專(zhuān)利名稱(chēng)：使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及水位監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的水位監(jiān)測(cè)技術(shù)實(shí)用新型主要應(yīng)用了聲學(xué)、電學(xué)和力學(xué)原理，可以獲得較高的測(cè)量精度，但設(shè)備較為復(fù)雜。其中，超聲波水位監(jiān)測(cè)利用了超聲波的反射，通過(guò)測(cè)量超聲波從發(fā)射端發(fā)射后接收端接收到反射回來(lái)的超聲波的延遲時(shí)間，可以計(jì)算出測(cè)量設(shè)備到水面的距離。電學(xué)水位監(jiān)測(cè)使用電極也能測(cè)得水位，利用的是水的導(dǎo)電性。另外，力學(xué)水位監(jiān)測(cè)利用水的浮力和壓力也能實(shí)現(xiàn)水位檢測(cè)?，F(xiàn)有的技術(shù)方案存在以下缺點(diǎn)測(cè)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(cè)，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。·
實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是為了克服現(xiàn)有的水位監(jiān)測(cè)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(cè)系統(tǒng)。本實(shí)用新型的技術(shù)方案是使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測(cè)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(shí)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(chǔ)模塊和通信接口模塊用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中至少存儲(chǔ)有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測(cè)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)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的位置信息進(jìn)行比較的算法程序。本實(shí)用新型型的有益效果是1.簡(jiǎn)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(guò)無(wú)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(chǎng)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(shí)現(xiàn)多點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)射頻閱讀器能識(shí)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(shí)別范圍內(nèi)可以靈活設(shè)定水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)的數(shù)量，而不會(huì)明顯增加設(shè)備成本。

圖I是本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)原理示意圖。圖3是本實(shí)用新型的監(jiān)測(cè)方法的主流程圖。
具體實(shí)施方式

以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步說(shuō)明。在對(duì)本實(shí)用新型的方案做出說(shuō)明前，有必要介紹本實(shí)用新型的方案所依據(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(duì)于高頻、超高頻以及微波頻段等多個(gè)頻段的射頻信號(hào)，頻率越高，在水中的衰減速度也越快。利用射頻信號(hào)在水中能量衰減明顯比空氣中快的特點(diǎn)以及水對(duì)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(guò)程中，天線周?chē)慕橘|(zhì)由空氣逐漸變?yōu)樗?，天線的增益等參數(shù)都會(huì)發(fā)生明顯變化，從而對(duì)射頻信號(hào)的收發(fā)造成影響。另外，電磁波從空氣射向水面時(shí)，只有一部分能量能傳遞到水中，其余能量會(huì)被反射回空氣中；同樣，當(dāng)電磁波從水中射向水面時(shí)，只有一部分能量能傳遞到空氣中，其余能量會(huì)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(gè)設(shè)備(分別命為一號(hào)通訊設(shè)備和二號(hào)通訊設(shè)備)。其中，一號(hào)射頻通訊設(shè)備放置在空氣環(huán)境中，將二號(hào)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(hào)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(gè)過(guò)程中，一號(hào)射頻通訊設(shè)備和二號(hào)射頻通訊設(shè)備在射頻信號(hào)發(fā)射功率不變的情況下，隨著所處水深位置的增加，射頻信號(hào)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(gè)射頻通訊設(shè)備能接收到的對(duì)方所發(fā)送的射頻信號(hào)能量快速降低，當(dāng)接收到的射頻信號(hào)能量低于一定值時(shí)通訊將終斷。利用這一特性，可將準(zhǔn)備好的多個(gè)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(diǎn)但不同高度的位置上，且相互之間保持一定的間距，同時(shí)在射頻電子標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)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(gè)射頻通訊設(shè)備作為射頻閱讀器依次與各個(gè)射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行射頻通訊時(shí)，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(chǔ)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(guò)門(mén)限值，導(dǎo)致射頻電子標(biāo)簽無(wú)法從環(huán)境噪聲中識(shí)別出射頻閱讀器發(fā)送的信號(hào)，或者射頻閱讀器無(wú)法識(shí)別出射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)，導(dǎo)致無(wú)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(guò)程中，射頻閱讀器有無(wú)識(shí)別到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽，以及識(shí)別到的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的自身存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)內(nèi)容，以及射頻閱讀器接收到的來(lái)自不同射頻電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)能量強(qiáng)度的差異，再結(jié)合后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)管理，即可通過(guò)數(shù)據(jù)比對(duì)和相應(yīng)的算法得出當(dāng)前水位測(cè)量值。使用特定的射頻通訊方案，可實(shí)現(xiàn)I千米乃至更大范圍內(nèi)的多點(diǎn)水位檢測(cè)。如圖I和2所示，本實(shí)用新型所述的使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測(cè)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(shí)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(chǔ)模塊和通信接口模塊用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)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(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中至少存儲(chǔ)有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測(cè)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)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)模塊中還存儲(chǔ)有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測(cè)環(huán)境中的信號(hào)強(qiáng)度信息，對(duì)應(yīng)的，所述程序控制模塊還具有能夠?qū)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的信號(hào)強(qiáng)度信息進(jìn)行比較的算法程序。下面對(duì)本實(shí)用新型的水位監(jiān)測(cè)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(shuō)明上述射頻電子標(biāo)簽可通過(guò)射頻通訊方式將其存儲(chǔ)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(chǔ)介質(zhì)，射頻電子標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)來(lái)源可以是射頻閱讀器，數(shù)據(jù)由射頻閱讀器通過(guò)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(chǔ)；也可以在射頻電子標(biāo)簽的生產(chǎn)過(guò)程中為每個(gè)射頻電子標(biāo)簽分配一個(gè)獨(dú)有的編號(hào)并一次性寫(xiě)入到射頻電子標(biāo)簽的存儲(chǔ)器中。射頻電子標(biāo)簽寫(xiě)入的數(shù)據(jù)項(xiàng)目可以根據(jù)需要進(jìn)行設(shè)置，但是為了配合實(shí)現(xiàn)本實(shí)用新型的功能，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(chǔ)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(chǔ)到射頻電子標(biāo)簽上；也可以將部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)到射頻電子標(biāo)簽上，另一部分?jǐn)?shù)據(jù)存儲(chǔ)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(duì)射頻電子標(biāo)簽的影響，在不同高度位置的射頻閱讀器對(duì)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(hào)功率的有所降低，當(dāng)此功率低于射頻閱讀器可以識(shí)別的射頻信號(hào)最低功率時(shí)，射頻閱讀器將無(wú)法接收到射頻電子標(biāo)簽通過(guò)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(chǔ)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(wú)源、半有源和有源射頻電子標(biāo)簽。無(wú)源射頻電子標(biāo)簽不需要電池供電，無(wú)源射頻電子標(biāo)簽所需的工作電源實(shí)際是將接收到的由射頻閱讀器發(fā)送的射頻信號(hào)能量轉(zhuǎn)換得到的。半有源或有源超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽受電池壽命影響，使用壽命通常比無(wú)源射頻電子標(biāo)簽短。根據(jù)不同的具體實(shí)施方案，射頻電子標(biāo)簽可以要求設(shè)計(jì)成同時(shí)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(dòng)向外發(fā)送射頻信號(hào)；若具備射頻接收功能，則可以選擇主動(dòng)發(fā)送射頻信號(hào)，也可以選擇被動(dòng)接收到有效射頻信號(hào)后再發(fā)送射頻信號(hào)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(lèi)似與采樣點(diǎn)，決定了水位監(jiān)測(cè)的精度。[0021]本實(shí)用新型中的射頻電子標(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(wèn)題而不必詳細(xì)介紹。下面對(duì)本實(shí)用新型中的電子標(biāo)簽附著物的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說(shuō)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(chǎng)環(huán)境特點(diǎn)選擇現(xiàn)場(chǎng)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(guò)實(shí)測(cè)進(jìn)行判斷，以防止射頻電子標(biāo)簽附著物對(duì)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(xiě)效果。下面對(duì)本實(shí)用新型中的閱讀器的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說(shuō)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(guò)射頻通訊方式獲取射頻電子標(biāo)簽上的存儲(chǔ)數(shù)據(jù)；也可以通過(guò)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(xiě)入到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(chǔ)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(huì)發(fā)送到數(shù)據(jù)處理終端，射頻閱讀器也會(huì)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(duì)本實(shí)用新型中的數(shù)據(jù)處理終端的技術(shù)和功能要求做詳細(xì)的說(shuō)明數(shù)據(jù)處理終端是整個(gè)水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)中負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和處理的核心設(shè)備，提供對(duì)射頻閱讀器的控制和通訊接口，可以對(duì)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(shí)際工程需要，數(shù)據(jù)處理終端可以靈活選用以個(gè)人計(jì)算機(jī)、工業(yè)控制計(jì)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(kāi)發(fā)平臺(tái)，再通過(guò)算法程序?qū)崿F(xiàn)數(shù)據(jù)處理終端的功能。需要寫(xiě)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(cè)點(diǎn)、所處海拔位置或相對(duì)高度等狀態(tài)有關(guān)。射頻電子標(biāo)簽寫(xiě)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(guò)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(chǔ)到其自身的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器中。當(dāng)射頻閱讀器對(duì)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(xiě)入到射頻電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)和實(shí)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(hào)強(qiáng)度信息進(jìn)行比對(duì)和分析后對(duì)安裝在具體水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)處不同高度位置上的射頻電子標(biāo)簽是否被水淹沒(méi)以及淹沒(méi)深度等情況做出判斷，并輸出最終的水位測(cè)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(hào)強(qiáng)度信息的比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)，該比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立基于一種實(shí)測(cè)和統(tǒng)計(jì)過(guò)程，例如，按照實(shí)際安裝位置在無(wú)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(cè)系統(tǒng)，此時(shí)射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息和/或信號(hào)強(qiáng)度信息可以實(shí)測(cè)獲得，將上述安裝位置信息和/或信號(hào)強(qiáng)度信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)輸入后，就可以建立各種規(guī)定格式的比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)。在保持上述各部件相對(duì)位置不變的情況下，將水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)置于有水環(huán)境下，此時(shí)通過(guò)射頻閱讀器對(duì)射頻電子標(biāo)簽讀取情況的判斷，并將讀取信息與比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(lái)決定水位監(jiān)測(cè)的精度。因此對(duì)比數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)程是很容易實(shí)現(xiàn)的，此過(guò)程被視為現(xiàn)有技術(shù)而充分公開(kāi)，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(cè)系統(tǒng)后，就可以采用一種全新的方法靈活的對(duì)各種環(huán)境下的水位進(jìn)行監(jiān)測(cè)，下面通過(guò)兩個(gè)不同的實(shí)施例來(lái)說(shuō)明使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測(cè)方法。實(shí)施例I :本實(shí)施例的原理通過(guò)能否讀到的射頻電子標(biāo)簽來(lái)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(cè)現(xiàn)場(chǎng)情況，將需安裝在此水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)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(zhǎng)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(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，同時(shí)將各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)處理終端從而建立比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)。例如，將數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)處理終端產(chǎn)生出一個(gè)數(shù)組，即DATA(I)、DATA(2)、DATA(3)直到DATA(K)，并將數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入到第I個(gè)、第2個(gè)、第三個(gè)直到第K個(gè)射頻電子標(biāo)簽，并將第η (η為K中的一個(gè)取值)個(gè)射頻電子標(biāo)簽安裝到水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)海拔高度為H-(n-l)*D的位置處，同時(shí)將射頻電子標(biāo)簽的安裝位置對(duì)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(gè)固定位置上固定好了一臺(tái)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(shí)際讀寫(xiě)效果的主要因素。在水位監(jiān)測(cè)過(guò)程中的某時(shí)刻，射頻閱讀器對(duì)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〈Μ〈Κ)個(gè)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(guò)查找自身存儲(chǔ)的各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置信息數(shù)據(jù)庫(kù)，查找結(jié)果表明讀到的射頻電子標(biāo)簽所對(duì)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(duì)水極為敏感，射頻電子標(biāo)簽一旦接觸水面就無(wú)法被射頻閱讀器讀到，那么數(shù)據(jù)處理終端即可計(jì)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(wú)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(shí)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(yàn)驗(yàn)證。本實(shí)施例中，間距D的設(shè)置不一定完全相同，只要保證每個(gè)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中有對(duì)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(jiǎn)化監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的安裝和運(yùn)算。[0036]本實(shí)施例描述的方法切實(shí)可行，通過(guò)實(shí)驗(yàn)得到了驗(yàn)證。具體選用射頻識(shí)別領(lǐng)域常用的超高頻射頻識(shí)別閱讀器作為射頻閱讀器，使用超高頻射頻識(shí)別標(biāo)簽作為射頻電子標(biāo)簽。實(shí)施例2 :本實(shí)施例的原理通過(guò)檢測(cè)射頻閱讀器接收到的射頻電子標(biāo)簽發(fā)送的射頻信號(hào)能量強(qiáng)度的變化來(lái)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(hào)能量強(qiáng)度的變化主要因素是射頻電子標(biāo)簽被水淹沒(méi)的深度情況。當(dāng)射頻電子標(biāo)簽遠(yuǎn)離水面時(shí)，射頻閱讀器檢測(cè)到該射頻電子標(biāo)簽的射頻信號(hào)能量強(qiáng)度基本不變，當(dāng)射頻標(biāo)簽觸及水面時(shí)此射頻信號(hào)能量強(qiáng)度會(huì)明顯下降，然后隨著射頻電子標(biāo)簽被水淹沒(méi)的深度的增加射頻信號(hào)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(hào)能量強(qiáng)度變化也主要受水位變化的影響。本實(shí)施例中射頻閱讀器必須具備射頻信號(hào)能量強(qiáng)度檢測(cè)功能。根據(jù)水位檢測(cè)點(diǎn)的現(xiàn)場(chǎng)情況及水位測(cè)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(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器內(nèi)，同時(shí)將各射頻電子標(biāo)簽的安裝位置數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(gè)數(shù)組，即DATA(I)、DATA(2)、DATA(3)直到DATA(K)，并將數(shù)據(jù)依次寫(xiě)入到第I個(gè)、第2個(gè)、第三個(gè)直到第K個(gè)射頻電子標(biāo)簽，并將第η個(gè)射頻電子標(biāo)簽安裝到水位監(jiān)測(cè)點(diǎn)處對(duì)應(yīng)海拔高度為H-(n-l)*D的位置處，同時(shí)將射頻電子標(biāo)簽的安裝位置對(duì)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(hào)干擾，可采用查詢(xún)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(qǐng)求指令，射頻電子標(biāo)簽接收到請(qǐng)求指令后再向射頻閱讀器發(fā)送射頻通訊信號(hào)，其他情況下射頻電子標(biāo)簽不主動(dòng)發(fā)送射頻信號(hào)。按照此工作方式，射頻閱讀器對(duì)安裝的所有射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行查詢(xún)，共讀到Μ(0〈Μ〈Κ)個(gè)射頻電子標(biāo)簽，對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)內(nèi)容分別是DATA(I)、DATA (2)直到DATA(M)，而對(duì)應(yīng)的射頻信號(hào)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(méi)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(hào)能量強(qiáng)度差異極小，射頻信號(hào)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(duì)應(yīng)的差值Delta(I) 'Delta(2)直到 Delta(M)，即 Delta(n) =RSSI (n)-RSSIOo 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(hào)能量強(qiáng)度數(shù)據(jù)所對(duì)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(hào)能量強(qiáng)度數(shù)據(jù)所對(duì)應(yīng)射頻電子標(biāo)簽判定為在水面以下。若根據(jù)差值計(jì)算，有P個(gè)射頻電子標(biāo)簽被判定為處于水下，他們分別對(duì)應(yīng)第Μ、第M-I直到第M-P-I個(gè)射頻電子標(biāo)簽。則數(shù)據(jù)處理終端再根據(jù)之前存儲(chǔ)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(gè)射頻電子標(biāo)簽所處的海拔高度，即H-(M-P)*D，同時(shí)小于第M-P-2個(gè)射頻電子標(biāo)簽所處的海拔高度，即H-(M-P-I) *D。如果需要進(jìn)一步提高水位測(cè)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(jì)算和實(shí)驗(yàn)測(cè)試向結(jié)合，建立射頻電子標(biāo)簽射頻信號(hào)能量強(qiáng)度衰減變化與被水淹沒(méi)深度關(guān)系的數(shù)據(jù)查找表，根據(jù)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)可以在查找表中查出對(duì)應(yīng)的被水淹沒(méi)的淹沒(méi)深度，再結(jié)合該射頻電子標(biāo)簽的安裝位置計(jì)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(hào)能量強(qiáng)度比在空氣中未被水淹沒(méi)的狀態(tài)下的值降低了 25dB，在數(shù)據(jù)處理終端的比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)中查找25dB對(duì)應(yīng)的被水淹沒(méi)的深度為15厘米，而在數(shù)據(jù)處理終端中存儲(chǔ)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(shí)施例通過(guò)2. 4GHz的頻段通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證正式可行。上述實(shí)施例I可以看作是實(shí)施例2中當(dāng)閾值J為零的一種特殊情況。通過(guò)對(duì)上述實(shí)施例I和實(shí)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(cè)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(wú)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(wú)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(xiě)入過(guò)程中產(chǎn)生并存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)處理終端的比對(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)的建立過(guò)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(duì)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行查找比對(duì)的算法程序也是數(shù)據(jù)處理中的一個(gè)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(cè)地點(diǎn)讀到的和未讀到的射頻電子標(biāo)簽的位置信息進(jìn)行對(duì)比，通過(guò)計(jì)算得出當(dāng)前水位所處范圍。通過(guò)實(shí)施例I和實(shí)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(guò)改變射頻電子標(biāo)簽在垂直于水位方向上的排列密度(類(lèi)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(shí)，視為未讀到，當(dāng)?shù)陀陂撝礘時(shí)，視為讀到，理想狀態(tài)下，閾值J等于零。采用本實(shí)用新型的水位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和工程方法，在進(jìn)行工程實(shí)施時(shí)需要注意按照如下環(huán)節(jié)進(jìn)行實(shí)施一、勘察現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境，確定水位檢測(cè)地點(diǎn)的數(shù)量，初步選擇出幾個(gè)適合的射頻閱讀器的架設(shè)地點(diǎn)，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(diǎn)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(xiě)距離指標(biāo)要求。三、根據(jù)水位測(cè)量精度和水位測(cè)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(cè)量精度越高，則安裝距離越近，反之越遠(yuǎn)；水位測(cè)量范圍越大，安裝數(shù)量越多，反之安裝數(shù)量越少。但同時(shí)需要結(jié)合工程實(shí)際，安裝距離過(guò)近射頻電子標(biāo)簽之間會(huì)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。[0056]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(hào)，其中包括確定天線型號(hào)。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(xiě)距離，但天線增益的提高會(huì)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(chǎng)環(huán)境下，對(duì)射頻閱讀器和射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行讀寫(xiě)功能的基本測(cè)試。如果未達(dá)到預(yù)期的讀寫(xiě)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(diǎn)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(duì)射頻電子標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)寫(xiě)入操作。數(shù)據(jù)處理終端根據(jù)水位檢測(cè)地點(diǎn)數(shù)量、水位測(cè)量范圍、水位測(cè)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(xiě)入到相應(yīng)的射頻電子標(biāo)簽。數(shù)據(jù)寫(xiě)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(duì)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(duì)整個(gè)系統(tǒng)進(jìn)行最終水位檢測(cè)功能檢查，完成后水位檢測(cè)系統(tǒng)即可正式使用。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將會(huì)意識(shí)到，這里所述的實(shí)施例是為了幫助讀者理解本實(shí)用新型的原理，應(yīng)被理解為本實(shí)用新型的保護(hù)范圍并不局限于這樣的特別陳述和實(shí)施例。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員可以根據(jù)本實(shí)用新型公開(kāi)的這些技術(shù)啟示做出各種不脫離本實(shí)用新型實(shí)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實(shí)用新型的保護(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(cè)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，其中至少ー組標(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(shí)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(chǔ)模塊和通信接ロ模塊用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)功能，所述通信接ロ用以連接射頻閱讀器和數(shù)據(jù)處理終端用以實(shí)現(xiàn)兩者的數(shù)據(jù)通信，所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中至少存儲(chǔ)有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測(cè)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)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的位置信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)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(cè)系統(tǒng)，在所述數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中還存儲(chǔ)有射頻電子標(biāo)簽在水位監(jiān)測(cè)環(huán)境中的信號(hào)強(qiáng)度信息，對(duì)應(yīng)的，所述程序控制模塊還具有能夠?qū)?shí)時(shí)監(jiān)測(cè)的信號(hào)強(qiáng)度信息與預(yù)先內(nèi)置于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中的信號(hào)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(cè)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。
專(zhuān)利摘要本實(shí)用新型涉及使用射頻通訊方法的水位監(jiān)測(cè)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(shí)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(chǔ)模塊和通信接口模塊用以實(shí)現(xiàn)計(jì)算和存儲(chǔ)功能。本實(shí)用新型型的有益效果是1.簡(jiǎn)化設(shè)備安裝。2.方便實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)水位監(jiān)測(cè)。
文檔編號(hào)G06K7/00GK202648743SQ20122034491
公開(kāi)日2013年1月2日 申請(qǐng)日期2012年7月17日 優(yōu)先權(quán)日2012年7月17日
發(fā)明者賈楫, 梁小軍, 張兵 申請(qǐng)人:成都九洲電子信息系統(tǒng)股份有限公司