【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及水位监测领域，具体涉及一种智能防汛水标尺。
技术介绍
1、河道水位与人们的生活息息相关，其中警戒水位和保证水位是进行防汛组织指挥和抗洪抢险的重要指标，因此及时准确获取水位信息，对开展防洪减灾工作具有一定的意义。警戒水位是指在江河水位上涨到河段内可能出现险情、要加以警惕戒备的水位，是根据堤防质量、保护重点以及历年险情分析制定的。保证水位是指堤防工程所能保证自身安全运行的水位，是我国根据江河堤防情况规定的防汛安全上限水位，往往就是堤防设计安全水位，当水位达到或接近保证水位时，防汛进入全面紧急状态，堤防临水时间较长，随时都有出险的可能。因此测量河道水位的水标尺在平时的防汛工作中显得尤为重要。水标尺的使用历史悠久，经过不断的发展和改进，最终演变成了我们今天所熟知的水标尺形式。对于水位监测领域的研究，无论是仪器材料工艺、配置性能和算法理论等方面都取得很大进步，开发产品测量精度好、智能化程度高。但是对于行人与当地居民，仍难以直观地了解实时的水位情况，无法对所处位置的淹没情况进行快速准确地判断，面对可能发生的洪涝灾害，有时不能有效保证自身的生命财产安全。因此，研制既能够满足水位监测工作要求，又能面向大众的智能水位监测产品是十分必要的。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于提供一种智能防汛水标尺，该水标尺可以快速、准确地获得实时水位信息，结构设计合理，使用稳定可靠，可视化程度高。
2、为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：一种智能防汛水标尺，包括具有水位指示的水
3、进一步地，所述水标尺壳体底部与柱式管道底部之间为密封连接，以使外部水体无法进入水标尺壳体与柱式管道之间的空间，外部水体只能经由柱式管道底部的进水口进入柱式管道内，并使其内的浮标浮起。
4、进一步地，所述单片机按如下方法计算出当前水位：
5、计算水标尺所在处淹没深度：
6、h2＝h-h0-h1
7、其中，h2为水标尺所在处淹没深度，h为激光测距传感器到地面的高度，h0为激光测距传感器实时测得的激光测距传感器到浮标的距离，h1为浮标露出水面的高度；
8、当前水位为：
9、z当前＝z0+h2
10、其中，z当前为当前水位，z0为水标尺的零点高程。
11、进一步地，所述水标尺壳体上沿竖向从下而上依次设有警戒水位指示标志、保证水位指示标志和历史最高水位指示标志；所述灯光警示模块包括可显示不同颜色的两个警示灯带，所述两个警示灯带分别设于警戒水位指示标志、保证水位指示标志上，以通过点亮相应的警示灯带来提示当前水位是否达到警戒水位或保证水位；所述单片机分别与两个警示灯带电性连接，以根据计算出的当前水位判断是否点亮相应的警示灯带。
12、进一步地，所述两个警示灯带为黄色警示灯带和红色警示灯带；当z当前≥z警戒，即当前水位达到设定的警戒水位时，所述单片机控制黄色警示灯带闪烁；当z当前≥z保证，即当前水位达到设定的保证水位时，所述单片机控制红色警示灯带闪烁。
13、进一步地，所述激光测距传感器采用搭载vl53l0x芯片的tof激光测距传感器实时测量激光测距传感器到浮标的距离，并使用iic通信将测量数据传输至单片机。
14、进一步地，所述单片机采用arduino uno r3开发板，使用软件arduino ide编写程序并烧录至开发板中，以实现水位计算、比较及显示功能；所述开发板通过硬件串口接收激光测距传感器传输来的测量数据，通过通信模块与外部的移动终端进行数据通信，以便在移动终端上显示相关数据信息；所述开发板运行比较水位程序，并根据比较结果触发相应警示灯带进行报警。
15、进一步地，所述通信模块采用atk-ble01_v1.9蓝牙模块；所述显示模块采用数码管显示屏。
16、进一步地，所述测量装置包括测量装置壳体，所述测量装置壳体设置于水标尺壳体顶部并向下与水标尺壳体固定连接；所述单片机、激光测距传感器、通信模块和电源模块设置于测量装置壳体内，所述显示模块嵌设于测量装置壳体侧壁上，所述测量装置壳体底部开孔，以使激光测距传感器发出的激光能够穿过测量装置壳体打在柱式管道内的浮标上。
17、进一步地，所述测量装置壳体的横截面的形状尺寸大于水标尺壳体，所述测量装置壳体、水标尺壳体和柱式管道均采用不锈钢结构制成。
18、与现有技术相比，本专利技术具有以下有益效果：本专利技术提供了一种智能防汛水标尺，通过激光测距技术测量与当前水位相关的数据，并通过单片机进行当前水位计算、比较，进而实现相关水位信息的显示、报警及上传。该水标尺智能化程度高，可以自动、快速、准确地预报实时水位信息，并通过显示屏显示、灯光警示等模块使普通民众直观了解到实时的水位情况，民众可以根据预报的洪水水位与水标尺上的标注历史实测最高洪水位进行直观比较，确定所处位置将来可能的淹没情况；同时，该水标尺改善了传统的两面水尺设计，利用三面结构加强了结构的可视性和稳定性，即使遭遇水流冲击也可以保持正常工作，并实现群众和工作人员的安全读数，为普通民众防汛抗洪提供最直接的依据。因此，本专利技术具有很强的实用性和广阔的应用前景。
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1.一种智能防汛水标尺，其特征在于，包括具有水位指示的水标尺壳体、柱式管道和测量装置，所述水标尺壳体为横截面为三角形的柱式壳体，所述柱式管道竖设于水标尺壳体内，所述柱式管道底部开设有进水口以与外部水体连通，所述柱式管道内设有浮标，所述测量装置连接于水标尺壳体顶部，所述测量装置包括单片机、激光测距传感器、显示模块、灯光警示模块、通信模块和电源模块，所述电源模块为整个测量装置供电，所述单片机分别与激光测距传感器、显示模块、灯光警示模块、通信模块电性连接，所述激光测距传感器的工作端竖直向下朝向浮标，以实时测量浮标与激光测距传感器的距离，所述单片机根据激光测距传感器的测量数据计算出当前水位。
2.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述水标尺壳体底部与柱式管道底部之间为密封连接，以使外部水体无法进入水标尺壳体与柱式管道之间的空间，外部水体只能经由柱式管道底部的进水口进入柱式管道内，并使其内的浮标浮起。
3.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述单片机按如下方法计算出当前水位：
4.根据权利要求3所述的一种智能防汛水标尺
5.根据权利要求4所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述两个警示灯带为黄色警示灯带和红色警示灯带；当Z当前≥Z警戒，即当前水位达到设定的警戒水位时，所述单片机控制黄色警示灯带闪烁；当Z当前≥Z保证，即当前水位达到设定的保证水位时，所述单片机控制红色警示灯带闪烁。
6.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述激光测距传感器采用搭载VL53L0X芯片的TOF激光测距传感器实时测量激光测距传感器到浮标的距离，并使用IIC通信将测量数据传输至单片机。
7.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述单片机采用ArduinoUNO R3开发板，使用软件Arduino IDE编写程序并烧录至开发板中，以实现水位计算、比较及显示功能；所述开发板通过硬件串口接收激光测距传感器传输来的测量数据，通过通信模块与外部的移动终端进行数据通信，以便在移动终端上显示相关数据信息；所述开发板运行比较水位程序，并根据比较结果触发灯光警示模块进行报警。
8.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述通信模块采用ATK-BLE01_V1.9蓝牙模块；所述显示模块采用数码管显示屏。
9.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述测量装置包括测量装置壳体，所述测量装置壳体设置于水标尺壳体顶部并向下与水标尺壳体固定连接；所述单片机、激光测距传感器、通信模块和电源模块设置于测量装置壳体内，所述显示模块嵌设于测量装置壳体侧壁上，所述测量装置壳体底部开孔，以使激光测距传感器发出的激光能够穿过测量装置壳体打在柱式管道内的浮标上。
10.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述测量装置壳体的横截面的形状尺寸大于水标尺壳体，所述测量装置壳体、水标尺壳体和柱式管道均采用不锈钢结构制成。
...【技术特征摘要】
1.一种智能防汛水标尺，其特征在于，包括具有水位指示的水标尺壳体、柱式管道和测量装置，所述水标尺壳体为横截面为三角形的柱式壳体，所述柱式管道竖设于水标尺壳体内，所述柱式管道底部开设有进水口以与外部水体连通，所述柱式管道内设有浮标，所述测量装置连接于水标尺壳体顶部，所述测量装置包括单片机、激光测距传感器、显示模块、灯光警示模块、通信模块和电源模块，所述电源模块为整个测量装置供电，所述单片机分别与激光测距传感器、显示模块、灯光警示模块、通信模块电性连接，所述激光测距传感器的工作端竖直向下朝向浮标，以实时测量浮标与激光测距传感器的距离，所述单片机根据激光测距传感器的测量数据计算出当前水位。
2.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述水标尺壳体底部与柱式管道底部之间为密封连接，以使外部水体无法进入水标尺壳体与柱式管道之间的空间，外部水体只能经由柱式管道底部的进水口进入柱式管道内，并使其内的浮标浮起。
3.根据权利要求1所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述单片机按如下方法计算出当前水位：
4.根据权利要求3所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述水标尺壳体上沿竖向从下而上依次设有警戒水位指示标志、保证水位指示标志和历史最高水位指示标志；所述灯光警示模块包括可显示不同颜色的两个警示灯带，所述两个警示灯带分别设于警戒水位指示标志、保证水位指示标志上，以通过点亮相应的警示灯带来提示当前水位是否达到警戒水位或保证水位；所述单片机分别与两个警示灯带电性连接，以根据计算出的当前水位判断是否点亮相应的警示灯带。
5.根据权利要求4所述的一种智能防汛水标尺，其特征在于，所述两个警示灯带为黄色警示灯带和红色警示灯带；当...
【专利技术属性】
技术研发人员：金保明，陈祯旭，郑明展，陈柠浩，刘英杰，朱润东，
申请(专利权)人：福州大学，
类型：发明
国别省市：
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