本發(fā)明涉及對(duì)溝渠的監(jiān)測(cè)，特別是涉及一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動(dòng)中，氮素和磷素等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥重金屬與農(nóng)村畜禽糞等有機(jī)或無(wú)機(jī)污染物質(zhì)，通過(guò)農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏，形成的眾多水環(huán)境污染問(wèn)題已尤為突出。為避免污染物伴隨雨水大量進(jìn)入收納水體，對(duì)農(nóng)田排水溝渠水體的檢測(cè)變得十分重要，特別是對(duì)農(nóng)田溝渠的總有機(jī)碳(Total Organic Carbon，簡(jiǎn)稱(chēng)TOC)含量、濁度含量的檢測(cè)。

目前，國(guó)內(nèi)外常用測(cè)量TOC或濁度監(jiān)測(cè)的原理主要有透射光法、反射光法和透射光-散射光法三種測(cè)量方式，但采用三種測(cè)量方法測(cè)量TOC含量、濁度含量的監(jiān)測(cè)裝置普遍存在LED發(fā)光強(qiáng)度漂移、體積大、功耗高、無(wú)法及時(shí)更換供電電源等問(wèn)題，針對(duì)上述存在的不足，如何克服上述不足，是目前農(nóng)田溝渠監(jiān)測(cè)急需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置的LED發(fā)光強(qiáng)度易發(fā)生漂移的問(wèn)題，提高了檢測(cè)精度。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置，包括：微控制器、顯示模塊及檢測(cè)模塊；所述檢測(cè)模塊包括：

發(fā)射單元，用于發(fā)射一路混合光信號(hào)；

第一檢測(cè)單元，對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元設(shè)置，用于檢測(cè)所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號(hào)的光強(qiáng)度，生成第一檢測(cè)信號(hào)；

轉(zhuǎn)換單元，對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元設(shè)置，用于在所述混合光信號(hào)穿過(guò)樣品池中的待檢測(cè)液和濾光片后進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理獲得與所述混合光信號(hào)成90度角的反射光信號(hào)；所述濾光片為T(mén)OC濾光片或濁度濾光片；

第二檢測(cè)單元，對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元設(shè)置，用于檢測(cè)所述反射光信號(hào)的光強(qiáng)度，生成第二檢測(cè)信號(hào)；

所述微控制器與所述發(fā)射單元連接，用于控制所述發(fā)射單元發(fā)射所述混合光信號(hào)；所述微控制器還分別連接所述第一檢測(cè)單元、所述第二檢測(cè)單元及顯示模塊；用于根據(jù)所述第一檢測(cè)單元的第一檢測(cè)信號(hào)及所述第二檢測(cè)單元的第二檢測(cè)信號(hào)確定樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值，并將樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值與設(shè)定值相比較，將比較后的結(jié)果發(fā)送至所述顯示模塊進(jìn)行顯示。

可選的，所述檢測(cè)模塊還包括溫度補(bǔ)償單元；所述溫度補(bǔ)償單元，分別對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元、所述發(fā)射單元設(shè)置，所述溫度補(bǔ)償單元用于將所述發(fā)射單元發(fā)出的混合光信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送至所述第一檢測(cè)單元，以及將所述轉(zhuǎn)換單元發(fā)出的反射光信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送至所述第二檢測(cè)單元。

可選的，所述發(fā)射單元具體包括：

恒流驅(qū)動(dòng)子單元，與所述微控制器連接，用于在所述微控制器的控制下產(chǎn)生恒定電流；

發(fā)光子單元，與所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元連接，用于在所述恒定電流的驅(qū)動(dòng)下發(fā)射一路混合光信號(hào)，所述混合光信號(hào)由多路不同波段的平行光信號(hào)混合而成。

可選的，所述第一檢測(cè)模塊包括：

第一光電探測(cè)子單元，對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元設(shè)置，用于檢測(cè)所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號(hào)的光強(qiáng)度獲得第一光強(qiáng)度；

第一前級(jí)放大子單元，與所述第一光電探測(cè)子單元連接，用于放大第一光強(qiáng)度獲得第一前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)；

第一帶通濾波子單元，與所述第一前級(jí)放大子單元連接，用于濾除第一前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)中的干擾信號(hào)獲得第一光強(qiáng)度濾波信號(hào)；

第一后級(jí)放大子單元，分別與第一帶通濾波子單元和微控制器相連接，用于將第一光強(qiáng)度濾波信號(hào)放大后獲得的第一檢測(cè)信號(hào)傳送給微控制器。

可選的，所述第二檢測(cè)單元包括：

第二光電探測(cè)子單元，對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元設(shè)置，用于檢測(cè)所述反射光信號(hào)的光強(qiáng)度獲得第二光強(qiáng)度；

第二前級(jí)放大子單元，與所述第二光電探測(cè)子單元連接，用于放大第二光強(qiáng)度獲得第二前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)；

第二帶通濾波子單元，與所述第二前級(jí)放大子單元連接，用于濾除第二前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)中的干擾信號(hào)獲得第二光強(qiáng)度濾波信號(hào)；

第二后級(jí)放大子單元，分別與第二帶通濾波子單元和微控制器相連接，用于將第二光強(qiáng)度濾波信號(hào)放大后獲得的第二檢測(cè)信號(hào)傳送給微控制器。

可選的，還包括移動(dòng)通訊模塊；所述移動(dòng)通訊模塊，與所述微控制器和上位機(jī)連接，所述微控制器通過(guò)所述移動(dòng)通訊模塊將樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值上傳給上位機(jī)。

可選的，還包括電源模塊；所述電源模塊，分別與所述微控制器、所述檢測(cè)模塊、所述移動(dòng)通訊模塊連接，所述電源模塊用于給所述微控制器、所述檢測(cè)模塊、所述移動(dòng)通訊模塊提供電能。

可選的，還包括太陽(yáng)能電池板；所述太陽(yáng)能電池板，與所述電源模塊連接，所述太陽(yáng)能電池板采用光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)為所述電源模塊提供電能。

可選的，所述微控制器為STM321L151單片機(jī)。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實(shí)施例，本發(fā)明公開(kāi)了以下技術(shù)效果：

1、分別對(duì)所述混合光信號(hào)和與所述反射光信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)獲得所述第一檢測(cè)信號(hào)和所述第二檢測(cè)信號(hào)，然后將所述第一檢測(cè)信號(hào)和所述第二檢測(cè)信號(hào)進(jìn)行邏輯比較，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置LED發(fā)光強(qiáng)度漂移對(duì)測(cè)量結(jié)果的影響，提高了檢測(cè)精度。

2、本發(fā)明可以通過(guò)自動(dòng)改變?yōu)V光片選擇測(cè)量水體TOC含量或者濁度含量。

3、太陽(yáng)能電池板采用光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)為電源模塊提供電能，提高了太陽(yáng)能的利用率，同時(shí)還可以長(zhǎng)時(shí)間放置在被檢測(cè)區(qū)域，克服了傳統(tǒng)更換電池的復(fù)雜性。

4、采用STM32L151芯片與檢測(cè)電路相結(jié)合有效的降低了監(jiān)測(cè)裝置的體積和功耗。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見(jiàn)地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實(shí)施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置中檢測(cè)模塊局部電路圖。

具體實(shí)施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；诒景l(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒(méi)有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置的LED發(fā)光強(qiáng)度易發(fā)生漂移的問(wèn)題，提高了檢測(cè)精度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點(diǎn)能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置總體結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本發(fā)明實(shí)施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置中檢測(cè)模塊局部電路圖，詳見(jiàn)圖1和圖2所示，圖1中虛線(xiàn)箭頭表示光信號(hào)傳輸?shù)姆较?，代表各模塊之間為對(duì)應(yīng)放置，圖中的實(shí)線(xiàn)箭頭表示電路模塊之間的連接。所述農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測(cè)裝置包括微控制器10、檢測(cè)模塊20、電源模塊30、移動(dòng)通訊模塊40、顯示模塊50、太陽(yáng)能電池板60。微控制器10分別與所述檢測(cè)模塊20、所述電源模塊30、所述移動(dòng)通訊模塊40、所述顯示模塊50、所述太陽(yáng)能電池板60相連接。

所述微控制器10采用STM32L151芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的8051單片機(jī)，有效的克服了傳統(tǒng)精度低、內(nèi)存小、反應(yīng)速度慢的問(wèn)題。

所述檢測(cè)模塊20與所述微控制器10連接，用于將檢測(cè)的數(shù)據(jù)直接傳遞給所述微控制器10。所述檢測(cè)模塊20包括發(fā)射單元201、第一檢測(cè)單元202、轉(zhuǎn)換單元203、第二檢測(cè)單元204、溫度補(bǔ)償單元205。

所述發(fā)射單元201用于發(fā)射一路混合光信號(hào)；所述發(fā)射單元201包括恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011、發(fā)光子單元2012。

所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011與所述微控制器10連接，用于在所述微控制器10的控制下產(chǎn)生恒定電流，發(fā)光二極管的發(fā)光強(qiáng)度由驅(qū)動(dòng)電流決定。所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和多路恒流驅(qū)動(dòng)電路。所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011具有精度高、性能穩(wěn)定的特點(diǎn)，所以采用所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011驅(qū)動(dòng)發(fā)光單元可有效地提高測(cè)量精度。

圖2給出了MAX5223數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和由兩個(gè)LMH6613運(yùn)算放大器組成的兩路恒流驅(qū)動(dòng)電路，兩路恒流驅(qū)動(dòng)電路用于產(chǎn)生兩種不同功率的恒定電流，本發(fā)明還可以采用其他的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和多路恒流驅(qū)動(dòng)電路組成所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011。

所述發(fā)光子單元2012與所述恒流驅(qū)動(dòng)子單元2011連接，用于在恒定電流的驅(qū)動(dòng)下發(fā)射一路混合光信號(hào)，所述混合光信號(hào)由多路不同波段的平行光信號(hào)混合而成。所述發(fā)光子單元2012由兩極三極管與多路發(fā)光電路組成，一條恒流驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)一條發(fā)光電路，恒流驅(qū)動(dòng)電路的路數(shù)與發(fā)光電路的路數(shù)相等，并且是一一對(duì)應(yīng)的，兩極三極管由所述微控制器10直接驅(qū)動(dòng)控制，用于提升開(kāi)關(guān)管的速度，多路發(fā)光電路用于產(chǎn)生不同波段的平行光，將多路不同波段平行光混合成一路混合光信號(hào)。該監(jiān)測(cè)裝置將多組不同波段的平行光混合成一路混合光信號(hào)作為發(fā)射光源。在儀器測(cè)量時(shí)，被測(cè)液體中可能混雜有多種物質(zhì)，如果出現(xiàn)對(duì)測(cè)量使用的波特特別敏感的物質(zhì)，則會(huì)導(dǎo)致反射光強(qiáng)度發(fā)生非正常變化，使用多個(gè)波段的平行光組成的混合光信號(hào)可有效防止發(fā)生非正常變化，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測(cè)裝置的LED發(fā)光強(qiáng)度易發(fā)生漂移的問(wèn)題，提高了檢測(cè)精度和抗干擾性能。

圖2中給出了所述發(fā)光子單元2012由兩級(jí)三極管和兩路發(fā)光電路組成，所述微控制器10直接生成10KHZ脈沖驅(qū)動(dòng)兩級(jí)三極管，每路發(fā)光電路均由兩個(gè)發(fā)光二極管串聯(lián)組成，兩路恒流驅(qū)動(dòng)電路產(chǎn)生兩路不同功率的恒定電流，分別驅(qū)動(dòng)兩路發(fā)光電路產(chǎn)生兩路不同波段的平行光，將兩路平行光混合成一路混合光信號(hào)，本發(fā)明還可以設(shè)計(jì)其他路數(shù)發(fā)光電路產(chǎn)生多種不同波段的平行光混合構(gòu)成一路混合光信號(hào)。

所述第一檢測(cè)單元202對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元201設(shè)置，用于檢測(cè)所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號(hào)的光強(qiáng)度，生成第一檢測(cè)信號(hào)。所述第一檢測(cè)單元202包括第一光電探測(cè)子單元2021、第一前級(jí)放大子單元2022、第一帶通濾波子單元2023、第一后級(jí)放大子單元2024。

所述第一光電探測(cè)子單元2021對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元201設(shè)置，用于根據(jù)混合光信號(hào)生成第一光強(qiáng)度；所述第一前級(jí)放大子單元2022與所述第一光電探測(cè)子單元2021連接，用于放大第一光強(qiáng)度獲得第一前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)；所述第一帶通濾波子單元2023與所述第一前級(jí)放大子單元2022連接，用于濾除第一前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)中的干擾信號(hào)獲得第一光強(qiáng)度濾波信號(hào)；所述第一后級(jí)放大子單元2024分別與所述第一帶通濾波子單元2023和所述微控制器10相連接，用于將第一光強(qiáng)度濾波信號(hào)放大后獲得的第一檢測(cè)信號(hào)傳送給所述微控制器10。

所述轉(zhuǎn)換單元203對(duì)應(yīng)所述發(fā)射單元201設(shè)置，用于在混合光信號(hào)穿過(guò)樣品池和濾光片后進(jìn)行轉(zhuǎn)換處理獲得90度角的反射光信號(hào)，所述濾光片為T(mén)OC濾光片或濁度濾光片。

所述第二檢測(cè)單元204對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元203設(shè)置，用于檢測(cè)所述反射光信號(hào)的光強(qiáng)度，生成第二檢測(cè)信號(hào)；第二檢測(cè)單元204包括第二光電探測(cè)子單元2041、第二前級(jí)放大子單元2042、第二帶通濾波子單元2043、第二后級(jí)放大子單元2044。

所述第二光電探測(cè)子單元2041對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元203設(shè)置，用于根據(jù)反射光信號(hào)轉(zhuǎn)換成第二光強(qiáng)度；所述第二前級(jí)放大子單元2042與所述第二光電探測(cè)子單元2041連接，用于放大第二光強(qiáng)度獲得第二前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)；所述第二帶通濾波子單元2043與所述第二前級(jí)放大子單元2042連接，用于濾除第二前級(jí)光強(qiáng)度放大信號(hào)中的干擾信號(hào)獲得第二光強(qiáng)度濾波信號(hào)；所述第二后級(jí)放大子單元2044分別與所述第二帶通濾波子單元2043和所述微控制器10相連接，用于將第二光強(qiáng)度濾波信號(hào)放大后獲得的第二檢測(cè)信號(hào)傳送給所述微控制器10。

所述溫度補(bǔ)償單元205分別對(duì)應(yīng)所述轉(zhuǎn)換單元203、所述發(fā)射單元201設(shè)置，所述溫度補(bǔ)償單元205用于將所述發(fā)射單元201發(fā)出的混合光信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送至所述第一檢測(cè)單元202，以及將所述轉(zhuǎn)換單元203發(fā)出的反射光信號(hào)進(jìn)行補(bǔ)償后發(fā)送至所述第二檢測(cè)單元204。常規(guī)的電路光信號(hào)易受其他設(shè)備溫度的變化而產(chǎn)生漂移，從而降低測(cè)量精度。為了避免光信號(hào)發(fā)生漂移，所以本發(fā)明在接收光信號(hào)時(shí)設(shè)計(jì)了所述溫度補(bǔ)償單元205，從而提高測(cè)量精度，所述溫度補(bǔ)償單元205為可選電路。

所述電源模塊30分別與所述檢測(cè)模塊20、所述微控制器10、所述移動(dòng)通訊模塊40連接，用于為各模塊提供電能。

所述太陽(yáng)能電池板60與所述電源模塊連接，所述太陽(yáng)能電池板采用光伏陣列最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)為所述電源模塊30提供電能。本發(fā)明采用了最大功率點(diǎn)跟蹤技術(shù)為所述電源模塊30提供電能，提高了太陽(yáng)能的利用率，同時(shí)還可以長(zhǎng)時(shí)間放置在被檢測(cè)區(qū)域，克服了傳統(tǒng)更換電池的復(fù)雜性。

所述移動(dòng)通訊模塊40與所述微控制器10和上位機(jī)連接，所述微控制器10通過(guò)所述移動(dòng)通訊模塊將樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值上傳給上位機(jī)。

所述顯示模塊50用于將待檢測(cè)的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值與設(shè)定的基值比較，將比較的結(jié)果通過(guò)所述顯示模塊50進(jìn)行顯示輸出。

第一檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)所述微控制器10內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器后確定第一檢測(cè)值，第二檢測(cè)信號(hào)經(jīng)過(guò)所述微控制器10內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器后確定第二檢測(cè)值，將第一檢測(cè)值、第二檢測(cè)值進(jìn)行邏輯比較，并將比較后的光強(qiáng)度數(shù)值通過(guò)內(nèi)部程序轉(zhuǎn)換成樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值，將樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值與設(shè)定的基值進(jìn)行比較，當(dāng)TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值小于或等于設(shè)定的基值時(shí)，所述顯示模塊50顯示綠燈亮，代表水質(zhì)正常，當(dāng)TOC檢測(cè)值大于設(shè)定的基值時(shí)，所述顯示模塊50顯示紅燈亮，代表TOC超標(biāo)，當(dāng)濁度檢測(cè)值大于設(shè)定的基值時(shí)，所述顯示模塊50顯示黃燈亮，代表濁度超標(biāo)，最后將比較的結(jié)果通過(guò)所述顯示模塊50進(jìn)行顯示輸出，同時(shí)將樣品池中的待檢測(cè)液的TOC檢測(cè)值或濁度檢測(cè)值通過(guò)所述移動(dòng)通訊模塊40上傳給與其匹配的上位機(jī)。

本發(fā)明的實(shí)施例并不受上述實(shí)施例的限制，如改變發(fā)射單元201、第一檢測(cè)單元202、第二檢測(cè)單元204、溫度補(bǔ)償單元205、轉(zhuǎn)換單元203，在未背離本發(fā)明的實(shí)質(zhì)性?xún)?nèi)容和原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡(jiǎn)化，均應(yīng)為等效的置換方式與技術(shù)方案，都屬于在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。

本說(shuō)明書(shū)中各個(gè)實(shí)施例采用遞進(jìn)的方式描述，每個(gè)實(shí)施例重點(diǎn)說(shuō)明的都是與其他實(shí)施例的不同之處，各個(gè)實(shí)施例之間相同相似部分互相參見(jiàn)即可。

本文中應(yīng)用了具體個(gè)例對(duì)本發(fā)明的原理及實(shí)施方式進(jìn)行了闡述，以上實(shí)施例的說(shuō)明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時(shí)，對(duì)于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實(shí)施方式及應(yīng)用范圍上均會(huì)有改變之處。綜上所述，本說(shuō)明書(shū)內(nèi)容不應(yīng)理解為對(duì)本發(fā)明的限制。