CN108956914A - 一种水质智能监测系统 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种水质智能监测系统,包括船载监测模块、公共云平台和监测客户端;船载监测模块包括监测船体,其上设有第一处理器、第二处理器、自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元,第一处理器分别与自动导航单元和深度调节单元连接,第二处理器分别与深度调节单元和水质检测单元连接,第一处理器和第二处理器连接,第一处理器和第二处理器还分别与公共云平台连接。本发明通过船载监测模块自动到达指定水域并进行深度区间较大的立体化水质检测,并将检测时得到的数据上传到公共云平台,从而工作人员可通过监测客户端从公共云平台提取该数据进行参考,使得监测时的检测效率较高、信息传递及时,可以达到全面且及时监测的目的。
Description
技术领域
本发明涉及水质监测技术领域,具体涉及一种水质智能监测系统。
背景技术
伴随着工业技术的不断发展,水资源的污染问题日益严重,尤其是河流的污染,已严重影响到人们的生活,因此保护河流不受污染已经成了急需解决的问题。其中,保护河流不受污染的一个重要基础,就是要加强河流水质的监测,防范治理污染物排放。
现有的监测方式,通常通过人工收集水质样本并进行检测,或者利用一些集成的设备或系统来监测河流水质的。其中,通过人工采集样本进行检测的方式,比较费时费力,操作时还有诸多不便;而利用一些集成的设备或系统的方式,智能化程度不高,不能自动到指定水域进行深度区间较大的立体化水质检测,检测效率不高,信息传递不及时,无法达到对河流水质进行全面且及时监测的目的。
发明内容
本发明实施例提供一种水质智能监测系统,以解决现有技术中对河流水质进行监测时检测效率不高、信息传递不及时,而无法达到全面且及时监测的目的的问题。
本发明实施例提供一种水质智能监测系统,包括船载监测模块、公共云平台和监测客户端,所述船载监测模块与所述公共云平台连接,所述公共云平台与所述监测客户端连接;所述船载监测模块包括监测船体,所述监测船体上设有第一处理器、第二处理器、自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元;其中,所述第一处理器分别与所述自动导航单元和所述深度调节单元连接,所述第二处理器分别与所述深度调节单元和所述水质检测单元连接,所述第一处理器和所述第二处理器连接,所述第一处理器和所述第二处理器还分别与所述公共云平台连接。
作为本发明的优选方式,所述自动导航单元包括GPS模块、九轴传感器和驱动电机,所述GPS模块、所述九轴传感器和所述驱动电机分别与所述第一处理器连接。
作为本发明的优选方式,所述深度调节单元包括步进电机、水压传感器和具有贯穿通孔的金属块,所述水压传感器设置在所述金属块内,所述步进电机与所述第一处理器连接,所述水压传感器与所述第二处理器连接,所述步进电机还与所述金属块连接。
作为本发明的优选方式,所述水质检测单元至少包括PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器,所述PH检测传感器、所述TDS传感器和所述浊度传感器设置在所述金属块内,所述PH检测传感器、所述TDS传感器和所述浊度传感器分别与所述第二处理器连接。
作为本发明的优选方式,所述监测船体上还设有无线通讯单元,所述第一处理器和所述第二处理器分别通过所述无线通讯单元与所述公共云平台建立无线连接。
作为本发明的优选方式,所述第一处理器采用STM32F103单片机。
作为本发明的优选方式,所述第二处理器采用基于Ardunio平台的8位ATmega2560处理器。
作为本发明的优选方式,所述监测客户端至少包括计算机和智能移动终端。
本发明实施例提供的水质智能监测系统,通过在船载监测模块的监测船体上分别设置自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元,可以使船载监测模块自动到达指定水域并进行深度区间较大的立体化水质检测;同时,检测时得到的水域方位、深度、水质等数据可通过无线通讯方式及时上传到公共云平台上,从而工作人员可通过监测客户端与公共云平台进行交互,提取该数据进行参考,使得对河流水质进行监测时检测效率较高、信息传递及时,可以达到全面且及时监测的目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案,下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍,显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种水质智能监测系统的结构示意图。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案,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的实施例,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,都应当属于本发明保护的范围。
参照图1所示,本发明实施例公开了一种水质智能监测系统,包括船载监测模块、公共云平台和监测客户端,船载监测模块与公共云平台连接,公共云平台与监测客户端连接;船载监测模块包括监测船体,监测船体上设有第一处理器、第二处理器、自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元;其中,第一处理器分别与自动导航单元和深度调节单元连接,第二处理器分别与深度调节单元和水质检测单元连接,第一处理器和第二处理器连接,第一处理器和第二处理器还分别与公共云平台连接。
本实施例中,通过在船载监测模块的监测船体上分别设置自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元,可以使监测船体自动到达指定水域并进行深度区间较大的立体化水质检测。检测时的水域方位、深度、水质等数据可通过无线通讯方式及时上传到公共云平台上,从而工作人员可通过监测客户端与公共云平台进行交互,提取该数据进行参考。
具体地,在系统工作前,工作人员先通过监测客户端预先设定所要监测的水域,并将该水域的方位以及要检测的深度等信息发送到公共云平台上。公共云平台存储该信息后,进一步将该信息发送到第一处理器上。
进一步地,第一处理器通过串口、GPIO口等与第二处理器相连接。第一处理器得到该水域的方位以及检测深度等信息后,启动自动导航单元,使监测船体到达指定水域,然后第一处理器通过相应通信接口将当前位置等信息传输给第二处理器。第二处理器在接收到上述信息后,在第一处理器和第二处理器的共同控制下通过深度调节单元将水质检测单元送入水下,直至到达指定深度。
到达该指定深度后,第二处理器将该深度信息及时发送至公共云平台,进一步通过公共云平台将该信息发送至第一处理器,从而第一处理器控制深度调节单元使水质检测单元停止降落。
此时,水质检测单元进行相关水质的检测,检测到的水质数据则通过第二处理器上传到公共云平台中,同时还会将相应的数据返回给第一处理器,如返回一些感知数据与感知完成信息等。第一处理器在获得返回信息后,驱动完成其他功能,例如数据上传与监测船体的移动等,从而船载监测模块实现自动到达指定水域进行深度区间较大的立体化水质检测的目的。
公共云平台接收到水质数据后将其进行分类存储,等待监测客户端向公共云平台提出数据提取请求命令。监测客户端通过HTTP协议向公共云平台发出命令,公共云平台已预设收到正确命令后自动返回对应类别的数据,监测客户端提取到数据后则实时显示监测船体所处的方位以及该方位处水质的立体化数据,能够直观地反馈给工作人员。
公共云平台一般采用设有数据库的云服务器,通过在云服务器远程储存数据,能够有效保障数据的安全性以及便捷性。需要说明的是,在具体实施时,可以同时设置多个船载监测模块同时采集多个水域的水质数据,这多个船载监测模块可以同时连接同一个公共云平台,由同一个公共云平台控制。
在上述实施例的基础上,自动导航单元包括GPS模块、九轴传感器和驱动电机,GPS模块、九轴传感器和驱动电机分别与第一处理器连接。
本实施例中,自动导航单元是决定监测船体是否能到达指定水域的重要组成部分,其主要包括GPS模块、九轴传感器和驱动电机。
其中,GPS模块可以提供监测船体此时所处位置的经纬度信息。第一处理器首先通过GPS模块获取监测船体当前的经纬度信息,再通过九轴传感器计算出监测船体当前航行方向角。根据当前航行方向角与指定水域方位的对比,计算出两者之间存在的目标夹角。然后,基于该目标夹角通过驱动电机实现航行转向。
转向完成后,通过九轴传感器来获取实际转向角,当实际转向角等于目标夹角时,则通过驱动电机使监测船体向前航行;若不等于,则通过多次循环校正,完成目标夹角的校正,最终使监测船体向着指定水域的方向前进。在监测船体向前航行的过程中,也需要不断判断其是否到达指定水域方位处,如偏航则需要再次通过GPS模块获取监测船体当前所处位置的经纬度信息来调整监测船体的航行方向,最终使监测船体能够向着指定水域的方向前进。
在上述实施例的基础上,深度调节单元包括步进电机、水压传感器和具有贯穿通孔的金属块,水压传感器设置在金属块内,步进电机与第一处理器连接,水压传感器与第二处理器连接,步进电机还与金属块连接。
本实施例中,深度调节单元是决定水质监测单元是否能到达指定深度的重要组成部分,其主要包括步进电机、水压传感器和具有贯穿通孔的金属块。其中,水压传感器设置在金属块内,而金属块通过连接绳索与步进电机连接。
监测船体到达指定水域后,第一处理器通过PWM信号控制步进电机转动,使金属块连同设置在金属块内的水压传感器一起下沉。水压传感器通过AD转换的通信方式与第二处理器相连接,进而根据监测到的水压计算出金属块所处的深度。当金属块到达指定深度后,第二处理器将该深度信息及时发送至公共云平台,进一步通过公共云平台将该信息发送至第一处理器,从而第一处理器控制步进电机停止转动,使金属块停止降落,最终使金属块停留在指定深度处。
具体地,PWM信号的获取过程如下:配置第一处理器的脉冲计数器为向上计数,而重载寄存器被配置为N,即脉冲计数器的当前计数值数值X在时钟源的驱动下不断累加,当脉冲计数器的数值X大于N时,会重置脉冲计数器的数值为0,并重新计数。而在脉冲计数器计数的同时,脉冲计数器的计数值X会与比较寄存器预先存储的数值A进行比较。当脉冲计数器的数值X小于比较寄存器的值A时,输出高电平(或低电平);相反地,当脉冲计数器的数值X大于或等于比较寄存器的值A时,输出低电平(或高电平)。如此循环,得到的输出脉冲周期就为重载寄存器存储的数值(N+1)乘以触发脉冲的时钟周期,其脉冲宽度则为比较寄存器的值A乘以触发脉冲的时钟周期,即输出PWM的占空比为A/(N+1)。
在上述实施例的基础上,水质检测单元至少包括PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器,PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器设置在金属块内,PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器分别与第二处理器连接。
本实施例中,水质检测单元是进行水质检测的重要组成部分,其主要包括PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器。
一般地,对水质进行检测时,主要检测水质的酸碱度(即PH值)、总溶解性固体量(即TDS值)和浑浊度。具体地,PH检测传感器的电极为玻璃电极和参比电极组合在一起形成的塑壳不可填充式复合电极,可精确检测到水质中的氢离子活度,即PH值。总溶解性固体量指水中全部溶质的总量,包括无机物和有机物两者的含量,利用TDS传感器可精确地检测出总溶解性固体量,即TDS值。浊度传感器是利用光学原理,通过水溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度情况,利用浊度传感器可精确检测到水质中的浊度情况。
PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器设置在金属块内,当第一处理器通过PWM信号控制步进电机转动,使金属块连同设置在金属块内的水压传感器一起下沉时,这三个传感器同时会随着金属块一起下沉到指定深度,然后分别对应检测该深度处的水质情况。检测到的PH值、TDS值和浊度这些水质数据会通过第二处理器上传到公共云平台中,从而工作人员可通过公共云平台提取这些水质数据以及检测时的水域方位、深度数据进行参考。
由于步进电机可控制金属块下沉到较大区间的深度处,从而这些传感器可以进行深度区间较大的立体化水质检测,应用范围较广。
在上述实施例的基础上,监测船体上还设有无线通讯单元,第一处理器和第二处理器分别通过无线通讯单元与公共云平台建立无线连接。
本实施例中,监测船体上还设置了无线通讯单元,使得第一处理器和第二处理器可以通过该无线通讯单元与公共云平台建立无线连接,方便快捷。具体地,第一处理器和第二处理器通过TCP协议与公共云平台建立无线连接。TCP协议是当前移动通信的首选,其是远距离无线通讯的一种技术标准,能够提供可实现单对多或单对单的连接并且进行数据通信。
在上述实施例的基础上,第一处理器采用STM32F103单片机。
本实施例中,第一处理器采用了STM32F103单片机,该单片机拥有内置的ARM核心,而ARM的CortexTM-M3处理器是最新一代的嵌入式ARM处理器,它提供了低成本的平台、缩减的引脚数目、降低的系统功耗,同时提供了卓越的计算性能和先进的中断系统响应。
在上述实施例的基础上,第二处理器采用基于Ardunio平台的8位ATmega2560处理器。
本实施例中,第二处理器采用了基于Ardunio平台的8位ATmega2560处理器,该处理器拥有54个数字I/O端口(其中14个可以用作PWM输出口)、16个模拟输入端口、4个UARTs(硬件串行端口)以及1个16MHz的晶体振荡器,同时还包括有USB接口、电源插口、ICSP接口以及重置键。因此,只需要用USB数据线,或7-12V适配器,或电池等,连接到电脑上即可。
进一步地,Ardunio是开发平台,可支持多种处理器。采用该平台的优势是,可以支持处理器屏蔽了开发者支持多硬件底层的操作,同时也支持多种传感器。在本实施例中,采用Ardunio开发平台,用于感知水质参数,便于后期的扩种。
在上述实施例的基础上,监测客户端至少包括计算机和智能移动终端。
本实施例中,供工作人员查看水质情况的监测客户端,可以为计算机或者智能移动终端,这样可使工作人员通过多种方式得知水质监测情况。
具体地,计算机或者智能移动终端通过HTTP协议与公共云平台通信,搜索新数据,刷新数据并按时间顺序存入对应的数据库中,然后进行数据可视化的显示,将各项数据以图像形式呈现。即,以时间为关键字,在数据库内查询该时间范围内的有关水质数据并以文字形式显示,显示格式为时间+地址+PH值+TDS值+浊度值。同时,在地图上点击某个位置时,会显示该位置3公里以内的水质数据,以热力图的形式表现出来,水质数据不达标的用红色显示出来,超标指数越大时,颜色越深。将各项数据以图像形式呈现后,工作人员可以更直观地发现哪片水域受到了污染,以及污染的程度。
本发明实施例提供的水质智能监测系统,通过在船载监测模块的监测船体上分别设置自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元,可以使船载监测模块自动到达指定水域并进行深度区间较大的立体化水质检测;同时,检测时得到的水域方位、深度、水质等数据可通过无线通讯方式及时上传到公共云平台上,从而工作人员可通过监测客户端与公共云平台进行交互,提取该数据进行参考,使得对河流水质进行监测时检测效率较高、信息传递及时,可以达到全面且及时监测的目的。
在本发明的上述实施例中,对各个实施例的描述都各有侧重,某个实施例中没有详述的部分,可以参见其他实施例的相关描述。
以上所述仅为本发明的较佳实施例,并不用以限制本发明,凡在本发明的精神和原则之内,所作的任何修改、等同替换、改进等,均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (8)
1.一种水质智能监测系统,其特征在于,包括船载监测模块、公共云平台和监测客户端,所述船载监测模块与所述公共云平台连接,所述公共云平台与所述监测客户端连接;所述船载监测模块包括监测船体,所述监测船体上设有第一处理器、第二处理器、自动导航单元、深度调节单元和水质检测单元;其中,所述第一处理器分别与所述自动导航单元和所述深度调节单元连接,所述第二处理器分别与所述深度调节单元和所述水质检测单元连接,所述第一处理器和所述第二处理器连接,所述第一处理器和所述第二处理器还分别与所述公共云平台连接。
2.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述自动导航单元包括GPS模块、九轴传感器和驱动电机,所述GPS模块、所述九轴传感器和所述驱动电机分别与所述第一处理器连接。
3.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述深度调节单元包括步进电机、水压传感器和具有贯穿通孔的金属块,所述水压传感器设置在所述金属块内,所述步进电机与所述第一处理器连接,所述水压传感器与所述第二处理器连接,所述步进电机还与所述金属块连接。
4.根据权利要求3所述的系统,其特征在于,所述水质检测单元至少包括PH检测传感器、TDS传感器和浊度传感器,所述PH检测传感器、所述TDS传感器和所述浊度传感器设置在所述金属块内,所述PH检测传感器、所述TDS传感器和所述浊度传感器分别与所述第二处理器连接。
5.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述监测船体上还设有无线通讯单元,所述第一处理器和所述第二处理器分别通过所述无线通讯单元与所述公共云平台建立无线连接。
6.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第一处理器采用STM32F103单片机。
7.根据权利要求1所述的系统,其特征在于,所述第二处理器采用基于Ardunio平台的8位ATmega2560处理器。
8.根据权利要求1~7中任一项所述的系统,其特征在于,所述监测客户端至少包括计算机和智能移动终端。
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SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20181207 |
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