本实用新型涉及灾害报警技术领域，具体为一种洪水和泥石流实时检测报警装置。
背景技术：
洪水和泥石流是常见的自然灾害，在灾害发生时常造成大量的人员伤亡和巨大的财产损失。
目前，洪水和泥石流的主要检测技术，有次声波频谱分析技术和遥感检测技术等，技术含量较高，尚处于完善阶段，还在一定程度上存在开发难度大，安装费用高，维护技术要求较高，误报率高的现状而未能进入普遍应用，在很多工地施工中对洪水和泥石流的监测报警还停留于人工观察状态，很多灾害易发村庄对洪水和泥石流的发生还无任何有效的监测报警手段。
技术实现要素：
针对上述问题，本实用新型的目的在于提供一种能够在洪水或泥石流已发生且尚未抵达前发出报警，且成本低廉，安装简便、维护工作少、无需值班守护的洪水和泥石流实时检测报警装置。技术方案如下：
一种洪水和泥石流实时检测报警装置，包括设置于灾害源到防护区域之间的监控区域的检测发射装置，以及设置于防护区域的接收报警装置；
检测发射装置包括灾害监测传感器、编码电路和调制发射电路；灾害监测传感器检测到灾害发生时，接通编码电路和调制发射电路的电源；编码电路根据设定的地址码和数据码生成连续的低频编码信号，送至调制发射电路，调制发射电路将编码信号调制成无线电波发射出去；
接收报警装置包括接收解调电路、解码电路和报警输出电路；接收解调电路将接收到的与检测发射装置同频率的电波解调还原为低频信号，解码电路尝试解码；解码成功则输出解码有效信号和解出的数据码信号；报警输出电路根据解码有效信号和数据码信号，驱动声光发生部件发出报警信号。
进一步的，所述编码电路包括编码集成电路IC1、地址码开关SW1－SW8、数据码开关SW9－SW12；编码集成电路IC1的PT2262编码芯片第1－8引脚为三态地址码输入端，分别连接地址码开关SW1－SW8用于设定地址码；第10－13引脚为数据码输入端，分别通过上拉限流电阻R5－R8连接数据码开关SW9－SW12，且通过数据端下接电阻R1－R4接地，用于区分同一报警系统内的不同检测发射装置发出的信号；第15引脚通过电阻R9连接到第16引脚，用于设定编码脉冲宽度；编码后的地址和数据由第17引脚输出发送给调制发射电路。
更进一步的，所述编码电路包括EV1527学习码编码芯片，EV1527学习码编码芯片的第5－8引脚为数据码输入端，分别通过上拉限流电阻R5－R8连接数据码开关SW9－SW12。
更进一步的，所述调制发射电路包括调制三极管Q1、三脚电感L1、振荡器SAW1和电容器C3；三极管Q1的基极通过电阻R10连接到编码吗电路的输出端，电阻R10并联有二极管D1；三极管Q1的集电极通过三脚电感L1第1、2脚连接电源，同时连接天线ANT；三极管Q1的发射极通过电容C3连接到三脚电感L1的第3脚，振荡器SAW1连接到基极与三脚电感L1的第3脚之间。
更进一步的，所述接收解调电路包括超再生接收模块J04E，接收到的电波在J04E内部完成解调还原为低频信号，并从第4引脚输出送至解码芯片IC2进行解码；解码芯片IC2为芯片PT2272，其第1－8引脚为地址码输入端，分别连接地址设置码开关SW1－SW8，解码出的报警信号的数据码由第10－13引脚输出，解码有效信号由第17引脚输出。
更进一步的，所述灾害监测传感器为零静态电流开关型泥石流传感器或洪水传感器。
更进一步的，所述检测发射装置与接收报警装置的距离为200米—1000米。
本实用新型的有益效果是：本实用新型能够在洪水或泥石流已发生且尚未抵达前发出报警，以便于及时的进行人员的疏散和转移；且简单可靠、技术门槛低、安装简便、维护工作少、无需值班守护、成本低、损毁后可快速重新部署、利于普遍推广使用。
附图说明
图1是本实用新型洪水和泥石流实时检测报警装置的结构框图。
图2是固定编码分立元件射频发射的前置检测发射装置原理图。
图3是固定编码射频模块发射的前置检测发射装置原理图。
图4是学习码编码射频模块发射的前置检测发射装置原理图。
图5是超再生模块接收解调固定码解码的简易接收报警装置原理图。
图6是超外差模块接收解调单片机解码的接收报警装置原理图。
图7是接收报警装置电源结构原理图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型做进一步详细说明。
为便于描述理解，本实施例称洪水和泥石流统称为灾害，灾害发源地称为灾害源，称生产生活的区域为防护区域；洪水和泥石流有总是从上游发生往下游沿低处溪流河道推进的地形特性，洪水有沿河道上涨的特性，根据洪水和泥石流的地形特性，在灾害源往防护区域可能路径上设置监控点，监控灾害有无发生，监控点所在的区域称为监控区域。防护区域、监控防区和灾害源都有可能有多个同时存在。实现监控报警方法所依赖的装置称为洪水泥石流报警装置，简称报警装置。
如图1所示，整个检测报警系统由检测发射装置和接收报警装置组成。 检测发射装置安装于灾害抵达前先行途经的警戒区域，泥石流传感器按其安装要求，安装于垂直的安装支柱上，使用钢丝网对传感器的检测范围进行扩展，钢丝网强度高于固定支柱强度，检测发射装置由内置电池供电。接收报警安装于重点防护区域，采用交流电源和后备电源双重供电。检测发射装置和接收报警装置的接收天线之间无大型障碍物阻隔，根据发射功率和接收灵敏度的不同，检测发射装置和接收报警装置的距离可达200米至1000米以上。
检测发射装置包括灾害监测传感器、编码电路和调制发射电路；灾害监测传感器检测到灾害发生时，接通编码电路和调制发射电路的电源；编码电路根据设定的地址码和数据码生成连续的低频编码信号，送至调制发射电路，调制发射电路将编码信号调制成无线电波发射出去。电源由内置电池供电，传感器为零静态电流开关型水平或垂直姿态泥石流传感器或洪水传感器，垂直或水平姿态检测传感器检测安装柱的垂直姿态，当泥石流冲击力使安装柱或铁丝网造成传感器倾斜时，传感器内部触点被接通，洪水传感器检测洪水的水位状态，若洪水淹没传感器电极或洪水浮力触发传感器时，传感器内部触点接通，电源通过传感器内部触点向编码电路和调制发射电路供电，编码电路设定有地址码和数据码，地址码用于对不同编码系统之间的标识，数据码用于对同一系统之内多个检测发射装置的区分标识，编码电路根据设定的地址码和数据码生成周而复始的低频编码信号，送至调制发射电路。调制发射电路将编码信号调制成无线电波，通过天线向周围空间发射。
接收报警装置包括接收解调电路、解码电路和报警输出电路；接收解调电路将接收到的与检测发射装置同频率的电波解调还原为低频信号，解码电路尝试解码；解码成功则输出解码有效信号和解出的数据码信号；报警输出电路根据解码有效信号和数据码信号，驱动声光发生部件发出报警信号。同一系统的接收解调电路与调制发射电路的载波频率、载波方式一致，同频率的无线电波被天线所接收，解调电路将其解调还原为低频信号，此低频信号有可能是报警电波信号，也有可能是其它无线设备发出的电波形成的干扰信号，低频信号被送到解码电路解码。解码电路和编码电路为匹配使用，当解码电路输入的低频信号解码设置一致时成功解码，解码电路输出解码有效信号，同时输出解出的数据码，报警输出电路根据解码的效信号和数据码信号，作出相应的信号处理判断，驱动报警喇叭、电铃、指示灯等部件发出报警信号，报警电源使用交直流双重供电，直流为后备电源，当交流供电设施遭到灾害破坏时，报警系统依然能发出响应。
根据洪水和泥石流的地形特性，在灾害源到防护区域之间可能经过的路径上设置监控区域，在监控区域安装检测发射装置，检测发射装置由洪水、泥石流传感器和编码发射电路组成，对于已发生的泥石流进行监控，当传感器检测到灾害发生时，传感器接通编码发射电路的电源，发射出编码的电波报警信号，泥石流从监控区域到抵达防护区域有一个时间差，而报警电波信号会先于灾害前抵达防护区域，在防护区域安装有电波信号接收装置，接收与检测发射装置同频率的电波，当接收到同频率的电波时，信号接收装置对电波进行解调并尝试解码，若解码成功则输出解码成功信号，并同时输出解出的数据码，对解码成功信号和数据码信号进行放大，驱动声光发生电路工作，发出持续的声光报警信号，警示人员在洪水或泥石流抵达前撤离。若解码不成功则判断为同频率干扰信号而不做任何处理。一旦报警信号被触发，即使检测发射装置被洪水或泥石流损毁，报警信号依然保持直至被手动解除，以允许检测发射装置被灾害损毁的较小代价，为防护区域提供保护，把灾害损失下降到可以接受的范围以内。
检测发射装置由供电电源、零静态电流开关型泥石流传感器或洪水传感器（简称传感器）、编码电路、电波调制发射电路组成。供电电源为内置电池；传感器用于水检测和泥石流检测，当传感器检测到水和泥石流发生时，其内部接通，电源通过传感器为编码和调制发射电路供电；编码有两个作用，地址编码使报警电波与环境中的其它的同频率电波能够区分，数据编码用于区分同一报警装置中的多个检测发射装置；调制发射电路把编码低频数据调制为高频电波发射到接收报警装置，可以使用调频、调幅、调相等电波调制技术。
图2、图3和图4是前置检测发射装置的3个实施例。图2是使用PT2262和分立元件组成的前置检测发射装置电路原理图；图3是使用PT2262和射频模块组成的前置检测发射装置电路原理图。
如图2所示，前置检测发射装置实施例1编码电路包括编码集成电路IC1、地址码开关SW1－SW8、数据码开关SW9－SW12；编码集成电路IC1的PT2262编码芯片第1－8引脚为三态地址码输入端，分别连接地址码开关SW1－SW8用于设定地址码；第10－13引脚为数据码输入端，分别通过上拉限流电阻R5－R8连接数据码开关SW9－SW12，且通过数据端下接电阻R1－R4接地，用于区分同一报警系统内的不同检测发射装置发出的信号；第15引脚通过电阻R9连接到第16引脚，用于设定编码脉冲宽度；编码后的地址和数据由第17引脚输出发送给调制发射电路。
B1为传感器；电源部分包含内置电池BT1，电容器C1、C2和电阻器R11；编码电路由IC1、地址码开关（或跳线）SW1－SW8、数据码开关（或跳线SW9－SW12）、上下拉电阻R1－R8、编码脉冲宽度电阻R9组成；调制发射电路由调制三极管Q1、电感L1、振荡器SAW1和电容器C3构成ASK键控调幅射频发射电路。传感器在未被触发时其电源和地之间无电流，输出端也不输出电压，不向编码电路和射频发射电路供电，整个电路处于关断状态，不消耗电能，当传感器B1被灾害触发而接通时，正电源端和输出端被内部触点接通，输出电压向编码和调制发射电路供电，C1、C2和R11构成阻容滤波电路，消除射频调制发射电路对编码电路的干扰，提高电路的可靠性。编码集成电路IC1为PT2262固定码编码芯片，该集成电路为广泛使用的遥控器编码芯片，1－8脚为三态地址码输入端，通过接入高电平、低电平和悬空不同的组合，8条三态地址线一共可以设定6561种不同的地址码，通过SW1－SW8编码开关（或跳线）设定地址码，10－13脚为数据码输入，可以接高低电平两种状态，4条数据脚可以获得16种不同电平组合的数据编码，用于区分同一报警系统内的不同检测发射装置发出的信号，R1－R4为数据端下接电阻，R5－R8为上拉限流电阻，PT2262的上拉限流电阻可以短接省略（见图3），电阻R9用于设定编码脉冲宽度，编码后的地址和数据为低频脉冲信号，从17脚输出。
本实施例的调制发射电路包括调制三极管Q1、三脚电感L1、振荡器SAW1和电容器C3；三极管Q1的基极通过电阻R10连接到编码吗电路的输出端，电阻R10并联有二极管D1；三极管Q1的集电极通过三脚电感L1第1、2脚连接电源，同时连接天线ANT；三极管Q1的发射极通过电容C3连接到三脚电感L1的第3脚，振荡器SAW1连接到基极与三脚电感L1的第3脚之间。Q1、SAW1、L1和C3构成键控调幅电路，其振荡频率主要取决于振荡器SAW1，从电阻R10输入高电平时电路产生高频振荡，输入低电平时振荡停止，从而产生键控高频脉冲，二极管D1用于提高输入脉冲从高电平向低电平转换时停止振荡的可靠性；高频脉冲通过天线ANT向周围空间发送形成报警电波。
如图3所示，前置检测发射装置实施例2是使用键控调幅发射模块F05C取代图2分立元件构成的调制发射单元，该模块只需要电源、输入编码脉冲和天线即可工作，省去了高频电路繁杂的调试过程。
如图4所示，前置检测发射装置实施例3的编码电路包括EV1527学习码编码芯片，EV1527学习码编码芯片的第5－8引脚为数据码输入端，分别通过上拉限流电阻R5－R8连接数据码开关SW9－SW12。EV1527学习码编码芯片和射频模块组成的前置检测发射装置电路，其电源、传感器和射频发射部分与图3相同，编码使用EV1527学习码编码芯片，其地址码烧录于芯片之内，内置20位码元，可以预烧录出1048576组地址码，重码率低，5－8脚为数据码输入脚，该芯片无需外接下拉电阻，R5－R8为上拉限流电阻。
图5和图6是接收报警装置的2个实施例。
如图5所示，接收报警装置实施例1的接收解调电路包括超再生接收模块J04E，接收到的电波在J04E内部完成解调还原为低频信号，并从第4引脚输出送至解码芯片IC2进行解码；解码芯片IC2为芯片PT2272，其第1－8引脚为地址码输入端，分别连接地址设置码开关SW1－SW8，解码出的报警信号的数据码由第10－13引脚输出，解码有效信号由第17引脚输出。通过超再生接收模块J04E进行报警电波的接收与解调，J04E采用VCC3低电压3.5V供电，电波从接收天线进入J04E，在J04E内部完成解调还原为低频信号，并从4脚输出，送至IC2进行解码。解码芯片IC2使用PT2262编码电路的专用解码芯片PT2272，使用VCC2(3-12V)供电，)SW1－SW8为地址码设置开关（或跳线），R9为脉冲宽度电阻，PT2272只能与PT2262构成的编码单元的发射装置配合使用，地址码设置必需一致，脉冲宽度电阻设置与PT2262必需匹配。当解调输出信号包含的地址码与PT2272设定地址一致时，PT2272解码出该报警信号的数据码从10－13脚输出，同时从17脚输出解码有效信号；简易报警电路未使用数据信号，只使用解码有效信号作报警信号。当PT2272的17脚为高电平时，通过R12限流和R13分压，经Q2进行电流放大，驱动继电器K1的线圈K1－1，使继电器的触点K1－2吸合，电铃或报警迅响器上电而发出报警声，K1－3触点也同步吸合，使报警电路进入保持状态，即使检测发送单元受灾害毁损灭失而停止发送报警电波，报警音响依然保持直至手动按下报警解除按钮SB1。
如图6所示，接收报警装置实施例2由超外差3400接收模块构成的接收解调、由单片机解码的原理框图，可以解码固定码和学习码。电波在模块内部完成超外差解调还原为低频信号，经限流电阻R15送至单片机，由单片机程序完成解码后，对报警信号解出的数据码，输出报警警笛、迅响器、灯光的驱动信号，输出数字语音提示报警被触发的监控区域，单片机各输出功能经相应的放大执行电路放大后输出报警信号。
图7是接收报警输出装置电源供电的实施例，该电路由交流电流，蓄电池浮充适配器、蓄电池构成不间断供电电源，当市电电源受到破坏时，由蓄电池提供电能，VCC1用于直接驱动大负荷的报警声光装置，通过稳压降压部分IC3为单片机等低电压小信号电路提供电源VCC2，通过简易稳压电路R14和D3更低的接收模块电源。