信號(hào)出現(xiàn)的衰弱。

水位信號(hào)經(jīng)過(guò)信號(hào)處理單元處理后更加穩(wěn)定，從而提高上位機(jī)接收到的監(jiān)測(cè)信號(hào)的穩(wěn)定性。

工作時(shí)，該水位傳感器采集河道中的水位信號(hào)并傳輸給模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片，該模數(shù)轉(zhuǎn)換芯片將水位信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)發(fā)送給單片機(jī)，單片機(jī)將水位信號(hào)傳輸給信號(hào)處理單元，該無(wú)線傳輸單元通過(guò)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)將水位信號(hào)發(fā)送給上位機(jī)，該上位機(jī)對(duì)水位信號(hào)進(jìn)行分析、顯示，工作人員則根據(jù)監(jiān)測(cè)結(jié)果對(duì)河道水位情況進(jìn)行判斷，如有發(fā)生洪水的可能，則提前作好應(yīng)急準(zhǔn)備。

如上所述，便可很好的實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。