CN105954485A - 一种具有监测tds水质电源电路的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种具有监测TDS水质电源电路的方法，包括监测电路，监测电路包括：水质探针、TDS电源电路、TDS检测电路、温度检测补偿电路和MCU控制处理器电路，水质探针由两根钛合金探针所构成，放置在被检测的水溶液中，TDS电源电路给TDS检测电路提供电源，TDS检测电路有三个接口，分别接到水质探针的两端和MCU控制处理器电路，TDS检测电路和放置在水溶液中的水质探针构成的电路将水的电导率转变为电信号。本发明测试准确，可靠性高，能够实现长期实时检测水质。

Description

一种具有监测TDS水质电源电路的方法
技术领域
本发明涉及一种监测方法，具体是一种具有监测TDS水质电源电路的方法。
背景技术
总溶解固体(英文：Total dissolved solids，缩写TDS)，TDS又称溶解性固体总量，测量单位为毫克/升(mg/L),它表明1升水中溶有多少毫克溶解性固体。通俗的讲，TDS值代表了水中溶解物杂质含量，TDS值越大，说明水中的杂质含量大，水质差，反之，杂质含量小，水质好。
目前对TDS值的大小是对水质衡量的一个重要标准，TDS值越大，水中的离子数越多，导电性也越好,电导率值也越大，在相同的电场下电流越大；同理，TDS值越小，导电性越差，电导率也越小,在相同的电场下电流越小，因而，能够通过采样电路获取水的导电程度来得到水的TDS值。
现阶段，市面上的TDS检测大都是手持式的TDS笔，测量时才取出被测液体，用TDS笔进行测试，操作繁琐，一些TDS测试设备容易受环境影响，测试精度不高，TDS笔长期置于水中，探针会被极化等，导致测量误差大等问题，无法做到长期实时检测。
基于上述原因，需要对现有技术的长期实时检测TDS水质电路进行改进设计，以满足长期实时监测的使用需求。另外该电路使用简单，易于做成模块在各相关产品中使用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有监测TDS水质电源电路的方法，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
一种具有监测TDS水质电源电路的方法，包括监测电路，监测电路包括：水质探针、TDS电源电路、TDS检测电路、温度检测补偿电路和MCU控制处理器电路，水质探针由两根钛合金探针所构成，放置在被检测的水溶液中，TDS电源电路给TDS检测电路提供电源，TDS检测电路有三个接口，分别接到水质探针的两端和MCU控制处理器电路，TDS检测电路和放置在水溶液中的水质探针构成的电路将水的电导率转变为电信号，温度检测补偿电路实时检测被测水的温度，MCU控制处理器电路连接TDS电源电路，控制TDS电源电路的开断，防止水质探针上长时间有电流以致于TDS探头极化，MCU控制处理器电路同时接收TDS检测电路发送过来的脉冲以及温度检测补偿电路反馈的数据，进行处理运算并输出TDS值。
作为本发明进一步的方案：所述TDS电源电路包括：电阻R1以及MOS管Q1，电阻R1的一端连接电源VCC，电阻另外一端连接MOS管的栅极，同时MOS管的栅极连接到MCU控制处理器电路的GPIO1口，MOS管的源极连接到电源VCC，MOS管的漏极连接TDS检测电路的电源VCC_TDS以及TDS检测电路中的双输入通道模拟开关U2的通道选择输入端。
作为本发明进一步的方案：所述TDS检测电路，包括比较器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1以及双输入通道模拟开关U2，电阻R3一端连接电源VCC_TDS，电阻R3另一端连接电阻R2、电阻R4以及比较器U1的V+输入端；电阻R2的另一端则连接到地；电阻R4的另一端连接到比较器U1的输出端；电阻R5一端连接电源，电阻R5另一端连接到比较器U1的输出端；电容C1的一端连接到比较器U1的V-输入端，电容C1另一端接地，比较器U1的输出和V-分别连接到双输入通道模拟开关U2的两个输出，双输入通道模拟开关U2的另外两个输出接地，水质探头的两端分别接到双输入通道模拟开关U2的两个输入端，比较器U1的输出端通过电阻R9连接到MCU控制处理器电路。
作为本发明进一步的方案：所述温度检测补偿电路包括电阻R6以及温度传感器。
作为本发明进一步的方案：所述温度检测补偿电路和与所述MCU控制处理器电路连接，温度检测补偿电路用于采集所述水溶液的温度，将数据反馈给MCU控制处理器电路进行处理，最终对TDS值进行补偿。
作为本发明进一步的方案：所述比较器U1型号为TS391。
作为本发明再进一步的方案：所述双输入通道模拟开关U2型号为BL4684C。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明测试准确，可靠性高，能够实现长期实时检测水质。
附图说明
图1为具有监测TDS水质电源电路的方法中监测电路的电路原理框图；
图2为具有监测TDS水质电源电路的方法中中TDS电源电路的示意图；
图3为具有监测TDS水质电源电路的方法中TDS检测电路的示意图；
图4为具有监测TDS水质电源电路的方法中温度检测电路的示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参阅图1～4，本发明实施例中，一种具有监测TDS水质电源电路的方法，包括监测电路，监测电路包括：水质探针、TDS电源电路、TDS检测电路、温度检测补偿电路和MCU控制处理器电路，水质探针由两根钛合金探针所构成，放置在被检测的水溶液中，TDS电源电路给TDS检测电路提供电源，TDS检测电路有三个接口，分别接到水质探针的两端和MCU控制处理器电路，TDS检测电路和放置在水溶液中的水质探针构成的电路将水的电导率转变为电信号，温度检测补偿电路实时检测被测水的温度，MCU控制处理器电路连接TDS电源电路，控制TDS电源电路的开断，防止水质探针上长时间有电流以致于TDS探头极化，MCU控制处理器电路同时接收TDS检测电路发送过来的脉冲以及温度检测补偿电路反馈的数据，进行处理运算并输出TDS值；所述TDS电源电路包括：电阻R1以及MOS管Q1，电阻R1的一端连接电源VCC，电阻另外一端连接MOS管的栅极，同时MOS管的栅极连接到MCU控制处理器电路的GPIO1口，MOS管的源极连接到电源VCC，MOS管的漏极连接TDS检测电路的电源VCC_TDS以及TDS检测电路中的双输入通道模拟开关U2的通道选择输入端；所述TDS检测电路，包括比较器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1以及双输入通道模拟开关U2，电阻R3一端连接电源VCC_TDS，电阻R3另一端连接电阻R2、电阻R4以及比较器U1的V+输入端；电阻R2的另一端则连接到地；电阻R4的另一端连接到比较器U1的输出端；电阻R5一端连接电源，电阻R5另一端连接到比较器U1的输出端；电容C1的一端连接到比较器U1的V-输入端，电容C1另一端接地，比较器U1的输出和V-分别连接到双输入通道模拟开关U2的两个输出，双输入通道模拟开关U2的另外两个输出接地，水质探头的两端分别接到双输入通道模拟开关U2的两个输入端，比较器U1的输出端通过电阻R9连接到MCU控制处理器电路；所述温度检测补偿电路包括电阻R6以及温度传感器；所述温度检测补偿电路和与所述MCU控制处理器电路连接，温度检测补偿电路用于采集所述水溶液的温度，将数据反馈给MCU控制处理器电路进行处理，最终对TDS值进行补偿；所述比较器U1型号为TS391；所述双输入通道模拟开关U2型号为BL4684C。
水质探针，由两根钛合金探针所构成，放置于被测水溶液中；TDS电源电路给TDS检测电路供电；TDS检测电路分别接到水质探针的两端和MCU控制处理器电路，将水的电导率转变为频率信号f，输入给MCU控制处理器电路，温度检测补偿电路实时检测被测水的温度，并反馈给MCU控制处理器电路进行处理。MCU控制处理器电路连接TDS电源电路，控制TDS电源电路的开断，防止水质探针上长时间有电流以至于TDS探头极化；同时接收TDS检测电路发送过来的脉冲以及温度检测电路反馈的数据，进行处理运算并输出TDS值。
所述的TDS电源电路由MOS管构成的开关电路，控制端栅极和MCU控制处理器电路相连，输入端与电源相连，输出端和TDS检测电路电源以及TDS检测电路中的模拟开关U2的通道选择输入端相连接。MCU控制处理器电路控制MOS管的开断，决定了TDS检测电路电源的供应，MOS管的输出还控制TDS检测电路中的模拟开关通道U2的选择，当MOS管导通时，TDS检测电路工作，水质探针的两端和TDS检测电路的两端通过模拟开关U2相导通，放置在水溶液中的水质探针和TDS检测电路中的比较器U1的V-端连接的C1构成一个RC电路，不断的进行充放电，将水的电导率变为频率信号f，输入给MCU控制处理器电路进行处理；RC电路充放电是一个积分过程，故环境等其他因素导致的水溶液瞬间的变化对整个过程影响不大，测试结果稳定，可靠。当MOS管关断时，模拟开关U2通道切换，水质探针两端和TDS检测电路的两端断开，水质探针通过模拟开关U2直接接地，泄放掉水质探针上多余的电荷，防止探针被极化。
所述的温度检测电路是由一个电阻和温度传感器组成，可以实时检测被测水溶液的温度，并反馈给MCU控制处理器电路，以便于MCU控制处理器电路实时、精确的计算出温度补偿后的TDS值。
所述的MCU控制处理器电路控制TDS电源电路的开断、接收处理TDS检测电路提供以及温度检测补偿电路提供的数据，通过运算，最终提供稳定、精确的TDS值。
如图2所示，TDS电源电路由一个MOS管和一个电阻构成，MOS管的栅极连接MCU控制处理器电路，MOS管的漏极连接电源，MOS管的源极连接到TDS检测电路的电源上，给TDS检测电路供电，同时MOS管的输出还控制TDS检测电路中的模拟开关U2通道的选择。MCU控制处理器电路输出一个脉冲波控制MOS管开断，脉冲波的周期以及占空比可以根据实际情况，在可接受的时间范围内进行调试输出。只有当MOS导通时，TDS检测才开始工作，TDS检测电路可以不必一直处于工作状态，不必让水质探针上始终有电流通过，防止探针被极化。当MOS管导通时，TDS检测电路工作，水质探针和TDS检测电路构成一个RC电路，将水的电导率变为频率信号，输入给MCU控制处理器电路进行处理；当MOS管关断时，让水质探针可以直接接地，泄放掉水质探针上多余的电荷，防止探针被极化。
图3是TDS检测电路，R2、R3和R4三个阻值相等的电阻构成了比较器的比较基准电压；当MCU控制处理器电路控制TDS电源电路的MOS管导通时，TDS电源电路给TDS检测电路供电时，同时水质探针通过模拟开关和比较器U1的输出端Vout以及负输入端V-连接。开始上电的时由于电容两端的电压不能突变，VB＝0V，VA>VB,VOUT＝VCC_TDS，VA＝2/3*VCC_TDS。水质探头的两个导体之间存在电场，水中的离子在电场的作用下移动，产生电流i，此时VCC_TDS经过模拟开关以及放置在水中的水质探针，给电容C1进行充电，电容C1上的电压公式：VB＝1/C∫tidt，当VB≥VA的时，VOUT＝0，VA＝1/3*VCC_TDS，此时C1通过放置在水中的水质探针，经过模拟开关和比较器进行放电，C1上的电压公式为：VB＝1/C∫tidt，直到VA≥VB，C1重新开始充电。TDS水质的不同，水中的离子数不一样，在电场作用下产生的电流不一样，RC充放电时间不一样，比较器U1就会输出一个和被测水溶液的TDS值相关的频率f脉冲波，发送给MCU控制处理器电路。
电容C1上电压的增加和减少都是一个积分电路，故由于环境等问题导致水中的电解质瞬间发生变化，后又恢复，对整个电路影响不大。另外可以通过调节C1和R调节TDS检测电路最优的输出频率范围，提高是测试的精度。
当MCU控制处理器电路关闭TDS电源电路的MOS管，TDS检测电路不工作，此时水质探针通过模拟开关直接连接到地，将探针上的电荷泄放到地上，可以防止长期工作探针极化以及对水的电解。实现长期实时监测TDS水质的功能。
MCU控制处理器电路接收TDS检测电路提供的稳定的频率信号，然后通过筛选，加权平均等方法，并结合温度补偿电路提供的数据，最终得到稳定、精确的TDS值。
如图4所示，电阻R6和温度传感器组成的温度检测电路，温度补偿电路为为现有技术，其具体电路连接关系和工作原理不在文中赘述。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (7)

1.一种具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，包括监测电路，监测电路包括：水质探针、TDS电源电路、TDS检测电路、温度检测补偿电路和MCU控制处理器电路，水质探针由两根钛合金探针所构成，放置在被检测的水溶液中，TDS电源电路给TDS检测电路提供电源，TDS检测电路有三个接口，分别接到水质探针的两端和MCU控制处理器电路，TDS检测电路和放置在水溶液中的水质探针构成的电路将水的电导率转变为电信号，温度检测补偿电路实时检测被测水的温度，MCU控制处理器电路连接TDS电源电路，控制TDS电源电路的开断，防止水质探针上长时间有电流以致于TDS探头极化，MCU控制处理器电路同时接收TDS检测电路发送过来的脉冲以及温度检测补偿电路反馈的数据，进行处理运算并输出TDS值。
2.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述TDS电源电路包括：电阻R1以及MOS管Q1，电阻R1的一端连接电源VCC，电阻另外一端连接MOS管的栅极，同时MOS管的栅极连接到MCU控制处理器电路的GPIO1口，MOS管的源极连接到电源VCC，MOS管的漏极连接TDS检测电路的电源VCC_TDS以及TDS检测电路中的双输入通道模拟开关U2的通道选择输入端。
3.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述TDS检测电路，包括比较器U1、电阻R2、电阻R3、电阻R4、电阻R5，电容C1以及双输入通道模拟开关U2，电阻R3一端连接电源VCC_TDS，电阻R3另一端连接电阻R2、电阻R4以及比较器U1的V+输入端；电阻R2的另一端则连接到地；电阻R4的另一端连接到比较器U1的输出端；电阻R5一端连接电源，电阻R5另一端连接到比较器U1的输出端；电容C1的一端连接到比较器U1的V-输入端，电容C1另一端接地，比较器U1的输出和V-分别连接到双输入通道模拟开关U2的两个输出，双输入通道模拟开关U2的另外两个输出接地，水质探头的两端分别接到双输入通道模拟开关U2的两个输入端，比较器U1的输出端通过电阻R9连接到MCU控制处理器电路。
4.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述温度检测补偿电路包括电阻R6以及温度传感器。
5.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述温度检测补偿电路和与所述MCU控制处理器电路连接，温度检测补偿电路用于采集所述水溶液的温度，将数据反馈给MCU控制处理器电路进行处理，最终对TDS值进行补偿。
6.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述比较器U1型号为TS391。
7.根据权利要求1所述的具有监测TDS水质电源电路的方法，其特征在于，所述双输入通道模拟开关U2型号为BL4684C。
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