專利名稱：湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于水環(huán)境治理領(lǐng)域技術(shù)，涉及到一種湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在對(duì)湖庫(kù)水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警過程中，存在著不能多點(diǎn)布施、不能針對(duì)特定水質(zhì)問題進(jìn)行系統(tǒng)的智能化分析處理和不能進(jìn)行遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)的難題。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是提供一種水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，特別是提供水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)的下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表，使其可以實(shí)現(xiàn)對(duì)影響水體富營(yíng)養(yǎng)化主要水質(zhì)參數(shù)的采集與無線傳輸。本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案為一種湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，包括下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表和上位信息系統(tǒng)，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表包括一用于采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器；一中央處理器，所述中央處理器的第一串行外設(shè)接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；—下位無線傳輸模塊，所述中央處理器通過其第二串行外設(shè)接口與下位無線傳輸模塊的輸入端通訊連接，所述下位無線傳輸模塊與上位信息系統(tǒng)的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質(zhì)參數(shù)通過下位無線傳輸模塊無線發(fā)送至上位信息系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。優(yōu)選地，所述前端傳感器是采集酸堿度、溶解氧、總氮、總磷、透明度、葉綠素a、電導(dǎo)率、水溫中至少一種水質(zhì)參數(shù)的一組水質(zhì)傳感器。優(yōu)選地，所述下位無線傳輸模塊與上位無線傳輸模塊均是基于GPRS的無線傳輸模塊。優(yōu)選地，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括蜂鳴器電路，所述蜂鳴器電路包括一蜂鳴器和一三極管，所述蜂鳴器的正極輸入端與下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的供電電源電路的輸出端電連接，負(fù)極輸入端與三極管的集電極電連接，所述三極管的基級(jí)經(jīng)電阻與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發(fā)射極直接接地。優(yōu)選地，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括復(fù)位按鍵，供電電源電路的輸出端經(jīng)第一電阻一支路經(jīng)電容接地，另一支路經(jīng)第二電阻和復(fù)位按鍵接地，所述電容的高電位點(diǎn)作為復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)輸出端與中央處理器的復(fù)位信號(hào)輸入端電連接。優(yōu)選地，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括IXD顯示器，所述中央處理器通過其 LPT接口驅(qū)動(dòng)所述IXD顯示器。本實(shí)用新型的有益效果為本實(shí)用新型的水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)便于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)布施，并可將從監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集到的水質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)無線上傳到上位信息系統(tǒng)進(jìn)行各種分析處理。

圖1為本實(shí)用新型所述湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)的實(shí)施構(gòu)成原理示意圖；圖2為圖1中所示下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的結(jié)構(gòu)原理圖；圖3示出了圖2所示下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的蜂鳴器電路；圖4示出了圖2所示下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的復(fù)位電路；圖5為圖1中上位信息系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示，本實(shí)用新型的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)包括下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表A與上位信息系統(tǒng)B，其中，下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表A主要實(shí)現(xiàn)對(duì)湖庫(kù)水質(zhì)信息的采集、顯示及基于GPRS的無線遠(yuǎn)程傳輸功能；上位信息系統(tǒng)B實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、歷史數(shù)據(jù)查詢、對(duì)比，基于綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法的水質(zhì)評(píng)價(jià)，以及基于小波-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型的水華預(yù)測(cè)預(yù)警功能。如圖1和2所示，本實(shí)用新型該下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表A包括_用于采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器Al ；，一下位無線傳輸模塊；和一 CPU中央心處理器；一電源轉(zhuǎn)換模塊。采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器的輸出端接CPU中央心處理器的第一串行外設(shè)圍接口 SPIl ；下位無線傳輸模塊的輸入端接CPU中心央處理器的第二串行外設(shè)圍接口 SPI2，以將中央處理器接收到的水質(zhì)參數(shù)通過下位無線傳輸模塊無線發(fā)送至上位信息系統(tǒng)B進(jìn)行分析處理。所述用于采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器可以是采集酸堿度pH值、溶解氧DO、總氮 TN、總磷TP、透明度SD、葉綠素a(Chl_a)、電導(dǎo)率、水溫的至少一種水質(zhì)參數(shù)的一組水質(zhì)傳感器，如圖1所示，包括水質(zhì)傳感器1、2至η。其中的溶解氧DCKDissolved Oxygen)是水體環(huán)境質(zhì)量的一項(xiàng)極其重要的綜合性表觀指標(biāo)，它直接反映水體受有機(jī)物、微生物、藻類等物質(zhì)污染的程度，在環(huán)境水質(zhì)監(jiān)測(cè)中被廣泛采用，DO值的變化主要由曝氣量所影響，監(jiān)測(cè)DO可以優(yōu)化調(diào)節(jié)曝氣量，控制用電量， 進(jìn)而可以控制污水處理成本。其單位一般表示為“毫克/升”。其中的總氮TN(Total Nitrogen)是指水中各種形態(tài)無機(jī)和有機(jī)氮的總量。包括 、#02-和M/4+等無機(jī)氮和蛋白質(zhì)、氨基酸和有機(jī)胺等有機(jī)氮，以每升水含氮毫克數(shù)計(jì)
算。常被用來表示水體受營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)污染的程度。其中的總磷TP(Total Phosphorus)是指水中各種形態(tài)磷的總量。即水樣經(jīng)消解后將各種形態(tài)的磷轉(zhuǎn)變成正磷酸鹽后測(cè)定的結(jié)果，其單位一般表示為“毫克/升”。其中的透明度SD是指水體清澈和光線透過的程度。透光越深透明度越大。其中的葉綠素a(Chl_a)是反映水體中浮游植物生物量的綜合指標(biāo)，是表征水體水華現(xiàn)象及其程度的最重要的指標(biāo)之一，分析葉綠素a的含量與動(dòng)態(tài)特性，能了解浮游植物生物量狀況及其變化趨勢(shì)。該下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括如圖3所示的蜂鳴器電路和如圖4所示的復(fù)位電
4路，該中央處理器可以采用AVR系列單片機(jī)ATMEGA1280或者51系列單片機(jī)，如圖2所示， 該中央處理器可通過第三串行外設(shè)接口 SPI3與Flash存儲(chǔ)器通訊連接，實(shí)現(xiàn)現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)采集和Flash存儲(chǔ)，通過其LPT接口實(shí)現(xiàn)對(duì)IXD顯示器的顯示驅(qū)動(dòng)，并可通過其ISP接口實(shí)現(xiàn)上位數(shù)據(jù)下載。該下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括供電電源電路，該供電電源電路將輸入的12V電壓轉(zhuǎn)換為5V電壓輸出，因此，該供電電源電路可提供12V電壓和5V電壓，以為下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的各組成模塊或電路提供工作電壓。另外，該供電電源電路可設(shè)置一供電狀態(tài)顯示電路，供電電源電路的輸出5V電壓的輸出端經(jīng)一電阻和一發(fā)光二極管接地，則若供電電源電路正常供電，該發(fā)光二極管將被點(diǎn)亮，即可以通過發(fā)光二極管的亮滅來檢查供電電源電路的電壓轉(zhuǎn)換芯片是否正常工作， 亮表示工作正常，反之則表示此電壓轉(zhuǎn)換芯片已損壞。如圖3所示，該蜂鳴器電路包括一蜂鳴器Buzzer和一三極管Q2，該蜂鳴器的正極輸入端接入上述5V電壓，負(fù)極輸入端與三極管Q2的集電極電連接，該三極管Q2的基級(jí)經(jīng)電阻R20與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發(fā)射極可直接接地。這樣，在中央處理器按照預(yù)置的程序需要控制蜂鳴提示時(shí)即可在其蜂鳴器控制端口輸出蜂鳴控制信號(hào)BELL，該蜂鳴控制信號(hào)BELL在圖3所示的電路中應(yīng)為高電平，使三極管Q2導(dǎo)通，控制蜂鳴器Buzzer 蜂鳴提示。如圖4所示，該復(fù)位電路包括復(fù)位按鍵RESET，供電電源電路的輸出5V電壓的輸出端經(jīng)第一電阻R18 —支路經(jīng)電容C50接地，另一支路經(jīng)第二電阻R19和復(fù)位按鍵RESET接地，該電容C50的高電位點(diǎn)作為復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)輸出端與中央處理器的復(fù)位信號(hào)輸入端電連接。當(dāng)操作人員按下復(fù)位按鍵RESET時(shí)，電容C50將通過由第二電阻R19和復(fù)位按鍵 RESET構(gòu)成的電路放電，將復(fù)位信號(hào)輸入端的電壓拉低，中央處理器便可根據(jù)該低電平有效的復(fù)位信號(hào)^IT將下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表復(fù)位。本實(shí)用新型的下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表具有水質(zhì)傳感器布點(diǎn)靈活，分布廣泛，數(shù)據(jù)量穩(wěn)定，數(shù)據(jù)傳輸質(zhì)量要求高和實(shí)時(shí)性強(qiáng)的特別。下位無線傳輸模塊與上位信息系統(tǒng)B的上位無線傳輸模塊之間采用GPRS遠(yuǎn)程無線傳輸方式，適用于間斷的、突發(fā)性的或頻繁的、 少量的數(shù)據(jù)傳輸，也適用于偶爾的大數(shù)據(jù)量傳輸。由于基于GPRS的無線傳輸方式具有覆蓋地域廣、通信距離遠(yuǎn)、網(wǎng)絡(luò)可靠性高、穩(wěn)定性好、通訊成本較低等優(yōu)點(diǎn)，因此，優(yōu)選為采用 GPRS遠(yuǎn)程無線傳輸方式對(duì)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行實(shí)時(shí)傳送。上位信息系統(tǒng)B可通過現(xiàn)有的對(duì)水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行分析和處理的將實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)和大量歷史數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)中?？蓪?shí)現(xiàn)水質(zhì)信息實(shí)時(shí)顯示，并按時(shí)間跨度對(duì)歷史信息進(jìn)行查詢和對(duì)比。如圖5所示，上位信息系統(tǒng)B將通過上位無線傳輸模塊獲取的下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表采集到的如溫度、電導(dǎo)率、含鹽量、溶解氧、酸堿度等水質(zhì)參數(shù)存儲(chǔ)在SQL數(shù)據(jù)庫(kù)中，通過調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)，完成水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)分析、水質(zhì)評(píng)價(jià)以及水華預(yù)測(cè)預(yù)警等。本實(shí)用新型的上位信息系統(tǒng)針對(duì)湖庫(kù)水體富營(yíng)養(yǎng)化的特點(diǎn)，采用綜合營(yíng)養(yǎng)指數(shù)法綜合多項(xiàng)水體富營(yíng)養(yǎng)化參考因素，對(duì)水華富營(yíng)養(yǎng)化程度進(jìn)行評(píng)價(jià)和分級(jí)評(píng)價(jià)，所用的模型稱為改進(jìn)的相關(guān)加權(quán)營(yíng)養(yǎng)指數(shù)模型，采用普適指數(shù)公式直接計(jì)算出各因子的權(quán)重，應(yīng)用于營(yíng)養(yǎng)狀態(tài)指數(shù)模型。上位信息系統(tǒng)針對(duì)湖庫(kù)水華產(chǎn)生的特點(diǎn)，利用小波-神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型實(shí)現(xiàn)對(duì)葉綠素a最高點(diǎn)的非線性預(yù)測(cè)，實(shí)現(xiàn)對(duì)水華的預(yù)測(cè)預(yù)警。上位信息系統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)功能體現(xiàn)在對(duì)監(jiān)測(cè)點(diǎn)(布施水質(zhì)傳感器的位置)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)顯示、監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)查詢和監(jiān)測(cè)點(diǎn)歷史數(shù)據(jù)對(duì)比等。上位信息系統(tǒng)應(yīng)用的各種模型可以采用現(xiàn)有的用于分析水質(zhì)參數(shù)的實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能的各種模型，由于該部分并不是本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題，在此不再進(jìn)一步說明。 上述各實(shí)施例可在不脫離本實(shí)用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結(jié)構(gòu)應(yīng)視為例示性，而非用以限制本實(shí)用新型的申請(qǐng)專利范圍。
權(quán)利要求1.一種湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，包括下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表和上位信息系統(tǒng)，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表包括一用于采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器；一中央處理器，所述中央處理器的第一串行外設(shè)接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；一下位無線傳輸模塊，所述中央處理器通過其第二串行外設(shè)接口與下位無線傳輸模塊的輸入端通訊連接，所述下位無線傳輸模塊與上位信息系統(tǒng)的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質(zhì)參數(shù)通過下位無線傳輸模塊無線發(fā)送至上位信息系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，所述前端傳感器是采集酸堿度、溶解氧、總氮、總磷、透明度、葉綠素a、電導(dǎo)率、水溫中至少一種水質(zhì)參數(shù)的一組水質(zhì)傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，所述下位無線傳輸模塊與上位無線傳輸模塊均是基于GPRS的無線傳輸模塊。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括蜂鳴器電路，所述蜂鳴器電路包括一蜂鳴器和一三極管，所述蜂鳴器的正極輸入端與下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表的供電電源電路的輸出端電連接，負(fù)極輸入端與三極管的集電極電連接，所述三極管的基級(jí)經(jīng)電阻與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發(fā)射極直接接地。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括復(fù)位電路，所述復(fù)位電路包括復(fù)位按鍵，供電電源電路的輸出端經(jīng)第一電阻一支路經(jīng)電容接地，另一支路經(jīng)第二電阻和復(fù)位按鍵接地，所述電容的高電位點(diǎn)作為復(fù)位電路的復(fù)位信號(hào)輸出端與中央處理器的復(fù)位信號(hào)輸入端電連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，其特征在于，所述下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表還包括LCD顯示器，所述中央處理器通過其LPT接口驅(qū)動(dòng)所述IXD顯示器。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種湖庫(kù)水質(zhì)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)、分析與水華預(yù)測(cè)預(yù)警智能系統(tǒng)，包括下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表和上位信息系統(tǒng)，下位水質(zhì)信息監(jiān)測(cè)儀表包括用于采集水質(zhì)參數(shù)的前端傳感器；中央處理器，其第一串行外設(shè)接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；下位無線傳輸模塊，中央處理器通過其第二串行外設(shè)接口與其輸入端通訊連接，下位無線傳輸模塊與上位信息系統(tǒng)的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質(zhì)參數(shù)通過下位無線傳輸模塊無線發(fā)送至上位信息系統(tǒng)進(jìn)行分析處理。本實(shí)用新型的智能系統(tǒng)便于監(jiān)測(cè)點(diǎn)的多點(diǎn)布施，并可將從監(jiān)測(cè)點(diǎn)采集到的水質(zhì)參數(shù)實(shí)時(shí)無線上傳到上位信息系統(tǒng)進(jìn)行各種分析處理。
文檔編號(hào)G08C17/02GK202204534SQ201120275330
公開日2012年4月25日 申請(qǐng)日期2011年8月1日 優(yōu)先權(quán)日2011年8月1日
發(fā)明者張立轉(zhuǎn), 楊斌, 王小藝, 許繼平, 趙藝 申請(qǐng)人:北京金控自動(dòng)化技術(shù)有限公司