一種基于dcs的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的制作方法
【專利摘要】為了提高水質(zhì)監(jiān)測工作的穩(wěn)定性，本發(fā)明提供了一種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，包括：單片機；與單片機連接的GPS定位模塊、3G模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的放大與調(diào)理電路，與放大與調(diào)理電路連接的傳感器模塊；其中，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括報警單元、存儲器。本監(jiān)測設(shè)備能夠減輕服務(wù)器端和若干基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備之間的耦合程度，使得在線監(jiān)控系統(tǒng)兼容性更佳。
【專利說明】—種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種環(huán)保監(jiān)測設(shè)備，更具體地，涉及一種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備。

【背景技術(shù)】
[0002]水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備通過對池水的pH、余氯、ORP等探頭對相應(yīng)指標(biāo)進行檢測并將檢測值發(fā)送給水質(zhì)監(jiān)測/控制儀，是由水質(zhì)監(jiān)測/控制儀實現(xiàn)自動報警、顯示、調(diào)整、控制相關(guān)設(shè)備實現(xiàn)水質(zhì)維護功能的系統(tǒng)。
[0003]中國不僅存在水資源短缺和空間、時間分布不平衡的嚴(yán)重問題，而且更普遍存在著水質(zhì)型缺水的危機。據(jù)最新的統(tǒng)計表明，全國七大江河水系的741個監(jiān)測斷面29.1%符合三類水質(zhì)，30.9%四、五類水質(zhì)，40.9%劣五類水質(zhì)；全國近一半城鎮(zhèn)飲用水源地水質(zhì)不符合標(biāo)準(zhǔn)。為了加強對重點流域水質(zhì)變化和污染物總量的監(jiān)控，環(huán)保部門曾經(jīng)在長江、淮河、松花江及太湖等水域的污染物排放企業(yè)設(shè)置了一批水質(zhì)檢測設(shè)備，希望遠在數(shù)公里甚至上千公里以外的地方也能對轄區(qū)內(nèi)的監(jiān)控目標(biāo)實施全天候、全時段的動態(tài)監(jiān)控，隨時掌握其變化趨勢，以便控制污染程度，實現(xiàn)這一目標(biāo)的技術(shù)裝置稱之為水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)。但是，目前在我國水環(huán)境監(jiān)測的實際工作中，大量采用的監(jiān)測手段仍然是傳統(tǒng)的實驗分析方法，測試數(shù)據(jù)滯后數(shù)小時甚至更多。這種傳統(tǒng)的監(jiān)測方法和手段己經(jīng)不能滿足環(huán)保事業(yè)不斷發(fā)展的社會需求，十分需要用現(xiàn)代的管理手段對重點污染源的水環(huán)境質(zhì)量進行監(jiān)測。
[0004]尤其是，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備尚無法智能地為現(xiàn)有的水質(zhì)參數(shù)在線監(jiān)測及遠程傳輸系統(tǒng)服務(wù)，其產(chǎn)品結(jié)構(gòu)落后，經(jīng)常需要在外部增加其他數(shù)據(jù)采集和控制等模塊。而這些模塊質(zhì)量參差不齊，廠家各異，不利于達到水質(zhì)監(jiān)測工作的穩(wěn)定性。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]為了解決現(xiàn)有技術(shù)中的上述缺陷，本發(fā)明提供了一種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，包括:單片機；與單片機連接的GPS定位模塊、3G模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的放大與調(diào)理電路，與放大與調(diào)理電路連接的傳感器模塊；其中，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括報警單元、存儲器，所述報警單元與所述單片機連接，所述存儲器分別與所述單片機、GPS定位模塊以及3G模塊連接，所述GPS定位模塊以及3G模塊連接，所述存儲器用于保存所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、GPS定位模塊輸出的測量信息和3G模塊的通信歷史記錄，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行調(diào)理，且所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與存儲器根據(jù)所述3G模塊的工作狀態(tài)對數(shù)據(jù)進行壓縮，所述3G模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)并根據(jù)路由信息選取其傳輸數(shù)據(jù)時的接收方。
[0006]進一步地，所述報警單元在單片機的控制下對所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的不正常工作狀態(tài)或其內(nèi)部的組件的異常情況給出報警信息。
[0007]進一步地，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括電源模塊，該電源模塊包括低功耗電源和太陽能電池板。
[0008]進一步地，所述3G模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)器和3G模塊路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預(yù)訂范圍內(nèi)的所有3G模塊的唯一通信標(biāo)識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個3G模塊的工作狀態(tài)。
[0009]進一步地，所述3G模塊根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務(wù)器端最短的3G模塊傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0010]進一步地，所述傳感器模塊包括:藍藻熒光傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器或水深傳感器，被集成密封在一個套筒中，其傳感部位裸露在外，同時預(yù)留擴展口并配有相應(yīng)的清潔裝置。
[0011]進一步地，所述傳感器模塊包括:溫度傳感器、水流速度傳感器、酸堿度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、溶解氧傳感器、顏色傳感器和微生物傳感器。
[0012]進一步地，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括:開關(guān)選擇電路、程控前置放大電路、鎖相放大電路、低通濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路。
[0013]進一步地，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括有RS-232串口通信單元，所述的RS-232串口通信單元是監(jiān)測裝置的一個預(yù)留通信口，在無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信的情況下，通過該串口通信單元能將監(jiān)測到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳送出去。
[0014]進一步地，所述的低功耗電源包括:鋰電池組；穩(wěn)壓電路，用于為鋰電池組進行直流-直流電壓轉(zhuǎn)換和低壓差線性穩(wěn)壓的兩級電壓轉(zhuǎn)換，從而為水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電壓。
[0015]本發(fā)明的有益效果是:
[0016](I)能夠減輕服務(wù)器端的通信負載壓力；(2)能夠避免由于服務(wù)器端或其通信模塊工作失常而導(dǎo)致整個在線監(jiān)控系統(tǒng)癱瘓；(3)能夠降低基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備在與遠程目標(biāo)(例如服務(wù)器端)通信時消耗電力過大而需要經(jīng)常維護的問題；(4)能夠減輕服務(wù)器端和若干基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備之間的耦合程度，使得在線監(jiān)控系統(tǒng)兼容性更佳；(5)本發(fā)明能對整個湖泊水質(zhì)的全面、智能、實時檢測外，還可以遠程實時提供水質(zhì)預(yù)警數(shù)據(jù)，省時省力。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0017]圖1是本發(fā)明原理結(jié)構(gòu)圖。

【具體實施方式】
[0018]下面結(jié)合具體實施例，進一步闡述本發(fā)明。應(yīng)理解，這些實施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。此外應(yīng)理解，在閱讀了本發(fā)明講授的內(nèi)容之后，本領(lǐng)域技術(shù)人員可以對本發(fā)明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落在申請所附權(quán)利要求書所限定的范圍。
[0019]如圖1所示，一種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，包括:單片機；與單片機連接的GPS定位模塊、3G模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的放大與調(diào)理電路，與放大與調(diào)理電路連接的傳感器模塊；其中，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括報警單元、存儲器，所述報警單元與所述單片機連接，所述存儲器分別與所述單片機、GPS定位模塊以及3G模塊連接，所述GPS定位模塊以及3G模塊連接，所述存儲器用于保存所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、GPS定位模塊輸出的測量信息和3G模塊的通信歷史記錄，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行調(diào)理，且所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與存儲器根據(jù)所述3G模塊的工作狀態(tài)對數(shù)據(jù)進行壓縮，所述3G模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)并根據(jù)路由信息選取其傳輸數(shù)據(jù)時的接收方。
[0020]所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊采用了低噪聲、高精度的電路設(shè)計，能有效采集各傳感器的微小信號，并能將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號。該單元包括:開關(guān)選擇電路15、程控前置放大電路16、鎖相放大電路17、低通濾波電路18和AD轉(zhuǎn)換電路19，開關(guān)選擇電路用來選擇所要采集的水質(zhì)參數(shù)信息，也就是選擇采集哪個傳感器的信號。將采集到的傳感器微弱信號傳輸?shù)匠炭厍爸梅糯箅娐愤M行前置放大，該前置放大電路采用低噪聲設(shè)計，在增加信號驅(qū)動的同時防止信號變差。前置放大后的信號進入鎖相放大電路，對傳感信號進行主放大，同時能大大抑制其他頻率的噪聲信號。放大后的信號經(jīng)過低通濾波電路傳輸?shù)紸D轉(zhuǎn)換電路，將采集到的信號變成相應(yīng)的數(shù)字信號，AD轉(zhuǎn)換主要通過高精度的AD芯片來實現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號傳送到中央控制單元。
[0021]所述報警單元在單片機的控制下對所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的不正常工作狀態(tài)或其內(nèi)部的組件的異常情況給出報警信息。所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括電源模塊，該電源模塊包括低功耗電源和太陽能電池板。
[0022]所述3G模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)器和3G模塊路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預(yù)訂范圍內(nèi)的所有3G模塊的唯一通信標(biāo)識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個3G模塊的工作狀態(tài)。所述3G模塊根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務(wù)器端最短的3G模塊傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)。
[0023]3G模塊主要負責(zé)多臺基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備彼此之間及其與服務(wù)器間的通信，向基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備發(fā)送查詢命令，接收各個基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備上傳的環(huán)境污染信息并返回給遠程監(jiān)控平臺。3G模塊與基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的區(qū)別在于:3G模塊安裝有RS232串口，滿足3G模塊與遠程監(jiān)控平臺之間的通信。在實際使用過程中，3G模塊的作用與網(wǎng)關(guān)的作用類似。另外，3G模塊通過存儲器可以存儲各基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備上傳的環(huán)境污染信息，并通過顯示模塊顯示環(huán)境污染信息，從而方便使用者觀察。
[0024]3G模塊還用于協(xié)調(diào)各個基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備進行無線通信組網(wǎng)，在路由發(fā)現(xiàn)過程中，可以解決局部混合路由信息之間的相容性和優(yōu)先級問題，其中，局部混合路由信息包含位置信息、可達信息和鏈路可靠性等；同時，還解決了網(wǎng)絡(luò)對象的移動性對路由發(fā)現(xiàn)過程的影響，例如:由節(jié)點移動、失效或受攻擊導(dǎo)致的路由斷裂等情況；另外，系統(tǒng)采用相應(yīng)的路由維護措施，每一段路徑在具有一定連通性的前提下，仍保持整條路徑具有連通性要求。
[0025]所述3G模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)器和基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備路徑計算單元。其中的路徑計算單元不必采用專門的設(shè)備，可以通過DSP或MCU等具有數(shù)據(jù)加減運算的設(shè)備來實現(xiàn)。
[0026]本發(fā)明的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的工作原理如下:
[0027]首先，所述數(shù)據(jù)存儲器中預(yù)先保存有所有基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的GPS信息。假定某基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備X的3G模塊經(jīng)過查找預(yù)定的1KM范圍內(nèi)的所有基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備以后，得到這些基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的唯一通信標(biāo)識信息。然后，設(shè)備X與這些基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備進行通信，以獲得上述各個基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的工作狀態(tài)。這種工作狀態(tài)是通過各種傳感器模塊自身具有的通信協(xié)議實現(xiàn)的，例如:發(fā)送讀取當(dāng)前讀數(shù)以后，能夠得到其有效數(shù)值，則判斷其工作狀態(tài)有效。在本發(fā)明的優(yōu)選實施例中，這些傳感器模塊采用自身具有自檢功能的傳感器，因此，狀態(tài)的獲得將變得更加方便。至此，該設(shè)備X即可獲得所有的在上述預(yù)定區(qū)域內(nèi)的傳感器模塊的工作狀態(tài)。
[0028]接下來，根據(jù)上述工作狀態(tài)，找到各個工作狀態(tài)處于正常的傳感器模塊，再計算這些工作正常的傳感器模塊哪一個距離服務(wù)器端最近。確定(例如是設(shè)備Y)以后，該設(shè)備X即將自身監(jiān)測的數(shù)據(jù)發(fā)送給設(shè)備Y。
[0029]所述傳感器模塊包括:藍藻熒光傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器或水深傳感器，被集成密封在一個套筒中，其傳感部位裸露在外，同時預(yù)留擴展口并配有相應(yīng)的清潔裝置。
[0030]所述傳感器模塊包括:溫度傳感器、水流速度傳感器、酸堿度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、溶解氧傳感器、顏色傳感器和微生物傳感器。
[0031]所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括:開關(guān)選擇電路、程控前置放大電路、鎖相放大電路、低通濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路。
[0032]所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括有RS-232串口通信單元，所述的RS-232串口通信單元是監(jiān)測裝置的一個預(yù)留通信口，在無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信的情況下，通過該串口通信單元能將監(jiān)測到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳送出去。
[0033]所述的低功耗電源包括:鋰電池組；穩(wěn)壓電路，用于為鋰電池組進行直流-直流電壓轉(zhuǎn)換和低壓差線性穩(wěn)壓的兩級電壓轉(zhuǎn)換，從而為水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電壓。
[0034]上面以文字和【專利附圖】

【附圖說明】的方式闡釋了本發(fā)明一些【具體實施方式】的結(jié)構(gòu)，并非詳盡無遺或限制于上述所述具體形式。應(yīng)當(dāng)指出，對于本【技術(shù)領(lǐng)域】的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，包括:單片機；與單片機連接的GPS定位模塊、3G模塊、數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊；與數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊連接的A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器，與A/D模數(shù)轉(zhuǎn)換器連接的放大與調(diào)理電路，與放大與調(diào)理電路連接的傳感器模塊；其中，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括報警單元、存儲器，所述報警單元與所述單片機連接，所述存儲器分別與所述單片機、GPS定位模塊以及3G模塊連接，所述GPS定位模塊以及3G模塊連接，其特征在于，所述存儲器用于保存所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊、GPS定位模塊輸出的測量信息和3G模塊的通信歷史記錄，所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊對數(shù)據(jù)進行調(diào)理，且所述數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊與存儲器根據(jù)所述3G模塊的工作狀態(tài)對數(shù)據(jù)進行壓縮，所述3G模塊進行數(shù)據(jù)收發(fā)并根據(jù)路由信息選取其傳輸數(shù)據(jù)時的接收方。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述報警單元在單片機的控制下對所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備的不正常工作狀態(tài)或其內(nèi)部的組件的異常情況給出報警信息。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括電源模塊，該電源模塊包括低功耗電源和太陽能電池板。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述3G模塊包括數(shù)據(jù)收發(fā)器和3G模塊路徑計算單元，所述路徑計算單元用于根據(jù)所述GPS信息查找符合預(yù)訂范圍內(nèi)的所有3G模塊的唯一通信標(biāo)識信息，且所述數(shù)據(jù)收發(fā)器根據(jù)所述查找的結(jié)果獲得該區(qū)域內(nèi)各個3G模塊的工作狀態(tài)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述3G模塊根據(jù)所述工作狀態(tài)，向所述區(qū)域內(nèi)距離服務(wù)器端最短的3G模塊傳輸環(huán)境污染監(jiān)測數(shù)據(jù)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述傳感器模塊包括:藍藻熒光傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器或水深傳感器，被集成密封在一個套筒中，其傳感部位裸露在外，同時預(yù)留擴展口并配有相應(yīng)的清潔裝置。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述傳感器模塊包括:溫度傳感器、水流速度傳感器、酸堿度傳感器、電導(dǎo)率傳感器、溶解氧傳感器、顏色傳感器和微生物傳感器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)預(yù)處理模塊包括:開關(guān)選擇電路、程控前置放大電路、鎖相放大電路、低通濾波電路和AD轉(zhuǎn)換電路。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備還包括有RS-232串口通信單元，所述的RS-232串口通信單元是監(jiān)測裝置的一個預(yù)留通信口，在無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信的情況下，通過該串口通信單元能將監(jiān)測到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳送出去。
10.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于DCS的水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備，其特征在于，所述的低功耗電源包括:鋰電池組；穩(wěn)壓電路，用于為鋰電池組進行直流-直流電壓轉(zhuǎn)換和低壓差線性穩(wěn)壓的兩級電壓轉(zhuǎn)換，從而為水質(zhì)監(jiān)測設(shè)備提供穩(wěn)定的工作電壓。
【文檔編號】G01N33/18GK104391098SQ201410715477
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2014年12月1日 優(yōu)先權(quán)日:2014年12月1日
【發(fā)明者】李金強, 王雪鵬 申請人:成都藍宇科維科技有限公司