專利名稱：使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及水位監(jiān)測技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的水位監(jiān)測技術(shù)發(fā)明主要應(yīng)用了聲學(xué)、電學(xué)和力學(xué)原理，可以獲得較高的測量精度，但設(shè)備較為復(fù)雜。其中，超聲波水位監(jiān)測利用了超聲波的反射，通過測量超聲波從發(fā)射端發(fā)射后接收端接收到反射回來的超聲波的延遲時間，可以計算出測量設(shè)備到水面的距離。電學(xué)水位監(jiān)測使用電極也能測得水位，利用的是水的導(dǎo)電性。另外，力學(xué)水位監(jiān)測利用水的浮力和壓力也能實現(xiàn)水位檢測?，F(xiàn)有的技術(shù)方案存在以下缺點測量設(shè)備安裝復(fù)雜，設(shè)備維護(hù)不便，通常應(yīng)用于大面積水域的水位監(jiān) 測，在分散的小面積水域和淺水環(huán)境下的安裝使用受到一定的限制。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有的水位監(jiān)測技術(shù)設(shè)備安裝復(fù)雜的不足，提出了使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)。本發(fā)明的技術(shù)方案是使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括至少兩組射頻電子標(biāo)簽、用以安裝射頻電子標(biāo)簽的射頻電子標(biāo)簽附著物、射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其特征在于，所述射頻電子標(biāo)簽附著物垂直于水面，所述射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位的方向上有規(guī)律的排列，其中至少一組標(biāo)簽位于水面以下，所述射頻閱讀器安裝在射頻電子標(biāo)簽的有效識別范圍內(nèi)用以保持射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽的射頻通訊，所述數(shù)據(jù)處理終端至少包括程序控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通信接口模塊用以實現(xiàn)計算和存儲功能，所述通信接口用以連接射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端用以實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲模塊中至少存儲有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測環(huán)境中的安裝位置信息，所述程序控制模塊具有至少能夠?qū)崟r監(jiān)測的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲模塊中的位置信息進(jìn)行比較的算法程序。本發(fā)明型的有益效果是1.簡化設(shè)備安裝由于使用了射頻通訊技術(shù)，射頻電子標(biāo)簽與射頻閱讀器之間通過無線方式進(jìn)行通訊，不需要架設(shè)通信線纜，只需要將射頻電子標(biāo)簽固定到相應(yīng)的水位線上，根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境靈活選擇射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端的安裝位置和安裝方式。2.方便實現(xiàn)多點水位監(jiān)測射頻閱讀器能識別一定區(qū)域范圍內(nèi)的射頻電子標(biāo)簽，而射頻電子標(biāo)簽的成本控制低于射頻閱讀器且體積小質(zhì)量輕。在射頻閱讀器識別范圍內(nèi)可以靈活設(shè)定水位監(jiān)測點的數(shù)量，而不會明顯增加設(shè)備成本。


圖I是本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本發(fā)明的監(jiān)測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3是本發(fā)明的監(jiān)測方法的主流程圖。
具體實施例方式下面結(jié)合附圖和具體實施例對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。在對本發(fā)明的方案做出說明前，有必要介紹本發(fā)明的方案所依據(jù)的技術(shù)理論原理水的介電常數(shù)很高，遠(yuǎn)大于空氣的介電常數(shù)，電磁波在水中的衰減速度也遠(yuǎn)高于在空氣中的衰減速度，對于高頻、超高頻以及微波頻段等多個頻段的射頻信號，頻率越高，在水中的衰減速度也越快。利用射頻信號在水中能量衰減明顯比空氣中快的特點以及水對天線射頻參數(shù)的影響，同樣受水的電氣參數(shù)影響，當(dāng)天線從遠(yuǎn)離水面到靠近水面，再逐步被水浸泡，再到逐步下沉的過程中，天線周圍的介質(zhì)由空氣逐漸變?yōu)樗?，天線的增益等參數(shù)都會發(fā)生明顯變化，從而對射頻信號的收發(fā)造成影響。另外，電磁波從空氣射向水面時，只有一部分能量能傳遞到水中，其余能量會被反射回空氣中；同樣，當(dāng)電磁波從水中射向水面時，只有一部分能量能傳遞到空氣中，其余能量會被反射回水中。準(zhǔn)備好相互之間能保持射頻正常通訊的兩個設(shè)備(分別命為一號通訊設(shè)備和二號通訊 設(shè)備)。其中，一號射頻通訊設(shè)備放置在空氣環(huán)境中，將二號射頻通訊設(shè)備做防水處理后固定在水面以上，然后逐步提升水位，二號射頻通訊設(shè)備逐漸被浸泡到水中，并到達(dá)水下更深的深度。在整個過程中，一號射頻通訊設(shè)備和二號射頻通訊設(shè)備在射頻信號發(fā)射功率不變的情況下，隨著所處水深位置的增力口，射頻信號在水中的能量衰減也越多，天線指標(biāo)也受到影響，導(dǎo)致兩個射頻通訊設(shè)備能接收到的對方所發(fā)送的射頻信號能量快速降低，當(dāng)接收到的射頻信號能量低于一定值時通訊將終斷。利用這一特性，可將準(zhǔn)備好的多個相同的射頻通訊設(shè)備作為射頻電子標(biāo)簽安裝到同一地點但不同高度的位置上，且相互之間保持一定的間距，同時在射頻電子標(biāo)簽內(nèi)存儲各自的安裝位置和其他有用信息，其中一部分射頻電子標(biāo)簽在水面以上，另一部分射頻電子標(biāo)簽在水面以下。當(dāng)使用另一個射頻通訊設(shè)備作為射頻閱讀器依次與各個射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行射頻通訊時，能與部分射頻電子標(biāo)簽建立通訊并獲取相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽上存儲的有效數(shù)據(jù)，但在水深越深的位置的射頻電子標(biāo)簽?zāi)軅鬟f到射頻閱讀器的能量越低，且變化明顯；另外，部分射頻電子標(biāo)簽由于所處水位深度超過門限值，導(dǎo)致射頻電子標(biāo)簽無法從環(huán)境噪聲中識別出射頻閱讀器發(fā)送的信號，或者射頻閱讀器無法識別出射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的信號，導(dǎo)致無法通訊。根據(jù)射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽之間的射頻通訊過程中，射頻閱讀器有無識別到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽，以及識別到的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的自身存儲的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以及射頻閱讀器接收到的來自不同射頻電子標(biāo)簽的射頻信號能量強(qiáng)度的差異，再結(jié)合后臺數(shù)據(jù)庫管理，即可通過數(shù)據(jù)比對和相應(yīng)的算法得出當(dāng)前水位測量值。使用特定的射頻通訊方案，可實現(xiàn)I千米乃至更大范圍內(nèi)的多點水位檢測。如圖I和2所示，本發(fā)明所述的使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括至少兩組射頻電子標(biāo)簽、用以安裝射頻電子標(biāo)簽的射頻電子標(biāo)簽附著物、射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其特征在于，所述射頻電子標(biāo)簽附著物垂直于水面，所述射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位的方向上有規(guī)律的排列，其中至少一組標(biāo)簽位于水面以下，所述射頻閱讀器安裝在射頻電子標(biāo)簽的有效識別范圍內(nèi)用以保持射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽的射頻通訊，所述數(shù)據(jù)處理終端至少包括程序控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通信接口模塊用以實現(xiàn)計算和存儲功能，所述通信接口用以連接射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端用以實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲模塊中至少存儲有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測環(huán)境中的安裝位置信息，所述程序控制模塊具有至少能夠?qū)崟r監(jiān)測的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲模塊中的位置信息進(jìn)行比較的算法程序。進(jìn)一步的，為了更準(zhǔn)確的判斷射頻電子標(biāo)簽的位置，在所述數(shù)據(jù)存儲模塊中還存儲有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測環(huán)境中的信號強(qiáng)度信息，對應(yīng)的，所述程序控制模塊還具有能夠?qū)崟r監(jiān)測的信號強(qiáng)度信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲模塊中的信號強(qiáng)度信息進(jìn)行比較的算法程序。下面對本發(fā)明的水位監(jiān)測系統(tǒng)的射頻電子標(biāo)簽的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說明上述射頻電子標(biāo)簽可通過射頻通訊方式將其 存儲的數(shù)據(jù)發(fā)送到射頻閱讀器，射頻電子標(biāo)簽既是射頻通訊設(shè)備，也是非易失性的數(shù)據(jù)存儲介質(zhì)，射頻電子標(biāo)簽中存儲的數(shù)據(jù)來源可以是射頻閱讀器，數(shù)據(jù)由射頻閱讀器通過射頻通訊方式發(fā)送到射頻電子標(biāo)簽，射頻電子標(biāo)簽收到有效數(shù)據(jù)后再進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲；也可以在射頻電子標(biāo)簽的生產(chǎn)過程中為每個射頻電子標(biāo)簽分配一個獨有的編號并一次性寫入到射頻電子標(biāo)簽的存儲器中。射頻電子標(biāo)簽寫入的數(shù)據(jù)項目可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，但是為了配合實現(xiàn)本發(fā)明的功能，至少應(yīng)該包括射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息特別是水平高度的安裝位置信息。為了達(dá)到將射頻電子標(biāo)簽與其安裝位置信息相關(guān)聯(lián)的目的，若選用不具備射頻接收功能的射頻電子標(biāo)簽，則需要把該射頻電子標(biāo)簽各自的安裝位置及其他有用數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)處理終端；若選用具備射頻接收功能的射頻電子標(biāo)簽，可以將射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息及其他又用數(shù)據(jù)全部存儲到射頻電子標(biāo)簽上；也可以將部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲到射頻電子標(biāo)簽上，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)處理終端上。在不同的水位條件下，安裝在不同高度位置上的射頻電子標(biāo)簽可能處于空氣環(huán)境中，或者已經(jīng)觸及到水面，也或者位于水面以下一定深度。受到水對射頻電子標(biāo)簽的影響，在不同高度位置的射頻閱讀器對射頻電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)讀取效果也不同，具體表現(xiàn)為射頻閱讀器接收到的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的射頻信號功率的有所降低，當(dāng)此功率低于射頻閱讀器可以識別的射頻信號最低功率時，射頻閱讀器將無法接收到射頻電子標(biāo)簽通過射頻通訊方式發(fā)送的數(shù)據(jù)。射頻電子標(biāo)簽的硬件構(gòu)成應(yīng)至少包含天線、射頻發(fā)射器、程序控制器、數(shù)據(jù)存儲器、電源模塊這五大部分，如果需要具備射頻接收功能，則需增加射頻接收器；有源的射頻電子標(biāo)簽還需要增加電池。根據(jù)射頻電子標(biāo)簽供電方式的不同，可分為無源、半有源和有源射頻電子標(biāo)簽。無源射頻電子標(biāo)簽不需要電池供電，無源射頻電子標(biāo)簽所需的工作電源實際是將接收到的由射頻閱讀器發(fā)送的射頻信號能量轉(zhuǎn)換得到的。半有源或有源超高頻射頻識別標(biāo)簽受電池壽命影響，使用壽命通常比無源射頻電子標(biāo)簽短。根據(jù)不同的具體實施方案，射頻電子標(biāo)簽可以要求設(shè)計成同時具備射頻接收和射頻發(fā)送功能，也可以是只要求具備射頻發(fā)射功能。若不具備射頻接收功能，則射頻電子標(biāo)簽需要主動向外發(fā)送射頻信號；若具備射頻接收功能，則可以選擇主動發(fā)送射頻信號，也可以選擇被動接收到有效射頻信號后再發(fā)送射頻信號作為射頻通訊響應(yīng)。上述射頻電子標(biāo)簽的數(shù)量可以根據(jù)需要在大于2的整數(shù)范圍內(nèi)選擇，射頻電子標(biāo)簽的數(shù)量類似與采樣點，決定了水位監(jiān)測的精度。本發(fā)明中的射頻電子標(biāo)簽必須具備防水功能，能承受水的浸泡和腐蝕，防水的處理方案被視為現(xiàn)有技術(shù)能夠解決的問題而不必詳細(xì)介紹。下面對本發(fā)明中的電子標(biāo)簽附著物的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說明射頻電子標(biāo)簽附著物用于固定射頻電子標(biāo)簽。射頻電子標(biāo)簽附著物可以是定制的可固定射頻電子標(biāo)簽的水位標(biāo)尺，也可以是根據(jù)現(xiàn)場環(huán)境特點選擇現(xiàn)場存在的適合的物體作為射頻電子標(biāo)簽附著物。射頻電子標(biāo)簽附著物應(yīng)盡量選擇不易受外界環(huán)境破壞且位置不易發(fā)生變化的物體。射頻電子標(biāo)簽附著物的使用效果可以通過實測進(jìn)行判斷，以防止射頻電子標(biāo)簽附著物對射頻電子標(biāo)簽天線造成不良影響，最終影響射頻電子標(biāo)簽讀寫效果。
下面對本發(fā)明中的閱讀器的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說明射頻閱讀器是可以與射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行射頻通訊的設(shè)備。射頻閱讀器可以通過射頻通訊方式獲取射頻電子標(biāo)簽上的存儲數(shù)據(jù)；也可以通過射頻通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到射頻電子標(biāo)簽，并由射頻電子標(biāo)簽將收到的有效數(shù)據(jù)寫入到數(shù)據(jù)存儲器。射頻閱讀器的硬件構(gòu)成主要包括天線、射頻接收器、射頻發(fā)射器、程序控制器、數(shù)據(jù)存儲器和電源模塊等。如果選用的射頻電子標(biāo)簽不具備射頻接收功能，則射頻閱讀器可以不需要射頻發(fā)射器。射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽之間的通訊需要選擇相應(yīng)的射頻通訊方式和通訊協(xié)議。射頻閱讀器從射頻電子標(biāo)簽獲取到的有效數(shù)據(jù)會發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端，射頻閱讀器也會從數(shù)據(jù)處理終端獲取需要發(fā)送到射頻電子標(biāo)簽的有效數(shù)據(jù)。下面對本發(fā)明中的數(shù)據(jù)處理終端的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說明數(shù)據(jù)處理終端是整個水位監(jiān)測系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲和處理的核心設(shè)備，提供對射頻閱讀器的控制和通訊接口，可以對射頻閱讀器進(jìn)行工作模式控制，并與射頻閱讀器進(jìn)行數(shù)據(jù)交換。根據(jù)實際工程需要，數(shù)據(jù)處理終端可以靈活選用以個人計算機(jī)、工業(yè)控制計算機(jī)、可編程控制器或基于單片機(jī)、ARM微控制器等的嵌入式系統(tǒng)等作為硬件開發(fā)平臺，再通過算法程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理終端的功能。需要寫入到射頻電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)內(nèi)容由數(shù)據(jù)處理終端產(chǎn)生并保存，數(shù)據(jù)內(nèi)容與射頻電子標(biāo)簽所處的水位監(jiān)測點、所處海拔位置或相對高度等狀態(tài)有關(guān)。射頻電子標(biāo)簽寫入數(shù)據(jù)產(chǎn)生后，由數(shù)據(jù)處理終端發(fā)送給射頻閱讀器，射頻閱讀器再通過射頻通訊方式將數(shù)據(jù)發(fā)送到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽，并由射頻電子標(biāo)簽將相應(yīng)的數(shù)據(jù)存儲到其自身的數(shù)據(jù)存儲器中。當(dāng)射頻閱讀器對射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)讀取操作后，成功讀取到的數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端。數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)之前寫入到射頻電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)和實際讀到的射頻電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)內(nèi)容及射頻接收信號強(qiáng)度信息進(jìn)行比對和分析后對安裝在具體水位監(jiān)測點處不同高度位置上的射頻電子標(biāo)簽是否被水淹沒以及淹沒深度等情況做出判斷，并輸出最終的水位測量結(jié)果。為了具有比較的基礎(chǔ)，必須事先在數(shù)據(jù)處理終端內(nèi)部建立包含安裝位置信息和/或信號強(qiáng)度信息的比對數(shù)據(jù)庫，該比對數(shù)據(jù)庫的建立基于一種實測和統(tǒng)計過程，例如，按照實際安裝位置在無水環(huán)境下安裝好包含射頻電子標(biāo)簽、射頻電子標(biāo)簽附著物、射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端的水位監(jiān)測系統(tǒng)，此時射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息和/或信號強(qiáng)度信息可以實測獲得，將上述安裝位置信息和/或信號強(qiáng)度信息進(jìn)行統(tǒng)計輸入后，就可以建立各種規(guī)定格式的比對數(shù)據(jù)庫。在保持上述各部件相對位置不變的情況下，將水位監(jiān)測系統(tǒng)置于有水環(huán)境下，此時通過射頻閱讀器對射頻電子標(biāo)簽讀取情況的判斷，并將讀取信息與比對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行比較，即可判斷出哪些位置的射頻電子標(biāo)簽處于水面以下，哪些位置的射頻電子標(biāo)簽處于水面以上，從而可以確定水位的高度，根據(jù)射頻電子標(biāo)簽的設(shè)置密度來決定水位監(jiān)測的精度。因此對比數(shù)據(jù)庫的建立過程是很容易實現(xiàn)的，此過程被視為現(xiàn)有技術(shù)而充分公開，故不再詳細(xì)介紹。建立了上述使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)后，就可以采用一種全新的方法靈活的對各種環(huán)境下的水位進(jìn)行監(jiān)測，下面通過兩個不同的實施例來說明使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測方法。實施例I :本實施例的原理通過能否讀到的射頻電子標(biāo)簽來判斷相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽所與水面的位置關(guān)系，結(jié)合各射頻電子標(biāo)簽的安裝位 置信息推算當(dāng)前水位。根據(jù)水位監(jiān)測現(xiàn)場情況，將需安裝在此水位監(jiān)測點處的射頻電子標(biāo)簽總數(shù)量確定為K，K為大于或等于2的自然數(shù)，且在垂直于水平面的方向上使它們的間距相等且為D，D為大于射頻電子標(biāo)簽本身長度的任意數(shù)值，高度最高的射頻電子標(biāo)簽的海拔高度為H，確定好需要安裝射頻電子標(biāo)簽的具體安裝位置信息后，數(shù)據(jù)處理終端為各射頻電子標(biāo)簽分配數(shù)據(jù)，并由射頻閱讀器將數(shù)據(jù)發(fā)送給各射頻電子標(biāo)簽，射頻電子標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，同時將各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息存儲到數(shù)據(jù)處理終端從而建立比對數(shù)據(jù)庫。例如，將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理終端產(chǎn)生出一個數(shù)組，即DATA(I)、DATA(2)、DATA(3)直到DATA(K)，并將數(shù)據(jù)依次寫入到第I個、第2個、第三個直到第K個射頻電子標(biāo)簽，并將第n (n為K中的一個取值)個射頻電子標(biāo)簽安裝到水位監(jiān)測點處對應(yīng)海拔高度為H-(n-l)*D的位置處，同時將射頻電子標(biāo)簽的安裝位置對應(yīng)的海拔高度數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)處理終端。然后在一定距離外的某個固定位置上固定好了一臺射頻閱讀器，假設(shè)該射頻閱讀器距離射頻電子標(biāo)簽較遠(yuǎn)，故射頻電子標(biāo)簽到射頻閱讀器的距離差異可以忽略，設(shè)射頻電子標(biāo)簽到射頻閱讀器的距離為R。假設(shè)各射頻電子標(biāo)簽是平行安裝的，所有射頻電子標(biāo)簽的天線在朝射頻閱讀器方向的天線增益都是相同的。另外，射頻閱讀器和射頻電子標(biāo)簽的發(fā)射功率均保持固定。在以上假設(shè)條件下，射頻電子標(biāo)簽與射頻閱讀器之間射頻通訊質(zhì)量的差異化很小，水位變化成為影響各射頻電子標(biāo)簽實際讀寫效果的主要因素。在水位監(jiān)測過程中的某時刻，射頻閱讀器對所有射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行了數(shù)據(jù)讀取操作，共讀到M (0〈M〈K)個射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的有效數(shù)據(jù)，有效數(shù)據(jù)包括DATA (I) ,DATA (2)直到DATA (M)。射頻閱讀器將此數(shù)據(jù)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端，數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)此數(shù)據(jù)，再通過查找自身存儲的各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息數(shù)據(jù)庫，查找結(jié)果表明讀到的射頻電子標(biāo)簽所對應(yīng)的安裝位置范圍是從H海拔高度到H-(M-1)*D。若在此設(shè)備安裝使用條件下，射頻電子標(biāo)簽對水極為敏感，射頻電子標(biāo)簽一旦接觸水面就無法被射頻閱讀器讀到，那么數(shù)據(jù)處理終端即可計算出當(dāng)前水位線所處范圍為H-(M-1)*D到H-M*D之間。若射頻電子標(biāo)簽在此設(shè)備安裝使用條件下，需要到達(dá)水下深度L以下后才無法被射頻閱讀器讀到，那么水位線所處范圍則為H-(M-1)*D+L到H-M*D+L。根據(jù)以上結(jié)果，若需要得到更準(zhǔn)確的當(dāng)前水位所處范圍，需要減小間距D。但實際應(yīng)用中，間距D的選擇要結(jié)合射頻電子標(biāo)簽及其他因素綜合考慮，必要是需要試驗驗證。本實施例中，間距D的設(shè)置不一定完全相同，只要保證每個射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息在數(shù)據(jù)處理終端的比對數(shù)據(jù)庫中有對應(yīng)值就可以了，將相鄰的射頻電子標(biāo)簽的間距D設(shè)置為相等只是為了簡化監(jiān)測系統(tǒng)的安裝和運(yùn)算。本實施例描述的方法切實可行，通過實驗得到了驗證。具體選用射頻識別領(lǐng)域常用的超高頻射頻識別閱讀器作為射頻閱讀器，使用超高頻射頻識別標(biāo)簽作為射頻電子標(biāo)簽。實施例2 :本實施例的原理通過檢測射頻閱讀器接收到的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的射頻信號能量強(qiáng)度的變化來判斷相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽所與水面的位置關(guān)系，結(jié)合各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息推算當(dāng)前水位。在射頻閱讀器和射頻電子標(biāo)簽工作狀態(tài)和位置關(guān)系固定的情況下，射頻閱讀器所接收到的射頻電子標(biāo)簽的射頻信號能量強(qiáng)度的變化主 要因素是射頻電子標(biāo)簽被水淹沒的深度情況。當(dāng)射頻電子標(biāo)簽遠(yuǎn)離水面時，射頻閱讀器檢測到該射頻電子標(biāo)簽的射頻信號能量強(qiáng)度基本不變，當(dāng)射頻標(biāo)簽觸及水面時此射頻信號能量強(qiáng)度會明顯下降，然后隨著射頻電子標(biāo)簽被水淹沒的深度的增加射頻信號能量強(qiáng)度繼續(xù)降低。同樣，射頻電子標(biāo)簽所接收到的射頻閱讀器的射頻信號能量強(qiáng)度變化也主要受水位變化的影響。本實施例中射頻閱讀器必須具備射頻信號能量強(qiáng)度檢測功能。根據(jù)水位檢測點的現(xiàn)場情況及水位測量范圍等具體要求確定射頻電子標(biāo)簽的安裝數(shù)量為K，且在垂直于水平面的方向上使它們的間距相等且為D，高度最高的射頻電子標(biāo)簽的海拔高度為H。確定好需要安裝射頻電子標(biāo)簽的具體位置后，數(shù)據(jù)處理終端為各射頻電子標(biāo)簽分配數(shù)據(jù)，并由射頻閱讀器將數(shù)據(jù)發(fā)送給各射頻電子標(biāo)簽，射頻電子標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后將數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)存儲器內(nèi)，同時將各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置數(shù)據(jù)存儲到數(shù)據(jù)處理終端。例如，將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理終端產(chǎn)生出一個數(shù)組，即DATA(I)、DATA(2)、DATA(3)直到DATA(K)，并將數(shù)據(jù)依次寫入到第I個、第2個、第三個直到第K個射頻電子標(biāo)簽，并將第n個射頻電子標(biāo)簽安裝到水位監(jiān)測點處對應(yīng)海拔高度為H-(n-l)*D的位置處，同時將射頻電子標(biāo)簽的安裝位置對應(yīng)的海拔高度數(shù)據(jù)保存到數(shù)據(jù)處理終端。為了盡量避免射頻電子標(biāo)簽之間的射頻信號干擾，可采用查詢的射頻電子標(biāo)簽讀取方式，即由射頻閱讀器首先向指定的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送請求指令，射頻電子標(biāo)簽接收到請求指令后再向射頻閱讀器發(fā)送射頻通訊信號，其他情況下射頻電子標(biāo)簽不主動發(fā)送射頻信號。按照此工作方式，射頻閱讀器對安裝的所有射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行查詢，共讀到M(0〈M〈K)個射頻電子標(biāo)簽，對應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容分別是DATA(I)、DATA (2)直到DATA(M)，而對應(yīng)的射頻信號能量強(qiáng)度數(shù)據(jù)分別是RSSI (I)、RSSI (2)直到RSSI (M)。若在此設(shè)備安裝使用條件下，射頻電子標(biāo)簽未被水淹沒的情況下，射頻閱讀器所接收到的各射頻電子標(biāo)簽的射頻信號能量強(qiáng)度差異極小，射頻信號能量強(qiáng)度為RSSI0。數(shù)據(jù)處理終端將RSSI (I)、RSSI (2)直到RSSI (M)減去RSSIO得到對應(yīng)的差值Delta(I)'Delta(2)直到 Delta(M)，即 Delta(n) =RSSI (n)-RSSIO。將此差值小于閾值 J (J根據(jù)需要人為設(shè)定)的射頻信號能量強(qiáng)度數(shù)據(jù)所對應(yīng)射頻電子標(biāo)簽判定為在水面以上，大于閾值J的射頻信號能量強(qiáng)度數(shù)據(jù)所對應(yīng)射頻電子標(biāo)簽判定為在水面以下。若根據(jù)差值計算，有P個射頻電子標(biāo)簽被判定為處于水下，他們分別對應(yīng)第M、第M-I直到第M-P-I個射頻電子標(biāo)簽。則數(shù)據(jù)處理終端再根據(jù)之前存儲的各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息即可判斷，當(dāng)前水位線高于第M-P-I個射頻電子標(biāo)簽所處的海拔高度，即H-(M-P) *D，同時小于第M-P-2個射頻電子標(biāo)簽所處的海拔高度，即H-(M-P-I)^D0如果需要進(jìn)一步提高水位測量精度，或者減少射頻電子標(biāo)簽的安裝數(shù)量，可以將理論計算和實驗測試向結(jié)合，建立射頻電子標(biāo)簽射頻信號能量強(qiáng)度衰減變化與被水淹沒深度關(guān)系的數(shù)據(jù)查找表，根據(jù)實測數(shù)據(jù)可以在查找表中查出對應(yīng)的被水淹沒的淹沒深度，再結(jié)合該射頻電子標(biāo)簽的安裝位置計算出當(dāng)前水位。例如當(dāng)射頻閱讀器接收到某射頻電子標(biāo)簽的射頻信號能量強(qiáng)度比在空氣中未被水淹沒的狀態(tài)下的值降低了 25dB，在數(shù)據(jù)處理終端的比對數(shù)據(jù)庫中查找25dB對應(yīng)的被水淹沒的深度為15厘米，而在數(shù)據(jù)處理終端中存儲的該射頻電子標(biāo)簽所處的安裝位置為海拔200米，則水位為200米減去15厘米，即為海拔199. 85米。本實施例通過2. 4GHz的頻段通過實驗驗證正式可行。上述實施例I可以看作是實施例2中當(dāng)閾 值J為零的一種特殊情況。通過對上述實施例I和實施例2進(jìn)行上位概括，如圖3所示，我們可以得到通用的使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測方法，包括如下步驟步驟I :數(shù)據(jù)處理終端連接射頻閱讀器，若連接不成功，則檢查設(shè)備后重新連接射頻閱讀器，若連接成功，則進(jìn)入下一步驟；本步驟中，數(shù)據(jù)處理終端連接射頻閱讀器的方式可以是有線或無線連接方式，具體連接接口包括但不限于RS232/RS485/CAN/藍(lán)牙WIFI等有線或者無線通訊接口模塊。步驟2 :數(shù)據(jù)處理終端向射頻閱讀器發(fā)送讀操作控制指令。步驟3 :射頻閱讀器讀射頻電子標(biāo)簽并把讀到的數(shù)據(jù)傳給數(shù)據(jù)處理終端。步驟4:數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)射頻閱讀器傳回的數(shù)據(jù)，結(jié)合此前在射頻電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)寫入過程中產(chǎn)生并存儲到數(shù)據(jù)處理終端的比對數(shù)據(jù)庫查找出與之相關(guān)的射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息。本步驟的比對數(shù)據(jù)庫的建立過程前述已經(jīng)詳細(xì)描述，將射頻閱讀器傳回的數(shù)據(jù)與比對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行查找比對的算法程序也是數(shù)據(jù)處理中的一個公知技術(shù)，因此不必詳細(xì)描述。步驟5 :數(shù)據(jù)處理終端將根據(jù)同一水位檢測地點讀到的和未讀到的射頻電子標(biāo)簽的位置信息進(jìn)行對比，通過計算得出當(dāng)前水位所處范圍。通過實施例I和實施例2我們可以知道只要能夠確定閾值J相鄰的兩處射頻電子標(biāo)簽，即可確定水面位于該相鄰射頻電子標(biāo)簽之間的數(shù)值，通過改變射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位方向上的排列密度(類似于取樣頻率)即可改變本方法的判斷精度。本步驟中讀到的和未讀到的射頻電子標(biāo)簽的含義是是否低于或高于設(shè)定的閾值J，當(dāng)高于閾值J時，視為未讀到，當(dāng)?shù)陀陂撝礘時，視為讀到，理想狀態(tài)下，閾值J等于零。采用本發(fā)明的水位監(jiān)測系統(tǒng)和工程方法，在進(jìn)行工程實施時需要注意按照如下環(huán)節(jié)進(jìn)行實施一、勘察現(xiàn)場環(huán)境，確定水位檢測地點的數(shù)量，初步選擇出幾個適合的射頻閱讀器的架設(shè)地點，初步選擇射頻電子標(biāo)簽附著物。二、根據(jù)射頻閱讀器架設(shè)點和射頻電子標(biāo)簽附著物之間的距離確定射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽之間的讀寫距離指標(biāo)要求。三、根據(jù)水位測量精度和水位測量范圍要求確定射頻電子標(biāo)簽的安裝數(shù)量和射頻電子標(biāo)簽之間的安裝距離。水位測量精度越高，則安裝距離越近，反之越遠(yuǎn)；水位測量范圍越大，安裝數(shù)量越多，反之安裝數(shù)量越少。但同時需要結(jié)合工程實際，安裝距離過近射頻電子標(biāo)簽之間會互相影響，最終降低射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽之間的射頻通訊質(zhì)量。四、根據(jù)以上步驟的結(jié)果，確定射頻閱讀器和射頻電子標(biāo)簽的產(chǎn)品型號，其中包括確定天線型號。其中，選擇更高增益的天線可以提高射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽之間的讀寫距離，但天線增益的提高會影響天線波束寬度，從而影響能有效讀取射頻電子標(biāo)簽的區(qū)域范圍，所以需要總和考慮后選擇合適的天線。五、在現(xiàn)場環(huán)境下，對射頻閱讀器和射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫功能的基本測試。如果未達(dá)到預(yù)期的讀寫效果，需要調(diào)整射頻閱讀器以及射頻電子標(biāo)簽的安裝地點和安裝方式，直到滿足要求。六、連接數(shù)據(jù)處理終端與射頻閱讀器，對射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)寫入操作。數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)水位檢測地點數(shù)量、水位測量范圍、水位測量精度和該標(biāo)簽所處高度位置等輸入條件生成數(shù)據(jù)，并傳給射頻閱讀器，最終將數(shù)據(jù) 寫入到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽。數(shù)據(jù)寫入成功后將所有射頻電子標(biāo)簽安裝到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽附著物上對應(yīng)的水位線位置處。七、完成射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端的最后安裝。八、對整個系統(tǒng)進(jìn)行最終水位檢測功能檢查，完成后水位檢測系統(tǒng)即可正式使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會意識到，這里所述的實施例是為了幫助讀者理解本發(fā)明的原理，應(yīng)被理解為本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本發(fā)明公開的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本發(fā)明實質(zhì)的其它各種具體變形和組合，這些變形和組合仍然在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括至少兩組射頻電子標(biāo)簽、用以安裝射頻電子標(biāo)簽的射頻電子標(biāo)簽附著物、射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其特征在于，所述射頻電子標(biāo)簽附著物垂直于水面，所述射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位的方向上有規(guī)律的排列，其中至少一組標(biāo)簽位于水面以下，所述射頻閱讀器安裝在射頻電子標(biāo)簽的有效識別范圍內(nèi)用以保持射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽的射頻通訊，所述數(shù)據(jù)處理終端至少包括程序控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通信接口模塊用以實現(xiàn)計算和存儲功能，所述通信接口用以連接射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端用以實現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲模塊中至少存儲有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測環(huán)境中的安裝位置信息，所述程序控制模塊具有至少能夠?qū)崟r監(jiān)測的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲模塊中的位置信息進(jìn)行比較的算法程序。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，在所述數(shù)據(jù)存儲模塊中還存儲有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測環(huán)境中的信號強(qiáng)度信息，對應(yīng)的，所述程序控制模塊還具有能夠?qū)崟r監(jiān)測的信號強(qiáng)度信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲模塊中的信號強(qiáng)度信息進(jìn)行比較的算法程序。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于，所述射頻電子標(biāo)簽必須具備防水功能。
全文摘要
本發(fā)明涉及使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測系統(tǒng)，包括至少兩組射頻電子標(biāo)簽、用以安裝射頻電子標(biāo)簽的射頻電子標(biāo)簽附著物、射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端，其特征在于，所述射頻電子標(biāo)簽附著物垂直于水面，所述射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位的方向上有規(guī)律的排列，其中至少一組標(biāo)簽位于水面以下，所述射頻閱讀器安裝在射頻電子標(biāo)簽的有效識別范圍內(nèi)用以保持射頻閱讀器與射頻電子標(biāo)簽的射頻通訊，所述數(shù)據(jù)處理終端至少包括程序控制模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊和通信接口模塊用以實現(xiàn)計算和存儲功能。本發(fā)明型的有益效果是1.簡化設(shè)備安裝。2.方便實現(xiàn)多點水位監(jiān)測。
文檔編號G01F23/284GK102768055SQ20121024638
公開日2012年11月7日 申請日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者張兵, 梁小軍, 賈楫 申請人:成都九洲電子信息系統(tǒng)股份有限公司