CN106546647A - 一种基于NB‑IoT的智能远传溶氧仪及其实现方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种基于NB‑IoT窄带物联网的智能远传溶氧仪及其实现方法，所述智能远传溶氧仪包括前端水质传感器、环境传感器、AD转换调理放大电路、中央处理模块、通讯传输模块、电源转换模块、一键校准模块、液晶显示模块，通过前端水质传感器采集信号，且通过环境传感器采集环境信号，经中央处理模块对各种采集信号的进行整合和算法运算，得出的溶解氧工程通过NB‑IoT窄带物联网模块，以无线方式传输至云平台。本发明电路结构模块化、模拟器件少，不易受信号干扰，提高了稳定性和可靠性，采用低功耗元器件，结合基于NB‑IoT窄带物联网模块，电池使用可达6年以上，且数据传输距离远，适合现场分散布置，统一平台管理，具备很强的实用性和可靠性。
Description
技术领域
本发明涉及水质监测领域，特别是一种基于NB-IoT窄带物联网的智能远传溶氧仪及其实现方法。
背景技术
传统的水体溶解氧检测中，通常有两种方式，一是现场手持式仪表检测，二是在线仪表检测后再通过GPRS模块上传数据。现场手持式仪表检测只能保证检测当时的数据准确性，而无法真实反映水体溶解氧在不同时刻变化的动态数值及趋势。在线仪表检测后再通过GPRS上传数据的方式则受到电源供电的限制，由于GPRS模块工作时所耗电量大，这种工作方式一般要求220VAC市电能够拉到的地方或者采用太阳能供电，具有一定的局限性。水质监测行业，特别是水产养殖行业，一般是将溶氧仪设备放置在岸上，而将传感器放置在水域实际位置测量，导致传感器与溶氧仪之间的信号线要延伸至几十或上百米，不但易受干扰，设备可靠性降低，也增加了线缆成本，提高监测点的布置难度。由于溶解氧与水体温度有密切的关系，传统的水体溶解氧实现方法一般在生产时就进行温度补偿，采用水浴设备恒定在各个温度段进行温度与溶解氧的线性校准。这种校准方式不但准确性受到线性段区间选择的影响，而且在生产时进行各个温度点校准比较耗时耗力，并不太适合大批量生产。
发明内容
本发明针对上述现有技术存在的问题做出改进，即本发明所要解决的技术问题是提供一种成本低、不受电源限制、能实时在线检测反映水体溶氧变化趋势且长距离无线传输的智能远传溶氧仪，且不用生产校准仅需现场一键空气校准的实现方法。
为了解决上述技术问题，本发明的一种技术方案是：基于NB-IoT窄带物联网的智能远传溶氧仪，包括前端水质传感器、环境传感器、AD转换调理放大电路、中央处理模块、通讯传输模块、电源转换模块、一键校准模块、液晶显示模块。
进一步的，所述前端水质传感器由原电池法溶解氧电极和DS18B20温度传感器组成，所述前端水质传感器的溶氧电极电压正负极引出两根线连至所述AD转换调理放大电路，所述前端水质传感器中的DS18B20温度传感器引出DQ端和VDD电源端与所述中央处理模块相连，所述前端水质传感器中的电极电压负端与DS18B20温度传感器的GND地相连。
进一步的，所述环境传感器是一种采集环境温度与大气压力的模块。
进一步的，所述AD转换调理放大电路包括16位精度的ADS1115芯片以及LDO供电电路。
进一步的，所述中央处理模块采用ARM内核的低功耗STM32L152芯片，芯片外围还设计了3.3VDC蜂鸣器和一键校准模块。所述一键校准模块是采用单触摸键检测模块。
进一步的，所述通讯传输模块是一种基于NB-IoT窄带物联网的无线通讯模块，所述通讯传输模块与所述中央处理模块相连。
进一步的，所述液晶显示模块是基于HT1621驱动的LCD模块。
进一步的，所述电源转换模块包括电池及其转换电路，为所述智能远传溶氧仪提供动力。
一种智能远传溶氧仪的实现方法，按以下步骤进行：
（1）将前端水质传感器放置在空气中，实时采集空气中的饱和溶解氧所反映出来的微弱电压值，由ADC电路进行调理和放大处理，温度值则采用I2C方式采集获取；
（2）等待空气中采集的数值稳定后，轻触一下按键，溶氧仪只需记录当前空气中的饱和溶解氧对应的mV电压值数据，完成溶氧仪的一键空气校准；
（3）将前端水质传感器放置待测水体中，直至水质传感器中的电解液温度与待测水体温度基本一致；
（4）溶氧仪同时通过环境传感器采集环境数据，将水体和环境的各个数据融合后，以一定的核心算法进行运算并进行温度、压力补偿，计算出实时水体溶解氧值并显示；
（5）通过液晶屏中设置水体盐度数据，进行盐度补偿，最终得到温度、压力和盐度补偿过的高精度的溶解氧准确值并实时在液晶屏上显示；
（6）每间隔一定周期，溶氧仪在采集和运算后，将计算结果通过NB-IoT模块传输到云平台，手机APP从云平台获取数据。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：电缆线成本很少、不受电源限制，24小时不间断在线实时检测，数据稳定可靠，能反映水体溶氧变化趋势，数据长距离无线传输受地域限制小，电池可供电6年，没有繁杂生产校准过程，仅需在现场进行一键空气校准即可完成标定。可实现分布式监测布点，全方位监测，检测效率提高明显，从而促进提升经济效应。
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细的说明。
附图说明
图1为本发明实施例的电路实现示意图。
图中：1-前端水质传感器，101-DS18B20温度传感器，102-原电池法溶解氧电极，2-AD转换调理放大电路，3-环境传感器，4-电源转换模块，5-一键校准模块，6-中央处理模块，7-通讯传输模块，8-液晶显示模块。
具体实施方式
如图1所示，一种基于NB-IoT的智能远传溶氧仪，包括前端水质传感器1，所述前端水质传感器1由DS18B20温度传感器101和原电池法溶解氧电极102组成。所述DS18B20温度传感器101的GND地管脚与所述原电池法溶解氧电极102的负端相连。
在本实施例中，所述DS18B20温度传感器101引出DQ和VDD两管脚与所述中央处理模块6以I2C方式相连。
在本实施例中，所述原电池法溶解氧电极102的正负极引出两线与所述AD转换调理放大电路2相连，所述AD转换调理放大电路2包括16位精度的ADS1115芯片以及LDO供电电路，且所述ADS1115芯片与所述中央处理模块6以I2C方式相连。
在本实施例中，所述环境传感器3是一种采集环境温度与大气压力的模块，且以I2C方式与所述中央处理模块6相连。
在本实施例中，所述中央处理模块6采用ARM内核的低功耗STM32L152芯片，所述芯片STM32L152外围还设计了3.3VDC蜂鸣器和所述一键校准模块5，所述一键校准模块是采用单触摸键检测模块。
在本实施例中，所述通讯传输模块7是一种基于NB-IoT窄带物联网的无线通讯模块，所述通讯传输模块7与所述中央处理模块6相连。
在本实施例中，所述液晶显示模块8是基于HT1621驱动的LCD模块。
在本实施例中，所述电源转换模块包括一次性电池及其转换电路，为所述智能远传溶氧仪提供动力。
一种智能远传溶氧仪的实现方法，按以下步骤进行：
（1）将前端水质传感器放置在空气中，实时采集空气中的饱和溶解氧所反映出来的微弱电压值，由ADC电路进行调理和放大处理，温度值则采用I2C方式采集获取；
（2）等待空气中采集的数值稳定后，轻触一下按键，溶氧仪只需记录当前空气中的饱和溶解氧对应的mV电压值数据，完成溶氧仪的一键空气校准；
（3）将前端水质传感器放置待测水体中，直至水质传感器中的电解液温度与待测水体温度基本一致；
（4）溶氧仪同时通过环境传感器采集环境数据，将水体和环境的各个数据融合后，以一定的核心算法进行运算并进行温度、压力补偿，计算出实时水体溶解氧值并显示；
（5）通过液晶屏中设置水体盐度数据，进行盐度补偿，最终得到温度、压力和盐度补偿过的高精度的溶解氧准确值并实时在液晶屏上显示；
（6）每间隔一定周期，溶氧仪在采集和运算后，将计算结果通过NB-IoT模块传输到云平台，手机APP从云平台获取数据。
在本实施例中，本发明能够通过采集原电池法的电极微弱mV电压、温度传感器的水体温度、当地空气大气压以及输入的盐度值，自动进行溶解氧的运算，同时进行温度、压力及盐度的补偿，获得高精度的溶解氧实时值。在溶氧仪生产过程无需繁杂的温度段系数修正，仅需现场一键空气校准即可完成仪表校准，方便实用。采用基于NB-IoT窄带物联网的无线通讯模块，传输距离远，能耗低，电池可使用6年，现场布置方便，成本低。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。
Claims (11)
1.基于NB-IoT的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述智能远传溶氧仪包括前端水质传感器、环境传感器、AD转换调理放大电路、中央处理模块、通讯传输模块、电源转换模块、一键校准模块、液晶显示模块。
2.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述前端水质传感器由DS18B20温度传感器和原电池法溶解氧电极组成。
3.根据权利要求2所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述DS18B20温度传感器的GND地管脚与所述原电池法溶解氧电极的负端相连，且所述DS18B20温度传感器引出DQ和VDD两管脚与所述中央处理模块以I2C方式相连。
4.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述原电池法溶解氧电极的正负极引出两线与所述AD转换调理放大电路相连，所述AD转换调理放大电路包括16位精度的ADS1115芯片以及LDO供电电路，且所述ADS1115芯片与所述中央处理模块以I2C方式相连。
5.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述环境传感器是一种采集环境温度与大气压力的模块，且以I2C方式与所述中央处理模块相连。
6.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述中央处理模块采用ARM内核的低功耗STM32L152芯片，所述STM32L152芯片外围还设计了3.3V蜂鸣器。
7.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述一键校准模块是采用单触摸键检测模块。
8.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述通讯传输模块是一种基于NB-IoT窄带物联网的无线通讯模块，所述通讯传输模块与所述中央处理模块相连。
9.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述液晶显示模块是基于HT1621驱动的LCD模块。
10.根据权利要求1所述的智能远传溶氧仪，其特征在于：所述电源转换模块包括一次性使用电池及其转换电路，为所述智能远传溶氧仪提供动力。
11.一种智能远传溶氧仪的实现方法，其特征在于，按以下步骤进行：
（1）将前端水质传感器放置在空气中，实时采集空气中的饱和溶解氧所反映出来的微弱电压值，由ADC电路进行调理和放大处理，温度值则采用I2C方式采集获取；
（2）等待空气中采集的数值稳定后，轻触一下按键，溶氧仪只需记录当前空气中的饱和溶解氧对应的mV电压值数据，完成溶氧仪的一键空气校准；
（3）将前端水质传感器放置待测水体中，直至水质传感器中的电解液温度与待测水体温度基本一致；
（4）溶氧仪同时通过环境传感器采集环境数据，将水体和环境的各个数据融合后，以一定的核心算法进行运算并进行温度、压力补偿，计算出实时水体溶解氧值并显示；
（5）通过液晶屏中设置水体盐度数据，进行盐度补偿，最终得到温度、压力和盐度补偿过的高精度的溶解氧准确值并实时在液晶屏上显示；
（6）每间隔一定周期，溶氧仪在采集和运算后，将计算结果通过NB-IoT模块传输到云平台，手机APP从云平台获取数据。
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