一种自收揽浮子式远程水位监测系统及其数据采集方法技术方案

本发明专利技术公开了一种自收揽浮子式远程水位监测系统及其数据采集方法，系统包括水位测量装置和水位数据采集终端，水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。本发明专利技术通过水位轮来驱动字轮，并采用二维码替代字轮上的数字，大大增加水位数据视觉的识别率；其不仅不受光线、灰尘、位置变动、字滚动等各种外界因素的影响，抗干扰能力极强，而且减低了成本，满足了识别要求。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种水位监测装置，具体地说是一种自收揽浮子式远程水位监测系统及其数据采集方法。
技术介绍
公知的浮子式水位计从GB/T118281-2002水位测量仪器可知，已知，它是由浮子、平衡锤、安装在竖井上方的水位编码器(水位传感器)、水位编码器转轴上的水位轮、悬挂在水位轮上的测缆(悬索)组成，测缆的两端分别连接浮子和平衡锤，其静止状态为：浮子飘浮于水面，平衡锤张紧测缆并对水位轮施加一个等于平衡锤、测缆自重的力，该力同时传递至浮子，使浮子保持一定的吃水深度。当浮子随水位升降变化时，测井中的平衡锤则拉直测缆向反方向运动，处于张紧状态的测缆将带动水位轮和编码器同步旋转，输出与水位变化相对应的编码电信号。张敏的《一种重力卷扬收缆浮子式水位计》专利技术专利(专利号：ZL200610085948.7)详细阐明该浮子式水位计结构和原理上的缺点、不足及应用的局限性，更不适应目前信息化市场的需要。《一种重力卷扬收缆浮子式水位计》专利技术专利在于克服以往技术的缺点与不足之处，提供一种测井中无平衡锤，只以细小浮子或球形浮子跟踪水位变化，能用于地表水、地下水、大坝测压管水位测量或斜井水位测量的全新构造浮子式水位计。其技术方案是：以重力卷扬收缆装置取代公知平衡锤，以新型细长小直径浮子和球形浮子取代公知浮子，只以浮子自动跟踪水位变化并能克服测缆参重误差影响的浮子式水位计。该重力卷扬收缆浮子式水位计，包括浮子、测缆、水位轮、水位编码器、重力卷扬收缆装置。测缆从收缆装置引出绕经水位轮后与浮子连接，测井中只有浮子随水位升降变化，实现水位实时在线测量。该专利技术得到实际应用，优点是可靠、稳定；但存在诸多缺点：误差大(系统误差大0.5-2cm),机械故障率多，水位计的控制部分没有智能化，组网需要连线，通过水位机来求得水位高度，更，格雷码编码器属于精密仪器，用较恶劣的环境中，制作成本和维护成本都很高。目前我国测深水位的传感器和仪表主要应用浮子式水位计、是投入式水位计(变阻、变容式)、测压管水位计(自收揽浮子式)、振弦式测压管水位计(属于投入式)。这几种水位计个有自己的优点，但各有缺陷，共同的缺陷需要线供电、智能化低、网络化功能差等。
技术实现思路
针对上述不足，本专利技术提供了一种自收揽浮子式远程水位监测系统及其数据采集方法，其不仅能够极大降低成本、提高测量精度，而且运行可靠、安装方便。本专利技术解决其技术问题采取的技术方案是：一种自收揽浮子式远程水位监测系统，包括水位测量装置和水位数据采集终端，所述水位测量装置用以测量水位，所述水位数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并发送给后台管理系统，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。优选地，所述二维码标识包括依次设置的数值上半部识别区、上半部间隔区、数值下半部识别区和下半部间隔区；所述数值上半部识别区和数值下半部识别区均包括二进制表示的定位信息、位数信息、数值半部位置信息和数值信息；每一个数值0～9的二维码标识所包含的数值上半部识别区和数值下半部识别区的位数信息和数值信息是相同的。优选地，所述定位信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区的左上角三组信息和右下角三组信息，所述位数信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区右上角的三组信息，所述数值半部位置信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区中心位置的一组信息，所述数值信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区左下角的四组信息。优选地，所述的定位信息、位数信息、数值半部位置信息和数值信息中的每组信息为NXN点阵，N为大于等于3的正整数。优选地，所述水位测量装置还包括STM8L151单片机、电源控制电路、电机驱动电路和无线通信模块，所述STM8L151单片机分别与电源控制电路、电机驱动电路和无线通信模块相连，所述电源控制电路与水位数据采集终端相连，所述电机驱动电路与恒转矩电机的控制端相连，所述无线通信模块与后台管理系统相连。优选地，所述水位数据采集终端包括摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器和电源模块，所述摄像头正对字轮组设置，所述补光灯设置在摄像头附近且光线射向字轮组，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器和STM8L151单片机相连，所述电源模块分别与电源控制电路、摄像头和STM32F407单片机电连接。优选地，所述摄像头采用OV2640摄像头，所述摄像头连接有24M有源晶振，所述存储器采用AT24C02存储芯片；所述TM32F407单片机还连接有供电电源、25M有源晶振和温度传感器，所述温度传感器为DS18B20数字温度传感器。优选地，所述供电电源包括太阳能电池板、充电控制电路和充电锂电池，所述充电控制电路分别与太阳能电池板、充电锂电池、STM8L151单片机和水位数据采集终端的电源模块电连接。优选地，所述二维码标识粘贴或者印制在字轮圆周表面。本专利技术还提供了一种自收揽浮子式远程水位监测系统的数据采集方法，自收揽浮子式远程水位监测系采用上述所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，包括以下步骤：1)拍摄水位测量装置字轮的图像信息；2)对拍摄的图像信息进行采用中值滤波和高斯滤波去除图像中的噪点；3)通过二维码标识的定位信息进行图像角度的校准；4)计算图像信息的阈值，并进行二值化处理，将大于阈值的灰度值设为最大灰度值1，小于阈值的灰度值设为0；5)对图像信息中每个字轮的数值分别识别，并将识别的各个字轮数值合并为水位读数；在步骤5)中，对图像信息中每个字轮的数值进行识别的具体过程为：51)对定位信息进行识别：对图像信息中每个字轮图片进行定位信息识别，如果包含一组完整的定位信息则对该组完整定位信息图片进行识别；如果包含两组完整的定位信息则对两组完整定位信息图片分别进行识别；52)对每组完整定位信息图片中位数信息进行识别：如果每组位数信息方块中有一半以上像素点的灰度值为1则确定该组位数信息值为1，否则该组位数信息值为0；将位数信息中的三组信息组成二进制位数数据；将二进制位数数据转化为十进制位数数据；53)对每组完整定位信息图片中数值信息进行识别：如果每组数值信息方块中有一半以上像素点的灰度值为1则确定该组数值信息值为1，否则该组数值信息值为0；将数值信息中的四组信息组成二进制数值数据；将二进制数值数据转化为十进制数值数据；54)对每组完整定位信息图片中数值半部位置信息进行识别：如果数值半部位置信息方块中有一半以上像素点的灰度值为1则确定识别的数值所在区域为数值下半部识别区，否则为数值上半部识别区；55)如果图像信息中每个字轮图片包含一组完整的定位信息则将对该组完整定位信息图片进行识别出的数据信息作为对应字轮的数据信息；如果图像信息中每个字轮图片包含两组完整的定位信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种自收揽浮子式远程水位监测系统，包括水位测量装置和水位数据采集终端，所述水位测量装置用以测量水位，所述水位数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并发送给后台管理系统，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。

【技术特征摘要】
1.一种自收揽浮子式远程水位监测系统，包括水位测量装置和水位数据采集终端，所述水位测量装置用以测量水位，所述水位数据采集终端用以采集水位测量装置测量的水位数据并发送给后台管理系统，其特征是，所述水位测量装置包括水位轮、测缆、浮子、卷扬轮、齿轮组、蜗杆、牙轮、字轮组和恒转矩电机，所述测缆缠绕于卷扬轮工作圆周的凹槽中，其引出端绕经水位轮的工作圆周后与浮子相连接，所述卷扬轮与水位轮在同一垂直面上工作，所述恒转矩电机的输出轴与卷扬轮的驱动轮啮合连接，水位轮与齿轮组中相同周长的齿轮共轴，所述齿轮组与蜗杆啮合，蜗杆轴与牙轮轴连接，牙轮分别与字轮组中对应的字轮啮合；所述字轮组中每个字轮圆周表面指代0～9的十个弧段上分别设置有对应数值0～9的二维码标识。2.根据权利要求1所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，所述二维码标识包括依次设置的数值上半部识别区、上半部间隔区、数值下半部识别区和下半部间隔区；所述数值上半部识别区和数值下半部识别区均包括二进制表示的定位信息、位数信息、数值半部位置信息和数值信息；每一个数值0～9的二维码标识所包含的数值上半部识别区和数值下半部识别区的位数信息和数值信息是相同的。3.根据权利要求2所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，所述定位信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区的左上角三组信息和右下角三组信息，所述位数信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区右上角的三组信息，所述数值半部位置信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区中心位置的一组信息，所述数值信息包括设置在数值上半部识别区或数值下半部识别区左下角的四组信息。4.根据权利要求3所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，所述的定位信息、位数信息、数值半部位置信息和数值信息中的每组信息为NXN点阵，N为大于等于3的正整数。5.根据权利要求1所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，所述水位测量装置还包括STM8L151单片机、电源控制电路、电机驱动电路和无线通信模块，所述STM8L151单片机分别与电源控制电路、电机驱动电路和无线通信模块相连，所述电源控制电路与水位数据采集终端相连，所述电机驱动电路与恒转矩电机的控制端相连，所述无线通信模块与后台管理系统相连。6.根据权利要求5所述的一种自收揽浮子式远程水位监测系统，其特征是，所述水位数据采集终端包括摄像头、补光灯、STM32F407单片机、存储器和电源模块，所述摄像头正对字轮组设置，所述补光灯设置在摄像头附近且光线射向字轮组，所述STM32F407单片机分别与摄像头、补光灯、存储器和STM8L151单片机相连，所述电源模块分别与电源控制电路、摄像头和STM32F407单片...

【专利技术属性】
技术研发人员：李聪，孟凡民，孙湛博，朱永琪，
申请(专利权)人：山东金米尔仪器科技有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37