CN106018721B - 分体式智能水质分析仪 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种分体式智能水质分析仪，包括水中在线实时检测部分和手持部分；水中在线实时检测部分由控制系统及分别与控制系统连接的检测探头、声纳检测系统、太阳能供电系统、2.4G无线模块组成；手持部分由主机及分别与主机连接的2.4G无线模块、显示屏、多个功能键组成；水中在线实时检测部分的控制系统与手持部分的主机之间通过2.4G无线模块实现无线通讯连接。本发明的水中在线实时检测部分可在水中长期工作，并可移动采集数据；手持部分具有检测数据接收、分析、显示功能，并可作为遥控器使用；水中在线实时检测部分配备声纳检测系统，并可有选择地对水中pH值、溶解氧、重金属及温度进行检测，提供更适合水产养殖业的参考数据。

Description

分体式智能水质分析仪

技术领域

本发明涉及一种多功能水质测试仪，尤其涉及一种适用于水产养殖业的分体式智能水质分析仪。

背景技术

水资源是人类赖以生存与发展的重要环境资源，环境水质的污染与恶化不仅严重影响人们的健康生活水平，而且还会导致对生态环境系统的连锁破坏，最终会对人类的日常生活和社会的发展造成严重的影响，水资源环境保护已经成为世界各国共同关注和高度重视的一个全球化问题。

养殖水域是养殖鱼类的生活环境，“养鱼先养水”，养殖环境的好坏直接关系到养殖鱼类的生长和发育，从而决定着水产品质量和产量的高低。

专利号为CN 104155421 A的中国专利公开的一种“多参数水质检测仪”，其包括：重金属光电检测模块，利用不同光波检测水质中所含的不同重金属；pH探头，用于检测水质的pH值；ORP探头，用于检测水的氧化性；电导电极探头，用于检测水的硬化度与矿化度；温度探头，用于检测水的温度；中央处理器，与重金属光电检测模块、PH探头、ORP探头、电导电极探头、温度探头连接，用于发送检测指令并处理水质的各项检测参数；存储器，与中央处理器连接，用于存储水质的各项检测参数；输入输出模块，与中央处理器连接，用于输入操作指令及输出运行参数；电源，至少与中央处理器连接，用于提供工作电源。该发明集多种检测功能于一体，一台仪器能检测多种参数，应用便捷，但其需要电源供电，当需要在野外环境中长期应用时电源无法补充电量，因此不适合使用于无法提供电源的偏远地区。

专利号为CN 103698488 A的中国专利公开了“一种便携式太阳能供电的水质检测仪”，包含水质检测传感器模块、MCU控制处理模块、太阳能供电能源模块；所述水质检测传感器模块与MCU控制模块相连接；所述太阳能供电能源模块为水质检测传感器模块与MCU控制模块提供电能；所述水质检测传感器模块采集的水质的pH值、溶解氧、电导率、温度参数，输入到MCU控制处理模块处理；该发明所述的便携式太阳能供电的水质检测仪采用太阳能供电，具有结构紧凑、使用方便，且结构简单可靠、使用成本低、携带方便等优点；其虽然采用了太阳能供电能源模块，但仍需人工到达检测点进行逐点检测，而且检测的数据并不适合水产养殖业的特点，如只能测量水质的情况，无法了解鱼群密度以及生长情况。

近年来，随着水产养殖业规模化、集约化程度的不断提高，水产品养殖种类的增多和养殖密度的增加，养殖水域水质环境日趋恶化，病害发生率越来越高，由此引发水产品质量安全问题也日益突出。

发明内容

本发明提供了一种分体式智能水质分析仪，水中在线实时检测部分可在水中长期工作，并可移动采集数据；手持部分具有检测数据接收、分析、显示功能，并可作为水中在线实时检测部分的遥控器使用；水中在线实时检测部分配备声纳检测系统，并可有选择地对水中的pH值、溶解氧、重金属及温度进行检测，提供更适合水产养殖业的参考数据。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案实现：

分体式智能水质分析仪，包括可分体或合体使用的水中在线实时检测部分和手持部分；水中在线实时检测部分由控制系统及分别与控制系统连接的检测探头、声纳检测系统、太阳能供电系统、2.4G无线模块组成，其中控制系统、声纳检测系统、太阳能供电系统和2.4G无线模块设置在封闭防水外壳中，太阳能供电系统中的光伏电池板设于封闭防水外壳的上表面；检测探头通过导线与控制系统连接，导线外设保护软管；所述检测探头至少包括pH检测探头、溶解氧检测探头及重金属检测探头中的一种；手持部分由主机及分别与主机连接的2.4G无线模块、显示屏、多个功能键组成，手持部分外设壳体；水中在线实时检测部分的控制系统与手持部分的主机之间通过2.4G无线模块实现无线通讯连接。

所述水中在线实时检测部分的封闭防水外壳底部还设有微动力推进装置，微动力推进装置为水下电动马达推进器或螺旋推进器，微动力推进装置由控制系统控制。

所述控制系统及主机为单片机或PLC。

所述水中在线实时检测部分还设有温度探头，温度探头安装在封闭防水外壳上，通过导线与控制系统连接。

所述水中在线实时检测部分的封闭防水外壳和手持部分的壳体具有相同的外形结构，合体使用时通过卡扣连接；手持部分的壳体顶部设有3个连接插孔，分别用于固定pH检测探头、溶解氧检测探头及重金属检测探头。

所述显示屏为LED显示屏，设于手持部分的壳体上部；显示屏下部设多个功能键，包括开关键、复位键、检测操作键、数据存储及传输键及水中设备移动控制键。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

1)本发明采用了分体式结构，水中在线实时检测部分可在水中长期工作，并可移动采集数据；手持部分具有检测数据接收、分析、显示功能，并可作为水中在线实时检测部分的遥控器使用；测量更加方便、快捷；

2)本发明采用了太阳能充电技术，保证环保无污染，并可在野外长期使用；

3)可同时测量水中的pH值、溶解氧以及重金属含量，提高了测量效率；

4)水中在线实时检测部分配备了声纳测量系统，在测量水质的同时，还可测量鱼群密度以及生长情况，更符合水产养殖业的特点；

5)结构简单，设计合理，便于使用、携带或运输，智能化和自动化程度高；

6)采用蓝牙无线通讯技术，数据传输快捷方便，并可将数据传输到手机上实现数据的远程接收。

附图说明

图1是本发明所述分体式智能水质分析仪的外形结构示意图。

图2是本发明所述手持部分的正视图。

图3为本发明所述水中在线实时检测部分的控制电路图。

图4为本发明所述手持部分的控制电路图。

图5为本发明所述声纳检测系统的发射电路图。

图6是本发明所述声纳检测系统的接收电路图。

图7为本发明所述微动力推进装置电路图。

图8为本发明所述太阳能供电系统电路图。

图9为本发明所述分体式智能检测分析仪分体使用时的流程图。

图中：1.水中在线实时检测部分2.手持部分3.卡扣4.检测探头5.显示屏6.开关键7.复位键8.检测操作键9.数据存储及传输键10.水中设备移动控制键

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：

如图1-图2所示，本发明所述分体式智能水质分析仪，包括可分体或合体使用的水中在线实时检测部分1和手持部分2；水中在线实时检测部分1由控制系统及分别与控制系统连接的检测探头4、声纳检测系统、太阳能供电系统、2.4G无线模块组成，其中控制系统、声纳检测系统、太阳能供电系统和2.4G无线模块设置在封闭防水外壳中，太阳能供电系统中的光伏电池板设于封闭防水外壳的上表面；检测探头4通过导线与控制系统连接，导线外设保护软管；所述检测探头4至少包括pH检测探头、溶解氧检测探头及重金属检测探头中的一种；手持部分2由主机及分别与主机连接的2.4G无线模块、显示屏5、多个功能键6-10组成，手持部分2外设壳体；水中在线实时检测部分1的控制系统与手持部分2的主机之间通过2.4G无线模块实现无线通讯连接。

所述水中在线实时检测部分1的封闭防水外壳底部还设有微动力推进装置，微动力推进装置为水下电动马达推进器或螺旋推进器，微动力推进装置由控制系统控制。

所述控制系统及主机为单片机或PLC。

所述水中在线实时检测部分1还设有温度探头，温度探头安装在封闭防水外壳上，通过导线与控制系统连接。

所述水中在线实时检测部分1的封闭防水外壳和手持部分2的壳体具有相同的外形结构，合体使用时通过卡扣3连接；手持部分2的壳体顶部设有3个连接插孔，分别用于固定pH检测探头、溶解氧检测探头及重金属检测探头。

所述显示屏5为LED显示屏，设于手持部分的壳体上部；显示屏下部设多个功能键，包括开关键6、复位键7、检测操作键8、数据存储及传输键9及水中设备移动控制键10。

本发明所述分体式智能水质分析仪可分体或合体使用，合体时适用于一次性采集数据进行水质分析或在小水域中应用，将检测探头4插在手持部分2的连接插孔中，将检测探头4一端插入水中直接测量即可检测相关参数，为了能够检测特定的水质指标，检测探头4可根据需要组合使用，选择安装不同的检测探头4即可测量不同的水质参数。

如图9所示，分体式智能水质分析仪分体时适用于长期采集数据进行水质及鱼群情况分析或在大水域中应用，此时将水中在线实时检测部分1套上浮板抛入水中，使其表面的太阳能光伏电池板一侧朝上，连接检测探头4的导线根据需要确定长度，即水中在线实时检测部分1的主体漂浮在水面上，而检测探头4分别深入水中进行检测。检测到的数据传送到控制系统中，并通过2.4G无线模块传送出去。为了使测试的范围更加广泛，水中在线实时检测部分1底部的微动力推进装置，在控制系统控制下每间隔一段时间启动一次，带动水中在线实时检测部分1移动到一个新的位置继续进行测量，方便使用者了解整个区域的水质及鱼群情况。如图4所示，手持部分2通过2.4G无线模块接收水中在线实时检测部分1发送的检测数据，通过主机进行分析处理后，将最终结果在显示屏5上显示。显示屏5采用LED显示屏，既能达到省电、低碳，也可以防止工作人员在强光的照射下无法看清屏幕上所显示的数值。

为了更方便地测量，水中在线实时检测部分1与检测探头4之间也可以采用无线连接，检测探头4分别安装移动及定位装置。

如图3所示，是本发明所述水中在线实时检测部分的控制电路图，其中包括pH检测电路、溶解氧检测电路、重金属检测相关电路，以上检测电路采集的数据，经过放大电路，A/D转换芯片将模拟信号转换为数字信号，再将数字信号传送到控制系统，通过2.4G无线模块发送到手持部分2，进而在主机中进行分析处理。温度传感器采集的数据直接传送到控制系统，温度传感器优选DS18B20型温度传感器。

控制系统用于控制水中在线实时监测部分1,根据情况作出分析判断，控制系统由包括太阳能供电系统和蓄电池组供电，并优先采用太阳能供电，当太阳能供电系统不能维持正常供电时，通过蓄电池补充供电，从而保证水中在线实时监测部分可长期在水中进行检测，更具持久性和可靠性。

如图5和图6所示，是本发明所述声纳检测系统的发射电路和接收电路图。所述声纳检测系统用于检测鱼群密度即鱼群生长状况，方便养殖人员根据情况对水质进行调节。声纳检测系统包括水声换能器、发射电路、接收电路、收发转换电路和信号处理电路，发射电路配合水声换能器产生信号，实现水下目标探测，并发射信号。该信号经过信号处理电路缓冲、波形整形、推动放大后，输出到水声换能器转成声纳信号，再通过接收电路接收；接收电路经前放、本振混频、中放电路，提取所需要的鱼群距离信号，将其放大并经过模数转换成数字距离信号，最终传送到控制系统中。

如图7所示，是本发明所述微动力推进装置电路图。由控制系统控制微动力推进装置中的电机，使其间隔启动，从而实现在水中不同位置进行多点检测的目的。也可以通过手持部分与控制系统的无线通讯，控制微动力推进装置的行进方向、速度以及距离。

如图8所示，所述的太阳能供电系统包括太阳能光伏电池板、锂电池、变压器和保护管理芯片等，太阳能供电系统中的保护管理芯片，可对太阳能供电系统起到保护的作用，当太阳能板吸收光能所产生的能量达到了锂电池所需要的能量，则太阳能板停止充电，保护太阳能供电系统正常工作，以免造成过充情况，导致该系统受到损害，使锂电池的寿命缩短，从而造成仪器无法正常实用。

图8中，太阳能供电系统采用两节锂电池充电，其中浮充电压为8.2V，并使用单片机LT3652。根据公式计算得出，本发明所需要的光伏电池板的最小要求为Voc＝13.8V，VP(MAX)＝18.9v，IP(MAX)＝1.8A，根据所计算的结果，选择所需要的光伏电池板为尺寸620mm×540mm×30mm，电池板的排列4×9，其中电池片占13.5％，规格(mm)125×62.5。在太阳能供电系统中同时配备了变压器和保护管理芯片，当单片机LT3652检测到电池电压低于VBAT(PRE)时，充电器自动进入预置充电模式，即当IBAT(PRE)为0.3A，电池进入预设充电模式。其中VBAT(PRE)≤VBAT(FLOAT)×(2.3V/3.3V)＝5.7V。

除了具备蓝牙通讯功能，水中在线实时检测部分和手持部分还可以通过导线连接传递数据信息，水中在线实时检测部分的外壳和手持部分的壳体均具备防水功能，可避免在测量时，仪器进水导致电路短路，造成设备损害。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.分体式智能水质分析仪，其特征在于，包括可分体或合体使用的水中在线实时检测部分和手持部分；水中在线实时检测部分由控制系统及分别与控制系统连接的检测探头、声纳检测系统、太阳能供电系统、2.4G无线模块组成，其中控制系统、声纳检测系统、太阳能供电系统和2.4G无线模块设置在封闭防水外壳中，太阳能供电系统中的光伏电池板设于封闭防水外壳的上表面；检测探头通过导线与控制系统连接，导线外设保护软管；所述检测探头至少包括pH检测探头、溶解氧检测探头及重金属检测探头中的一种；手持部分由主机及分别与主机连接的2.4G无线模块、显示屏、多个功能键组成，手持部分外设壳体；水中在线实时检测部分的控制系统与手持部分的主机之间通过2.4G无线模块实现无线通讯连接；水中在线实时检测部分的封闭防水外壳底部还设有微动力推进装置；

所述声纳检测系统用于检测鱼群密度即鱼群生长状况，方便养殖人员根据情况对水质进行调节；声纳检测系统包括水声换能器、发射电路、接收电路、收发转换电路和信号处理电路，发射电路配合水声换能器产生信号，实现水下目标探测，并发射信号；该信号经过信号处理电路缓冲、波形整形、推动放大后，输出到水声换能器转成声纳信号，再通过接收电路接收；接收电路经前放、本振混频、中放电路，提取所需要的鱼群距离信号，将其放大并经过模数转换成数字距离信号，最终传送到控制系统中；

由控制系统控制微动力推进装置中的电机，使其间隔启动，从而实现在水中不同位置进行多点检测的目的；也可以通过手持部分与控制系统的无线通讯，控制微动力推进装置的行进方向、速度以及距离；

所述的太阳能供电系统包括太阳能光伏电池板、锂电池、变压器和保护管理芯片，太阳能供电系统中的保护管理芯片，可对太阳能供电系统起到保护的作用，当太阳能板吸收光能所产生的能量达到了锂电池所需要的能量，则太阳能板停止充电，保护太阳能供电系统正常工作，以免造成过充情况；

控制系统由太阳能供电系统和蓄电池组供电，并优先采用太阳能供电，当太阳能供电系统不能维持正常供电时，通过蓄电池补充供电，从而保证水中在线实时监测部分可长期在水中进行检测，更具持久性和可靠性。

2.根据权利要求1所述的分体式智能水质分析仪，其特征在于，所述微动力推进装置为水下电动马达推进器或螺旋推进器，微动力推进装置由控制系统控制。

3.根据权利要求1所述的分体式智能水质分析仪，其特征在于，所述控制系统及主机为单片机或PLC。

4.根据权利要求1所述的分体式智能水质分析仪，其特征在于，所述水中在线实时检测部分还设有温度探头，温度探头安装在封闭防水外壳上，通过导线与控制系统连接。

5.根据权利要求1所述的分体式智能水质分析仪，其特征在于，所述水中在线实时检测部分的封闭防水外壳和手持部分的壳体具有相同的外形结构，合体使用时通过卡扣连接。

6.根据权利要求1所述的分体式智能水质分析仪，其特征在于，所述显示屏为LED显示屏，设于手持部分的壳体上部；显示屏下部设多个功能键，包括开关键、复位键、检测操作键、数据存储及传输键及水中设备移动控制键。