本发明专利技术公开了以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，包括主处理器模块以及连接在主处理器模块上的投入式液位变送器、电极感应板、防雷击与保护模块、变压与稳压模块、LCD屏幕显示模块、基础电流比较模块与2.5V电压基准模块、485信号通讯模块、温湿度监测模块、FLASH存储模块、4G通讯模块和看门狗监测模块。本发明专利技术的系统及方法以投入式液位变送器与电极感应板为基础，可实现精准有效监测水田水位。该系统监测精度高，能实现数据远程上传。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于耕地土层渗透度监测，具体涉及一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统。
技术介绍
1、土地整治可有效增加耕地面积，但土地整治后新垦耕地的质量检测(如渗透度检测)往往缺乏高效定量化的测试手段。水生植物种植的耕地需要有充足的水源，既要有保水能力，又要有一定的透水性能，因此探索耕地土层渗透度的检测技术势在必行。
2、基于水位检测，通过算法可以计算耕地渗透能力。基于图像识别的水位检测技术，其原理是通过人工设定的标识点构建透视投影关系，利用水尺的颜色特性以及图像处理计算出水面位于水尺标识位置。基于雷达识别的水位检测技术，其原理是通过天线发射雷达电磁波，这些电磁波在遇到水面时会发生反射，部分反射信号被雷达接收，通过发射到接收的时间差和电磁波在空气中的传播速度，计算出雷达与水面间的距离；但由于电磁波存在反射和散射效应，很难保证长期使用过程中的测量精度和稳定性，需要定期维护和校准。基于电极板式识别的水位检测技术，其原理是导电电极接触到液面引起电容变化，触发感应进行识别；其精度由各电极板的间距(从目前工艺看，最小能做到5mm)确定，具有结构简单、抗干扰能力强等优点。
3、众所周知，水田中的液体存在较大浑浊度，其密度沿高度呈梯度变化，可见基于水压测量计算水位高度的方法会存在较大的误差。为此，为了精准监控水田水位高度，从而精准计算其渗透度，本专利技术提出作为一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，能提供更为精确的水位变化值。
技术实现思路</p>1、本专利技术为了解决上述现有技术中存在的缺陷和不足，提供了一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，用以精确测量水位，通过远程传输系统实时反馈水位变化情况，达到水田水位监测目的。
2、本专利技术的技术方案如下：一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，包括主处理器模块以及连接在主处理器模块上的投入式液位变送器、电极感应板、防雷击与保护模块、变压与稳压模块、lcd屏幕显示模块、基础电流比较模块与2.5v电压基准模块、485信号通讯模块、温湿度监测模块、flash存储模块、4g通讯模块和看门狗监测模块；
3、所述投入式液位变送器，用于提供一种电流形式输出的水位，水位高低与电流大小正相关；
4、所述电极感应板通过不同高度的电极输出高/低电平；
5、所述防雷击与保护模块，一方面防止电源输入过大信号而导致元器件损坏，另一方面防止由于户外作业遭雷击时导致的设备损坏；
6、所述lcd屏幕显示模块，用于显示系统当前的水位、温湿度和测量水位值；
7、所述基础电流比较模块与2.5v电压基准模块，一方面投入式液位变送器所输出的电流提供比较基准，保障本系统测量精度，另一方面为主处理器模块提供精准电压；
8、所述485信号通讯模块，为主处理器模块与电极感应板的信息通讯提供同一协议；
9、所述温湿度监测模块，一方面作为水田环境参数的输出，另一方面通过滤波算法将温湿度的影响减低，提供更为精确的水位值；
10、所述flash存储模块，用于保存主处理器接收到的各类数据；
11、所述4g通讯模块，用于提供4g远程上传数据的功能；
12、所述看门狗监测模块，为系统程序意外卡死提供方便的重启手段；
13、所述主处理器模块，用于处理各模块之间的信息传输。
14、优选地，所述电流大小范围为4-20ma，模块接收传感器输出的与水位正相关的电流信号，同时采用差分比较电路消除投入式液位变送器传到主处理器的过程中产生的电流误差；所述主处理器模块增加了32.768khz晶振用于为主处理器提供更精确的原始时钟频率，使得采样得到的信号可以有效地在主处理器内部进行分析处理，保障了水田犁底层水位监测系统的可靠性，增强可交互性；所述电极感应板采用轮询的方式定时查询每个电极的高低电平变化，将最高一个高电平的电极位置视为水位位置并输出到主处理器模块；所述变压与稳压模块提供稳定的3.3v电压用于常规电路，提供3.8v电压用于4g电路。
15、优选地，该水田水位监测系统的水位计算流程如下：投入式液位变送器信号接收模块输出4-20ma电流到主处理器模块，电流大小i对应传感器压力p，即水压大小，对应公式见式(1)：
16、
17、其中p为投入式液位变送器测量到的水压，单位为mpa；i为主处理器模块m接收到的电流，单位为ma；iset为模块f输出实际电流，理论上为1ma；a为投入式液位变送器信号接收模块a输出最小电流，单位为ma；b为投入式液位变送器信号接收模块a输出电流的量程，单位为ma；
18、电极感应板在经过485信号通讯模块转译后输出水位信号到主处理器模块，模块精度不高，但是可靠性高，主要用于判断投入式液位变送器有无异常状况；防雷击与保护模块与变压与稳压模块共同为设备提供安全、可靠、稳定的电压；lcd屏幕显示模块接收来自主处理器模块的信号提供交互接口；基础电流比较模块与2.5v电压基准模块输出2.5v基准电压与1ma基准电流到主处理器模块；flash存储模块提供空间存储历史水位、温湿度、4g发送信息，4g通讯模块为本专利技术进行无线数据发送提供手段；看门狗监测模块接收主处理器模块的周期喂狗信号防止程序意外卡死的情况出现。
19、优选地，投入式液位变送器信号接收模块包括二极管d5、d6、d15，分流电阻r11、r12，地线分离电阻r16，滤波电容c8与磁珠h4。二极管d5、d6、d15正极分别接于三个投入式液位变送器信号，负极接于同一电路一方面避免干扰，另一方面截止三个信号，防止其相互导通；分流电阻r11、r12一端接二极管的负极，一端接地防止过大电流经过磁珠输入主处理器模块；地线分离电阻r16两端分别接地和模拟地，分离数字电路和模拟电路的地噪声并能保持之间的连接；滤波电容c8两端分别接地和模拟地，磁珠h4两端分别二极管负极和主处理器模块，磁珠h4与滤波电容c8的作用主要是过滤投入式液位变送器输入的噪音；
20、所述电极感应板包括比较器u3b，电阻r92～r97，电容c59、c60。比较器第1引脚作为输入接收电极信号；比较器第2引脚过电阻r97连接到地；比较器第3引脚作为比较信号输出到主处理器模块；比较器第4引脚接地；比较器第5引脚作为输入引脚接收电极信号；比较器第6引脚通过电阻r94连接到地；比较器第7引脚作为比较信号输出到主处理器模块；比较器第8引脚连接电容c59，电容c59另一端接地作用为滤波；电阻r92两端分别连接3.3v电源及比较器第6引脚；电阻r9两端分别连接3.3v电源及连接比较器第7引脚；电阻r95两端分别连接3.3v电源及连接比较器第2引脚；电阻r96两端分别连接3.3v电源及连接比较器第3引脚；电极感应板提供以电极点位阶段性测量数据，并将数据以rs-485形式输出。
21、优选地，所述防雷击与保护模块包括原始电源输入1本文档来自技高网
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【技术保护点】
1.一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：包括主处理器模块以及连接在主处理器模块上的投入式液位变送器、电极感应板、防雷击与保护模块、变压与稳压模块、LCD屏幕显示模块、基础电流比较模块与2.5V电压基准模块、485信号通讯模块、温湿度监测模块、FLASH存储模块、4G通讯模块和看门狗监测模块；
2.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述电流大小范围为4-20mA，模块接收传感器输出的与水位正相关的电流信号，同时采用差分比较电路消除投入式液位变送器传到主处理器的过程中产生的电流误差；所述主处理器模块增加了32.768KHz晶振用于为主处理器提供更精确的原始时钟频率，使得采样得到的信号可以有效地在主处理器内部进行分析处理，保障了水田犁底层水位监测系统的可靠性，增强可交互性；所述电极感应板采用轮询的方式定时查询每个电极的高低电平变化，将最高一个高电平的电极位置视为水位位置并输出到主处理器模块；所述变压与稳压模块提供稳定的3.3V电压用于常规电路，提供3.8V电压用于4G电路。
>3.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：该水田水位监测系统的水位计算流程如下：投入式液位变送器信号接收模块输出4-20mA电流到主处理器模块，电流大小I对应传感器压力P，即水压大小，对应公式见式(1)：4.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：投入式液位变送器信号接收模块包括二极管D5、D6、D15，分流电阻R11、R12，地线分离电阻R16，滤波电容C8与磁珠H4；二极管D5、D6、D15正极分别接于三个投入式液位变送器信号，负极接于同一电路一方面避免干扰，另一方面截止三个信号，防止其相互导通；分流电阻R11、R12一端接二极管的负极，一端接地防止过大电流经过磁珠输入主处理器模块；地线分离电阻R16两端分别接地和模拟地，分离数字电路和模拟电路的地噪声并能保持之间的连接；滤波电容C8两端分别接地和模拟地，磁珠H4两端分别二极管负极和主处理器模块，磁珠H4与滤波电容C8的作用主要是过滤投入式液位变送器输入的噪音；
5.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述防雷击与保护模块包括原始电源输入12V，电源输出12V，二极管D4，滤波电容C1、C2，瞬态电压抑制二极管D1、D2、D3，电感L2，陶瓷贴片电容器L1，压敏电阻MOV1～MOV3，气体放气管GT1，保险丝FS1；二极管D4两端分别连接电源输出12V和滤波电容，其主要目的是防止反向电流；滤波电容C1、C2两端分别连接地线及二极管D4；瞬态电压抑制二极管D1两端分别接地及接电气地；瞬态电压抑制二极管D2两端分别连接电感L2及二极管D4；瞬态电压抑制二极管D3两端分别接电气地及电感L2，并于电感L2一起接电源输入；电感L2两端分别连接二极管D4及电源输入12V；陶瓷贴片电容器L1的第1脚接电源输入12V，第2脚接地，第3脚接电源完整性接地，第4脚在通过保险丝PS1后接入原始电源输入与电池相连；压敏电阻MOV1与MOV2的一端连接气体放气管GT1的负极，另一端前者连接电源完整性接地，后者连接陶瓷贴片电容器L1的第四脚；气体放气管GT1，正极连接电气接地，负极连接压敏电阻MOV1与MOV2；保险丝FS1负责连接陶瓷贴片电容器L1的第4脚与原始电源输入。
6.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述变压与稳压模块包括P沟道场效应管Q16，电阻R60～67，数字晶体管Q17，滤波电容C52～C57，电感L5，磁珠MB1，降压芯片U19；P沟道场效应管Q16左侧D引脚连接12V电源，右侧S引脚连接降压芯片电源输入引脚，下侧G引脚连通过电阻R63及数字晶体管Q17后连接到主处理器模块的降压芯片控制引脚；电阻R60两端分别连接降压芯片U19的电源输入的第2引脚及第3引脚；电阻R61一端连接降压芯片U19的第6引脚，另一端经过电容C57与4G模块的地线相连；电阻R62两端分别连接12V电源及接Q17下侧G引脚；电阻R63一端与R62一样连接Q17下侧G引脚，另一端连接数字晶体管Q17上侧引脚，数字晶体管Q17除了连接R63外，下侧引脚接地，左侧引脚连接主处理器模块的降压芯片控制引脚；电阻R64一端连接降压芯片的第3引脚；电阻R65两端分别连接降压芯片U19的第5引脚及电源输出；电阻R66两端分别连接降压芯片U19的第4引脚及4G模组的地线；电阻R67的一端同样连接降压芯片的...
【技术特征摘要】
1.一种以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：包括主处理器模块以及连接在主处理器模块上的投入式液位变送器、电极感应板、防雷击与保护模块、变压与稳压模块、lcd屏幕显示模块、基础电流比较模块与2.5v电压基准模块、485信号通讯模块、温湿度监测模块、flash存储模块、4g通讯模块和看门狗监测模块；
2.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述电流大小范围为4-20ma，模块接收传感器输出的与水位正相关的电流信号，同时采用差分比较电路消除投入式液位变送器传到主处理器的过程中产生的电流误差；所述主处理器模块增加了32.768khz晶振用于为主处理器提供更精确的原始时钟频率，使得采样得到的信号可以有效地在主处理器内部进行分析处理，保障了水田犁底层水位监测系统的可靠性，增强可交互性；所述电极感应板采用轮询的方式定时查询每个电极的高低电平变化，将最高一个高电平的电极位置视为水位位置并输出到主处理器模块；所述变压与稳压模块提供稳定的3.3v电压用于常规电路，提供3.8v电压用于4g电路。
3.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：该水田水位监测系统的水位计算流程如下：投入式液位变送器信号接收模块输出4-20ma电流到主处理器模块，电流大小i对应传感器压力p，即水压大小，对应公式见式(1)：
4.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：投入式液位变送器信号接收模块包括二极管d5、d6、d15，分流电阻r11、r12，地线分离电阻r16，滤波电容c8与磁珠h4；二极管d5、d6、d15正极分别接于三个投入式液位变送器信号，负极接于同一电路一方面避免干扰，另一方面截止三个信号，防止其相互导通；分流电阻r11、r12一端接二极管的负极，一端接地防止过大电流经过磁珠输入主处理器模块；地线分离电阻r16两端分别接地和模拟地，分离数字电路和模拟电路的地噪声并能保持之间的连接；滤波电容c8两端分别接地和模拟地，磁珠h4两端分别二极管负极和主处理器模块，磁珠h4与滤波电容c8的作用主要是过滤投入式液位变送器输入的噪音；
5.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述防雷击与保护模块包括原始电源输入12v，电源输出12v，二极管d4，滤波电容c1、c2，瞬态电压抑制二极管d1、d2、d3，电感l2，陶瓷贴片电容器l1，压敏电阻mov1～mov3，气体放气管gt1，保险丝fs1；二极管d4两端分别连接电源输出12v和滤波电容，其主要目的是防止反向电流；滤波电容c1、c2两端分别连接地线及二极管d4；瞬态电压抑制二极管d1两端分别接地及接电气地；瞬态电压抑制二极管d2两端分别连接电感l2及二极管d4；瞬态电压抑制二极管d3两端分别接电气地及电感l2，并于电感l2一起接电源输入；电感l2两端分别连接二极管d4及电源输入12v；陶瓷贴片电容器l1的第1脚接电源输入12v，第2脚接地，第3脚接电源完整性接地，第4脚在通过保险丝ps1后接入原始电源输入与电池相连；压敏电阻mov1与mov2的一端连接气体放气管gt1的负极，另一端前者连接电源完整性接地，后者连接陶瓷贴片电容器l1的第四脚；气体放气管gt1，正极连接电气接地，负极连接压敏电阻mov1与mov2；保险丝fs1负责连接陶瓷贴片电容器l1的第4脚与原始电源输入。
6.根据权利要求1所述的以投入式液位变送器与电极感应板为基础的水田水位监测系统，其特征在于：所述变压与稳压模块包括p沟道场效应管q16，电阻r60～67，数字晶体管q17，滤波电容c52～c57，电感l5，磁珠mb1，降压芯片u19；p沟道场效应管q16左侧d引脚连接12v电源，右侧s引脚连接降压芯片电源输入引脚，下侧g引脚连通过电阻r63及数字晶体管q17后连接到主处理器模块的降压芯片控制引脚；电阻r60两端分别连接降压芯片u19的电源输入的第2引脚及第3引脚；电阻r61一端连接降压芯片u19的第6引脚，另一端经过电容c57与4g模块...
【专利技术属性】
技术研发人员：叶铱塬，陈南辉，余雯菁，梁利华，
申请(专利权)人：杭州脉尖智能科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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