本发明专利技术提供了一种基于Zigbee的多点采集自校正水位检测仪及检测方法，包括一个MCU控制单元和三个数据采集单元；所述的MCU控制单元包括第一电源、第一单片机最小系统、时钟模块、警戒水位设置模块、液晶显示模块、报警模块、第一Zigbee模块和第一主控芯片；本发明专利技术克服了现有技术的不足之处，稳定性好，准确性高，设备简单、具有预报预警功能，经济实用。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于水位测量领域，具体涉及一种基于Zigbee的多点采集自校正水位检 测仪。
技术介绍
我国水资源总量丰富，但人均占有量匮乏，是联合国认定的"水资源紧缺"国家，且 水资源分布严重不均。为了能够合理有效地利用现有水资源，积极有效地推动水利信息化 建设成为当前刻不容缓的任务。水文信息的自动采集、存储、处理是水利信息化的基础，水 位信息作为水库蓄水、大坝安全、水利排灌调度、泄洪的重要参数之一，成为水利信息化建 设中不可或缺的因素。基于这种情况需要设计一个安全稳定，测量技术精确，适用范围广 泛，无线传输的仪器来完成这个任务。 近年来，科技工作者在水位测量方面做了大量的工作，探讨了多种接触式和非接 触式测量方法，诸如接触式的压力式、浮子式，非接触式的超声波式、光学式、雷达式等。这 些测量方法各有优缺点，比如浮子式的结构比较简单，但水流较大时准确度较低；压力式 大都是投入型，测量环境要求较高；雷达式测量精度高，但价格昂贵；超声波式是比较理想 的水位测量的设备，测量精度较高，但其结果也会受到温度湿度等环境因素的影响。且这 些水位仪大多为手持式，人工记录结果，无法适应目前的水利信息化建设；目前已研发出具 有自动存储传输的水位仪，但均未有线传输，且由于传输过程的不同干扰以及电子器件的 易损性，导致输出出错率和漏报率较高。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于Zigbee的多点采集自校正水位检测仪，克服了现 有技术的不足之处，稳定性好，准确性高，设备简单、具有预报预警功能，经济实用。 本专利技术采用的技术方案为：一种基于Zigbee的多点采集自校正水位检测仪，包括 一个MCU控制单元和三个数据采集单元；所述的MCU控制单元包括第一电源、第一单片机 最小系统、时钟模块、警戒水位设置模块、液晶显示模块、报警模块、第一Zigbee模块和第 一主控芯片；所述的数据采集单元包括第二电源、第二单片机最小系统、水位传感器、温湿 度采集模块、第二Zigbee模块和第二主控芯片；数据采集单元通过水位传感器和温湿度 采集模块将获取的实时水位和温湿度数据发送到单片机最小系统中进行数据处理，由第二 Zigbee模块传送至MCU控制单元；MCU控制单元对接收的数据进行分析、处理、显示，并将最 终数据发送至服务器。 进一步，所述的MCU控制单元中的第一主控芯片采用STC89C55单片机，数据采集 单元中的第二主控芯片采用STC89C51单片机。 进一步，所述的温湿度传感器的型号为SHT11。 进一步，所述的水位传感器为超声波传感器。 本专利技术还包括一种基于Zigbee的多点采集自校正水位自动测量方法，包括如下 步骤：SI，通过水位传感器和温湿度传感器对水位信息进行测量；S2,将得到的水位和温湿度值进行自动校正得到多点水位值；S3,三个数据采集单元将各点水位值数据发送至MCU控制单元；S4,MCU控制单元将得到的多点水位值使用数据融合的方法得到最终的水位值。S5，将最终水位值发送至服务器。 进一步，所述温湿度传感器测量过程如下： 第二单片机最小系统控制温湿度传感器采集温湿度信号，温湿度传感器为串行数 据输出，第二单片机最小系统根据其数据格式将串行数据转换为对应的温度值和湿度值； 由温湿度值对声速值进行修正，计算公式如下所示：V=V0+kJ+k2RH% 其中VQ= 331. 5m/s，为零度干燥环境下的声速；T为测的温度值；RH%为测得的湿 度值；bk2分别为温度值和湿度值偏斜率系数，可通过测量标定而得到。 进一步，所述超声波传感器测量过程如下： 当第二单片机最小系统控制超声波发射器发出超声波信号时，第二单片机最小系 统同时触发内部定时器，开始计时；当超声波接受器接收到反射波时，关闭定时器；根据定 时器记录的时间间隔即可得到水位值，计算公式如下所示： 其中I；为定时器的计时结果；V为超声波的修正后的波速。 进一步，所述的MCU控制单元接收三组数据，需要通过数据融合的方法对数据进 行简单处理，其处理过程如下：S1，获取三组数据的平均值，计算公式如下： 其中，77为水位平均值，HpH2、成分别为获取的三个水位值。 S2,剔除异常值，具体判断过程如下：如果|丑1-互|>2，则舍弃氏；同理，如果 I尽-互丨2 2 ,则舍弃H2;如果|i/3 -互|> 2 ,则舍弃H3。S3,重新计算平均值，即将未舍弃的数据计算平均值；若所有数据均在第二步中舍 弃，则此组数据全部舍弃。 本专利技术产生的有益效果为： 1、本专利技术考虑电子器件的易损性和数据传输的出错率，采用多点采集，自组网实 现数据的自我校正，不仅具有较高的精确度、实时性，且能够实现数据的自动存储和传输。 2、本专利技术具有较高的实时性，数据采集单元按照1次/分钟的采样频率将数据自 动发送至MCU控制单元。 3、本专利技术具有较高的精确度，通过采集的温湿度值对声波波速进行自动修正，使 最终结果的精确度较高。 4、本专利技术具有较好的交互性，不仅能够在显示器上动态实时的显示水位，以及周 围的温湿度信息，还可以设置水位的警戒值并实现自动报警。 5、本专利技术适合测量水库、渠道等开放性场合的水位，产品便于维护及技术升级，而 不用对硬件及软件做出太大的修改，降低了维护升级的成本。 本专利技术的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并 且在某种程度上，基于对下文的考察研宄对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可 以从本专利技术的实践中得到教导。【附图说明】 图1为本专利技术的结构示意图； 图2为本专利技术的MCU控制单元的结构示意图；图3为本专利技术的数据采集单元的结构示意图； 图4为本专利技术中电源模块的原理图。【具体实施方式】 下面结合附图对本专利技术作进一步的说明。 如图1所示，本专利技术中的多采集自校正水位监测系统包括一个MCU控制单元1和 三个数据采集单元2,各单元中均含有Zigbee模块，实现数据的自动传输。如图2所示，MCU 控制单元包括第一电源4、第一单片机最小系统5、警戒水位设置模块7、液晶显示模块8、报 警模块9、时钟模块6、第一主控芯片3和第一Zigbee模块10,第一主控芯片3分别与各个 模块连接。如图3所示，数据采集单元2包括第二电源12、第二单片机最小系统13、水位传 感器14、温湿度采集模块15、第二主控芯片11和第二Zigbee模块16,其中的各个模块均与 第二主控芯片11相连。数据采集单元2的水位传感器14采用超声波传感器，温湿度传感 器15采用SHT11数字温度传感器。 在MCU控制单元1中，第一主控芯片3采用STC89C55芯片，第一单片机最小系统 5包括晶振电路和复位电路，液晶显不模块8米用IXD12864液晶显不器，时钟模块6米用 DS1302,警戒水位设置通过按键调整，报警模块9采用声光报警。第一Zigbee模块10采用 F8913嵌入式Zigbee模块，它是一种工业级芯片，适合于户外使用。 在当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种基于Zigbee的多点采集自校正水位检测仪，包括一个MCU控制单元和三个数据采集单元；所述的MCU控制单元包括第一电源、第一单片机最小系统、时钟模块、警戒水位设置模块、液晶显示模块、报警模块、第一Zigbee模块和第一主控芯片；所述的数据采集单元包括第二电源、第二单片机最小系统、水位传感器、温湿度采集模块、第二Zigbee模块和第二主控芯片；数据采集单元通过水位传感器和温湿度采集模块将获取的实时水位和温湿度数据发送到单片机最小系统中进行数据处理，由第二Zigbee模块传送至MCU控制单元；MCU控制单元对接收的数据进行分析、处理、显示，并将最终数据发送至服务器。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：孙新娟，高志宇，张帆，刘明堂，姚淑霞，杨阳蕊，袁胜，刘雪梅，董云飞，吴跃坤，詹奇领，刘毛，杨海波，刘哲，董怡，
申请(专利权)人：华北水利水电大学，
类型：发明
国别省市：河南;41
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