CN103913552A - 水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，包括采集控制箱、电机、转轴、水质传感器；所述电机与所述采集控制箱相连，所述转轴与所述电机相连，所述水质传感器与所述采集控制箱通过导线相连。该监测分析终端通过电机带动转轴旋转，以精确调节水质传感器在水中的深度，实现不同深度的水质参数采集，通过采集控制箱进行数据的传输与控制，获得监测点水质随时间和随水位加深水质的各项参数变化情况，使工作人员对现有数据进行有效分析，了解水质的变化情况，为水产品的多层养殖提供保证。

Description

水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端

技术领域

本发明涉及水质监控技术领域，具体涉及一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端。

背景技术

现行的水质监测手段主要是采用水质传感器对水质进行现场实时检测，将传感器固定于被测水域的某点，对水质进行定点采集，只能采集到该水域固定点固定深度的水质数据。采集到的水质数据通过现场总线或无线收发模块传输到监控中心，工作人员可以看到当前水质状况，但没有对数据进行进一步的处理。

大规模的水产养殖水位较深，在不同深度水位养殖不同水产品种，定点采集对于水位较深、多层养殖的水域环境监测效率低下，同一点不同深度安装多组传感器将会大大增加监控成本。工作人员可随时查看当前水质状况，却无法了解该点水质随时间的变化趋势和随水位加深水质的各项参数变化情况，对现有的水质数据没有进行有效的分析，利用率低。

发明内容

（一）要解决的技术问题

本发明要解决的技术问题是：如何监测某点水质随水位深度变化导致水质参数的变化情况。

（二）技术方案

为了解决上述技术问题，本发明提供一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，该终端包括：采集控制箱、电机、转轴和水质传感器；

所述电机与所述采集控制箱相连，所述转轴与所述电机相连，所述水质传感器与所述采集控制箱通过导线相连；

所述采集控制箱，用于控制所述电机转动，并对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数；

所述导线绕设于所述转轴上；

所述电机，用于带动所述转轴旋转，以调节所述水质传感器在水中的深度。

优选的，所述转轴包括粗轴和细轴，所述导线包括传感器电缆线和软导线，所述传感器电缆线绕设于所述粗轴上，所述软导线绕设于所述细轴上，所述水质传感器与所述传感器电缆线连接。

优选的，所述传感器电缆线与所述软导线之间通过防水接口连接。

优选的，所述转轴的一端与电位器的动触点相连；

所述采集控制箱，还用于接收所述电位器的电压信号，并根据所述电压信号来确定所述水质传感器在水中的当前深度。

优选的，所述电机的转子轴上设有第一齿轮，所述转轴上设有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合，所述电机的转子轴旋转时，带动所述转轴旋转。

优选的，所述监测系统还包括电源，用于对所述的采集控制箱供电。

优选的，所述电源包括太阳能电池板和蓄电池；

所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述采集控制箱供电。

优选的，所述采集控制箱包括控制模块、参数无线收发模块；

所述控制模块用于对所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块；

所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令。

优选的，所述控制模块，还用于根据采集到的水质参数采用一元线性回归模型对未来预设时间段内的水质参数变化情况进行预测，当预测到的水质参数变化情况超出预测范围时进行报警。

优选的，所述采集控制箱还包括电机驱动模块、供电模块；

所述电机驱动模块通过所述控制模块输出的控制信号驱动所述电机；

所述供电模块用于提供恒定的电压给所述控制模块供电。

（三）有益效果

本发明的上述技术方案具有如下优点：实现了水质传感器在水中深度的调节，水质传感器可以通过电机自动调节其在水中的深度实现水质数据采集，同时检测不同深度水质的情况，帮助工作人员了解水质参数随水位深度变化，以及随时间变化的情况，为水产品的多层养殖提供保证。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端结构示意图；

图2为本发明实施例提供的转轴及水质传感器深度调节示意图；

图3为本发明实施例提供的采集控制箱结构图；

其中，1采集控制箱；2电源；3电机；4转轴；5水质传感器；6控制模块；7供电模块；8参数无线收发模块；9电机驱动模块；10防水接口单元；11粗轴；12软导线；13传感器电缆线；14细轴。

具体实施方式

下面结合附图，对发明的具体实施方式作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。如图1所示，本发明实施例提供的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端结构示意图，该终端包括：采集控制箱1、电机3、转轴4和水质传感器5；所述电机与所述采集控制箱相连，所述转轴与所述电机相连，所述水质传感器与所述采集控制箱通过导线相连。在本实施例中，所述电机采用23HS系列2相6线步进电机，其静力矩可达100N*Cm以上，电机轴上安装有半径为1cm的金属齿轮，与转轴上半径为10cm金属齿轮相扣，带动转轴转动。

所述采集控制箱，用于控制所述步进电机转动，并对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数；所述导线绕设于所述转轴上；所述电机的转子轴上设有第一齿轮，所述转轴上设有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合，所述电机的转子轴旋转时，带动所述转轴旋转。当电机无需工作时，该采集控制箱将使电机断电，降低系统功耗。

如图2所示，所述转轴包括粗轴11和细轴14，所述导线包括传感器电缆线13和软导线12；所述传感器电缆线绕设于所述粗轴上，所述软导线绕设于所述细轴上；所述水质传感器与所述传感器电缆线连接，所述传感器电缆线与所述软导线之间通过防水接口10连接，传感器电缆的长度根据实际采样深度选择；所述转轴的一端与电位器的动触点相连，当转轴转动时，电位器随动，电位器两端引脚接电压信号（即：0V和5V电压），动触点（即：电位器的中间引脚）接控制模块的AD采样接口，通过采集控制箱接收所述电位器的电压信号，根据所述电压信号来判断当前转轴处于什么位置以及转轴上有多少圈传感器电缆线，进而判断所述水质传感器在水中的当前深度。加入电位器是为了防止在电机断电期间由于传感器自重等原因导致转轴转动，从而使电机下次上电时转轴位置偏离上次断电时的位置，以至于不能判断传感器的深度。当电机带动转轴转动时，传感器电缆线绕制在粗轴上，使水质传感器深度发生变化，而通过软导线绕于细轴可以防止在转动过程中导线反复扭动导致表皮绝缘层破裂。

优选的，所述监测系统还包括电源2，用于对所述的采集控制箱供电，所述电源包括太阳能电池板和蓄电池；所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述采集控制箱供电。

如图3所示，所述采集控制箱包括控制模块6、参数无线收发模块8、电机驱动模块9和供电模块7；

所述控制模块用于对所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块；所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令，通过参数无线收发模块将控制模块传输的各项传感器数据发送到上位机，使远程监控人员能够及时了解和观察到水质情况的变化，同时本地带有显示屏，可以实时的显示最近一次采集到的水质情况，供本地工作人员了解水质变化情况。所述上位机可以为PC客户端、手机客户端等。

所述电机驱动模块通过所述控制模块输出的控制信号驱动所述步进电机；所述供电模块用于提供恒定的电压给所述控制模块供电。所述太阳能电池板和所述蓄电池均连接于所述供电模块上，由供电模块提供恒定12V直流电压，最终输入到控制模块内，再经过控制模块内不同的稳压芯片转换成各模块所需要的工作电压。

所述控制模块，还用于根据采集到的水质参数采用一元线性回归模型对未来预设时间段内的水质参数变化情况进行预测，当预测到的水质参数变化情况超出预测范围时进行报警。并且当电机空闲时，控制模块将使电机断电，降低系统功耗。

控制模块6例如为单片机、PLC、DSP等控制单元，所有数据和控制命令均由其处理，以ATmega128A为例，其中包括时钟功能、存储功能、显示功能、按键调节功能、串口发送接收数据功能、电源管理功能、预警报警功能。时钟功能用于提供能量采集单元采集的信号，时钟定时以分钟为单位，由控制芯片即本实施例所述的ATmega128A写入具体值，范围时1-255min，默认情况下为10min，到定时时间后，时钟芯片产生中断信号，ATmega128A接收到中断请求后使控制模块中断采集；存储功能将水质传感器数据进行存储到本地，提供一定的存储空间，至少能够备份存储最近一个月的水质参数的数据；显示功能可以提供当前的水质参数及其他一些相关参数；按键调节功能用于调节配置一些测量过程中的一些参数，如：采集时间间隔、本地时钟设置等；通过RS232串口与参数无线收发模块相连，可以接收和发送数据给参数无线收发模块，串口也可以与上位机直接相连，直接读取存储器中的数据；电源管理功能能够使水质传感器和电机在空闲时刻断电，使该终端进入省电模式，降低功耗。

本实施例还解决了现有技术中不能够对某点水质随时间的变化趋势进行了解，预警报警功能根据当前采集到的传感器数据，对其变化进行详细分析，找出水质情况的变化趋势，然后按照该趋势，对未来一段时间内或者已经出现的水质参数异常情况进行报警，另外，控制模块采用上电自动复位和手动复位两种方式，加入看门狗定时器，使系统能够在运行出错时重启。

另外，本实施例控制模块还可以提供六组航空防水接口，包括8路模拟信号IO接口和8路数字IO接口，模拟接口可以手动选择接电压信号或接电流信号，六组接口中有包括两组模拟接口、两组数字接口和两组可复用接口。数字信号输入为0V和5V两种电平，直接接入ATmega128A，模拟信号为电压信号时输入范围为0-5V，10位二进制AD采样精度，当模拟信号为电流信号时，输入范围为0-20mA，通过内部电路转化成0-5V电压信号，然后接入单片机。每个接口提供12V、5V、3.3V电压，可根据传感器具体情况调节接口电源电压。

所述控制模块还可以通过参数无线收发模块发送本地数据和接收远程数据，通过接收远程数据可以调节设备采样周期、校对本地时钟、使能传感器接口和设定传感器采样深度。

以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，该终端包括：采集控制箱、电机、转轴和水质传感器；

所述电机与所述采集控制箱相连，所述转轴与所述电机相连，所述水质传感器与所述采集控制箱通过导线相连；

所述采集控制箱，用于控制所述电机转动，并对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数；

所述导线绕设于所述转轴上；

所述电机，用于带动所述转轴旋转，以调节所述水质传感器在水中的深度。

2.如权利要求1所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述转轴包括粗轴和细轴，所述导线包括传感器电缆线和软导线，所述传感器电缆线绕设于所述粗轴上，所述软导线绕设于所述细轴上，所述水质传感器与所述传感器电缆线连接。

3.如权利要求2所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述传感器电缆线与所述软导线之间通过防水接口连接。

4.如权利要求1所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述转轴的一端与电位器的动触点相连；

所述采集控制箱，还用于接收所述电位器的电压信号，并根据所述电压信号来确定所述水质传感器在水中的当前深度。

5.如权利要求1所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述电机的转子轴上设有第一齿轮，所述转轴上设有第二齿轮，所述第一齿轮和第二齿轮相啮合，所述电机的转子轴旋转时，带动所述转轴旋转。

6.如权利要求1所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述监测系统还包括电源，用于对所述的采集控制箱供电。

7.如权利要求6所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述电源包括太阳能电池板和蓄电池；

所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述采集控制箱供电。

8.如权利要求1所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述采集控制箱包括控制模块、参数无线收发模块；

所述控制模块用于对所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块；

所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令。

9.如权利要求8所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述控制模块，还用于根据采集到的水质参数采用一元线性回归模型对未来预设时间段内的水质参数变化情况进行预测，当预测到的水质参数变化情况超出预测范围时进行报警。

10.如权利要求8所述的一种水质传感器入水深度可自动调节的水质参数监测分析终端，其特征在于，所述采集控制箱还包括电机驱动模块、供电模块；

所述电机驱动模块通过所述控制模块输出的控制信号驱动所述电机；

所述供电模块用于提供恒定的电压给所述控制模块供电。