[发明专利]基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统

摘要

本发明公开了一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统，包括1个连接有WSN模块的上位机和N个连接有WSN模块的现场监测仪器；现场监测仪器通过与其连接的插入坝堤地表的16根探针获取坝堤监测信号，经预处理、采样、抗混滤波、频谱细化、谱线搜索后得到坝堤渗漏的频域特征信息并通过WSN网络传送到上位机，上位机软件通过实时监测数据的处理、分析与综合可定性分析坝堤内部结构变化情况，定量计算坝堤渗漏水的埋藏深度、渗漏水量。本发明的有益效果在于：能在低成本前提下获得较高工作效率，可以清晰地监测到坝堤内部分界线和确定渗漏点的位置，且设备轻便、应用广泛。

主权项

1.一种基于WSN的坝堤渗漏监测预警系统，包括1个连接有WSN模块的上位机和N个连接有WSN模块的现场监测仪器，现场监测仪器由信号接入单元、特征提取与信号转换单元、CPU单元和WSN模块组成，信号接入单元在CPU单元控制下通过与其连接的插入坝堤地表的16根探针获取坝堤监测信号并输出到特征提取与信号转换单元，特征提取与信号转换单元在CPU单元控制下从监测信号中提取坝堤渗漏信息并转换为数字信号后送CPU单元，CPU单元对监测数字信号进行滤波、频谱细化、谱线搜索后得到坝堤渗漏的频域特征信息并通过WSN网络传送到上位机，上位机软件通过实时监测数据的处理、分析与综合可对坝堤渗漏进行定性、定量分析；其特征在于：所述现场监测仪器的信号接入单元包括16根探针接口、16通道信号耦合电路、通道选择开关、输入适配电路、50Hz陷波电路、低通滤波电路和两个2选1开关，16根探针获取的坝堤监测信号经探针接口、信号耦合电路连接至通道选择开关的输入端，通道选择开关的输出连接至输入适配电路的输入端，输入适配电路的输出直接和经50Hz陷波电路连接至前2选1开关的输入端，前2选1开关的输出直接和经低通滤波电路连接至后2选1开关的输入端，后2选1开关的输出连接到特征提取与信号转换单元，通道选择和两个2选1开关是在CPU单元控制下进行工作的；所述现场监测仪器的特征提取与信号转换单元包括前可控增益放大器、带通可选滤波器组、后可控增益放大器、模/数转换器，前可控增益放大器接收来自信号接入单元的输出信号并放大后连接至带通可选滤波器组的输入端，带通可选滤波器组选择出待测深度的坝堤监测信号并连接至后可控增益放大器的输入端，后可变增益放大器将待测深度坝堤监测信号放大到满足模/数转换器输入要求的信号并连接至模/数转换器的输入端，模/数转换器将其输入的模拟信号转换成数字信号并传输到CPU单元，前、后可控增益放大器的放大倍数和带通可选滤波器组的带通中心频率由CPU单元进行调节与控制；所述现场监测仪器的CPU单元包括DSP、CPLD、RAM、ROM、SCI接口与WSN模块、时钟与复位电路，时钟与复位电路连接至DSP，DSP的数据总线连接CPLD、RAM、ROM、特征提取与信号转换单元的模/数转换电路、SCI接口芯片，CPLD的逻辑输出连接至RAM、ROM、SCI接口芯片、信号接入单元、特征提取与信号转换单元的控制输入端，在DSP嵌入式软件的控制下，对监测信号进行采集、数字抗混滤波、FFT变换与频谱细化、谱线搜索滤波后得到坝堤渗漏的频域特征信息并通过SCI接口与WSN模块传送到上位机；所述上位机可通过WSN网络读取每个现场监测仪器的实时监测数据或对现场监测仪器的监测预警参数进行配置，上位机分析管理软件通过对实时监测数据综合处理、成图分析，可定性分析坝堤内部结构变化情况，定量计算坝堤渗漏水的埋藏深度、渗漏水量。