CN107091914A - 一种水质自动监测系统及监测方法 - Google Patents

一种水质自动监测系统及监测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种水质自动监测系统及监测方法,包括控制装置、自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置,自动采样装置包括第一蠕动泵、第二蠕动泵和第一电磁阀,第一蠕动泵和第二蠕动泵分别采集试剂和待测流体;水质检测装置包括反应器、第三蠕动泵、第二电磁阀、检测器;第一电磁阀将试剂和待测流体输入到反应器中进行反应;检测器检测反应后的水质并将水质信号传送给控制装置;位置时间信息采集装置将位置、时间信号传送给控制装置;控制装置控制自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置工作并输出位置、时间、水质信号。本发明公开的监测系统将水质采样的过程自动化,解决了人工采样的种种弊端;成本较低,准确性高。

Description

一种水质自动监测系统及监测方法
技术领域
本发明涉及检测装置,尤其涉及一种水质自动监测系统及方法。
背景技术
国内外比较成熟的水质测量方案大都是人工采样,从不同区域的水样区取回待测水体,在实验室中对待测水样进行化学定量分析。这种准确度较高,但是需要耗费大量的时间和人力,效率较低,并且水样运输的过程增加了二次污染的概率。人工检测也不能实现实时在线监测,水体产生突发污染时,也不能及时的发现。
在一些复杂的环境中,为了保证水质的稳定性,必须对水质进行高频率、高效率的监测。所以要求监测系统能够自动监测,并根据分析结果进行准确快速的处理,以适应水质监测的需要。
发明内容
发明目的:为了提高水质监测的效率以及水质的在线检测,本发明提供一种水质自动监测系统。
本发明的另一目的是提供一种水质自动监测方法。
技术方案:一种水质自动监测系统,包括控制装置、自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置,所述自动采样装置包括第一蠕动泵、第二蠕动泵和第一电磁阀,第一蠕动泵和第二蠕动泵分别用于采集试剂和待测流体;所述水质检测装置包括反应器、第三蠕动泵、第二电磁阀、检测器;第一电磁阀用于将试剂和待测流体输入到反应器中进行反应;检测器用于检测反应后的水质并将水质信号传送给控制装置;所述位置时间信息采集装置用于定位和采集时间并将位置、时间信号传送给控制装置;所述控制装置用于控制自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置工作并输出位置、时间、水质信号。
进一步的,所述第三蠕动泵与第二电磁阀用于将反应器中的流体引入检测器,所述检测器中设有传感器,所述传感器用于检测流体反应结果。
进一步的,还包括第三电磁阀和第四蠕动泵,所述第三电磁阀和第四蠕动泵用于将检测器中的流体排出。
进一步的,所述位置时间信息采集装置包括GPS模块,所述GPS模块用于接收卫星定位信号,将卫星定位信号进行变频、放大和滤波处理,从而实现对 GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,最后产生包括经纬度的位置信息和时间信息。
进一步的,还包括信息传输装置,所述信息传输装置包括分组无线服务技术GPRS,所述信息传输装置通过MAX232与控制装置的输出端连接,控制装置通过信息传输装置将位置、时间、水质信号通过无线通讯的方式传送给上位机。
进一步的,所述控制装置为单片机。
进一步的,所述反应器中还设有液位计,所述液位计用于检测进入反应器中液体的量。
进一步的,所述自动采样装置中设有液位检测器,用于检测引入的试剂和/ 或待测液体的量。
一种水质自动监测方法,包括以下步骤:
(1)控制装置发出检测信号,系统进行初始化,设定一个液位阈值;
(2)检测反应器中是否有液位,若有液体则控制装置控制第三蠕动泵、第二电磁阀、第四蠕动泵和第三电磁阀,将反应器中的液体排出;若无液体,控制装置控制第一蠕动泵、第二蠕动泵工作,并打开第一电磁阀,第一蠕动泵和第二蠕动泵分别将试剂和待测流体引入反应器;
(3)反应器中的液位计对液位进行检测,并将检测的液位信号传送至控制装置,控制装置将检测的液位信号与所述液位阈值进行比较,若检测的液位信号低于液位阈值,重复步骤(2);若检测的液位信号不低于液位阈值,则控制装置控制第一蠕动泵和第二蠕动泵停止工作,第一电磁阀关闭,同时打开第三蠕动泵和第二电磁阀,将反应器中的流体引入检测器;
(4)检测器中的传感器检测流体反应结果,并将所述反应结果传输至控制装置,控制装置接收到反应结果后将反应结果输出至上位机,并控制第三电磁阀与第四蠕动泵将检测器中的废液排出;
(5)将试剂和待测液体换成清水,控制装置依次打开第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第三蠕动泵、第二电磁阀、第四蠕动泵、第三电磁阀,使用清水清洗自动采样装置和水质检测装置。
进一步的,所述步骤(4)还包括:控制装置接收反应结果的同时,位置时间信息采集装置通过GPS模块接收卫星定位信号,将卫星定位信号进行变频、放大和滤波处理,从而实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,最后产生包括经纬度的位置信息和时间信息,GPS模块通过标准串口与控制装置通讯接口连接进行数据传输,将位置、时间信号传送给控制装置输出至上位机。
有益效果:本发明提供的水质自动监测系统及监测方法,通过控制装置控制蠕动泵驱动和电磁阀的开闭,同时收集液位信号,形成负反馈调节使得液位得到控制;位置时间信息采集装置通过GPS模块收集地点和时间信息,由GPRS发送数据至其他控制终端;此系统将水质采样的过程自动化,解决了人工采样的种种弊端;以单片机作为核心的控制器,成本较低,给水质采样的过程带来便利,也提高了其准确性,具有一定的实用价值。
附图说明
图1为本发明的水质自动监测系统的结构示意图;
图2为本发明水质自动监测方法的系统流程图;
图3为控制装置的结构框图;
图4为单片机液位控制系统图;
图5为GPS和GPRS与单片机连接的系统结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式,对本发明作更进一步的说明,本发明不只局限于此。
如图1所示,水质自动监测系统包括控制装置、自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置及信息传输装置,所述控制装置为单片机,与其他各装置连接,用于对信号进行处理并控制其他装置,所述自动采样装置包括第一蠕动泵1、第二蠕动泵2、第一电磁阀3和液位检测器(图中未示出),用于将试剂和待测液体输入到反应器4中,所述水质检测装置包括反应器4、第三蠕动泵5、第二电磁阀6、检测器7和第三电磁阀8,所述水质检测装置用于分析水质,所述位置时间信息采集装置采用GPS模块,所述信息传输装置采用通用分组无线服务技术GPRS,通过MAX232和单片机控制系统连接,可以将地点信息、时间信息和水质质量信息通过无线通讯的方式传送给上位机或其他计算机控制中心。
如图1、图2和图3所示,通过第一蠕动泵1和第二蠕动泵2分别控制试剂和待测流体流入反应器4,反应器4中的液位计将液位信号送至单片机处理系统,当液位达到阈值时,第一蠕动泵1和第二蠕动泵2将自动停止输送试剂和流体,第一电磁阀3也将关闭。此时,第二电磁阀6和第三蠕动泵5将自动打开,将反应器4中的流体引入检测器7,由检测器7中的传感器检测流体反应结果,并将此反应结果传输至控制中心。传输结束后,系统将控制第三电磁阀8和第四蠕动泵(可安装在检测器内或检测器出口)将废流引出,并由控制装置控制各电磁阀与蠕动泵使用清水清洗器件。
如图3所示,控制装置选择8051系列单片机。8051系列中的AT89C1051 具有8位CPU字长,64k外部数据存贮器地址空间以及24MHZ的工作频率,其性能很好的满足应用对象特点和要求。此外,8051系列在单片机市场所占份额大,生产批量大,性价比也比同类单片机高,所以本装置选择AT89C1051芯片作为控制器。为了保证控制器能够正常平稳的运行和实现相应的功能,本系统需配备5v的工作电压的电源。系统选用74ls373锁存器,它的G端可直接与单片机的锁存控制信号端ALE相连,在ALE下降沿进行地址锁存。选用2764芯片作为外部只读存储器以防单片机内部存储空间的不足,2764具有8KB的芯片容量,紫外线可擦除。
由于传输距离较短,本装置可选用24VDC的电磁阀,由于电磁阀是电阻小功率大的负载,工作电流一般1.5A左右,但是单片机普通引脚最大输出电流为 10mA,所以需要用继电器驱动电磁阀的开闭,这一过程被称为“功率驱动”。三极管的耗散功率为1w,集电极最大允许电流为1.5A,放大倍数为85-160。查询继电器线圈参数可知,继电器工作吸合电流约为40mA,选用放大倍数为100,则三极管的基极输入电流为0.4mA。在实际应用中,将基极电流设为计算值的2 倍以上,以确保工作的稳定。
如图4所示,液位检测器可选用LM1042液位检测器。LM1042是用于液位检测的专用集成电路,使用热阻探针技术来测量非可燃性液体的液面高度,能提供一个正比于液位高度的输出,可单次或者重复测量。因为所有的热阻探针和监控电路都集成在芯片内部,所以体积小,使用方便。LM1042的输出端口接至 AD转换器AD558后发送给8051的8155用于拓展I/O接口。
如图5所示,水质自动监测系统的GPS模块选用GARMIN公司的 GARMIN-15,该模块有12个通道,输入电压为3.3v,尺寸小 (23.88mm*42.93mm*84mm),重量轻(约10g),功耗低,数据更新率为每秒一次,能够很好的满足水质检测的要求。输入电流的标称值是80mA;重新捕获时间不超过2s,精度达到15m,在-30~80℃温度下工作,板内电池可维持大约21 天。很好地满足水质检测轻便且长时间工作的要求。本监测系统的GPRS模块通过MAX232和单片机控制系统连接。本装置可选用有内嵌TCP/IP协议的 SIMCOM,主要包括电源、主控、通信和数据传输四个部分,因为主控芯片和通信芯片的工作电压不同,所以需要对两者进行分别供电;单片机可作为主控芯片,控制短信的收发与数据的传输;通信模块选用SIM900A,当RI引脚在模块上线之后,就一直保持高电平,在有短信进入时,RI管脚就会检测到低电平的出现,模块会采取相应的动作进入短信或者电话模式。

Claims (10)

1.一种水质自动监测系统,其特征在于,包括控制装置、自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置,所述自动采样装置包括第一蠕动泵、第二蠕动泵和第一电磁阀,第一蠕动泵和第二蠕动泵分别用于采集试剂和待测流体;所述水质检测装置包括反应器、第三蠕动泵、第二电磁阀、检测器;第一电磁阀用于将试剂和待测流体输入到反应器中进行反应;检测器用于检测反应后的水质并将水质信号传送给控制装置;所述位置时间信息采集装置用于定位和采集时间并将位置、时间信号传送给控制装置;所述控制装置用于控制自动采样装置、水质检测装置、位置时间信息采集装置工作并输出位置、时间、水质信号。
2.根据权利要求1所述的水质自动监测系统,其特征在于,所述第三蠕动泵与第二电磁阀用于将反应器中的流体引入检测器,所述检测器中设有传感器,所述传感器用于检测流体反应结果。
3.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,还包括第三电磁阀和第四蠕动泵,所述第三电磁阀和第四蠕动泵用于将检测器中的流体排出。
4.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,所述位置时间信息采集装置包括GPS模块,所述GPS模块用于接收卫星定位信号,将卫星定位信号进行变频、放大和滤波处理,从而实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,最后产生包括经纬度的位置信息和时间信息。
5.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,还包括信息传输装置,所述信息传输装置包括分组无线服务技术GPRS,所述信息传输装置通过MAX232与控制装置的输出端连接,控制装置通过信息传输装置将位置、时间、水质信号通过无线通讯的方式传送给上位机。
6.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,所述控制装置为单片机。
7.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,所述反应器中还设有液位计,所述液位计用于检测进入反应器中液体的量。
8.根据权利要求1或2所述的水质自动监测系统,其特征在于,所述自动采样装置中设有液位检测器,用于检测引入的试剂和/或待测液体的量。
9.一种水质自动监测方法,其特征在于,包括以下步骤:
(1)控制装置发出检测信号,系统进行初始化,设定一个液位阈值;
(2)检测反应器中是否有液位,若有液体则控制装置控制第三蠕动泵、第二电磁阀、第四蠕动泵和第三电磁阀,将反应器中的液体排出;若无液体,控制装置控制第一蠕动泵、第二蠕动泵工作,并打开第一电磁阀,第一蠕动泵和第二蠕动泵分别将试剂和待测流体引入反应器;
(3)反应器中的液位计对液位进行检测,并将检测的液位信号传送至控制装置,控制装置将检测的液位信号与所述液位阈值进行比较,若检测的液位信号低于液位阈值,重复步骤(2);若检测的液位信号不低于液位阈值,则控制装置控制第一蠕动泵和第二蠕动泵停止工作,第一电磁阀关闭,同时打开第三蠕动泵和第二电磁阀,将反应器中的流体引入检测器;
(4)检测器中的传感器检测流体反应结果,并将所述反应结果传输至控制装置,控制装置接收到反应结果后将反应结果输出至上位机,并控制第三电磁阀与第四蠕动泵将检测器中的废液排出;
(5)将试剂和待测液体换成清水,控制装置依次打开第一蠕动泵、第二蠕动泵、第一电磁阀、第三蠕动泵、第二电磁阀、第四蠕动泵、第三电磁阀,使用清水清洗自动采样装置和水质检测装置。
10.根据权利要求8所述的水质自动监测方法,其特征在于,所述步骤(4)还包括:控制装置接收反应结果的同时,位置时间信息采集装置通过GPS模块接收卫星定位信号,将卫星定位信号进行变频、放大和滤波处理,从而实现对GPS卫星信号的跟踪、锁定、测量,最后产生包括经纬度的位置信息和时间信息,GPS模块通过标准串口与控制装置通讯接口连接进行数据传输,将位置、时间信号传送给控制装置输出至上位机。
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