【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及液位监测，尤其涉及一种高精度液位遥测报警系统。
技术介绍
1、液位测量是工业自动化、环境监测以及多种液体存储和处理场景中一个关键的参数。传统的液位测量方法如浮球计、差压式测液仪和电容式测液仪等，通常受到多种因素的影响，例如温度变化、密度不一致或粘度的波动，这些都可能导致测量精度下降。此外，传统液位测量系统常常是闭环的，缺乏实时远程监控和报警功能。
2、近年来，虽然出现了一些使用超声波、雷达或光学传感器的现代液位测量系统，这些系统在精度和稳定性方面有所提升。但是，这些系统往往忽视了液体的物理属性如温度、密度和粘度对测量结果的影响，因而在复杂的实际应用环境中，其准确性仍然受到限制，同时，这些系统通常也没有整合高效的数据处理和报警机制。
3、因此，现有技术中迫切需要一种能够提供高精度、高稳定性，并且能够适应复杂液体属性和环境条件的液位测量系统，该系统还应具有实时远程监控和报警功能，以满足现代工业和环境监测应用的高要求。
技术实现思路
1、基于上述目的，本专利技术提供了一种高精度液位遥测报警系统。
2、一种高精度液位遥测报警系统，包括微控制单元、至少一个超声波传感器、无线通信模块、电源模块及自适应液位补偿模块，其中，
3、所述超声波传感器进行液位测量后将数据发送至微控制单元进行初步处理；
4、微控制单元与自适应液位补偿模块相互连接，根据液体的物理属性，如温度、密度和粘度信息，自适应液位补偿模块进行液位数据的精确补偿，
5、补偿后的液位数据再由微控制单元通过无线通信模块发送到远程监控站点；
6、当液位数据低于或高于预设的安全范围时，微控制单元触发报警信号；
7、电源模块为整个系统提供稳定的电源支持。
8、进一步的，所述微控制单元为arm cortex-m系列微控制单元，该微控制单元接收并解析来自超声波传感器的数字液位数据，根据解析结果，对接收到的液体物理属性数据与自适应液位补偿模块进行数据交互，并控制无线通信模块进行液位数据的传输，同时，微控制单元还监控电源模块的状态，并在电源不足时发出警报。
9、进一步的，所述微控制单元通过数字输入/输出端口与超声波传感器连接，接收数字液位数据，当超声波传感器采集完液位信息后，通过spi串行通信接口将数字液位数据传送至微控制单元，微控制单元通过解析算法对数字液位数据进行解析，解析后的数据包括液位高度值，单位时间内液位的变化速度，以及液位测量的信噪比；
10、微控制单元通过专用数据通道连接到自适应液位补偿模块，当微控制单元完成对超声波传感器液位数据的解析后，通过该专用数据通道将解析结果以及液体的物理属性数据（如温度、密度和粘度）发送给自适应液位补偿模块；
11、自适应液位补偿模块接收到的解析结果和液体物理属性数据后用于液位补偿深度计算，补偿深度计算完成后，自适应液位补偿模块通过同一数据通道将补偿后的液位数据发送回微控制单元，微控制单元接收这些补偿后的液位数据，并据此进行进一步的数据处理或报警判定。
12、进一步的，所述超声波传感器采用模数转换技术，将液位的模拟信号转换成数字信号，保证数据在传输过程中的高精度和稳定性，避免了因模拟信号受到干扰而产生的误差，数字信号随后会被发送至微控制单元进行进一步处理，所述模数转换技术通过16位高精度模数转换器实现，该模数转换器与超声波传感器的模拟信号输出端直接相连，当超声波传感器检测到液位信息并生成模拟信号后，该信号输入模数转换器，模数转换器基于采样保持技术，确保在短时间内锁定输入模拟信号的幅值，以降低转换过程中的噪声影响；
13、模数转换器采用sigma-delta（σ-δ）转换原理，通过对模拟信号进行过采样，利用数字滤波器去除噪声，模数转换器首先将模拟信号分解为多个量化级别，并将每一级别与一个特定的数字编码相关联，再通过sigma-delta（σ-δ）算法，将该数字编码进一步处理，以获得高精度的数字液位数据。
14、进一步的，所述自适应液位补偿模块包括高速数字处理单元和多个传感输入端口，分别用于接收液体的温度、密度、粘度数据，该数据由相应的传感器（例如热敏电阻、密度计和粘度计）测得，并传输至自适应液位补偿模块进行处理；
15、所述高速数字处理单元包括补偿算法库实时运行，接收原始液位数据和液体温度、密度、粘度数据后，传输至补偿算法库进行计算。
16、进一步的，所述补偿算法库包括自适应滤波算法，通过自适应滤波算法进行液位数据补偿，该算法根据液体的物理属性(如温度、密度和粘度)动态地调整液位数据,对测量误差进行补偿，设为接收到的原始液位数据，其中分别表示液体的温度、密度和粘度，通过以下公式进行补偿：
17、
18、其中，是预先通过实验确定的系数，补偿后的液位数据随后会被传送到微控制单元。
19、进一步的，所述补偿算法库还包括一个神经网络模型，用于处理与历史数据偏差较大的液位数据，该神经网络模型经过历史实验数据训练，其深度结构考虑液体物理属性与液位之间的非线性关系，进行深度的液位补偿，经过补偿算法库处理的液位数据传回微控制单元进行最终处理。
20、进一步的，所述无线通信模块包括wi-fi、bluetooth、和4g lte通信方式，采用aes加密算法确保数据在传输过程中的安全性，当微控制单元发送数据请求时，该无线通信模块将补偿后的液位数据进行加密，并通过预设的通信方式发送到远程监控站点。
21、进一步的，所述电源模块结合太阳能板与高容量锂电池，采用智能充放电管理系统，该系统根据环境光线条件自动切换电源供应模式，确保系统持续稳定运行，同时，该模块定期向微控制单元报告电源状态。
22、本专利技术的有益效果：
23、本专利技术，通过集成微控制单元（mcu）、超声波传感器、无线通信模块、电源模块和自适应液位补偿模块等多个核心组件，形成了一个全面而精密的液位检测方案，尤其是通过模数转换技术，系统能够将来自超声波传感器的模拟信号转换成高精度的数字数据，从而大大提高了液位测量的准确性和稳定性。
24、本专利技术，在数据处理方面，微控制单元（mcu）不仅负责接收和解析来自超声波传感器的液位数据，还与自适应液位补偿模块进行了紧密的数据交互。特别是通过运用自适应滤波算法以及神经网络等先进的补偿算法，自适应液位补偿模块能针对不同液体物性（如温度、密度和粘度）进行精确的液位补偿，进一步优化了系统的测量结果。
25、本专利技术，无线通信模块使得液位数据能够实时地传输到远程监控平台或其他端点设备，实现了高效的数据管理和快速的报警机制。结合电源模块的长周期稳定供电，使得本系统不仅在工业环境中，甚至在远离电源、环境复杂的应用场景中也具有出色的表现和可靠性。这一系列综合优点使得本专利技术具有广泛的应用前景和商业价值。
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1.一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，包括微控制单元、至少一个超声波传感器、无线通信模块、电源模块及自适应液位补偿模块，其中，
2.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述微控制单元为ARM Cortex-M系列微控制单元，该微控制单元接收并解析来自超声波传感器的数字液位数据，根据解析结果，对接收到的液体物理属性数据与自适应液位补偿模块进行数据交互，并控制无线通信模块进行液位数据的传输，同时，微控制单元还监控电源模块的状态，并在电源不足时发出警报。
3.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述微控制单元通过数字输入/输出端口与超声波传感器连接，接收数字液位数据，当超声波传感器采集完液位信息后，通过SPI串行通信接口将数字液位数据传送至微控制单元，微控制单元通过解析算法对数字液位数据进行解析，解析后的数据包括液位高度值，单位时间内液位的变化速度，以及液位测量的信噪比；
4.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述超声波传感器采用模数转换技术，将液位的模拟信号转换成数字信
5.根据权利要求4所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述自适应液位补偿模块包括高速数字处理单元和多个传感输入端口，分别用于接收液体的温度、密度、粘度数据，该数据由相应的传感器测得，并传输至自适应液位补偿模块进行处理；
6.根据权利要求5所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述补偿算法库包括自适应滤波算法，通过自适应滤波算法进行液位数据补偿，该算法根据液体的物理属性动态地调整液位数据,对测量误差进行补偿，设为接收到的原始液位数据，其中分别表示液体的温度、密度和粘度，通过以下公式进行补偿：
7.其中，是预先通过实验确定的系数，补偿后的液位数据随后会被传送到微控制单元。
8.根据权利要求6所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述补偿算法库还包括一个神经网络模型，用于处理与历史数据偏差较大的液位数据，该神经网络模型经过历史实验数据训练，其深度结构考虑液体物理属性与液位之间的非线性关系，进行深度的液位补偿，经过补偿算法库处理的液位数据传回微控制单元进行最终处理。
9.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述无线通信模块包括Wi-Fi、Bluetooth、和4G LTE通信方式，采用AES加密算法确保数据在传输过程中的安全性，当微控制单元发送数据请求时，该无线通信模块将补偿后的液位数据进行加密，并通过预设的通信方式发送到远程监控站点。
10.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述电源模块结合太阳能板与高容量锂电池，采用智能充放电管理系统，该系统根据环境光线条件自动切换电源供应模式，确保系统持续稳定运行，同时，该模块定期向微控制单元报告电源状态。
...【技术特征摘要】
1.一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，包括微控制单元、至少一个超声波传感器、无线通信模块、电源模块及自适应液位补偿模块，其中，
2.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述微控制单元为arm cortex-m系列微控制单元，该微控制单元接收并解析来自超声波传感器的数字液位数据，根据解析结果，对接收到的液体物理属性数据与自适应液位补偿模块进行数据交互，并控制无线通信模块进行液位数据的传输，同时，微控制单元还监控电源模块的状态，并在电源不足时发出警报。
3.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述微控制单元通过数字输入/输出端口与超声波传感器连接，接收数字液位数据，当超声波传感器采集完液位信息后，通过spi串行通信接口将数字液位数据传送至微控制单元，微控制单元通过解析算法对数字液位数据进行解析，解析后的数据包括液位高度值，单位时间内液位的变化速度，以及液位测量的信噪比；
4.根据权利要求1所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述超声波传感器采用模数转换技术，将液位的模拟信号转换成数字信号，所述模数转换技术通过16位高精度模数转换器实现，该模数转换器与超声波传感器的模拟信号输出端直接相连，当超声波传感器检测到液位信息并生成模拟信号后，该信号输入模数转换器，模数转换器基于采样保持技术，确保在短时间内锁定输入模拟信号的幅值，以降低转换过程中的噪声影响；
5.根据权利要求4所述的一种高精度液位遥测报警系统，其特征在于，所述自适应液位补偿模块包括高速数字处理单元和多个...
【专利技术属性】
技术研发人员：康涛，
申请(专利权)人：南通海狮船舶机械有限公司，
类型：发明
国别省市：
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