[实用新型]智能水位水温传感器

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种数字化传感器，尤其是需要进行远距离测量和传输水位水温数据的智能传感器。 

背景技术

煤矿矿区地下水的水位和水温变化数据是重要的水文资料，需要长期测量和保存。地下水距地表面的距离长达几百米至一千米不等，测量方式是通过打井，用电缆将测量设备放至水中。传统的测量方法是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，其缺点是安装不方便，传输距离近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。许多矿区只测量水位，不测量水温，导致水文资料不全面。另外，矿区对测量仪器还有2点要求： 

1、所有的传感器都是采用电池供电，要求测量仪器具有节能和延长电池使用时间的功能。 

2、要求测量仪器具有随时更改定时测量时间的功能，并要求发送测量数据时同时发送测量时间及电池电压信息。 

传统的测量设备不具备上述功能。 

发明内容

为了克服现有设备安装不方便、测量数据单一、传输距离近且传输模拟信号易受噪声干扰、不稳定的缺点，以及矿区对测量仪器的功能要求，本实用新型提供了一种智能化水位水温传感器，其整体用环氧树脂封装在外径25mm长140mm的不锈钢管内，并通过RS485总线直接输出数字信号，不仅克服了传输模拟信号易受噪声干扰、不稳定的缺点，传输距离可达一千米以上，还具有节能和延长电池使用时间的功能，能够随时更改定时测量时间并发送实时时间和电池电压信息。 

本实用新型所采用的技术方案是：智能水位水温传感器，主要由单片机、水位传感器、数字温度传感器、恒流源、信号调理电路、RS485通信模块、时钟芯片、分压电路、电子开关、光耦组成，单片机内部至少含有2个A/D转换器，水位传感器输出端与信号调理电路输入端相连，信号调理电路输出端与单片机内部 A/D转换器输入端相连，数字温度传感器接口与单片机对应接口相连，恒流源输出端与水位传感器电源端相连，时钟芯片接口与单片机对应接口相连，分压电路输出端与单片机内部A/D转换器输入端相连，RS485通信模块输入端与单片机对应接口相连，RS485通信模块输出端与地面无线模块对应接口相连，光耦输入端与单片机对应接口相连，光耦输出端与地面无线模块对应接口相连，单片机和时钟芯片由稳压电路供电，其它受控电子元件通过电子开关供电，电子开关控制端与单片机对应接口相连。 

智能水位水温传感器，其特征是：水位传感器由恒流源供电，不受电池电压变化的影响，性能更稳定，精度更高；水位传感器输出信号经过信号调理电路放大滤波后，信噪比得到提高，该信号送至单片机内部A/D转换器的输入端，单片机通过A/D转换器将模拟水位信号转换为数字信号，再经过数字滤波，得到更加稳定可靠的数字化水位信号；单片机对水温的测量是直接采用高精度数字温度传感器，并对温度信号进行数字滤波，得到更加稳定可靠的数字化水温信号；单片机通过RS485通信模块将数字化的水位水温信号送至地面的无线模块，无线模块则将井下传来的测量数据通过电信网络发送到数据中心；由于RS485通信总线具有传输距离远且抗干扰能力强的特点，本实用新型传输的数字水位水温信号不仅克服了传输模拟信号噪声干扰大、不稳定的缺点，而且传输距离可达一千米以上，传输信号的可靠性更高。 

分压电路为单片机监测电池电压提供信息，单片机通过片内A/D转换器对电池电压进行监测，当电压过低时，及时通知使用者更换电池。 

时钟芯片为单片机提供实时时间，方便单片机记录每次测量的时间，当需要定时测量时，时钟芯片可以为单片机提供定时复位信号。 

为了在定时工作方式下节能，除了单片机和时钟芯片由稳压电路供电外，其它受控电子元件的电源输入端均通过电子开关与稳压电路输出端相连，单片机在非测量时间断开电子开关并进入休眠状态，时钟芯片的定时复位信号可唤醒单片机进入测量状态。 

单片机通过光耦控制地面无线模块电源的通断，在测量周期，单片机接通无线模块电源，以便将井下传来的测量数据通过电信网络发送到数据中心，在非测量周期，单片机关断地面无线模块的电源，起到节能和延长电池使用时间的作用。 

在软件设计上，利用地面无线模块搜索电信网络的时间，延时3分钟等待接收手持仪的放传感器命令；利用每次上传测量数据后，延时5分钟等待接收数据中心是否有更新定时测量时间和实时时间的命令，确保传感器能够随时收到数据中心和手持仪的命令。