CN104391098A - 一种基于dcs的水质监测设备 - Google Patents
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Abstract
为了提高水质监测工作的稳定性，本发明提供了一种基于DCS的水质监测设备，包括：单片机；与单片机连接的GPS定位模块、3G模块、数据预处理模块；与数据预处理模块连接的A/D模数转换器，与A/D模数转换器连接的放大与调理电路，与放大与调理电路连接的传感器模块；其中，所述水质监测设备还包括报警单元、存储器。本监测设备能够减轻服务器端和若干基于DCS的水质监测设备之间的耦合程度，使得在线监控系统兼容性更佳。
Description
技术领域
本发明涉及一种环保监测设备，更具体地，涉及一种基于DCS的水质监测设备。
背景技术
水质监测设备通过对池水的pH、余氯、ORP等探头对相应指标进行检测并将检测值发送给水质监测/控制仪，是由水质监测/控制仪实现自动报警、显示、调整、控制相关设备实现水质维护功能的系统。
中国不仅存在水资源短缺和空间、时间分布不平衡的严重问题，而且更普遍存在着水质型缺水的危机。据最新的统计表明，全国七大江河水系的741个监测断面29.l％符合三类水质，30.9％四、五类水质，40.9％劣五类水质；全国近一半城镇饮用水源地水质不符合标准。为了加强对重点流域水质变化和污染物总量的监控，环保部门曾经在长江、淮河、松花江及太湖等水域的污染物排放企业设置了一批水质检测设备，希望远在数公里甚至上千公里以外的地方也能对辖区内的监控目标实施全天候、全时段的动态监控，随时掌握其变化趋势，以便控制污染程度，实现这一目标的技术装置称之为水质参数在线监测及远程传输系统。但是，目前在我国水环境监测的实际工作中，大量采用的监测手段仍然是传统的实验分析方法，测试数据滞后数小时甚至更多。这种传统的监测方法和手段己经不能满足环保事业不断发展的社会需求，十分需要用现代的管理手段对重点污染源的水环境质量进行监测。
尤其是，现有的水质监测设备尚无法智能地为现有的水质参数在线监测及远程传输系统服务，其产品结构落后，经常需要在外部增加其他数据采集和控制等模块。而这些模块质量参差不齐，厂家各异，不利于达到水质监测工作的稳定性。
发明内容
为了解决现有技术中的上述缺陷，本发明提供了一种基于DCS的水质监测设备，包括：单片机；与单片机连接的GPS定位模块、3G模块、数据预处理模块；与数据预处理模块连接的A/D模数转换器，与A/D模数转换器连接的放大与调理电路，与放大与调理电路连接的传感器模块；其中，所述水质监测设备还包括报警单元、存储器，所述报警单元与所述单片机连接，所述存储器分别与所述单片机、GPS定位模块以及3G模块连接，所述GPS定位模块以及3G模块连接，所述存储器用于保存所述数据预处理模块、GPS定位模块输出的测量信息和3G模块的通信历史记录，所述数据预处理模块对数据进行调理，且所述数据预处理模块与存储器根据所述3G模块的工作状态对数据进行压缩，所述3G模块进行数据收发并根据路由信息选取其传输数据时的接收方。
进一步地，所述报警单元在单片机的控制下对所述水质监测设备的不正常工作状态或其内部的组件的异常情况给出报警信息。
进一步地，所述水质监测设备还包括电源模块，该电源模块包括低功耗电源和太阳能电池板。
进一步地，所述3G模块包括数据收发器和3G模块路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订范围内的所有3G模块的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个3G模块的工作状态。
进一步地，所述3G模块根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器端最短的3G模块传输环境污染监测数据。
进一步地，所述传感器模块包括：蓝藻荧光传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PH值传感器、温度传感器、电导率传感器或水深传感器，被集成密封在一个套筒中，其传感部位裸露在外，同时预留扩展口并配有相应的清洁装置。
进一步地，所述传感器模块包括：温度传感器、水流速度传感器、酸碱度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、颜色传感器和微生物传感器。
进一步地，所述的数据预处理模块包括：开关选择电路、程控前置放大电路、锁相放大电路、低通滤波电路和AD转换电路。
进一步地，所述水质监测设备还包括有RS-232串口通信单元，所述的RS-232串口通信单元是监测装置的一个预留通信口，在无线网络因故无法通信的情况下，通过该串口通信单元能将监测到的参数数据传送出去。
进一步地，所述的低功耗电源包括：锂电池组；稳压电路，用于为锂电池组进行直流-直流电压转换和低压差线性稳压的两级电压转换，从而为水质监测设备提供稳定的工作电压。
本发明的有益效果是：
(1)能够减轻服务器端的通信负载压力；(2)能够避免由于服务器端或其通信模块工作失常而导致整个在线监控系统瘫痪；(3)能够降低基于DCS的水质监测设备在与远程目标(例如服务器端)通信时消耗电力过大而需要经常维护的问题；(4)能够减轻服务器端和若干基于DCS的水质监测设备之间的耦合程度，使得在线监控系统兼容性更佳；(5)本发明能对整个湖泊水质的全面、智能、实时检测外，还可以远程实时提供水质预警数据，省时省力。
附图说明
图1是本发明原理结构图。
具体实施方式
下面结合具体实施例，进一步阐述本发明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落在申请所附权利要求书所限定的范围。
如图1所示，一种基于DCS的水质监测设备，包括：单片机；与单片机连接的GPS定位模块、3G模块、数据预处理模块；与数据预处理模块连接的A/D模数转换器，与A/D模数转换器连接的放大与调理电路，与放大与调理电路连接的传感器模块；其中，所述水质监测设备还包括报警单元、存储器，所述报警单元与所述单片机连接，所述存储器分别与所述单片机、GPS定位模块以及3G模块连接，所述GPS定位模块以及3G模块连接，所述存储器用于保存所述数据预处理模块、GPS定位模块输出的测量信息和3G模块的通信历史记录，所述数据预处理模块对数据进行调理，且所述数据预处理模块与存储器根据所述3G模块的工作状态对数据进行压缩，所述3G模块进行数据收发并根据路由信息选取其传输数据时的接收方。
所述的数据预处理模块采用了低噪声、高精度的电路设计，能有效采集各传感器的微小信号，并能将其转换成相应的数字信号。该单元包括：开关选择电路15、程控前置放大电路16、锁相放大电路17、低通滤波电路18和AD转换电路19，开关选择电路用来选择所要采集的水质参数信息，也就是选择采集哪个传感器的信号。将采集到的传感器微弱信号传输到程控前置放大电路进行前置放大，该前置放大电路采用低噪声设计，在增加信号驱动的同时防止信号变差。前置放大后的信号进入锁相放大电路，对传感信号进行主放大，同时能大大抑制其他频率的噪声信号。放大后的信号经过低通滤波电路传输到AD转换电路，将采集到的信号变成相应的数字信号，AD转换主要通过高精度的AD芯片来实现。转换后的数字信号传送到中央控制单元。
所述报警单元在单片机的控制下对所述水质监测设备的不正常工作状态或其内部的组件的异常情况给出报警信息。所述水质监测设备还包括电源模块，该电源模块包括低功耗电源和太阳能电池板。
所述3G模块包括数据收发器和3G模块路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订范围内的所有3G模块的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个3G模块的工作状态。所述3G模块根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器端最短的3G模块传输环境污染监测数据。
3G模块主要负责多台基于DCS的水质监测设备彼此之间及其与服务器间的通信，向基于DCS的水质监测设备发送查询命令，接收各个基于DCS的水质监测设备上传的环境污染信息并返回给远程监控平台。3G模块与基于DCS的水质监测设备的区别在于：3G模块安装有RS232串口，满足3G模块与远程监控平台之间的通信。在实际使用过程中，3G模块的作用与网关的作用类似。另外，3G模块通过存储器可以存储各基于DCS的水质监测设备上传的环境污染信息，并通过显示模块显示环境污染信息，从而方便使用者观察。
3G模块还用于协调各个基于DCS的水质监测设备进行无线通信组网，在路由发现过程中，可以解决局部混合路由信息之间的相容性和优先级问题，其中，局部混合路由信息包含位置信息、可达信息和链路可靠性等；同时，还解决了网络对象的移动性对路由发现过程的影响，例如：由节点移动、失效或受攻击导致的路由断裂等情况；另外，系统采用相应的路由维护措施，每一段路径在具有一定连通性的前提下，仍保持整条路径具有连通性要求。
所述3G模块包括数据收发器和基于DCS的水质监测设备路径计算单元。其中的路径计算单元不必采用专门的设备，可以通过DSP或MCU等具有数据加减运算的设备来实现。
本发明的基于DCS的水质监测设备的工作原理如下：
首先，所述数据存储器中预先保存有所有基于DCS的水质监测设备的GPS信息。假定某基于DCS的水质监测设备X的3G模块经过查找预定的10KM范围内的所有基于DCS的水质监测设备以后，得到这些基于DCS的水质监测设备的唯一通信标识信息。然后，设备X与这些基于DCS的水质监测设备进行通信，以获得上述各个基于DCS的水质监测设备的工作状态。这种工作状态是通过各种传感器模块自身具有的通信协议实现的，例如：发送读取当前读数以后，能够得到其有效数值，则判断其工作状态有效。在本发明的优选实施例中，这些传感器模块采用自身具有自检功能的传感器，因此，状态的获得将变得更加方便。至此，该设备X即可获得所有的在上述预定区域内的传感器模块的工作状态。
接下来，根据上述工作状态，找到各个工作状态处于正常的传感器模块，再计算这些工作正常的传感器模块哪一个距离服务器端最近。确定(例如是设备Y)以后，该设备X即将自身监测的数据发送给设备Y。
所述传感器模块包括：蓝藻荧光传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PH值传感器、温度传感器、电导率传感器或水深传感器，被集成密封在一个套筒中，其传感部位裸露在外，同时预留扩展口并配有相应的清洁装置。
所述传感器模块包括：温度传感器、水流速度传感器、酸碱度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、颜色传感器和微生物传感器。
所述的数据预处理模块包括：开关选择电路、程控前置放大电路、锁相放大电路、低通滤波电路和AD转换电路。
所述水质监测设备还包括有RS-232串口通信单元，所述的RS-232串口通信单元是监测装置的一个预留通信口，在无线网络因故无法通信的情况下，通过该串口通信单元能将监测到的参数数据传送出去。
所述的低功耗电源包括：锂电池组；稳压电路，用于为锂电池组进行直流-直流电压转换和低压差线性稳压的两级电压转换，从而为水质监测设备提供稳定的工作电压。
上面以文字和附图说明的方式阐释了本发明一些具体实施方式的结构，并非详尽无遗或限制于上述所述具体形式。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)
1.一种基于DCS的水质监测设备，包括：单片机；与单片机连接的GPS定位模块、3G模块、数据预处理模块；与数据预处理模块连接的A/D模数转换器，与A/D模数转换器连接的放大与调理电路，与放大与调理电路连接的传感器模块；其中，所述水质监测设备还包括报警单元、存储器，所述报警单元与所述单片机连接，所述存储器分别与所述单片机、GPS定位模块以及3G模块连接，所述GPS定位模块以及3G模块连接，其特征在于，所述存储器用于保存所述数据预处理模块、GPS定位模块输出的测量信息和3G模块的通信历史记录，所述数据预处理模块对数据进行调理，且所述数据预处理模块与存储器根据所述3G模块的工作状态对数据进行压缩，所述3G模块进行数据收发并根据路由信息选取其传输数据时的接收方。
2.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述报警单元在单片机的控制下对所述水质监测设备的不正常工作状态或其内部的组件的异常情况给出报警信息。
3.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述水质监测设备还包括电源模块，该电源模块包括低功耗电源和太阳能电池板。
4.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述3G模块包括数据收发器和3G模块路径计算单元，所述路径计算单元用于根据所述GPS信息查找符合预订范围内的所有3G模块的唯一通信标识信息，且所述数据收发器根据所述查找的结果获得该区域内各个3G模块的工作状态。
5.根据权利要求4所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述3G模块根据所述工作状态，向所述区域内距离服务器端最短的3G模块传输环境污染监测数据。
6.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述传感器模块包括：蓝藻荧光传感器、溶解氧传感器、浊度传感器、PH值传感器、温度传感器、电导率传感器或水深传感器，被集成密封在一个套筒中，其传感部位裸露在外，同时预留扩展口并配有相应的清洁装置。
7.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述传感器模块包括：温度传感器、水流速度传感器、酸碱度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、颜色传感器和微生物传感器。
8.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述的数据预处理模块包括：开关选择电路、程控前置放大电路、锁相放大电路、低通滤波电路和AD转换电路。
9.根据权利要求1所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述水质监测设备还包括有RS-232串口通信单元，所述的RS-232串口通信单元是监测装置的一个预留通信口，在无线网络因故无法通信的情况下，通过该串口通信单元能将监测到的参数数据传送出去。
10.根据权利要求3所述的基于DCS的水质监测设备，其特征在于，所述的低功耗电源包括：锂电池组；稳压电路，用于为锂电池组进行直流-直流电压转换和低压差线性稳压的两级电压转换，从而为水质监测设备提供稳定的工作电压。
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