一种水电站生态流量监测专用一体化枪机制造技术

本发明专利技术提供了一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，属于资源环境监管技术领域。包括摄像镜头、Sensor、SOC、Flash、TF卡、GPIO、电源、继电器、以太网、UART转485模块、4～20mA转485模块、外接设备的外接端子；摄像镜头通过凹透镜传递光线至Sensor获得图像信息；SOC对Sensor采集的信息进行编解码、通过GPIO控制继电器、通过以太网传输数据至服务器、通过UART转485模块和4～20mA转485模块进行通信；外接设备的外接端子通过连线连接有电源、补光灯、4G路由器、液位计和流量计。本发明专利技术具有能耗低等优点。等优点。等优点。

【技术实现步骤摘要】
一种水电站生态流量监测专用一体化枪机


[0001]本专利技术属于资源环境监管
，涉及一种水电站生态流量监测专用一体化枪机。

技术介绍

[0002]我国中小型水电站众多，部分水电站为了追求经济效益，在水电站在未达到发电水位时便会将水闸完全关闭进行蓄水，如此，因截流导至水电站下游长时间的断流，严重破坏水生动植物与水生态系统，以及下游饮水与灌溉，尤其是在枯水期。
[0003]为保证水资源与水生态可持续发展，国家水利部及各级水利部门相继出台并实行下泄生态流量集中监测的文件，对所有在用水电站按不低于近10年平均流量的10％进行最小下泄流量核定，要求全天候确保河流下泄流量不低于核定流量，以避免断流造成下游水生动植物与水生态系统遭受破坏，同时也保障下游饮水与灌溉的需要。
[0004]具体而言，受到技术层面和监管的实际情况的影响，目前在国家水利部及各级水利部门相继出台并实行下泄生态流量集中监测的文件中，对水电站有如下要求：(1)各监测点每15分钟采集一次水位与流量数据，每小时采集1张实时图片上传各省水利部门监测平台，供省水利厅监管，受国家水利部监督。同时要求，当网络不通、或数据接入平台调试升级期间，无法及时上传的数据和照片，以及个别站点，确实无法解决网络通信问题的，数据和照片需保存在生态流量监测系统本地，要求保存时间不低于3年，经计算，所求存储空间约为5GB。(2)数据通信协议大多省份采用国家标准协议《SZY206
‑
2016水资源监测数据传输规约》或《水文通信协议规范》，个别省份也有采用自定义通信协议的。
[0005]与监管初衷和实际监管要求相比，目前的监管方式存在如下问题：
[0006]1.绝大多中小水电站，特别是一些小型水电站，均地处偏远，无通信网络与电力基础设施，生态流量监测解决方案须采用太阳能发电、蓄电池储能、4G网络通信，而实际上，通讯、太阳能发电能力等，在偏远地区可靠性较差。
[0007]2.由于太阳能发电受季节、天气影响，同时，太阳能板发电功率与蓄电池容量因成本原因，太阳能板和蓄电池容量不可能太大，通常监测站所用太阳能发电功率100W，蓄电池容量为12V*100Ah左右，受到日照效率、地理位置和气候的影响，监管设备的成本和监管可靠性存在较大矛盾。
[0008]3.常用解决方案中，用于水电站拍照回传至水利监管部门的设备由：(1)4G路由器接入移动、联通、电信等通信运营网络上网(功耗约为1.4W)，(2)RTU(Remote Terminal Unit)远程终端设备(功耗约为2W)，(3)水位计(功耗约为1W)，(4)流量计(功耗约为1.5W)，(5)工业相机(平均3W)五部分组成，其中，专用RTU设备价格昂贵，通常在8000元左右，全系统工作功耗较高，约为9W左右，在连续阴雨无法由太阳能充电的情况下，蓄电池最多可续航5.5天。
[0009]4.此外，通常还存在：(1)工业相机文字叠加功能缺失、或叠加模式单一的问题，影响照片的管理和照片的信息含量；(2)工业相机拍照后，数据经串口发送给RTU，再由RTU经
4G路由器转发至数据接入平台，由于串口标准速率通常工作为9600bps，正常拍照响应时间长达3分钟左右，实时性较差，也约束了照片的清晰度(清晰度越高，由串口标准的照片传输时效性更差)，影响监管质量。

技术实现思路

[0010]本专利技术的目的是针对现有的技术存在的上述问题，提供一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，本专利技术所要解决的技术问题是如何延长可靠工作时长、减少能耗。
[0011]本专利技术的目的可通过下列技术方案来实现：一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，其特征在于，包括摄像镜头、Sensor、SOC、Flash、TF卡、GPIO、电源、继电器、以太网、UART转485模块、4～20mA转485模块、外接设备的外接端子；摄像镜头通过凹透镜传递光线至Sensor获得图像信息；SOC对Sensor采集的信息进行编解码、通过GPIO控制继电器、通过以太网传输数据至服务器、通过UART转485模块和4～20mA转485模块进行通信；外接设备的外接端子通过连线连接有电源、补光灯、4G路由器、水量测量仪器。
[0012]水量测量仪器可以是液位计为485液位计或4～20mA液位计或流量计。
[0013]进一步的，所述摄像镜头由凹透镜组成，光线通过透镜折射聚焦并滤波照射到Sensor，Sensor表面上的光电二极管受到光线照射产生电荷，将光信号转换为电信号，再通过内部的AD转换为数字信号；
[0014]进一步的，所述SOC对Sensor采集的数字信号具有编解码功能、通过以太网传输采集数据，通过扩展TF卡进行高容量存储、通过UART转485模块和4～20mA转485模块获取液位计或流量计采集的数据、通过GPIO控制继电器开关闭合状态；
[0015]所述TF卡包括但不限于16G、32G、64G存储容量TF卡；
[0016]所述GPIO可控制电子元器件继电器的供电或断电，控制继电器开关的闭合状态，通过继电器开关控制对外部设备的供电；
[0017]所述继电器为时间继电器或舌簧继电器；
[0018]进一步的，所述以太网采用的网络通信协议包括但不限于TCP/IP协议、IPX/SPX协议、NetBEUI协议；可通过RJ45或无线传输方式与4G路由器建立网络通信；
[0019]所述无线传输方式包括Zig
‑
Bee、蓝牙(Bluetooth)、无线宽带(Wi
‑
Fi)、超宽带(UWB)和近场通信(NFC)等；
[0020]进一步的，所述外接设备的外接端子包括电源输入端子、补光灯供电端子、4G路由器供电及通信端子、485液位计或流量计供电及通信端子、4～20mA液位计或流量计供电及通信端子，可通过连线接入电源、补光灯、4G路由器、485液位计或流量计、4～20mA液位计或流量计；
[0021]镜头将光线集中后投射到Sensor，Sensor是感光图像传感器，可直接将光学信号转换为模拟电流信号，经过放大后进行模数转换，将转换后的图像数据送SoC片上系统。
[0022]SoC片上系统：集成了微处理器、数字信号处理器、FLASH存储器以及视频与图片处理固件的芯片，该芯片提供软件编程接口，实现视频与图片采集、编码，本系统中典型的，可采用海思Hi3516、北京君正jzT31等系列芯片实现拍照功能。
[0023]SoC芯片提供TF/SD卡扩展总线，连接标准的TF/SD卡卡座，用以实现支持大容量(容量可高达512GB)的数据存储空间，本系统中用以保存所有图片、水位、流量等数据。按照
水利部对生态流量监测要求，监测点设备本地需保存至少有年的图片、水位、流量数据，每1小时采集1张图片，每15分钟采集一次水位与流量，通常，一张1920*1080的高清照片，文件大小通常不超过200KB，每个流量和水位数据的存储，由2个浮点型数据(8个字节)即可保存，由此可计算：若本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，其特征在于，包括摄像镜头、Sensor、SOC、Flash、TF卡、GPIO、电源、继电器、以太网、UART转485模块、4～20mA转485模块、外接设备的外接端子；摄像镜头通过凹透镜传递光线至Sensor获得图像信息；SOC对Sensor采集的信息进行编解码、通过GPIO控制继电器、通过以太网传输数据至服务器、通过UART转485模块和4～20mA转485模块进行通信；外接设备的外接端子通过连线连接有电源、补光灯、4G路由器、液位计和流量计。2.根据权利要求1所述一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，其特征在于，液位计为485液位计或4～20mA液位计。3.根据权利要求1或2所述一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，其特征在于，所述摄像镜头由凹透镜组成，光线通过透镜折射聚焦并滤波照射到Sensor，Sensor表面上的光电二极管受到光线照射产生电荷，将光信号转换为电信号，再通过内部的AD转换为数字信号。4.根据权利要求3所述一种水电站生态流量监测专用一体化枪机，其特征在于，所述SOC对Sensor采集的数字信号具有编解码功能、通过以太网传输采集数据，通过扩展TF卡进行高容量存储、通过UART转485模块和4～20mA转485模块获取液位计或流量计采集的数据、通过GPIO控制继电器开关闭合状态。5.根据权利要求4所述一种水电站生态流量...

【专利技术属性】
技术研发人员：卢社阶，彭亚斌，张文亮，陈先相，卢伟岸，黄国赞，杜学生，
申请(专利权)人：湖北科技学院，
类型：发明
国别省市：