智慧城市水位监测及智能预警系统设计研究

摘要：针对目前城市排水系统存在的问题，基于现有防涝防淹设备及装置，提

出了智慧城市水位监测及智能预警系统，该系统利用电容感应实现水位的实时监测，对水位的实时监测信息将无线传输到信息中心，实现整合，同时保证了水位

监测系统数据的可靠性.本系统可适用于其他大范围的的测量 ,有效减少积水问题

带来的人员伤亡和财产损失，并提高异常状况预警的及时性，具有进一步开发的

前景。

关键词：智慧城市；水位监测；预警

前言

近年来，中国城市化速度不断加快，但是城市排水系统存在着设计结构日趋

复杂、排水能力差、管道老化、管道接口渗漏及堵塞严重等问题，[1]这些问题在

短时间内无法改善及解决，因此，城市遭遇严重暴雨内涝灾害的频率也显著增加，北京、广州、深圳、重庆、杭州等城市轮番上演“暴雨淹城”“城市看海”现象，城

市内涝问题一直没有得到很好解决。[2]

目前市场中的积水监测设备主要依靠人工操控系统监测，由压力式水位传感器、视频摄像头、预警指示牌、供电系统等组成。普遍存在着建设成本高、设备

体积大，探头易损坏、影响市容且不易进行防护处理等缺陷。[3]为有效减少积水

问题带来的人员伤亡和财产损失，并提高异常状况预警的及时性，我们研发了一

种智慧城市水位监测及智能预警系统。

1.设计思路

智慧城市水位监测及智能预警系统的设计的其目的是要摒弃传统水位监测站

监测成本高、施工周期长的弊端，设计开发一种精准智能、成本低、系统安装简

单的无线监测设备。

此系统包含了水位监测和智能预警两大系统功能。依据电容感应原理，当被

测介质变化时，引起其电容量的变化，经过公式转换，可以得到当前的水位，以

此来实现水位的监测；通过增加极板的面积来增加对介质的感测距离和灵敏度，

保证监测数据的准确性。当程序开始运行时可以通过将当前感测值设置为0的方

法来初始化以减少干扰，通过串口RXD、TXD与wifi模块ESP8266的TX、RX连接实现数据的无限传输和智能预警。[4]

2.水位监测系统设计与实现

此水位监测系统采用串口Wi-Fi模块ESP8266，电容式传感器FDC2214RGHR

和单片机STM32F103RBTX设计实现。

FDC2214是一种低功耗，低成本，高分辨率非接触式感应的电容式传感器，

适用于接近传感器，手势识别，液位传感器等应用，采用抗EMI技术架构，可以

在高噪音环境保持性能,其供电电压为2.7V到3.6V，谐振频率从10kHz to 10MHz,

数据位数为28位，即精度为1/2^28,FDC2214有4个采集通道，其与MCU的通信方式为IIC。

STM32F103系列微处理器是首款基于ARMv7- M体系结构的32位标准RISC （精简指令集）处理器，提供很高的代码效率，在通常8位和16位系统的存储

空间上发挥了Cortex-M3内核的高性能。该系列微处理器工作频率为72MHz,在存储器的0等待周期访问时可达1.25DMips/MHZ（DhrystONe2.1），内置高达128K