一种非接触式的水位监测方法及液位监测装置

技术领域

本发明涉及污水管网水位监测技术领域，特别是一种非接触式的水位监测方法及液位监测装置。

背景技术

在污水管网水位监测的过程中，窨井水质脏、温度高、湿度大、有杂物，静压式液位计探头在使用过程中需要将感应元件与污水接触，通过测量淹没探头的液体压力测算液位高度，这导致探头容易附着淤泥与污物，需要定期维护。

发明内容

本发明要解决的技术问题，在于提供一种非接触式的水位监测方法及液位监测装置，感应元件通过非接触的方式测量窨井水位高度，减少维护工作量。

本发明是这样实现的：一种非接触式的液位监测装置，包括：

无线传输终端；

水位感应器，有若干个；每所述水位感应器包括防水外壳和触发模块，所述触发模块包括触发芯片和感应电容，所述感应电容通信连接于所述触发芯片；所述触发模块固定连接于所述防水外壳内；

通信线缆，每所述触发芯片通过所述通信线缆并联连接于所述无线传输终端；

其中，若干个所述水位感应器呈竖直间隔排布。

进一步地，所述无线传输终端包括

无线通信模块；

MCU，通信连接于所述无线通信模块，并通信连接于每所述触发芯片。

进一步地，所述无线通信模块包括

无线模块，通信连接于所述MCU；

SIM卡座，通信连接于所述无线模块。

进一步地，所述无线传输终端还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块通信连接于所述MCU。

进一步地，还包括电源；所述电源连接于所述无线模块、蓝牙模块、MCU和每所述触发芯片。

进一步地，还包括角度传感器，通过所述通信线缆连接于所述无线传输终端。

本发明还提供一种非接触式的水位监测方法，采用所述的一种非接触式的液位监测装置，所述的水位监测方法包括以下步骤：

接收水位感应器上感应电容产生的电容值；

将接收到的电容值处理后发送给MCU，由MCU再将接收到的电容值发送给无线通信模块，再由无线通信模块将接收到的电容值上报给服务器，最后由服务器将接收到的电容值和预定的电容初值进行比较，判断水位感应器是否被淹没，若是，则该水位感应器对应的预设的水位高度即为当前水位高度；若不是，则表面水位感应器没有被淹没，水位处于该水位感应器下方。

进一步地，判断水位感应器是否被淹没的条件是：

当服务器接收到的电容值小于预定的电容初值时，则表明水位感应器被淹没；

当服务器接收到的电容值大于等于预定的电容初值时，则表明水位感应器未被淹没。

本发明具有如下优点：本发明提供一种非接触式的水位监测方法及液位监测装置，包括：无线传输终端；水位感应器，有若干个；每所述水位感应器包括防水外壳和触发模块，所述触发模块包括触发芯片和感应电容，所述感应电容通信连接于所述触发芯片；所述触发模块固定连接于所述防水外壳内；通信线缆，每所述触发芯片通过所述通信线缆并联连接于所述无线传输终端。当水位感应器未被液体淹没时，感应电容存在一定的静态电容；当水位感应器被液体淹没时，液体的寄生电容将耦合到这个感应电容的静态电容上，使水位感应器的最终电容值变小；通过触发芯片将水位感应器的电容信号转化为开关量信号并进行判断，即可判定窨井水位高度，此时该水位感应器对应的预设高度即为水位的高度，实现远程监测。

附图说明

下面参照附图结合实施例对本发明作进一步的说明。

图1为本发明的液位监测装置一实施例的结构示意图。

图2为本发明的液位监测装置的原理框图。

图3至图6是本发明的液位监测装置一实施例的电路图。

图7是本发明的水位监测方法的流程图。

附图标记说明：

无线传输终端1；

水位感应器2，防水外壳21，触发模块22，触发芯片221，感应电容222；

通信线缆3；

配重块4；

井盖5。

具体实施方式

本发明的发明构思如下：

(1)感应电容222是固定设在在所述防水外壳21内部的，和液体并不接触，从而不受淤泥和污物的影响，使环境干扰因素降低，满足在监测窨井水位的时候，减少维护工作量。

其中，当水位感应器2未被液体淹没时，感应电容222存在一定的静态电容；当水位感应器2被液体淹没时，液体的寄生电容将耦合到这个感应电容222的静态电容上，使水位感应器2的最终电容值变小，即感应电容222的电容值在水位感应器2未接触水时最大，接触水会变小，通过触发芯片221将水位感应器2的电容信号转化为开关量信号发送给MCU，后发送给无线模块，最终通过无线模块远程传输给服务器，由服务器并进行判断，即可判定窨井水位高度，此时该水位感应器2对应的预设高度即为水位的高度，实现远程监测。

请参阅图1至图7所示。其中图3至图6组成所述的液位监测装置完整的电路图。

本发明的一种非接触式的液位监测装置，包括：

无线传输终端1；

水位感应器2，有若干个；每所述水位感应器2包括防水外壳21和触发模块22，所述触发模块包括触发芯片221和感应电容222，所述感应电容222通信连接于所述触发芯片221；所述触发模块22固定连接于所述防水外壳21内；在具体实施中，所述触发模块22可采用一接线板，在接线板上设置所述触发芯片221和感应电容222。

通信线缆3，每所述触发芯片221通过所述通信线缆3并联连接于所述无线传输终端1；所述通信线缆3主要起两个作用：一、作为所述水位感应器2和无线传输终端1的连接线，实现两者通信；二、起吊装固定所述水位感应器2的作用，从而在本发明所述的液位监测装置安装在窨井内时，所述水位感应器2直接悬挂在所述通信线缆3上，而无需固定在窨井的侧壁上。在具体实施中，由于通信线缆3和接线板进行连接时，通常采用焊接的方式，因此实际使用时，可通过这些焊点将水位感应器2固定吊装在通信线缆3上。当然，所述通信线缆3还可以进一步和所述防水外壳21进行固定，可采用胶黏、卡接、线扣锁紧等方式进行固定，从使得通信线缆3和接线板之间的焊点减少受力，避免将通信线缆和水位感应器2及无线传输终端1之间的焊接点给拉松脱，而导致通信失效。

其中，若干个所述水位感应器2呈竖直间隔排布，每个水位感应器2对应一水位高度，当某个水位感应器2被液体淹没时，即表明窨井内的液位高度达到该水位感应器2的预设高度，从而实现对液位的监测。而设置若干个所述水位感应器2，则可实现多级水位监测。

水位监测原理：当水位感应器2未被液体淹没时，感应电容222存在一定的静态电容，此时电容值最大；当水位感应器2被液体淹没时，液体的寄生电容将耦合到这个感应电容222的静态电容上，使水位感应器2的最终电容值变小，通过触发芯片221将水位感应器2的电容信号转化为开关量信号发送给MCU，后发送给无线模块，最终通过无线模块远程传输给服务器，由服务器并进行判断，即可判定窨井水位高度，此时该水位感应器2对应的预设高度即为水位的高度，实现远程监测。

所述无线传输终端1包括

无线通信模块；

MCU，通信连接于所述无线通信模块，并通信连接于每所述触发芯片221。

所述无线通信模块包括

无线模块，通信连接于所述MCU；在具体一实施例中，如图4所示，所述无线模块采用NB-IoT无线模块，SIM卡座用于插设SIM卡。

在具体实施中，所述无线通信模块、MCU、蓝牙模块可安装在一外壳内，该外壳的形状可根据需求随意设置，例如、正方体、长方体、异型结构都可以，根据需求去设置即可。同理，所述防水外壳的形状也可根据需求去随意设计、例如，长方体、正方体、异型结构等等。

SIM卡座，通信连接于所述无线模块。

所述无线传输终端还包括蓝牙模块，所述蓝牙模块通信连接于所述MCU。所述蓝牙模块用于给MCU进行配置相关信息，例如配置参数、端口号、唤醒时间、上报周期、检测液位等信息，这些根据实际使用需求去配置即可。例如，在具体安装过程中，工作人员使用移动设备上相应的APP，通过所述蓝牙模块实现和MCU进行通信，进行相应的信息配置即可；配置好后，再将本发明所述的多级水位监测装置安装在井盖5上，最后再将井盖5安装好。然后去下一个窨井进行安装作业。

还包括电源；所述电源连接于所述无线模块、蓝牙模块、MCU和每所述触发芯片。在具体实施中，如图5所示，所述电源包括MCU供电、电池电量监控、无线模块供电、蓝牙模块供电、触发模块供电。

还包括角度传感器，通过所述通信线缆连接于所述无线传输终端。所述角度传感器用于监测井盖5是否发生倾斜、翘起等位置变化状态，从而实现远程监控井盖的状态。例如，在具体实施中，当所述的液位监测装置安装在井盖5上，井盖5安装好后，所述角度传感器具有一初始角度，该角度为默认状态的角度，可以事先预设，当井盖5发生倾斜、翘起等变化时，所述角度传感器检测到角度发生变化，反馈信号给MCU，MCU则反馈给所述无线模块，无线模块最后将水位状态信息无线传输给远程服务器，提示工作人员井盖5位置发生变化，再去排查异常。从而可以及时让工作人员知道井盖的位置异常，降低该井盖5处发生交通事故等安全隐患的风险。

在具体实施中，如图1所示，还可设置配重块4，配重块固定连接于所述通信线缆3。

本发明还提供一种非接触式的水位监测方法，采用所述的一种非接触式的液位监测装置，其中无线模块和远程服务器实现通信，所述的水位监测方法包括以下步骤：

接收水位感应器2上感应电容产生的电容值；

将接收到的电容值处理后发送给MCU，在具体实施例中，触发芯片221将接收到的电容值处理成数值发送给MCU；由MCU再将接收到的电容值发送给无线通信模块，再由无线通信模块将接收到的电容值上报给服务器，最后由服务器将接收到的电容值和预定的电容初值进行比较，判断水位感应器2是否被淹没，若是，则该水位感应器2对应的预设的水位高度即为当前水位高度；若不是，则表面水位感应器2没有被淹没，水位处于该水位感应器2下方，表明液位还未达到该水位感应器2的预定的高度。

其中，判断水位感应器2是否被淹没的条件是：

当服务器接收到的电容值小于预定的电容初值时，则表明水位感应器2被淹没；

当服务器接收到的电容值大于等于预定的电容初值时，则表明水位感应器2未被淹没。

在具体实施中，所述的预定的电容初值，可以是具体的一个电容值，也可以是一个阈值，如果采用阈值，则可提高监测的准确率，因为在实际制造过程中，即使同一型号的水位感应器2，在制造中各个水位感应器2的精度及参数也存在一定的误差，或者说参数会有个波动范围，因此，预定的电容初值采用阈值，可使得监测精度更高。例如，当检测到的电容值小于预定的电容初值的下限值时，表面水位感应器2被淹没，反之，则未被淹没。

触发电路图说明：参见图6所示，其中触发芯片-输出电容值电路中的KEY1即为感应电容222，在具体实施中可采用一铜片，将其贴在所述防水外壳21内部；当窨井内的液体将所述水位感应器2淹没时，KEY1会产生一电容值，反馈给触发芯片221进行处理，处理呈数值发送给MCU，然后由MCU发送给无线模块，最后传输给远程服务器，远程服务器将接收到的电容值和预先设定的电容初值进行比较，若小于电容初值，则表面该水位感应器2已经被淹没，表面此时窨井内的液位处于该水位感应器2对应的预设高度。其中PWR CTL1为接通当前触发模块供电；而当当前触发模块对应的水位感应器2被淹没时，触发芯片将PWR CTL2接通，将下一个触发模块供电接通电源，开启工作。这样分级将各个水位感应器2接通电源工作，可节省电量。当然在其它实施例中，可直接将各个感应器同时接通电源，开启工作，这样的话处于上方未被淹没的水位感应器2一直开启工作，无疑耗电量增加。这个可根据实际需求设置即可。

虽然以上描述了本发明的具体实施方式，但是熟悉本技术领域的技术人员应当理解，我们所描述的具体的实施例只是说明性的，而不是用于对本发明的范围的限定，熟悉本领域的技术人员在依照本发明的精神所作的等效的修饰以及变化，都应当涵盖在本发明的权利要求所保护的范围内。