一种基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统，包括太阳能供电单元和数据采集单元，其中：所述的太阳能供电单元包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电单元，所述的数据采集单元包括树莓派微型电脑、ADC模块、CDMA上网模块、电压电流转换器和传感器模块，所述的传感器模块包括水温传感器、投入式液位传感器、温湿传感器和树莓派微型电脑专用摄像头。本实用新型专利技术采用树莓派微电脑，有着占地空间小、造价低、操作方便等优势；利用太阳能供电系统，安全可靠、经济环保，对于需要稳定供电的实验系统很便利；摄像头和温湿传感器可以确定实验周边情况和气候；无线网卡自动收发数据，实现全自动化无人值守实验。

【技术实现步骤摘要】

本技术主属于水利监测领域，具体地涉及一种基于树莓派的野外智能水温及地下水位监测系统。
技术介绍
由于室内实验的条件、规模、真实性等条件的限制，其所获得的数据往往较室外实验更缺少说服力，特别是一些水力实验，往往需要到现场进行野外实验以此获得更加精准、真实的数据。而野外实验场地位置通常较偏僻，无电缆线和网线，往往需要人力去监测，使得野外监测操作难度大、监控不便，不仅会浪费大笔财力、人力，更可能会增加人为误差，而且难以保证数据的连续性，因此急需设计一套高自动化、低能耗、低成本、稳定简易的基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统。
技术实现思路
专利技术目的:针对现有野外水温以及水位监测系统的缺陷，本技术提供一种可以自动持续供电，采集、记录、保存图像、温度、水位数据的高自动化、低能耗、低成本、稳定简易的基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统。技术方案:为实现上述技术目的，本技术基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统，其特征在于，包括太阳能供电单元和数据采集单元，其中:所述的太阳能供电单元包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电单元，所述的蓄电电源包括并联的第一蓄电单元和第二蓄电单元，所述的太阳能控制器控制所述太阳能电池板为第一蓄电单元和第二蓄电单元供电；所述的数据采集单元包括树莓派微型电脑、ADC模块、CDMA上网模块、电压电流转换器和传感器模块，所述的传感器模块包括水温传感器、投入式液位传感器、温湿传感器和树莓派微型电脑专用摄像头，其中，所述的树莓派微型电脑专用摄像头、温湿传感器和CDMA上网模块分别与所述树莓派微型电脑相连，所述树莓派微型电脑专用摄像头和温湿传感器通过远程操控树莓派微型电脑确定实验周边情况和大气环境温度和湿度；所述的水温传感器和投入式液位传感器输出的信号经电压电流转换器转换成电压信号，然后经ADC模块转换成数字信号，由树莓派微电脑对数字信号进行读取和处理；所述的树莓派微型电脑通过USB接口与所述CDMA上网模块相连。所述的水温传感器和投入式液位传感器通过第一蓄电单元供电工作，所述的树莓派微型电脑通过第二蓄电单元供电工作。优选地，所述太阳能电池板的尺寸为1580 X 808 X 35mm，所述的太阳能电池板置于光线充足的无遮挡区域，并通过电线连接至太阳能控制器。优选地，所述的第一蓄单元为24V蓄电池，所述的第二蓄电单元为5V蓄电池。通过太阳能控制器分别对24V蓄电池、5V蓄电池充电，无需再接任何外部电源，确保整套监测系统的持续稳定运行。所述温湿传感器通过杜邦线与树莓派微型电脑相连。所述水温传感器、投入式液位传感器、温湿传感器和树莓派微型电脑专用摄像头的数字信号同时采集，增加数据同步性。优选地，所述的投入式液位传感器为量程O?5m水头，额定输出4?20mA电流，精度为0.5 % FS ;所述水温传感器测量范围为-55 °C?+125 °C，在-10 °C?+85 °C范围内，其精度为±0.10C ;所述温湿传感器温度量程为_40°C?+124°C，精度为±0.4摄氏度，湿度量程为O?100 %，精度为正负3.0%。所述CDMA上网模块为CDMA网卡，使得树莓派接入网络，通过网络，树莓派微型电脑自动将数据上传至远程客户端。在另一种实施方案中，所述的电压电流转换器可以用250欧姆精密电阻代替。优选地，所述的树莓派微型电脑通过Linux系统下C++语言和Python编译程序，采集数字信号，并根据传感器的特征公式转成数据，同时在树莓派微型电脑的TF储存卡上自动生成、保存数据报表，当储存卡容量存满时，系统储存时会自动覆盖较早时文件。所述水温传感器的个数为3?5个，所述的投入式液位传感器的个数为3?5个。有益效果:本技术与现有技术相比，具有以下优点:(I)与传统监测系统相比，利用太阳能发电、蓄电池蓄电来使整套实验装置能实现自我供给的条件，大大减少能源上的开支以及不需重新布线安置电源线；(2)利用Linux系统下C++语言与Python自我编程，转换数据格式，并且自动生成和存储数据报表；(3)与传统的巡检仪相比，采用树莓派读取数字信号，可以同时接受所连接水位、水温等多方面数据，减少数据读取间隔，同时树莓派成本低、体积小，可以远程操控；(4)通过24V电源供应传感器、5V电源供应树莓派微电脑，从而电源要求大幅度降低，易于电源方面的操作；(5)通过树莓派可远程操控摄像头、温湿传感器，达到实时监控获取实验现场图像和气候的目的；(6)通过CDMA网络进行数据上传，可从客户端调取即时数据资料；(7)本装置安装简易、能耗低、成本低，可以自动收发各个方面数据、记录实验现象的自动化监测系统，不同传感器数据可以同时采集，提高数据采集频率。【附图说明】附图1为整体监测系统示意图(电流电压转换器型)；附图2为太阳能电池布置图；附图3为整体监测系统示意图(250欧姆精密电阻)；附图4为实例中传感器连接电路图(250欧姆精密电阻)；附图5为本技术专利监测水位成果图；附图6为本技术专利监测水温、气温成果图；图中标号说明如下:1-太阳能电池板；2_太阳能控制器；3_24V蓄电池；4_5V蓄电池；5_树莓派微型电脑；6_电压电流转换器(250欧姆精密电阻)；7-ADC ;8_水温传感器；9_投入式液位传感器；10-温湿传感器；11-树莓派微型电脑专用摄像头；12-CDMA上网模块【具体实施方式】下述实施方案是在本监测系统基础上进行实施，给出了详细的实施方式和操作过程，但本专利技术的保护范围不限于下述实例。本实施方案为新安江低温水野外试验背景下所做的数据监测实例，为了获取新安江下游潜流带不同时间点地下水温、水位的变化，在岸边打有测量井，通过在井内布置传感器来监测各项数据的变化，利用这套新型监测系统来监测运行。如图5所示，一种野外树莓派监测系统主要由太阳能供电系统、数据采集单元和传感器单元组成。太阳能供电单元主要包括太阳能电池板、太阳能控制器、24V蓄电池、5V蓄电池，太阳能供当前第1页1 2 本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于树莓派的野外智能地下水温及水位监测系统，其特征在于，包括太阳能供电单元和数据采集单元，其中：所述的太阳能供电单元包括依次连接的太阳能电池板、太阳能控制器和蓄电单元，所述的蓄电电源包括并联的第一蓄电单元和第二蓄电单元，所述的太阳能控制器控制所述太阳能电池板为第一蓄电单元和第二蓄电单元供电；所述的数据采集单元包括树莓派微型电脑、ADC模块、CDMA上网模块、电压电流转换器和传感器模块，所述的传感器模块包括水温传感器、投入式液位传感器、温湿传感器和树莓派微型电脑专用摄像头，其中，所述的树莓派微型电脑专用摄像头、温湿传感器和CDMA上网模块分别与所述树莓派微型电脑相连，所述树莓派微型电脑专用摄像头和温湿传感器通过远程操控树莓派微型电脑确定实验周边情况和大气环境温度和湿度；所述的水温传感器和投入式液位传感器输出的信号经电压电流转换器转换成电压信号，然后经ADC模块转换成数字信号，由树莓派微电脑对数字信号进行读取和处理；所述的树莓派微型电脑通过USB接口与所述CDMA上网模块相连；所述的水温传感器和投入式液位传感器通过第一蓄电单元供电工作，所述的树莓派微型电脑通过第二蓄电单元供电工作。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：王弘元，赵坚，陶小虎，李英玉，聂思敏，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：新型
国别省市：江苏;32