一种基于无线组网的水文监测系统及监测方法与流程

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1.本发明属于水文装置领域，具体涉及一种基于无线组网的水文监测系统及监测方法，应用无线组网系统，实现对矿井水文参数的监测。

背景技术：

2.随着我国经济的发展，煤炭开采量不断地增加、开采层位也越来越深，煤矿井下水文地质条件复杂，重大突水事故时有发生，地下水已成为威胁煤炭安全生产的重要因素。近年来矿井突水一直是影响煤炭安全生产的主要灾害之一。为加强矿井水害预测预报，提高矿井防治水害的技术能力，对煤炭地下水位的实时监测和提前预警显得尤为重要。
3.传统的矿井安全监测系统存在布线复杂，监测点相对固定而易出现监测盲区、通信线路维护成本高等问题。在井下生产作业环境较差时，常出现井下通讯线被破坏的现象，造成水文监测数据传输中断，使得井下的监测系统不能很好的发挥作用，井下生产情况不能及时有效的传递给地面监控中心。
4.现有常规水文监测系统方法存在论证周期长、效率低等问题，且易受到人为因素干扰。有必要通过数据收集、模拟判别等手段，判定水源变化的位置，建立一种矿井地下水动态监测系统。

技术实现要素：

5.为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于无线组网的水文监测系统及监测方法，以解决现有常规的水文监测系统方法存在效率低且易受到人为因素干扰的问题。
6.一方面，本发明提供了一种基于无线组网的水文监测系统，包括水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路和供电电源电路，其中，所述水位采集电路的输出端连接数据显示电路的输入端，所述数据显示电路的输出端连接无线组网电路的输入端，所述无线组网电路的输出端连接供电电源电路的输入端，所述水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路分别与供电电源电路连接；所述水位采集电路用于实现矿井水位数据的采集；所述数据显示电路的结构用于显示水位采集电路采集的矿井水位，同时实现参数设置功能；所述无线组网电路用于实现数据显示电路发送的水位数据的无线传输；所述供电电源电路用于为水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电。
7.进一步的，所述水位采集电路包括电阻r1-2、电阻r2-2、电阻r3-2、电阻r4-2、电阻r5-2、电容c1-2、电容c2-2、电源v1-2、电源v2-2、电源v3-2、电源v4-2、电源v5-2、三极管q1-2、三极管q2-2和运算放大器ic1-2，其中：电容c1-2一端与电阻r2-2一端连接，电阻r2-2第二端与电阻r3-2、运算放大器ic1-2输入负极共同连接，电阻r3-2第二端接地；三极管q1-2一端与电源v1-2连接，三极管q1-2第二端与电容c1-2连接，且该连接点为水位采集电路的输入端，该输入端连接外部的传感器，三极管q1-2第二端与电阻r1-2、电容c2-2共同连接，电阻r1-2第二端与供电电源电路连接，电容c2-2第二端与运算放大器ic1-2输入正极连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第五端连接；运算
放大器ic1-2输出极与三极管q2-2、电阻r4-2共同连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第五端连接，电阻r4-2第二端与电源v3-2、三极管q2-2第二端共同连接，电阻r5-2一端与三极管q2-2第三端连接，电阻r5-2第二端与电源v5-2连接，且该连接点作为水位采集电路的输出端。
8.进一步的，所述数据显示电路包括电阻r1-3、电阻r2-3、电容c1-3、电容c2-3、电源v1-3、电源v2-3、电源v3-3和集成电路u1-3，集成电路u1-3的型号为attiny45-20su，其中：集成电路u1-3管脚pb1与电容c1-3一端连接，电容c1-3第二端作为数据显示电路的输入端，该输入端与水位采集电路的输出端连接，集成电路u1-3管脚pb2与供电电源电路连接；管脚fre与可调电阻r1-3连接，可调电阻r1-3第二端与电源v1-3连接，可调电阻r1-3第三端接地，集成电路u1-3管脚gnd接地，管脚vd1与电源v3-3连接，管脚pb3与电阻r2-3连接，电阻r2-3第二端作为数据显示电路的输出端，集成电路u1管脚vc1与电容c2一端连接，电容c2第二端与电源v2连接。
9.进一步的，所述无线组网电路包括电阻r1-4、电阻r2-4、电阻r3-4、电阻r4-4、电阻r5-4、电容c1-4、电容c2-4、电容c3-4、电容c4-4、电容c5-4、电容c6-4、电源v1-4、电源v2-4和集成电路u1-4，集成电路u1-4的型号为cd40106bm96，其中：集成电路u1-4管脚gp1与电容c1-4一端连接，电容c1-4第二端与电阻r1-4一端连接，电阻r1-4第二端与供电电源电路连接，集成电路u1-4管脚gp2与电容c2-4一端连接，电容c2-4第二端与电阻r2-4一端连接，电阻r2-4第二端与电源v1-4连接，电容c3-4一端接入电阻r1-4与电容c1-4之间，电容c3-4第二端接入电阻r2-4与电容c2-4之间；集成电路u1-4管脚ret与电容c4-4一端连接，电容c4-4第二端作为无线组网电路的输入端，该输入端连接数据显示电路的输出端，集成电路u1-4管脚chd与电阻r3-4一端连接，电阻r3-4第二端作为无线组网电路的输出端，集成电路u1-4管脚vcc与电源v2-4连接，管脚gnd接地，管脚dp1与电阻r5-4一端连接，电阻r5-4第二端与电容c5-4、电容c6-4共同连接并接地，集成电路u1-4管脚dp2与电阻r4-4一端连接，电阻r4-4第二端与电容c5-4第二端、电容c6-4第二端共同连接，集成电路u1-4管脚tx、rx悬空。
10.进一步的，所述供电电源电路包括电容c1-5、电容c2-5、电容c3-5、电容c4-5、电容c5-5、电源v1-5、接插件jc1-5和接插件jc2-5，其中：电容c1-5一端与接插件jc1-5管脚1连接，电容c1-5第二端与接插件jc1-5管脚2连接，电容c2-5一端与电容c1-5、电容c3-5、电源v1-5、接插件jc2-5管脚vin共同连接；电容c2-5第二端与电容c1-5第二端连接，电容c3-5第二端与接插件jc2-5管脚gnd、电容c4-5、电容c5-5连接且共同接地；接插件jc2-5管脚vout与电容c4-5第二端、电容c5-5第二端共同连接，电容c4-5第二端与第1输出端连接，电容c5-5第二端分别与第2输出端、第3输出端连接，第1输出端与水位采集电路连接，第2输出端与数据显示电路连接、第3输出端与无线组网电路连接，供电电源电路的输入端为电源v1-5。
11.另一方面，本发明还给出一种基于无线组网的水文监测方法，所述方法基于上述的基于无线组网的水文监测系统，具体包括如下步骤：
12.步骤一、开机，供电电源电路给信号采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电；
13.步骤二、水位采集电路进行矿井水位数据采集；
14.步骤三、数据显示电路显示采集到的水位数据；
15.步骤四、数据显示电路判断采集的数据是否有效，若数据显示为正数则为有效，是则进行步骤五，否则返回步骤二重新进行数据采集；
16.步骤五、无线组网电路将采集到的水位数据通过无线网络进行实时传输；
17.步骤六、将数据统一保存入数据库中。
18.相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：
19.本发明具有实时性强、运行可靠、自动化高、功耗低、更方便组网的特点，且能够监测到水位实时变化情况，对监测设备在水下采集的数据信息进行无障碍点对点传输，对偏僻危险区域的水文监测的监测人员安全也能够得到保障，且其传输准确、安全、更可靠，不存在复杂的维护工作量。同时还可以及时对水位变化情况采取快速预警通知。
附图说明
20.图1为本发明提供的基于无线组网的水文监测系统结构示意图；
21.图2为本发明提供的水位采集电路示意图；
22.图3为本发明提供的数据显示电路示意图；
23.图4为本发明提供的无线组网电路示意图；
24.图5为本发明提供的供电电源电路示意图；
25.图6为本发明提供的矿井水文监测方法流程图。
具体实施方案
26.本发明的基于无线组网的水文监测系统，如图1所示，包括水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路和供电电源电路，其中，水位采集电路的输出端连接数据显示电路的输入端，数据显示电路的输出端连接无线组网电路的输入端，无线组网电路的输出端连接供电电源电路的输入端，水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路分别与供电电源电路连接。
27.上述技术方案中，水位采集电路用于实现矿井水位数据的采集；数据显示电路的结构用于显示水位采集电路采集的矿井水位，同时实现参数设置功能；无线组网电路用于实现数据显示电路发送的水位数据的无线传输；供电电源电路用于为水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电。
28.本技术的基于无线组网的水文监测系统，由水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路及供电电源电路组成，能够解决监控系统开放性差的劣势，在工业现场中越来越广泛应用。具有传输速度高、功耗低、安装方便、兼容性好等突出优点，为矿井监测系统提供了信息共享和传输的平台。本发明采用无线组网的方式，接到地面监控计算机，减低了成本，提高了生产效率。
29.水位采集电路的结构如图2所示，水位采集电路包括电阻r1-2、电阻r2-2、电阻r3-2、电阻r4-2、电阻r5-2、电容c1-2、电容c2-2、电源v1-2、电源v2-2、电源v3-2、电源v4-2、电源v5-2、三极管q1-2、三极管q2-2和运算放大器ic1-2，其中：电容c1-2一端与电阻r2-2一端连接，电阻r2-2第二端与电阻r3-2、运算放大器ic1-2输入负极共同连接，电阻r3-2第二端接地；三极管q1-2一端与电源v1-2连接，三极管q1-2第二端与电容c1-2连接，且该连接点为水位采集电路的输入端，该输入端连接外部的传感器，三极管q1-2第二端与电阻r1-2、电容c2-2共同连接，电阻r1-2第二端与供电电源电路连接，电容c2-2第二端与运算放大器ic1-2输入正极连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第
五端连接；运算放大器ic1-2输出极与三极管q2-2、电阻r4-2共同连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第五端连接，电阻r4-2第二端与电源v3-2、三极管q2-2第二端共同连接，电阻r5-2一端与三极管q2-2第三端连接，电阻r5-2第二端与电源v5-2连接，且该连接点作为水位采集电路的输出端。
30.水位采集电路采用0.5ma工作电流，1ua待机电流，整体功耗低，硬件数据具有写保护功能，保障采集数据的稳定。具有连接方便，体积小，掉电不丢失数据等特点。
31.数据显示电路的结构如图3所示，数据显示电路包括电阻r1-3、电阻r2-3、电容c1-3、电容c2-3、电源v1-3、电源v2-3、电源v3-3和集成电路u1-3，集成电路u1-3的型号为attiny45-20su，其中：集成电路u1-3管脚pb1与电容c1-3一端连接，电容c1-3第二端作为数据显示电路的输入端，该输入端与水位采集电路的输出端连接，集成电路u1-3管脚pb2与供电电源电路连接；管脚fre与可调电阻r1-3连接，可调电阻r1-3第二端与电源v1-3连接，可调电阻r1-3第三端接地，集成电路u1-3管脚gnd接地，管脚vd1与电源v3-3连接，管脚pb3与电阻r2-3连接，电阻r2-3第二端作为数据显示电路的输出端，集成电路u1管脚vc1与电容c2一端连接，电容c2第二端与电源v2连接。
32.数据显示电路主要实现参数设置和数据显示功能，可设置水位监测相关参数，显示当前参数值，数据显示电路以采用集成电路为主的方式设计，提高了数据读取与显示的时间，同时降低了显示电路的整体功耗。
33.无线组网电路的结构如图4所示，无线组网电路包括电阻r1-4、电阻r2-4、电阻r3-4、电阻r4-4、电阻r5-4、电容c1-4、电容c2-4、电容c3-4、电容c4-4、电容c5-4、电容c6-4、电源v1-4、电源v2-4和集成电路u1-4，集成电路u1-4的型号为cd40106bm96，其中：集成电路u1-4管脚gp1与电容c1-4一端连接，电容c1-4第二端与电阻r1-4一端连接，电阻r1-4第二端与供电电源电路连接，集成电路u1-4管脚gp2与电容c2-4一端连接，电容c2-4第二端与电阻r2-4一端连接，电阻r2-4第二端与电源v1-4连接，电容c3-4一端接入电阻r1-4与电容c1-4之间，电容c3-4第二端接入电阻r2-4与电容c2-4之间；集成电路u1-4管脚ret与电容c4-4一端连接，电容c4-4第二端作为无线组网电路的输入端，该输入端连接数据显示电路的输出端，集成电路u1-4管脚chd与电阻r3-4一端连接，电阻r3-4第二端作为无线组网电路的输出端，集成电路u1-4管脚vcc与电源v2-4连接，管脚gnd接地，管脚dp1与电阻r5-4一端连接，电阻r5-4第二端与电容c5-4、电容c6-4共同连接并接地，集成电路u1-4管脚dp2与电阻r4-4一端连接，电阻r4-4第二端与电容c5-4第二端、电容c6-4第二端共同连接，集成电路u1-4管脚tx、rx悬空。
34.无线组网电路使用接地屏蔽、线路良好接触、使用终端无线组网通讯方式，可以缓解有线连接方式的负面效应。本设计采用数据显示端口直接将信号发送给网络中的其他节点进行通信，这样既可降低成本、增强了系统的可靠性，又能根据实际需要延长水位采集电路和无线组网电路之间的距离。
35.供电电源电路的结构如图5所示，供电电源电路包括电容c1-5、电容c2-5、电容c3-5、电容c4-5、电容c5-5、电源v1-5、接插件jc1-5和接插件jc2-5，其中：电容c1-5一端与接插件jc1-5管脚1连接，电容c1-5第二端与接插件jc1-5管脚2连接，电容c2-5一端与电容c1-5、电容c3-5、电源v1-5、接插件jc2-5管脚vin共同连接；电容c2-5第二端与电容c1-5第二端连接，电容c3-5第二端与接插件jc2-5管脚gnd、电容c4-5、电容c5-5连接且共同接地；接插件
jc2-5管脚vout与电容c4-5第二端、电容c5-5第二端共同连接，电容c4-5第二端与第1输出端连接，电容c5-5第二端分别与第2输出端、第3输出端连接，第1输出端与水位采集电路连接，第2输出端与数据显示电路连接、第3输出端与无线组网电路连接，供电电源电路的输入端为电源v1-5。
36.供电电源电路具有较小的电压和电流调整率，有良好的线性和负载调整能力，可以使外部元件的数目达到最少并且使用简单。其内部集成了过热保护和限流作用，确保电源系统的稳定性。
37.在上述本发明的基于无线组网的水文监测系统的基础上，本发明还提供一种基于无线组网的水文监测方法，如图6所示，具体包括如下步骤：
38.步骤一、开机，供电电源电路给信号采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电；
39.步骤二、水位采集电路进行矿井水位数据采集；
40.步骤三、数据显示电路显示采集到的水位数据；
41.步骤四、数据显示电路判断采集的数据是否有效，若数据显示为正数则为有效，是则进行步骤五，否则返回步骤二重新进行数据采集；
42.步骤五、无线组网电路将采集到的水位数据通过无线网络进行实时传输；
43.步骤六、将数据统一保存入数据库中。
44.综上，本发明能有效实现对监测设备在水下采集的数据信息进行无障碍点对点传输，且其传输准确、安全、更可靠，不存在复杂的维护工作量。
45.以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

技术特征：

1.一种基于无线组网的水文监测系统，其特征在于，包括水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路和供电电源电路，其中，所述水位采集电路的输出端连接数据显示电路的输入端，所述数据显示电路的输出端连接无线组网电路的输入端，所述无线组网电路的输出端连接供电电源电路的输入端，所述水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路分别与供电电源电路连接；所述水位采集电路用于实现矿井水位数据的采集；所述数据显示电路的结构用于显示水位采集电路采集的矿井水位，同时实现参数设置功能；所述无线组网电路用于实现数据显示电路发送的水位数据的无线传输；所述供电电源电路用于为水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电。2.如权利要求1所述的基于无线组网的水文监测系统，其特征在于，所述水位采集电路包括电阻r1-2、电阻r2-2、电阻r3-2、电阻r4-2、电阻r5-2、电容c1-2、电容c2-2、电源v1-2、电源v2-2、电源v3-2、电源v4-2、电源v5-2、三极管q1-2、三极管q2-2和运算放大器ic1-2，其中：电容c1-2一端与电阻r2-2一端连接，电阻r2-2第二端与电阻r3-2、运算放大器ic1-2输入负极共同连接，电阻r3-2第二端接地；三极管q1-2一端与电源v1-2连接，三极管q1-2第二端与电容c1-2连接，且该连接点为水位采集电路的输入端，该输入端连接外部的传感器，三极管q1-2第二端与电阻r1-2、电容c2-2共同连接，电阻r1-2第二端与供电电源电路连接，电容c2-2第二端与运算放大器ic1-2输入正极连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第五端连接；运算放大器ic1-2输出极与三极管q2-2、电阻r4-2共同连接，电源v2-2与运算放大器ic1-2第四端连接，电源v4-2与运算放大器ic1-2第五端连接，电阻r4-2第二端与电源v3-2、三极管q2-2第二端共同连接，电阻r5-2一端与三极管q2-2第三端连接，电阻r5-2第二端与电源v5-2连接，且该连接点作为水位采集电路的输出端。3.如权利要求1所述的基于无线组网的水文监测系统，其特征在于，所述数据显示电路包括电阻r1-3、电阻r2-3、电容c1-3、电容c2-3、电源v1-3、电源v2-3、电源v3-3和集成电路u1-3，集成电路u1-3的型号为attiny45-20su，其中：集成电路u1-3管脚pb1与电容c1-3一端连接，电容c1-3第二端作为数据显示电路的输入端，该输入端与水位采集电路的输出端连接，集成电路u1-3管脚pb2与供电电源电路连接；管脚fre与可调电阻r1-3连接，可调电阻r1-3第二端与电源v1-3连接，可调电阻r1-3第三端接地，集成电路u1-3管脚gnd接地，管脚vd1与电源v3-3连接，管脚pb3与电阻r2-3连接，电阻r2-3第二端作为数据显示电路的输出端，集成电路u1管脚vc1与电容c2一端连接，电容c2第二端与电源v2连接。4.如权利要求1所述的基于无线组网的水文监测系统，其特征在于，所述无线组网电路包括电阻r1-4、电阻r2-4、电阻r3-4、电阻r4-4、电阻r5-4、电容c1-4、电容c2-4、电容c3-4、电容c4-4、电容c5-4、电容c6-4、电源v1-4、电源v2-4和集成电路u1-4，集成电路u1-4的型号为cd40106bm96，其中：集成电路u1-4管脚gp1与电容c1-4一端连接，电容c1-4第二端与电阻r1-4一端连接，电阻r1-4第二端与供电电源电路连接，集成电路u1-4管脚gp2与电容c2-4一端连接，电容c2-4第二端与电阻r2-4一端连接，电阻r2-4第二端与电源v1-4连接，电容c3-4一端接入电阻r1-4与电容c1-4之间，电容c3-4第二端接入电阻r2-4与电容c2-4之间；集成电路u1-4管脚ret与电容c4-4一端连接，电容c4-4第二端作为无线组网电路的输入端，该输入端连接数据显示电路的输出端，集成电路u1-4管脚chd与电阻r3-4一端连接，电阻r3-4第二端作为无线组网电路的输出端，集成电路u1-4管脚vcc与电源v2-4连接，管脚gnd接地，管
脚dp1与电阻r5-4一端连接，电阻r5-4第二端与电容c5-4、电容c6-4共同连接并接地，集成电路u1-4管脚dp2与电阻r4-4一端连接，电阻r4-4第二端与电容c5-4第二端、电容c6-4第二端共同连接，集成电路u1-4管脚tx、rx悬空。5.如权利要求1所述的基于无线组网的水文监测系统，其特征在于，所述供电电源电路包括电容c1-5、电容c2-5、电容c3-5、电容c4-5、电容c5-5、电源v1-5、接插件jc1-5和接插件jc2-5，其中：电容c1-5一端与接插件jc1-5管脚1连接，电容c1-5第二端与接插件jc1-5管脚2连接，电容c2-5一端与电容c1-5、电容c3-5、电源v1-5、接插件jc2-5管脚vin共同连接；电容c2-5第二端与电容c1-5第二端连接，电容c3-5第二端与接插件jc2-5管脚gnd、电容c4-5、电容c5-5连接且共同接地；接插件jc2-5管脚vout与电容c4-5第二端、电容c5-5第二端共同连接，电容c4-5第二端与第1输出端连接，电容c5-5第二端分别与第2输出端、第3输出端连接，第1输出端与水位采集电路连接，第2输出端与数据显示电路连接、第3输出端与无线组网电路连接，供电电源电路的输入端为电源v1-5。6.如权利要求1所述的基于无线组网的水文监测方法，其特征在于，所述方法基于权利要求1-5中任一项所述的基于无线组网的水文监测系统，所述方法具体包括如下步骤：步骤一、开机，供电电源电路给信号采集电路、数据显示电路、无线组网电路供电；步骤二、水位采集电路进行矿井水位数据采集；步骤三、数据显示电路显示采集到的水位数据；步骤四、数据显示电路判断采集的数据是否有效，若数据显示为正数则为有效，是则进行步骤五，否则返回步骤二重新进行数据采集；步骤五、无线组网电路将采集到的水位数据通过无线网络进行实时传输；步骤六、将数据统一保存入数据库中。

技术总结

本发明公开了一种基于无线组网的水文监测系统及监测方法，包括水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路和供电电源电路，水位采集电路的输出端连接数据显示电路的输入端，数据显示电路的输出端连接无线组网电路的输入端，无线组网电路的输出端连接供电电源电路的输入端，水位采集电路、数据显示电路、无线组网电路分别与供电电源电路连接。本发明实时性强、运行可靠、自动化高、功耗低、更方便组网，能够监测到水位实时变化情况，对监测设备在水下采集的数据信息进行无障碍点对点传输，对偏僻危险区域的水文监测的监测人员安全也能够得到保障，且其传输准确、安全、更可靠，不存在复杂的维护工作量。同时还可以及时对水位变化情况采取快速预警通知。况采取快速预警通知。况采取快速预警通知。