[STM32F4]

STM32水位检测系统

[复制链接]
3486|24
手机看帖
扫描二维码
随时随地手机跟帖
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:28 | 显示全部楼层 |阅读模式
该系统首先
通过图像采集器采集井下实时水位图像,然后经过主控芯片对水位图像的处理
后得到水位数据,最后将采集得到的水位数据通过以太网传输到计算机中。计
算机能够及时的记录水位数据并形成水位曲线,实现了对煤矿井下水位的实时
监测。若是有异常情况发生,监测人员还可以通过发送指令上传图片或者打开
视频监控来实时观测水位测量现场。该系统为监测人员实时了解水位数据和水
位现场提供了第一手的资料,对煤矿水位的监测具有重要的意义。

    欧洲国家在先进的水位信息采集和水位信息处理技术方面的研究要比国内
早很多。很多先进的技术在现场水文数据监测和水位信息的处理中已经广泛应
用于此,而且得到良好的反响效果。很多西方发达国家将很多先进的水文监测
技术广泛应用于预报河流的汛期,同时也应用于湖泊水资源的管理调度,这些
重大项目工程都要用到水位信息采集技术和计算机数据处理技术,来对水文数
据进行采集、处理、远传、保存等。通过这种水资源管理方式,不但提高了国
家范围内珍惜的水资源有效使用率,而且还在一定程度上加快了工作效率,提
高了国家的经济效益。
    就通信的手段来说,西方国家的矿井水位监测系统一般利用了高频电缆的
数据远程传输方式。由于高频电缆有其独有的特点,如果数据远程传输很远的
距离,比如在煤矿井下向地面传输信息,那么就需要适当的降低通信的波特率
来控制数据远程传输的速度}s}。但是这种方式就会无形的延长了数据远程传输
的时间,因此就会大大减弱系统信息的时效性。伴随着无线通信技术的快速发
展,众多西方国家的先进技术团队研发了多种无线远程传输方式,诸如
ZIGBEE, WIFI和蓝牙远程传输的智能监测系统。
    通过对这些先进的无线传输技术现场的测试实验和技术应用分析,这种通
信技术最大的优势就是不用在现场进行数据线的排布,可是因为煤矿井下众多
生产装置和多个运行系统并存,这些无线传输方式无法很好的隔绝不同仪器间
的电磁干扰,并且传输速度相对来说比较慢。因此传输速度快、造价低廉、数
据传输稳定性高的以太网远程传输技术仍然是矿井水文信息远程传输的主要传
输方式。




评论
xu@xupt 2023-9-17 08:37 回复TA
很好的资源,学习啦~~ 
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:28 | 显示全部楼层
    提高煤矿水位监测系统智能程度的重要途径就是要在水位监测系统中融合
大量人工智能技术。在煤矿水位监测系统的发展过程中,高度智能化是国内外
智能监钡(系统的最终发展目标。随着自动化技术和人工智能的不断发展,仿生
智能化是各类生产行业的最终目标。无论是从水位数据的初步采集还是到水位
信息的计算处理,都朝着模拟人类通过肉眼对图像进行采集信息、大脑进行分
析和处理、肢体进行各类指示操作的模式发展。在煤矿水位监测系统中,煤矿
井下贮水仓的水位,煤矿排水明渠中的水位信息、流量信息,地下水水位信息
等与煤矿水灾害的预警就显得越来越需要智能化。对于这些水位信息的有效监
测是煤矿安全生产的重要保障,因此也促进了众多生产研发部门对于水文监测
服务系统的研究。

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:29 | 显示全部楼层
    利用浮子随着水位的变化来测量水位的方法在国内外的水位监测系统中的
应用历经了很长的时间,浮子式水位测量方案的精度高、结构简单、抗干扰能
力强。浮子式水位测量方法是将水位的高度量变化转换为我们容易测得的电压
信号,利用电压信号方便传输、处理和存储等特点,实现对水位的测量。我国
现有的浮子式测量水位的方法是通过水位浮子来感受被测水位的升降,中间的
连接钢丝绳穿过旋转编码器,并在钢丝绳的另一头连接上重锤Ilo
    当待测水位上涨时,感应浮子受到向上浮力和重锤的拉力大于其所受重
力,这样平衡锤侧就会牵扯测绳来带动旋转编码器向重锤一侧旋转,这样就会
引起编码器中计数器的数据增加。当待测水位下降时,那么浮子端所受浮力和
重锤的拉力之和就会小于浮子自身所受的重力,浮子侧就能通过钡」绳拉着旋转
编码器向浮子侧转动,引起旋转编码器中计数器的数据减少。根据旋转编码器
中计数器信号的产生的方式可以分为机械编码器和光电编码器两种,其中机械
编码浮子式水位测量原理如图2.1所示。
428125c00cab368393.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:29 | 显示全部楼层
    利用浮子测量水位的方式优势在于其机械结构简洁、抗干扰性好、水位计
算方法简单、安装方便、应用非常广泛。浮子式水位计一般由机械转轮和测绳
等机械结构组成,其缺点是需要建设大量稳定的水位观测井,这样会无形当中
加大建设投入,安装周期就会在一定程度上延长。而且连接浮子和重锤的钢丝
线容易缠绕,造成浮子与侧壁之间的相互摩擦,这样会导致浮子无法准确的感
应到水位信息的变化,对准确的测量水位带来困难。本课题针对矿井水位的监
测,煤矿井下污泥通常比较多的地方对其精度和使用影响严重,所以浮子式水
位测量方式对环境有一定的要求,不适合在煤矿井下大量推广应用。
    近些年来,利用大气压强产生的压差来测量水位应用的渐渐增多。压力式
水位监测方案是通过测量水面下的水位所产生的压力,相对于大气压力会形成
一定的压力差,将压力差转换为电信号、压力信号等其他容易测得的信号,并
将这些信号转换为水位数据,来实现对水位高度的测量的目的。
    从利用压力差来测量水位的方式来看大致可分为气泡式和压阻式[[9]。它们
应用的方法都是把压力传感器置于水中需要测量水位的压力检测处。差压计里
面的信号转换器会把经过测量得到的水中压力和大气压力的差值转换成易测得
的电信号,然后电信号经过电路放大和单片机等的处理后会转换成相应的水位
数据。压力式水位测量的原理的发展经过了气囊感压阶段、吹气引压阶段、水
下直接感压阶段等发展阶段,而这期间的压力式水位计的实际应用也逐渐变得
成熟。其具体的测量方法如图2.2所示。
735355c00cad4ec8c7.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:30 | 显示全部楼层
82765c00cadeea6cd.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:30 | 显示全部楼层
    由公式((2.2)可以看出,在水体的密度己知的情况下,水位导致的压力差与
水位的高度呈现正比例关系。通过这种关系来看,可以通过计算水中和空气的
压强差来计算水位的深度。差压式水位测量方案的最大的优点就是机械结构简
单,安装方便。但是,压力式水位计受所测水体密度的影响较大,煤矿井下的
水质条件的不确定性会导致水体的密度会出现不一致的情况,导致水位测量不
准确的情况发生。而且压力式水位计一般在使用一段时间以后,需要对压力水
位计的精度进行检测,若精度达不到要求的话需要进行维修或者更换水位计。
因此,这种测量方式导致维护工作量大,不适宜在煤矿井下大量推广。

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:31 | 显示全部楼层
    20世纪以来,超声波测量技术引起了越来越多的关注。目前广泛使用的
超声波水位测量原理都是利用的回波测距法yob。而凭借超声波发出和反射阶段
的传播介质不同,超声波水位测量方式从其传播介质方面可分为气介式超声波
传感器和液介式超声波传感器两种类型[lll。
    液介式超声波水位测量方案一般是把水体本身当作超声波的传播介质,其
测量方法一般需要在水体的底部安装超声波传感器}}z}。液介式超声波水位测量
原理如图2.3所示,当超声波发射到水面时,因为水体表面具有一定的反射效
果,超声波就会被反射返回水体底部,水体底部有超声波传感器会感应反射回
来的反射波,反射波会被压电晶体转化为电压,整个过程中消耗的时间为to
在己知道超声波在水中的传播速度为v的情况下,根据超声波的超声测距原理
即可得到测量点的水位深度h,最后计算出水位值,由超声波测距公式可得:
    液介式水位测量方案就是把超声传感器放在水体底部,这样就使得超声波
传感器具有很好的耐热性、耐水性、耐腐蚀性等,这就需要在制作传感器的过
程中增加投入成本。而煤矿井下的污水中多含有煤污、泥沙、漂浮物等其他杂
质,这些杂质会对测量结果带来非常大的影响。同时这种水位测量方式要求超
声波传感器所传送的脉冲需要到达水体表面[[13],假如水位很深,那么这种水位
测量方式会在一定程度上受到制约,并且超声波传感器在水下的安装和维护都
很不方便。因此,这种测量方式不适宜在煤矿井下大范围的应用。

972645c00cb2f9f28b.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:31 | 显示全部楼层
138405c00cb3df3d30.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 13:31 | 显示全部楼层
393965c00cb48b5409.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 14:56 | 显示全部楼层
    超声波水位测量方法主要运用在水面杂质少、水面波浪较少的水情水位的
测量。它的优点体现在超声波在空气中传播所需要的时间少,受外部条件影响
的程度比较小。超声波传感器与待测水体没有接触,制造成本更低,使用寿命
更长,而且这种方式不受水体底部淤泥的干扰,结构简单,方便后期的维修维
护。它的不足之处在于超声波传感器的造价比较昂贵,测量准确度容易受空气
中的杂质成分干扰,同时还受待测水面漂浮物、水面波浪等水体因素的干扰,
这种测量方式测量范围小,存在盲区。但是在煤矿水位监测中,气介式超声波
传感器已经大量应用,不过在一些安装条件受限制的地方超声波测量水位法还
是不能完全满足煤矿水位监测的需求。

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:08 | 显示全部楼层
    雷达水位计利用了电磁波反射测量距离的方法,由于电磁波的传播速度基
本相当于光速。所以通过测量电磁波从雷达发射端发出,直到遇到水面反射以
后,反射的电磁波被电磁波接收器接收,这整个过程所消耗的时间。利用相应
的时间速度公式就可以得到雷达式水位计到水面的高度,进而得到水位值。
    雷达式水位监测方案和气介式超声波测量水位方案的原理是相同的,只不
过它们所发射出的波的波长不同。雷达式水位计发出的是微波,由于微波是电
磁波,微波以光速传播且不受传播介质的影响。因此,雷达水位测量方案的性
能要优于超声波水位测量方案,雷达式水位测量方案受外界自然条件的干扰强
度较弱,这样就会提高水位测量准确度,是户外水位测量的理想的设备。在一
些大型水库水文站或者江河水位观测点都有雷达式水位计的应用,并且使用效
果普遍十分良好。但是雷达式水位计的制造成本太高,而且需要架设与被测水
位相适应的支撑电杆,这样就会更加加大了资本投入,不适宜在煤矿井下的水
位监测系统中大量推广。

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:08 | 显示全部楼层
454115c00e1ddb64a4.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:08 | 显示全部楼层
718445c00e1ee64ddf.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:08 | 显示全部楼层
    这种分结构化的设计,不仅可以降低系统各个部分内部的祸合性,还能够
方便于各系统模块的检修和维护,为后期整个系统的运营和维护工作带来极大
的方便。基于机器视觉的水位监测系统,其设计的测量方法是由OV2640摄像
头与水位测量标尺保持一定的空间关系,由OV2640摄像头通过对水位尺图像
的获取,并将得到的水位尺图像传输到主控芯片STM32F4}18}。然后通过图像处
理技术识别出水位线在水位标尺上的水平位置,通过利用公式计算得出实际水
位高度,然后将这个数据作为此次水位的测量水位。
    计算得出的水位信息可以通过TCP/IP以太网网络通信的方式远传到水文监
测中心的上位机中,监测人员可以登录矿井监测系统的网站观测近期的水位信
息,并且可以通过发送指令将水位图像发送到上位机中,实现对水位现场的实
时观测。同时考虑到煤矿井下没有足够光照来辅助成像的情况,我们在本系统
中增加了照明装置。当摄像头采集图像信息时,照明装置通过STM32控制器
控制其开关,监控中心也可通过发送控制命令,控制其开关。
    从上述系统的整体结构设计中我们可以看出,这种图像水位监测方法具有
可视化程度高、测量精度高、受自然环境影响小、功能更加强大的优点。可以
同时采集水位信息和图像信息,能够随时掌握煤矿井下的水位动态信息。基于
机器视觉的水位测量方案的自动化程度高,不受井下地形条件的限制,安装方
便,能够在矿用水位监测系统中发挥重要地位。

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:20 | 显示全部楼层
126535c00e20db0268.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:20 | 显示全部楼层
584225c00e4c88f790.png

使用特权

评论回复
goodluck09876|  楼主 | 2018-11-30 15:21 | 显示全部楼层
724525c00e4e261249.png

使用特权

评论回复
598330983| | 2018-11-30 23:42 | 显示全部楼层
好多检测都是用漂子

使用特权

评论回复
wowu| | 2018-12-4 13:20 | 显示全部楼层
是非接触式的吗

使用特权

评论回复
磨砂| | 2018-12-5 10:00 | 显示全部楼层
精确度能达到多少

使用特权

评论回复
发新帖 我要提问
您需要登录后才可以回帖 登录 | 注册

本版积分规则

220

主题

5843

帖子

20

粉丝