CN102175827A

CN102175827A - 一种管网水质在线分析仪

Info

Publication number: CN102175827A
Application number: CN2011100217005A
Authority: CN
Inventors: 刘刚; 宋利云; 王勤华; 赵刚
Original assignee: SHANGHAI HENGWEI INFORMATION TECHNOLOGY Co Ltd
Current assignee: Liu Zhongmin; Shanghai Hengwei Information Technology Co ltd
Priority date: 2011-01-19
Filing date: 2011-01-19
Publication date: 2011-09-07
Anticipated expiration: 2031-01-19
Also published as: CN102175827B

Abstract

本发明公开了一种管网水质在线分析仪，其包含：与后台管理中心连接的主控单元；与主控单元通过电路连接的传感器单元和电磁阀；与电磁阀通过管道连接的流通蓄水池；以及分别与主控单元、传感器单元和电磁阀通过电路连接的电源处理单元；其中，电磁阀通过管道与外部管网水连接；传感器单元设置在流通蓄水池内部；主控单元包括CPU处理系统，分别与所述CPU处理系统通过电路连接的传感器接口单元、电磁阀控制单元和数据传输单元。本发明所提供的管网水质在线分析仪，可实现针对管网水质进行自动准确地多参数在线分析，接口多样，节能环保，成本低，并且易操作易维护，解决现有管网水质分析仪缺乏的现象。

Description

一种管网水质在线分析仪

技术领域

本发明属于水质在线分析领域，尤其涉及一种管网水质在线分析仪。

背景技术

目前，管网水已广泛分布于城市的各个角落，且管网水的水质与人们的生活健康密切相关，因此，如何方便而又准确地针对管网水质进行多参数在线分析是一个非常迫切而重要的课题。现有技术中，虽然已经提出了很多类型的水质分析仪，但究其适用范围大多都不针对管网水。而极少数可以用于管网水的水质分析仪，要么停留在人工干预的阶段上，要么使用繁琐，体积庞大，维护不便。

另外，大多数用于分析管网水质的仪器都具有的通病是：只能完成对若干水质参数中的其中一种进行分析，面对同时分析多种参数，例如PH值，余氯，浊度等分析需求，就无能为力了。因此，无论从操作维护上，或是成本上，还是从功能等方面考虑，针对当前管网水质的在线分析仪都有待提出更进一步的创新。

发明内容

本发明的目的是提供一种低成本的管网水质在线分析仪，可实现针对管网水质进行自动准确地多参数在线分析，接口多样，节能环保，并且易操作易维护，以解决现有管网水质分析仪缺乏的现象。

为实现上述目的，本发明的技术方案是提供一种管网水质在线分析仪，其包含：与后台管理中心连接的主控单元；与所述主控单元通过电路连接的传感器单元和电磁阀；与所述电磁阀通过管道连接的流通蓄水池；以及分别与主控单元、传感器单元和电磁阀通过电路连接的电源处理单元；其中，所述电磁阀通过管道与外部管网水连接；所述传感器单元设置在流通蓄水池内部；所述主控单元包括CPU处理系统，分别与所述CPU处理系统通过电路连接的传感器接口单元、电磁阀控制单元和数据传输单元。

所述电磁阀控制单元包含通过电路连接的驱动控制单元及固态继电器；该驱动控制单元与所述CPU处理系统通过电路连接，由CPU处理系统控制向固态继电器发出输入驱动信号；该固态继电器与所述电磁阀通过电路连接，根据接收到的输入驱动信号控制电磁阀打开或关闭。

所述电磁阀通过管道连接在外部管网水和流通蓄水池之间，由CPU处理系统通过电磁阀控制单元来控制其打开或关闭；当该电磁阀打开时，外部管网水通过管道被引流进入流通蓄水池中存储待测；当该电磁阀关闭时，流通蓄水池中的管网水被全部释放。

所述传感器单元包含若干管网水质分析传感器，即PH值分析传感器，浊度值分析传感器，温度值分析传感器和余氯值分析传感器，由CPU处理系统控制对管网水质的相应参数进行采集测量。

所述传感器接口单元与传感器单元通过电路连接，由传感器单元中的管网水质分析传感器采集到的管网水的参数数据通过所述传感器接口单元被传输至CPU处理系统进行数据处理。

所述传感器接口单元包含RS232接口，RS485接口，USB接口，4-20mA接口和无线蓝牙接口，用于与所述管网水质分析传感器实现连接。

所述数据传输单元通过有线通讯方式或无线通讯方式实现CPU处理系统与后台管理中心之间的数据通讯。

所述电源处理模块包含通过电路连接的电源整流滤波单元和开关电源控制单元；其中，该电源整流滤波单元还与电磁阀通过电路连接，其对输入的交流市电进行整流滤波，向电磁阀提供电源电压，并将交流市电转变为直流电并输出至开关电源控制单元，同时；该开关电源控制单元分别与主控单元的CPU处理系统、以及传感器单元通过电路连接，并分别提供直流电源电压。

所述开关电源控制单元根据管网水质分析传感器的供电要求，单独控制并调节其输出至各个管网水质分析传感器的电压值。

进一步，所述主控单元还包含与CPU处理系统通过电路连接的传感器电源开关单元，该传感器电源开关单元还通过传感器接口单元与传感器单元连接，控制传感器单元中的管网水质分析传感器的电源开关的开启和关闭。

所述主控单元还包含与CPU处理系统通过电路连接的数据存储单元，用于存储管网水质在线分析仪的工作日志，以及存储采集到的管网水的各种参数数据。

所述数据存储单元是Flash存储器，或是SD卡，或是CF卡，或是U盘。

本发明所提供的管网水质在线分析仪，其电源处理模块用于将市电转换成主控单元、电磁阀以及传感器单元所需的稳定可靠的电源；主控单元分别与电源处理模块、电磁阀、传感器单元及后台管理中心连接，通过控制电磁阀的定时开启，使外部管网水流入流通蓄水池，同时控制传感器单元进行采集测量，随后，主控单元接收并处理来自传感器单元的测量数据，并将测量数据通过有线或无线方式上传至后台管理中心，或保存于数据存储单元内。

本发明所述的管网水质在线分析仪，与现有水质分析仪相比，具有以下优点和有益效果。

1. 刷新当前管网多参数水质分析仪的空白，能够实现针对管网水质进行准确方便地多参数在线分析的目的。进一步地，实现在线分析的过程是自动化的，无需人工干预，大大提高了在线分析的效率。并可将在线分析的结果以及时间信息实时自动传输至后台管理中心，提供及时准确的汇报。

2. 能够实现多种管网水质参数的同时在线分析，包括PH值，浊度值，温度值，余氯值等参数，而且本发明提供多种标准化接口，包括RS232，RS485，USB、4-20mA以及Bluetooth接口，能够和多种类型接口的管网水质分析传感器进行连接。

3. 能实现定时自动采样分析，并且在不工作时能自动关闭传感器电源，使本发明进入低功耗模式，达到节能环保的目的。

4. 本发明体积较小，整体结构防水耐腐蚀，应用广泛，尤其适用于管网安装。

5. 本发明成本较低，且操作简单，易于维护。

附图说明

图1为本发明提供的管网水质在线分析仪的结构框图。

图2为本发明提供的管网水质在线分析仪的工作流程图。

图3为本发明提供的管网水质在线分析仪的参数测量流程图。

具体实施方式

以下结合图1～图3，详细说明本发明的一个优选的实施例。

如图1所示，为本发明提供的管网水质在线分析仪的结构框图。其包含：与后台管理中心6连接的主控单元1；与所述主控单元1通过电路连接的传感器单元3和电磁阀4；与所述电磁阀4通过管道连接的流通蓄水池5；以及分别与主控单元1、传感器单元3和电磁阀4通过电路连接的电源处理单元2。其中，所述电磁阀4通过管道与外部管网水连接，而所述传感器单元3设置在流通蓄水池5内部。

所述传感器单元3包含若干管网水质分析传感器，例如PH值分析传感器，浊度值分析传感器，温度值分析传感器，余氯值分析传感器等，用于对管网水质的不同参数进行采集测量。每种类型的管网水质分析传感器的使用数目可以根据实际检测需要适当增加或删减。

所述主控单元1包括CPU处理系统11（本实施例中，可采用ARM7/9处理器），分别与所述CPU处理系统11通过电路连接的传感器接口单元12、传感器电源开关单元16、电磁阀控制单元13、数据传输单元14和数据存储单元15。

其中，所述传感器接口单元12与传感器单元3通过电路连接，由传感器单元3中的各种管网水质分析传感器采集到的管网水的参数数据通过所述传感器接口单元12被传输至CPU处理系统11。该传感器接口单元12包含RS232接口，RS485接口，USB接口，4-20mA接口和无线蓝牙（Bluetooth）接口等，以适用于和不同接口要求的管网水质分析传感器实现连接。本实施例中，PH值分析传感器是通过4-20mA接口与传感器接口单元12相连，余氯值分析传感器是通过RS485接口与传感器接口单元12相连，而浊度值分析传感器则是通过RS232接口与传感器接口单元12相连。

所述传感器电源开关单元16（本实施例中，可由通用的P型MOSFET电路组成传感器电源开关单元）通过传感器接口单元12与传感器单元3连接，接收CPU处理系统11发出的控制信号，对传感器单元3中的各种管网水质分析传感器的电源开关的开启和关闭进行管理。具体来说，即仅当开始对管网水质进行采集测量时，才由传感器电源开关单元16控制所述的各种管网水质分析传感器开启电源并工作，当测量完毕后即关闭传感器电源，以达到节能的目的。

所述数据传输单元14通过有线通讯方式或无线通讯方式实现CPU处理系统11与后台管理中心6之间的数据通讯。其中，所述CPU处理系统11将采集到的管网水的各种参数数据进行数据处理后，再通过数据传输单元14传输至后台管理中心6，并通过数据传输单元14接收来自所述后台管理中心6发送的外部控制信号。

所述数据存储单元15用于存储管网水质在线分析仪的工作日志，以及备份采集到的管网水的各种参数数据。该数据存储单元15可以是Flash存储器（闪存），或SD卡（Secure Digital Memory Card，安全数码卡），或CF卡（Compact Flash，微型闪存卡），或U盘等存储介质。

所述电磁阀控制单元13包含通过电路连接的驱动控制单元131及固态继电器132（本实施例中，可采用型号为CX240D5R的固态继电器）；该驱动控制单元131可采用三极管驱动电路，其与所述CPU处理系统11通过电路连接，而固态继电器132则与所述电磁阀4通过电路连接。其中，该驱动控制单元131接收CPU处理系统11发出的控制信号，并根据该控制信号向固态继电器132提供输入驱动信号，当固态继电器132接收到所述输入驱动信号后，控制电磁阀4打开或关闭。

所述电磁阀4是本实用新型的管网水质在线分析仪中比较关键的部件，其通过管道连接在外部管网水和本实用新型的内部流通蓄水池5之间。当CPU处理系统11通过电磁阀控制单元13控制该电磁阀4打开后，外部管网水通过管道被引流进入流通蓄水池5中，该流通蓄水池5用于存储待测的管网水样，使得传感器单元3中的各种管网水质分析传感器可以对被取样至流通蓄水池5中的管网水的各种参数进行采集测量。当采集测量结束后，CPU处理系统11通过电磁阀控制单元13控制该电磁阀4关闭，将流通蓄水池5中的管网水全部释放。

所述电源处理模块2包含通过电路连接的电源整流滤波单元21（本实施例中，可采用单相交流滤波器GS C-T3，及AC/DC, DC/DC开关电源来组成电源整流滤波单元）和开关电源控制单元22（本实施例中，可由通用的P型MOSFET电路组成开关电源控制单元）；其中，该电源整流滤波单元21还与电磁阀4通过电路连接；而开关电源控制单元22则分别与主控单元1的CPU处理系统11，以及传感器单元3通过电路连接。所述电源整流滤波单元21对输入的220V交流市电进行整流滤波后，向电磁阀4提供稳定可靠的电源电压，并将220V交流市电转变为直流电并输出至开关电源控制单元22。所述开关电源控制单元22负责分别向主控单元1和传感器单元3中的各种管网水质分析传感器输出并提供各自所需要的稳定可靠的直流电源电压；该开关电源控制单元22可以根据各种管网水质分析传感器的不同供电要求，单独控制并灵活调节其输出至不同传感器的电压值，使得输出的直流电源可在5V～30V的宽度范围内调节，从而满足各种不同传感器的供电要求。

如图2和图3所示，以下详细介绍本发明所提供的管网水质在线分析仪的工作过程。

步骤1. 装置上电；首先对管网水质在线分析仪通电，主控单元1进行自检。

步骤2. 系统配置；主控单元1完成自检后，后台管理中心6对主控单元1进行配置，包括预先设定对管网水质进行测量的时间间隔周期，设定在每个测量周期内的测量次数n，以及配置此次测量所需要使用的管网水质分析传感器，即通过适配的传感器接口将传感器与主控单元1的CPU处理系统11实现连接。

随后，管网水质在线分析仪将根据配置要求对管网水质进行循环的在线测量和分析过程。

步骤3. 参数测量；如图3所示，在一个测量周期内的参数测量过程具体包含以下步骤：

步骤3.1. 打开电磁阀4；主控单元1的CPU处理系统11控制驱动控制单元131向固态继电器132发出输入驱动信号，固态继电器132控制电磁阀4打开；使外部管网水通过管道被引流进入流通蓄水池5中；

步骤3.2. 等待20s左右，直到流通蓄水池5内蓄满足够量的管网水；

步骤3.3. 主控单元1的CPU处理系统11以多线程并行方式，通过传感器电源开关单元16控制开启传感器单元3中的m个管网水质分析传感器的电源开关，并逐一发送采样命令；

步骤3.4. 等待一段时间，使得m个管网水质分析传感器均采集到相关参数数据；并将所述采集到的参数数据传输至主控单元1的CPU处理系统11，完成一次测量；

步骤3.5. 重复步骤3.3～3.4，直至完成预先设定的本次测量周期内的n次测量次数；

步骤3.6. 完成测量；由主控单元1的CPU处理系统11通过传感器电源开关单元16控制关闭所有m个管网水质分析传感器的电源开关；并由该CPU处理系统11控制驱动控制单元131向固态继电器132发出输入驱动信号，固态继电器132控制电磁阀4关闭，使流通蓄水池5中的管网水全部释放。

步骤4. 数据处理；CPU处理系统11主要包括对上述采集了n次的参数数据进行滤波算法处理，并且对如PH值、余氯值等参数进行温度补偿算法，以使测量结果更为准确。

步骤5. 数据传输；CPU处理系统11将经过处理的参数数据通过数据传输单元14，以无线或有线的方式传输至后台管理中心6；同时也可以将所述参数数据以及工作日志存储于数据存储单元15内。

步骤6. 等待状态；完成本周期的管网水质测量分析过程，根据预先设定的测量时间间隔，等待下一个测量分析周期的来临。

本发明所述的管网水质在线分析仪可周期性地测量管网水质参数，用户可以通过后台管理中心6实时了解当前在线分析结果以及历史记录结果，后台管理中心6可以根据用户的要求自动生成在线分析结果曲线，并对超出限值的结果给出及时报警。

5. 本发明成本较低，且操作简单，易于维护。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims

1.一种管网水质在线分析仪，其特征在于，包含：

主控单元（1），其与后台管理中心（6）连接；该主控单元（1）包括CPU处理系统（11），以及分别与所述CPU处理系统（11）通过电路连接的传感器接口单元（12）、电磁阀控制单元（13）和数据传输单元（14）；

电磁阀（4），其与所述主控单元（1）通过电路连接；该电磁阀（4）还通过管道与外部管网水连接；

流通蓄水池（5），其与所述电磁阀（4）通过管道连接；

传感器单元（3），其与所述主控单元（1）通过电路连接；且该传感器单元（3）设置在流通蓄水池（5）内；

电源处理单元（2），其分别与所述主控单元（1）、传感器单元（3）和电磁阀（4）通过电路连接。

2.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述电磁阀控制单元（13）包含通过电路连接的驱动控制单元（131）及固态继电器（132）；

所述驱动控制单元（131）与所述CPU处理系统（11）通过电路连接，由CPU处理系统（11）控制向固态继电器（132）发出输入驱动信号；

所述固态继电器（132）与所述电磁阀（4）通过电路连接，根据接收到的输入驱动信号控制电磁阀（4）打开或关闭。

3.如权利要求2所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述电磁阀（4）通过管道连接在外部管网水和流通蓄水池（5）之间，由CPU处理系统（11）通过电磁阀控制单元（13）来控制其打开或关闭；

当所述电磁阀（4）打开时，外部管网水通过管道被引流进入流通蓄水池（5）中存储待测；

当所述电磁阀（4）关闭时，流通蓄水池（5）中的管网水被全部释放。

4.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述传感器单元（3）包含若干管网水质分析传感器，即PH值分析传感器，浊度值分析传感器，温度值分析传感器和余氯值分析传感器，由CPU处理系统（11）控制对管网水质的相应参数进行采集测量。

5.如权利要求4所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述传感器接口单元（12）包含RS232接口，RS485接口，USB接口，4-20mA接口和无线蓝牙接口，用于与所述传感器单元（3）的管网水质分析传感器实现连接；由传感器单元（3）中的管网水质分析传感器采集到的管网水的参数数据通过所述传感器接口单元（12）被传输至CPU处理系统（11）。

6.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述数据传输单元（14）通过有线通讯方式或无线通讯方式实现CPU处理系统（11）与后台管理中心（6）之间的数据通讯。

7.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述电源处理模块（2）包含通过电路连接的电源整流滤波单元（21）和开关电源控制单元（22）；

所述电源整流滤波单元（21）与电磁阀（4）通过电路连接，其对输入的交流市电进行整流滤波，向电磁阀（4）提供电源电压，并将交流市电转变为直流电并输出至开关电源控制单元（22）；

所述开关电源控制单元（22）分别与主控单元（1）的CPU处理系统（11）、以及传感器单元（3）通过电路连接，并分别向该CPU处理系统（11）以及传感器单元（3）提供直流电源电压。

8.如权利要求7所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述开关电源控制单元（22）根据管网水质分析传感器的供电要求，单独控制并调节其输出至各个管网水质分析传感器的电压值。

9.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述主控单元（1）还包含与CPU处理系统（11）通过电路连接的传感器电源开关单元（16），该传感器电源开关单元（16）还通过传感器接口单元（12）与传感器单元（3）连接，控制传感器单元（3）中的管网水质分析传感器的电源开关的开启和关闭。

10.如权利要求1所述的管网水质在线分析仪，其特征在于，所述主控单元（1）还包含与CPU处理系统（11）通过电路连接的数据存储单元（15），用于存储管网水质在线分析仪的工作日志，以及存储采集到的管网水的各种参数数据；

所述数据存储单元（15）是Flash存储器，或是SD卡，或是CF卡，或是U盘。