一种基于ONENET物联网平台的水文监测系统及方法与流程

本发明属于水文装置领域，具体涉及一种基于onenet物联网平台的水文监测系统及方法，应用esp8266模块和onenet物联网平台，实现对江河水位监测。

背景技术：

众所周知，水利水文对一个地区或者国家来说是一项非常重要的信息资源，而负责对其处理的是水文监测技术，这项技术是一项系统性的技术集合，主要涉及计算机技术、传感器技术、通信技术等，在对这些信息进行采集和处理完成之后就可以对水利水文的重要信息进行正确的反映。近年来，自然灾害频发，监测预报成为了一种有效的防灾减灾措施。台风、地震引发的洪涝灾害给国家和人民带来巨大的经济和精神损失，科学减害问题迫在眉睫。通过提前预知江河水位的变化并预警，可以很大程度上减少洪涝灾害对国家和人民的损失，科学有效的江河水位报警系统是很有必要的。水文监测技术可以运用最新的技术做到科学减灾。我国目前的水文监测技术还处于比较落后的状况，在许多地区的江河、湖泊以及水库，仍然使用较为落后的设备来监测水文信息，更有的地方还使用传统的人工采集水文信息，这些方法都不能够满足当今人们的需求。落后的数据采集方式，不仅无法精确的采集水文信息，而且无法全面有效的应对突发的自然灾害做到实时监测采集。在国外，水文监测技术的发展还是比较先进的，因其研究的时间比较长，其检测技术也比较成熟，美国在这方面的研究尤为突出，它将无线网络技术的发展与水文检测技术相结合，从而使水文检测的方式更加灵活多变，其检测的范围将会大大的扩张。

现有对于水文监测的相关专利申请有：一种用于水文水资源监测的开放式系统（201810846789.0）、一种航道定点水文监测交互系统（201821492659.3）、一种水文监测台（201010296195.0）、一种基于onenet平台的灌溉监控系统（201721848975.5），专利申请1、2、3、4的或方案成本高，或并非水文领域，或考虑通信稳定问题、或功耗高、或组网复杂，因此，本申请针对现有方案存在缺陷，提出一种一种基于onenet物联网平台的水文监测系统及方法，通过将esp8266模块同onenet物联网平台连接，能够监测到水位实时变化情况，对偏僻危险区域的水文监测的监测人员安全也能够得到保障，同时，监测系统还可以及时对水位变化情况采取快速的预警通知，且成本低、功耗低、可靠性强、更方便组网。在水位监测方面的应用，将会使水位监测系统的实时性、连续性及精度问题有很大的提高和该善。这一系统的设计对日后的水文监测技术的发展有积极的促进作用，对自然灾害发生起到了快速预警的作用，为受灾区域的人们提供了宝贵的逃离时间。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于onenet物联网平台的水文监测系统及方法，具有成本低、功耗低、可靠性强、更方便组网的特点，且能够监测到水位实时变化情况，对偏僻危险区域的水文监测的监测人员安全也能够得到保障，同时，监测系统还可以及时对水位变化情况采取快速的预警通知

为实现上述目的，本发明的技术方案是：一种基于onenet物联网平台的水文监测系统，包括水文监测监测装置和onenet物联网平台，所述水文监测监测装置包括stm32单片机及与该stm32单片机连接的液位变送器水位采集模块、用于在本地端显示水位监测数据的显示模块、用于实现stm32单片机与onenet物联网平台通信的esp8266模块，所述水文监测监测装置还包括用于为液位变送器水位采集模块供电的24v电源模块、用于为stm32单片机供电的5v电源模块。

在本发明一实施例中，所述液位变送器水位采集模块采用hh-t20j型号的投入式静压水位传感器作为水位传感检测元件。

在本发明一实施例中，所述hh-t20j型号的投入式静压水位传感器置于测量水管中。

在本发明一实施例中，所述显示模块采用lcd12864显示屏。

在本发明一实施例中，还包括与所述onenet物联网平台通信的手机、pc。

本发明还提供了一种基于权利要求上述所述的一种基于onenet物联网平台的水文监测系统的水文监测方法，包括如下步骤：

步骤s1、搭建水文监测监测装置，将stm32单片机与液位变送器水位采集模块、显示模块、esp8266模块连接、5v电源模块，并将液位变送器水位采集模块与24v电源模块连接，而后将液位变送器水位采集模块的投入式静压水位传感器置于测量水管中；

步骤s2、启动电源，调试系统，实现stm32单片机与onenet物联网平台通信；

步骤s3、液位变送器水位采集模块采集水位数据并传输给stm32单片机处理，液位变送器水位采集模块测量的深度值与电压大小为：

其中，u为电压大小，单位：mv；h为深度；

步骤s4、stm32单片机将数据通过esp8266模块传输给onenet物联网平台，并由onenet物联网平台广播给手机、pc。

相较于现有技术，本发明具有以下有益效果：本发明水文监测系统具有成本低、功耗低、可靠性强、更方便组网的特点，且能够监测到水位实时变化情况，对偏僻危险区域的水文监测的监测人员安全也能够得到保障，同时，监测系统还可以及时对水位变化情况采取快速的预警通知。

附图说明

图1为本发明基于onenet物联网平台的水文监测系统的架构示意图。

图2为本发明基于onenet物联网平台的水文监测系统的连接示意图。

图3为本发明系统的监测界面。

图4为本发明系统测量数据折线图。

图5为本发明stm32单片机最小系统电路原理图。

图6为本发明esp8266模块电路原理图。

图7为本发明显示模块电路原理图。

图8为本发明电源模块电路原理图。

图9为本发明投入式静压水位传感器接线电路原理图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的技术方案进行具体说明。

本发明提供了一种基于onenet物联网平台的水文监测系统，包括水文监测监测装置和onenet物联网平台，所述水文监测监测装置包括stm32单片机及与该stm32单片机连接的液位变送器水位采集模块、用于在本地端显示水位监测数据的显示模块（采用lcd12864显示屏）、用于实现stm32单片机与onenet物联网平台通信的esp8266模块，所述水文监测监测装置还包括用于为液位变送器水位采集模块供电的24v电源模块、用于为stm32单片机供电的5v电源模块（如图8所示）。所述液位变送器水位采集模块采用hh-t20j型号的投入式静压水位传感器作为水位传感检测元件。所述hh-t20j型号的投入式静压水位传感器置于测量水管中。还包括与所述onenet物联网平台通信的手机、pc。

本发明还提供了一种基于权利要求上述所述的一种基于onenet物联网平台的水文监测系统的水文监测方法，包括如下步骤：

步骤s1、搭建水文监测监测装置，将stm32单片机与液位变送器水位采集模块、显示模块、esp8266模块连接、5v电源模块，并将液位变送器水位采集模块与24v电源模块连接，而后将液位变送器水位采集模块的投入式静压水位传感器置于测量水管中；

步骤s2、启动电源，调试系统，实现stm32单片机与onenet物联网平台通信；

步骤s3、液位变送器水位采集模块采集水位数据并传输给stm32单片机处理，液位变送器水位采集模块测量的深度值与电压大小为：

其中，u为电压大小，单位：mv；h为深度；

步骤s4、stm32单片机将数据通过esp8266模块传输给onenet物联网平台，并由onenet物联网平台广播给手机、pc。

以下为本发明一具体实例。

如图1、2所示，本实例设计了一套基于stm32单片机和esp8266模块的江河水位监测系统，结合物联网平台实现对江河水位的实时采集、定时汇报、异常报警等功能；包括水文监测监测装置和onenet物联网平台，所述水文监测监测装置包括stm32单片机及与该stm32单片机连接的液位变送器水位采集模块、用于在本地端显示水位监测数据的显示模块（采用lcd12864显示屏，如图7所示）、用于实现stm32单片机与onenet物联网平台通信的esp8266模块，所述水文监测监测装置还包括用于为液位变送器水位采集模块供电的24v电源模块、用于为stm32单片机供电的5v电源模块。主要实现功能如下：

能够实现对不同水位变化进行数据采集。

适合户外供电，保证系统稳定性。

通过电脑或者手机软件实现对采集到的数据实时查看变化。

对异常数据的实时预警要准确有效。

物联网平台能够生成折线图便于数据分析。

本实例的水文监测系统各模块采用器件如下：

1、stm32单片机

单片机芯片采用st公司设计的stm32系列单片机作为整个系统的控制核心[,采用专为高性能、低成本、低功耗的系统而设计的cortex-m3作为硬件架构,且官方提供了图形化底层库生成软件stm32cubemx,大大降低了软件开发难度，且与keil编程软件兼容性好。综合分析之后，选择stm32f103rct6为本设计的单片机芯片（如图5所示）。

2、液位变送器水位采集模块

采用hh-t20j型号的投入式静压水位传感器（即投入式液位变送器，如图9所示为水位传感器接口图）作为水位传感检测元件。它采用进口不锈钢隔离膜片的高精度、高稳定性力敏芯片经合理精密的结构设计和厚膜技术温度补偿、信号放大、v/i转换，对不锈钢壳体进行全密封焊接，有通气导管的防水电缆，使传感器背压腔与大气连接，从而制成工业标准的4～20ma或0～10ma信号输出且性能稳定可靠。投入式变送器它是基于所测液体静压与该液体高度成正比的原理，采用扩散硅或陶瓷敏感元件的压阻效应，将静压转成电信号，经过温度补偿和线性校正，转换成4-20madc标准电流信号输出。通过综合分析之后，选择hh-t20j液位变送器为本设计的测量传感器。

3、esp8266模块

通信模块采用esp8266系列模块，具有价格实惠，功耗低，具有完整的tcp/ip堆栈和微控制器功能，且esp8266系列模块的工作温度范围大，稳定性强能在各种环境下使用，支持与onenet物联网平台连接，符合设计要求，通过综合分析之后，选择esp8266系列模块为设计的无线通信模块（如图6所示）。

4、物联网平台选择

onenet作为物联网开放云平台，智能的硬件开发工具种类丰富，平台服务放心可靠，可以帮助各种终端设备快速接入网络，完成数据传输、数据存储和数据管理等一体化的服务流程。onenet可以提供三种通信方式：以太网通信、gprs数据流量通信和wi-fi无线通信。综合分析之后，选择onenet物联网平台为本次设计的云平台。

本发明采用stm32f103rct6单片机、esp8266无线模块、onenet物联网平台、lcd12864显示屏等构成江河水位监测器的主体硬件设计。设计框图及系统组成如如图1、图2所示。应用windows监测软件，基于vc#平台开发数据库。其数据来源是onenet物联网平台提供的，接入onenet平台的api接口，通过互联网将上传到onenet平台的数据下载到windows监测软件，实现快速查看实时数据，提高监测效率。windows监测软件设计，如图3所示监测界面。

通过本发明实例的水文监测监测装置多次的实验结果可以发现水位深度与电压大小，趋近于如图4所示的线性关系，由液位变送器的工作原理可知，实验用到的液位变送器测量的深度值与电压大小近似为：

其中，u为电压大小，单位：mv；h为深度，单位：cm。

以上是本发明的较佳实施例，凡依本发明技术方案所作的改变，所产生的功能作用未超出本发明技术方案的范围时，均属于本发明的保护范围。