CN102607650B - 一种自维护的多参数水质监测仪 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种自维护的多参数水质监测仪，包括外壳、检测传感器、监测控制模块，还包括安装于外壳壳体内的用于清洗检测传感器的喷水装置，该喷水装置的控制端与监测控制模块的清洗控制端相连；所述检测传感器为各种水质物理参数传感器，各传感器的信号输入/输出端分别与监测控制模块的相应检测端口相连；所述监测控制模块还具有与外部上位机通信的通信接口；所述外壳设有开口，外部被检测水经外壳的开口进入壳体内浸没接触各传感器，由监测控制模块控制检测传感器检测获得水质的参数信号，再经通信接口与外部上位机通信；同时检测控制模块控制喷水装置喷水，冲刷清洗检测传感器。本发明实现了水质物理参数的在线连续、准确监测。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质监测技术，具体涉及一种自维护的多参数水质监测仪。
背景技术
水质监测仪可具体应用于江河、湖泊、水库及地下水、供水厂，在工业排放检测和污水处理场的监测中也非常广泛。
目前，水质自动的监测工作主要依靠水质自动监测系统，通过建设多个自动监测站形成水质监测网，进行三类水质(污水、地下水、地表水)的监测。虽然水质监测系统对海、河、地下水等监测发挥发着重要的作用，但由于水质监测系统庞大，维护颇费人力、物力。
而目前使用的水质监测仪器结构不一，有柜式的，有套装的，有便携仪表型的，有化验箱型的，这些水质监测仪都能实现PH值、溶解氧、电导率、水温、水位的水质物理五项参数检测。但是，上述水质检测仪器只是适用于实验室环境，并且需要配备专业人士去操作，采集过程繁琐复杂，采集周期长，结构零散，不便于安装，非常不便于组网，只适用于在实验室或相对稳定环境的水质样本的专业检测，实时监测性能差，不适用于野外环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种适应能力强的自维护的多参数水质监测仪，实现水质物理参数的在线连续、准确监测。
本发明的目的通过以下技术方案实现：一种自维护的多参数水质监测仪，包括外壳、用于检测外部水水质的检测传感器、用于控制水质监测工作的监测控制模块，所述检测传感器、监测控制模块均安装于外壳内，其特征在于：还包括安装于外壳壳体内的用于清洗检测传感器的喷水装置，该喷水装置的控制端与监测控制模块的清洗控制端相连；
所述检测传感器为根据需要配置的各种水质物理参数传感器，各传感器的信号输入/输出端分别与监测控制模块的相应检测端口相连；所述监测控制模块还具有与外部上位机通信的通信接口；
所述外壳设有开口，外部被检测水经外壳的开口进入壳体内浸没接触各传感器，由监测控制模块控制检测传感器检测获得水质的参数信号，再经通信接口与外部上位机通信，实现在线连续监测；同时检测控制模块根据被测水和检测的需要控制喷水装置喷水，冲刷清洗检测传感器，冲刷的同时带动了水循环，实现被测水与传感器的可靠接触，确保测量水质物理参数的准确性。
在上述基础上，本发明还可作如下改进：
本发明所述检测传感器包括PH值传感器、水温水位传感器、溶解氧传感器和电导率传感器，各传感器的信号输入/输出端通过同一总线与监测控制模块的相应检测端口相连，以实现水质物理的PH值、水温、水位、溶解氧、电导率五项参数的测量。
本发明所述自维护的多参数水质监测仪还包括安装于外壳壳体内的用于外壳壳体内防止微生物滋生和附着的的超声波发生器，该超声波发生器的控制端与监测控制模块的相应控制端相连，以通过检测控制模块控制超声波发生器探头周期性发出超声波，确保在所检测水环境下不滋生微生物和产生附着。
为进一步提高野外环境的适应能力，本发明所述外壳呈圆筒形，所述外壳的开口即为筒口，该筒口朝下。
本发明本发明所述外壳壳体内设有第一隔板及位于第一隔板下方的第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将外壳壳体内分隔成上腔、中腔和下腔；所述第一隔板上开有入口和出口，所述第二隔板上开有通孔和用于过滤入水的入水孔；所述检测传感器和超声波发生器探头固定于中腔内的第一隔板上，并朝向外壳的开口，外部水经筒口进入下腔，再经第二隔板的入水孔进入中腔，由第一隔板阻挡隔离中腔、下腔的外部水进入上腔。
本发明所述喷水装置包括喷水马达、第一输送管、第二输送管和五个喷头，所述喷水马达安装于上腔内的第一隔离板上方，所述喷头固定于第二隔板上并分别位于检测传感器和超声波发生器探头的对应投影位置上，所述喷水马达的入水口通过第一输送管与第一隔板的入口相连，所述第二输送管穿过第一隔板的出口、第二隔板的通孔后分别连接喷水马达的出水口和各个喷头的入水口，以通过五个喷头分别喷水清晰各传感器和超声波发生器探头。
本发明所述监测控制模块包括电源输入电路、接收输入电路、微处理器单元和通信接口电路，所述电源输入电路与微处理器单元的电源输入端相连，所述检测传感器的输出端经接收输入电路与微处理器单元的相应检测端口相连，所述检测传感器的输入端与微处理器单元的相应控制端相连，所述微处理器单元通过通信接口电路与微处理器单元通信接口相连。
本发明所述监测控制模块还包括第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路，所述电源输入电路经第一光耦隔离电路与微处理器单元的电源输入端相连，所述通信接口电路经第二光耦隔离电路与通信接口相连，以通过第一、第二光耦隔离电路将监测控制模块的内部电路与外部电源、通信接口隔离开来，防止或减少雷电的干扰影响。
本发明所述监测控制模块还包括用于存储水质参数的数据存储电路，该数据存储电路的输入端与微处理器单元的存储输出端口相连。
所述监测控制模块还包括用于选择控制检测传感器的电源通断的电子开关电路，所述检测传感器的输入端经电子开关电路与微处理器单元的相应控制端相连，以使各传感器轮询工作，降低功耗。
与现有技术相比，该发明技术具有以下优点：
(1)本发明通过喷水装置实现了对各个传感器和超声波发生器探头的清洗功能，并可通过超声波发生器产生周期性扫频超声波防止微生物滋生，并防止其附着在壳体内壁，影响传感器的测量精度，从而加强了在野外恶劣环境的适应能力，提高监测准确度；
(2)本发明集成各个传感器于外壳壳体内，结构集中、体积小，使得本发明安装简单方便，无需配备专业操作人员；
(3)本发明的监测控制模块通过第一、第二光耦隔离电路将监测控制模块的内部电路与外部电源、通信接口隔离开来，防止或减少雷电的干扰影响，进一步提高了野外恶劣环境的适应能力；
(4)本发明可通信接口可与外部上位机通信并由数据存储电路存储水质参数，利于上位机在线连续监测水质。
附图说明
图1为本发明水质监测仪的主视剖视图(省略电导率传感器、超声波传感器)；
图2为本发明水质监测仪的后视剖视图(省略PH值传感器、水温水位传感器、溶解氧传感器)；
图3是图1的A-A剖视图；
图4是图1的B-B剖视图；
图5为本发明水质监测仪的安装示意图；
图6为本发明水质监测仪的监测控制模块的连接示意图。
图中，1、PH值传感器，2、水温水位传感器，3、溶解氧传感器，4、电导率传感器，5、超声波发生器探头，6、喷水马达，7、第一输送管，8、第二输送管，9、第一隔板，10、第二隔板，11、入口，12、出口，13、通孔，14、入水孔，15、喷头，16、外壳，17、外壳的开口，18、上腔，19、中腔，20、下腔。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进一步加以阐述。
如图1-2所示的一种自维护的多参数水质监测仪，它包括外壳16、用于检测外部水水质的检测传感器、用于控制水质监测仪监测工作的监测控制模块，检测传感器、监测控制模块均安装于外壳16内。其中，检测传感器包括PH值传感器1、水温水位传感器2、溶解氧传感器3和电导率传感器4，各传感器的信号输入输出端分别经RS485总线与监测控制模块的相应检测端口相连；外壳16为具有开口的壳体，外壳呈圆筒形，具有较强的抗冲击能力，适用于野外恶劣环境，其直径为110mm，外壳的开口17即为筒口，筒口朝下。
在外壳16壳体内的还安装有用于清洗检测传感器的喷水装置和超声波发生器探头5，喷水装置的控制端与监测控制模块的清洗控制端相连，超声波发生器探头的控制端与监测控制模块的相应控制端相连，由监测控制模块控制超声波发生器探头5周期性发生放微生物附着的超声波。
本实施例中，为进一步增强本实施例水质监测仪的野外恶劣环境的适应能力，并使结构集中，本水质监测仪的结构具体是：
如图1-2所示，外壳16壳体内设有第一隔板9及位于第一隔板9下方的第二隔板10，第一隔板9和第二隔板10将外壳16壳体内分隔成上腔18、中腔19和下腔20，外壳的开口17即筒口位于下腔20下部，筒口可进入外部水。
如图3所示，在第一隔板9上开有入口11和出口12，如图4所示，在第二隔板10上开有入水孔14和通孔13，该入水孔14用于过滤入水中的杂质，可由一个大孔和若干分布于第二隔板10上的小孔组成，大孔上可加设滤网过滤，小孔直径为3mm；检测传感器和超声波发生器探头5固定于中腔19内的第一隔板9上，并朝向外壳的开口17，各传感器在第一隔板9上呈梅花点分布。
本实施例中，喷水装置包括喷水马达6、第一输送管7和第二输送管8和五个喷头15，喷水马达6安装于上腔18内的第一隔离板上方，喷头15固定于第二隔板10上并分别位于检测传感器和超声波发生器探头的投影位置上，使各个喷头与检测传感器/超声波发生器探头各自相对，用于一一冲刷清洗。
喷水马达6的入水口通过第一输送管7与第一隔板9的入口11相连，第二输送管8穿过第一隔板9的出口12、第二隔板10的通孔13后，第二输送管8两端分别连接喷水马达6的出水口和各个喷头15的入水口，喷水马达6通过第一输送管7抽取中腔内的水，并带动外部水进入壳体内，在外壳的开口17处形成新旧水的交换，再经第二输送管8输出至五个喷头15喷水，以通过五个喷头15各自清洗检测传感器和超声波发生器探头5的，利于提高各传感器的测量精度并实现自维护，并且在喷头15冲刷各传感器的同时，带动了水循环，进一步提高了检测水质的准确性。
另外，被测传感器和超声波发生器探头的安装位置可在第一隔板9上根据需要而设置；也可根据测量需求，在外壳16内安装其他常规水质物理参数传感器，并相应配置喷头。
如图5所示，通过浮子、绳索可简单方便地将本水质监测仪置于外部的被测水中，外部水经外壳的开口17即筒口进入外壳16壳体内的下腔20，下腔20内的水经第二隔板10上的入水孔14进入中腔19，经入水孔14过滤的水才接触各传感器，使检测传感器和超声波发生器探头浸泡在中腔内的水中；而上腔18由于第一隔板9的隔离，外部水无法进入上腔18，避免喷水马达6浸水。由监测控制模块控制检测传感器检测获得水质的PH值、溶解氧、电导率、水温、水位共五项参数，再经RS485通信接口电路，将水质参数信号与外部上位机通信；由检测控制模块控制喷水装置的各个喷头15定时喷水，以冲刷清洗检测传感器和超声波发生器探头，检测控制模块还控制超声波发生器探头定时发出超声波，以驱赶壳体内的微生物，实现自维护功能。
如图6所示，在监测控制模块中设有与外部上位机通信的RS485通信接口，利于通过485总线组网监测，并提高野外环境的适应能力。本实施例的监测控制模块包括电源输入电路、第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路、接收输入电路、微处理器单元、电子开关电路、数据存储电路和RS485通信接口电路，电源输入电路经第一光耦隔离电路后与微处理器单元的电源输入端相连，检测传感器的输出端经接收输入电路与微处理器单元的相应检测端口相连，检测传感器的输入端经电子开关电路与微处理器单元的相应控制端相连，数据存储电路与微处理器单元的存储端相连，微处理器单元通过RS485通信接口电路、第二光耦隔离电路后与通信接口相连。外部电源经电源输入电路为本水质监测仪的各元件提供12V电压，通过第一、第二光耦隔离电路将监测控制模块的内部电路与外部电源、通信接口隔离开来，防止或减少雷电的干扰影响。
本实施例的监测控制模块中，控制超声波发生器探头的控制端即为微处理器单元的控制端，监测控制模块的清洗控制端即为微处理器单元的清洗控制端。微处理器单元经电子开关电路以时间轮询的方式控制各传感器电源的接通与断开，以控制各传感器轮询工作，从而降低功耗；微处理器单元通过相应控制端定期发出信号控制喷水马达和超声波发生器探头工作，以定期冲刷清洗和驱赶微生物；微处理单元将由检测传感器获得的水质参数数据一方面存储于数据存储电路中，另一方面经由通信接口与外部上位机通信，该通信接口包括有线数据通信接口和无线数据通信接口，有线数据通信接口可接RS485总线，无线数据通信接口可接射频无线通信设备以及GPRS/CDMA无线通信设备，用于与外部上位机有线或无线组网通信。
接收输入电路是主要由AD转换器和各传感器的调理电路组成，即各传感器的输出需经数字化处理，用于RS485通讯，具体的实现方式是通过各自调理电路后，再经AD转换器转换成数字信号接入微处理器单元的相应检测端口。AD转换器芯片采用18位的MCP3421芯片，IIC接口，内部自带0.5％精度的2.048V基准电压，各传感器和超声波发生器探头采用现有常规电化学水质传感器，超声波发生器选用特种封装，超强防水浸泡的高频5Mhz压电陶瓷变送器，各传感器的输出端经现有常规调理电路后输入微处理器单元，由微处理器单元处理各传感器获得的水质参数信号。本实施例的单片机采用5片NEC单片机并行处理多通道的信号和信号调理，型号为uPD78F0881(A)(78K0/FC2系列)，该单片机为8位单片机，32K ROM，1024Bytes内部高速RAM，1024Bytes外部扩展RAM，共有44个脚，有两组UART口UART60与UART61，一个CAN收发接口。也可采用型号为uPD78F0882(48KROM，1024Bytes内部高速RAM，2048 bytes外部扩展RAM)或型号为uPD78F0883(60K ROM，1024Bytes内部高速RAM，2048Bytes外部扩展RAM)的单片机。
本实施例中的电源输入电路、RS485通信接口电路、第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路、电子开关电路和数据存储电路均采用现有常规电路，第一光耦隔离电路、第二光耦隔离电路采用型号是6N137的单通道高速光耦合器，数据存储电路采用型号是24C02的芯片，RS485通信接口电路采用型号是65HVD3082的低功耗芯片。
另外，本实施例仅通过一条电源电缆接入电源输入电路和一条通讯电缆接入RS485通信接口电路，便于野外安装。
本发明的实施方式不限于此，根据上述内容，按照本领域的普通技术知识和惯用手段，在不脱离本发明上述基本技术思想前提下，本发明还可以做出其它多种形式的等效修改、替换或变更，实现任意多个参数的水质在线监测，均可实现本发明目的。
Claims (9)
1.一种自维护的多参数水质监测仪，包括外壳、用于检测外部水水质的检测传感器、用于控制水质监测工作的监测控制模块，所述检测传感器、监测控制模块均安装于外壳内，其特征在于：还包括安装于外壳壳体内的用于清洗检测传感器的喷水装置，该喷水装置的控制端与监测控制模块的清洗控制端相连；
所述检测传感器为根据需要配置的各种水质物理参数传感器，各传感器的信号输入/输出端分别与监测控制模块的相应检测端口相连；所述监测控制模块还具有与外部上位机通信的通信接口；
所述外壳设有开口，外部被检测水经外壳的开口进入壳体内浸没接触各传感器，由监测控制模块控制检测传感器检测获得水质的参数信号，再经通信接口与外部上位机通信；同时检测控制模块根据被测水和检测的需要控制喷水装置喷水，冲刷清洗检测传感器；
所述外壳壳体内设有第一隔板及位于第一隔板下方的第二隔板，所述第一隔板和第二隔板将外壳壳体内分隔成上腔、中腔和下腔；所述第一隔板上开有入口和出口，所述第二隔板上开有通孔和用于过滤入水的入水孔；所述检测传感器固定于中腔内的第一隔板上，并朝向外壳的开口。
2.根据权利要求1所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述检测传感器包括PH值传感器、水温水位传感器、溶解氧传感器和电导率传感器，各传感器的信号输入/输出端通过同一总线与监测控制模块的相应检测端口相连。
3.根据权利要求1或2所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述自维护的多参数水质监测仪还包括安装于外壳壳体内的用于防止外壳壳体内的微生物产生和附着的超声波发生器探头，该超声波发生器探头的控制端与监测控制模块的相应控制端相连；该超声波发生器探头固定于中腔内的第一隔板上。
4.根据权利要求1或2所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述外壳呈圆筒形，所述外壳的开口即为筒口，该筒口朝下。
5.根据权利要求1所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述喷水装置包括喷水马达、第一输送管、第二输送管和五个喷头，所述喷水马达安装于上腔内的第一隔离板上方，所述喷头固定于第二隔板上并分别位于检测传感器和超声波发生器探头的对应投影位置上，所述喷水马达的入水口通过第一输送管与第一隔板的入口相连，所述第二输送管穿过第一隔板的出口、第二隔板的通孔后分别连接喷水马达的出水口和各个喷头的入水口。
6.根据权利要求1或2所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述监测控制模块包括电源输入电路、接收输入电路、微处理器单元和通信接口电路，所述电源输入电路与微处理器单元的电源输入端相连，所述检测传感器的输出端经接收输入电路与微处理器单元的相应检测端口相连，所述检测传感器的输入端与微处理器单元的相应控制端相连，所述微处理器单元通过通信接口电路与通信接口相连。
7.根据权利要求6所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述监测控制模块还包括第一光耦隔离电路和第二光耦隔离电路，所述电源输入电路经第一光耦隔离电路与微处理器单元的电源输入端相连，所述通信接口电路经第二光耦隔离电路与微处理器单元的通信接口相连。
8.根据权利要求7所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述监测控制模块还包括用于存储水质参数的数据存储电路，该数据存储电路的输入端与微处理器单元的存储输出端口相连。
9.根据权利要求7所述的自维护的多参数水质监测仪，其特征在于：所述监测控制模块还包括用于选择控制检测传感器的电源通断的电子开关电路，所述检测传感器的输入端经电子开关电路与微处理器单元的相应控制端相连。
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