CN109254130A - 一种基于风光互补的水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于风光互补的水质监测装置，包括：与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器，用于利用风力发电机以及太阳能电池板为蓄电池充电，并利用蓄电池为微控制单元进行供电；与风光互补控制器、各个传感器以及水流控制装置均连接的微控制单元，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个传感器的检测数据以完成水质监测；各个传感器；水流控制装置。应用本发明的方案，节约了成本，缩短了准备周期，节约了时间，成本更低，有利于大量布置。

Description

一种基于风光互补的水质监测装置

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种基于风光互补的水质监测装置。

背景技术

水资源是重要的自然资源，水质监测是水污染控制工作中的基础性工作，为黑臭水体的治理、水体变化的预判以及各级政府建立海绵城市等提供了基础的数据库，具有重要意义。

在现有技术中进行水质监测时，通常是建立水质自动监测站，但由于水质监测站需要征地、规划、建房，因此导致了建设周期较长，需要的资金投入较高。特别是现有的水质监测站需要市电进行供电，而市电的采电手续比较麻烦，要和相关部门沟通，时间周期比较长，同时水质监测站在长期使用过程中，电费成本也不低。

综上所述，如何有效地降低监测水质所需的成本，缩短准备周期，节约时间，是目前本领域技术人员急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于风光互补的水质监测装置，以有效地降低监测水质所需的成本，缩短准备周期，节约时间。

为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种基于风光互补的水质监测装置，包括：

与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器，用于利用所述风力发电机以及所述太阳能电池板为所述蓄电池充电，并利用所述蓄电池为微控制单元进行供电；

与所述风光互补控制器、各个传感器以及水流控制装置均连接的所述微控制单元，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制所述水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个所述传感器的检测数据以完成水质监测；

各个所述传感器；

所述水流控制装置。

优选的，所述水流控制装置包括：

气泵、水泵、电磁阀、进水阀、排水阀以及浮子，且所述气泵、所述水泵、所述电磁阀、所述进水阀、所述排水阀以及所述浮子均与所述微控制单元连接。

优选的，所述微控制单元具体用于：在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制所述水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个所述传感器的检测数据以完成水质监测，并且预设的所述步骤具体为：

将触发水质监测的流程的时刻作为初始时刻，并在所述初始时刻开启所述气泵以及所述电磁阀以清洗各个所述传感器；

将所述初始时刻之后的预设第一时长的时刻作为第一时刻，并在所述第一时刻关闭所述气泵以及所述电磁阀，开启所述排水阀；

将所述第一时刻之后的预设第二时长的时刻作为第二时刻，并在所述第二时刻关闭所述排水阀，开启所述进水阀以及所述水泵；

将所述第二时刻之后的预设第三时长的时刻作为第三时刻，并在所述第三时刻关闭所述进水阀以及所述水泵；

通过所述浮子判断抽水量是否大于等于预设阈值；

如果是，则开启各个所述传感器的电源，以在预设的静置时长之后，接收各个所述传感器的检测数据；

如果否，则结束此次水质监测的流程。

优选的，所述微控制单元触发水质监测的流程，包括：

当接收到触发指令时，或者当系统时间与设定的测量时间一致时，所述微控制单元触发水质监测的流程。

优选的，所述水泵为采用直流24V供电的水泵。

优选的，所述微控制单元还用于记录所述检测数据。

优选的，所述微控制单元，还用于：

接收所述风光互补控制器的参数数据，所述参数数据中携带有风速信息以及光照强度信息。

优选的，所述微控制单元，还用于：

向控制中心发送所述参数数据以及所述检测数据。

优选的，所述微控制单元通过通用分组无线服务GPRS向所述控制中心发送所述参数数据以及所述检测数据。

优选的，还包括：

与所述微控制单元连接的显示装置，用于显示所述参数数据以及所述检测数据。

应用本发明实施例所提供的技术方案，包括：与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器，用于利用风力发电机以及太阳能电池板为蓄电池充电，并利用蓄电池为微控制单元进行供电；与风光互补控制器、各个传感器以及水流控制装置均连接的微控制单元，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个传感器的检测数据以完成水质监测；各个传感器；水流控制装置。

本发明的方案采用风光互补的形式进行供电。具体的，风光互补控制器与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接，蓄电池可以为微控制单元进行供电，相较于市电供电，节约了成本，还缩短了准备周期，节约了时间。并且由于蓄电池的电压等级较低，因此相较于现有技术中采用PLC以及工控机的方案，本申请的方案可以采用成本更低的微控制单元，有利于该水质监测装置的大量布置。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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为本发明中基于风光互补的水质监测装置的一种结构示意图；

图2为本发明一种具体实施方式中基于风光互补的水质监测装置的电气原理图；

图3为本发明一种具体实施方式中微控制单元的核心电路示意图。

具体实施方式

本发明的核心是提供一种基于风光互补的水质监测装置，节约了成本，缩短了准备周期，节约了时间，成本更低，有利于大量布置。

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。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。

请参考图1，图1为本发明中一种基于风光互补的水质监测装置的结构示意图，包括：

与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器10，用于利用风力发电机以及太阳能电池板为蓄电池充电，并利用蓄电池为微控制单元20进行供电。

考虑到太阳能和风能具有良好的互补性，全年来看，太阳能在夏天比较充足，风能在冬天比较充足；全天来看，白天适合太阳能发电，夜间和凌晨则适合风力发电；晴天适合太阳能发电，阴雨天适合风能发电；在既有风又有太阳的情况下，两者可以同时发挥作用，所以，风光互补发电为实现全天候发电提供了可能。并且，相较于现有技术中的采用市电的方案，采用风光互补发电时，不仅节约了成本，还缩短了准备周期，节约了时间。

蓄电池的具体参数可以根据实际情况进行设定和调整，例如图2的实施方式中，采用两节12V(250A/h)的电池串联作为进行供电的蓄电池，即该种实施方式中，蓄电池的电池电压为24V。在图2的实施方式中，与蓄电池连接的空开40A指的是最大允许40A电流通过的空气开关，通过控制该空气开关的开通以及关断，可以实现对蓄电池工作状态的控制。

风光互补控制器10还可以利用蓄电池为微控制单元20进行供电。具体的，在图2的实施方式中，通过输出接口与微控制单元20的电源接口POWER连接，当然，通过控制空开20A这一空气开关的通断，可以控制微控制单元20的工作状态。

与风光互补控制器10、各个传感器30以及水流控制装置40均连接的微控制单元20，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置40中的各个部件的状态，并且接收各个传感器30的检测数据以完成水质监测。

各个传感器30；

水流控制装置40。

风光互补控制器10利用蓄电池为微控制单元20进行供电，而微控制单元20还与各个传感器30以及水流控制装置40连接，以完成水质监测。需要指出的是，各个传感器30以及水流控制装置40通常可以由微控制单元20进行供电，但其中的部分部件也可以直接由蓄电池进行供电，具体的供电方式，可以根据实际情况进行设定以及选取，并不影响本发明的实施。例如图2的实施方式中，气泵以及水泵直接由蓄电池供电。具体的，以气泵为例，电流流向是从蓄电池的正极，依次到空开1，电机启动器，气泵，固态继电器1，再回到蓄电池负极。微控制单元20可以通过控制V1继电器的开启以及关闭，实现对固态继电器1的开启及关闭的控制，从而也就实现了对气泵的开启以及关闭的控制。空开1以及空开2的最大允许电流也可以根据实际情况进行选取，并不影响本发明的实施，例如具体实施时将空气开关1的最大允许电流选取为40A，将空气开关2的最大允许电流选取为20A。

此外，该种实施方式中蓄电池的电压等级为24V，也即水泵为采用直流24V供电的水泵，相较于传统的市电供电的潜水泵，直流24V供电的水泵所需的管径更小，更加易于安装，适合快速布置。

微控制单元20用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置40中的各个部件的状态。水流控制装置40可以进行抽水以便进行水质监测，具体的构成可以根据实际情况进行选取，例如一种具体实施方式中，水流控制装置40包括：气泵、水泵、电磁阀、进水阀、排水阀以及浮子。该种实施方式中，水流控制装置40的构成简单，便于安装以及布置，成本较低。但在其他实施中，水流控制装置40可以根据实际需要，具有其他形式的构成。例如，图2的实施方式中，该水质监测装置包括两个抽水腔，因此配置有两个电磁阀，即电磁阀1和电磁阀2。

气泵、水泵、电磁阀、进水阀、排水阀以及浮子均与微控制单元20连接，具体的连接方式可以根据实际需要进行选取，例如图2的实施方式中，考虑到气泵所需的电压等级较高，采用电机启动器以及继电器的方式进行连接，而进水阀以及排水阀直接与微控制单元20连接。

在本发明的一种具体实施方式中，微控制单元20具体用于：在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置40中的各个部件的状态，并且接收各个传感器30的检测数据以完成水质监测，并且预设的步骤具体为：

将触发水质监测的流程的时刻作为初始时刻，并在初始时刻开启气泵以及电磁阀以清洗各个传感器30；

将初始时刻之后的预设第一时长的时刻作为第一时刻，并在第一时刻关闭气泵以及电磁阀，开启排水阀；

将第一时刻之后的预设第二时长的时刻作为第二时刻，并在第二时刻关闭排水阀，开启进水阀以及水泵；

将第二时刻之后的预设第三时长的时刻作为第三时刻，并在第三时刻关闭进水阀以及水泵；

通过浮子判断抽水量是否大于等于预设阈值；

如果是，则开启各个传感器30的电源，以在预设的静置时长之后，接收各个传感器30的检测数据；

如果否，则结束此次水质监测的流程。

具体实施时，可以是手动触发水质监测的流程，也可以自动触发水质监测的流程。具体的，可以是工作人员在现场发送一个触发指令，例如通过触摸屏的相关操作，通过硬线电路将触发指令传输至微控制单元20，又如可以是远程操作，通过无线信号将触发指令传输至微控制单元20。微控制单元20接收到触发指令时，便可以立即触发水质监测的流程。

考虑到水质监测装置通常需要持续工作，为了降低人工操作的次数，通常可以是自动触发水质监测的流程。具体的，可以在系统时间与设定的测量时间一致时，便触发水质监测的流程。系统时间可以由相关的时钟芯片获得，也可以接收相关时间信号来确定当前时间，并作为系统时间。设定的测量时间可以为一个或者多个，当为多个时，可以是周期性地分布，例如将全天的每个整点作为设定的测量时间，也可以是非周期性地分布，具体的形式可以根据实际需要进行调整，并不影响本发明的实施。

在触发了水质监测的流程之后，该种实施方式中，将触发水质监测的流程的时刻作为初始时刻，并在初始时刻开启气泵以及电磁阀，气泵以及电磁阀启动之后，气流的流动会带动水流的流动，实现了对各个传感器30的清洗。之后，将初始时刻之后的预设第一时长的时刻作为第一时刻，并在第一时刻关闭气泵以及电磁阀，开启排水阀。第一时长的大小便决定了清洗的时间长短。在到达第一时刻时，清洗完毕，便关闭气泵以及电磁阀，开启排水阀进行排水。第二时长的大小便决定了排水的时间长短，通常，第二时长的设置要能够允许该水质监测装置排水完毕。在第二时刻关闭排水阀，并且开启进水阀以及水泵。第三时长的大小便决定了进水的时间长短，通常，第三时长的设置要能够允许该水质监测装置抽到足量的水用于进行水质监测。在第三时刻，抽水完毕，关闭进水阀以及水泵。此时，可以通过浮子判断抽水量是否大于等于预设阈值；如果是，说明抽水量足够，便开启各个传感器30的电源，抽到的水被静置，直到达到预设的静置时长时，微控制单元20开始接收各个传感器30的检测数据。

并且需要说明的是，微控制单元20在接收各个传感器30的检测数据时，也可以设置相关的测量时间，即在达到静置时长之后，开始测量时间的计时，当达到传感器的测量时间时，接收各个传感器30的检测数据。此外，第一时长，第二时长，第三时长以及静置时长等均可以根据实际情况进行设定，并不影响本发明的实施。

该种实施方式中，如果通过浮子判断出抽水量小于预设阈值，则直接结束此次水质监测的流程，这样的方式有利于避免抽水量异常的情况下，传感器30上电后被损坏。当然，在成功执行完水质监测的流程时，可以关闭各个传感器30的电源，等待下一次水质监测流程的触发。

需要说明的是，在图2中示出了采用24V供电的光谱COD传感器，采用12V供电的溶解氧传感器，ORP传感器，氨氮传感器，浊度传感器，电导率传感器以及PH传感器，但在其他实施方式中，具体的传感器30的类型，数量以及各自的供电电压等级，均可以根据实际需要进行设定和选取，并不影响本发明的实施。

应用本发明实施例所提供的基于风光互补的水质监测装置，包括：与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器，用于利用风力发电机以及太阳能电池板为蓄电池充电，并利用蓄电池为微控制单元进行供电；与风光互补控制器、各个传感器以及水流控制装置均连接的微控制单元，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个传感器的检测数据以完成水质监测；各个传感器；水流控制装置。

本发明的方案采用风光互补的形式进行供电。具体的，风光互补控制器与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接，蓄电池可以为微控制单元进行供电，相较于市电供电，节约了成本，还缩短了准备周期，节约了时间。并且由于蓄电池的电压等级较低，因此相较于现有技术中采用PLC以及工控机的方案，本申请的方案可以采用成本更低的微控制单元，有利于该水质监测装置的大量布置。

在本发明的一种具体实施方式中，微控制单元20还用于记录检测数据。考虑到工作人员未必能够实时处理检测数据，在该种实施方式中，微控制单元20可以记录下检测数据，以便于工作人员对历史数据进行查看。

微控制单元20通常可以选取为单片机，例如选取为32位的高性能单片机STM32F103RET6，图3中示出了一种具体实施方式中的微控制单元20的核心电路，用于控制其他电路的运转。

在本发明的一种具体实施方式中，微控制单元20，还用于：

接收风光互补控制器10的参数数据，参数数据中携带有风速信息以及光照强度信息。

水质监测装置需要获取检测数据来实现水质监测，本申请的该种实施方式中，考虑到水质监测装置是基于风光互补发电，因此，微控制单元20可以接收风光互补控制器10的参数数据，参数数据中携带有风速信息以及光照强度信息，以便于工作人员可以获知风速信息以及光照强度信息。当然，在其他实施方式，参数数据还可以包含其他内容，例如风机电压，风机功率，光伏功率，蓄电池电压，总发电量等信息，以使得工作人员能够对发电部件的相关信息进行全面的了解。

例如图2的实施方式中，微控制单元20采用的是单片机STM32F103RET6，并且通过RS-485接口与风光互补控制器10进行通信连接，当然，该种实施方式中，该RS-485接口还用于与实现其与各个传感器30之间的通信连接。该RS-485接口可以提供±15kV ESD保护ADM2587E数据速率：500Kbps；采用5V或3.3V电源供电；该5V或3.3V电源可以经由一级或者多级降压获得，总线最多支持与256个节点连接，其高共模瞬变抗扰度>25KV/us。

在本发明的一种具体实施方式中，微控制单元20，还用于：

向控制中心发送参数数据以及检测数据。

由于微控制单元20可以向控制中心发送参数数据以及检测数据，使得工作人员可以远程获得相关数据，方便了工作人员的相关工作的进行。在具体实施时，考虑到现有技术中采用路由器进行无线数据传输的成本较高，微控制单元20可以通过GPRS(GeneralPacket Radio Service，通用分组无线服务)向控制中心发送参数数据以及检测数据，进一步降低了成本。图2的实施方式中，便是基于GPRS进行数据的无线传输。

在本发明的一种具体实施方式中，还包括：

与微控制单元20连接的显示装置，用于显示参数数据以及检测数据。考虑到工作人员有时候会处于该水质监测装置设置的现场，因此，该种实施方式中，使用显示装置与微控制单元20连接，显示装置可以为液晶屏，可以进行参数数据以及检测数据的显示。并且，在具体实施时，液晶屏的电源可以为关闭状态，只有当工作人员开启电源时，才会进行初始化，并进行相关数据的显示，以降低电力损耗。显示装置可以接收工作人员的相关操作，例如查看历史数据，删除历史数据，修改第一时长、第二时长、第三时长等参数的大小，修改系统时间，校准传感器，手动触发水质监测流程，手动控制水流控制装置40中的各个部件的状态等等。

还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的技术方案及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.一种基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，包括：

与风力发电机、太阳能电池板以及蓄电池均连接的风光互补控制器，用于利用所述风力发电机以及所述太阳能电池板为所述蓄电池充电，并利用所述蓄电池为微控制单元进行供电；

与所述风光互补控制器、各个传感器以及水流控制装置均连接的所述微控制单元，用于在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制所述水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个所述传感器的检测数据以完成水质监测；

各个所述传感器；

所述水流控制装置。

2.根据权利要求1所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述水流控制装置包括：

气泵、水泵、电磁阀、进水阀、排水阀以及浮子，且所述气泵、所述水泵、所述电磁阀、所述进水阀、所述排水阀以及所述浮子均与所述微控制单元连接。

3.根据权利要求2所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元具体用于：在触发水质监测的流程时，按照预设步骤控制所述水流控制装置中的各个部件的状态，并且接收各个所述传感器的检测数据以完成水质监测，并且预设的所述步骤具体为：

将触发水质监测的流程的时刻作为初始时刻，并在所述初始时刻开启所述气泵以及所述电磁阀以清洗各个所述传感器；

将所述初始时刻之后的预设第一时长的时刻作为第一时刻，并在所述第一时刻关闭所述气泵以及所述电磁阀，开启所述排水阀；

将所述第一时刻之后的预设第二时长的时刻作为第二时刻，并在所述第二时刻关闭所述排水阀，开启所述进水阀以及所述水泵；

将所述第二时刻之后的预设第三时长的时刻作为第三时刻，并在所述第三时刻关闭所述进水阀以及所述水泵；

通过所述浮子判断抽水量是否大于等于预设阈值；

如果是，则开启各个所述传感器的电源，以在预设的静置时长之后，接收各个所述传感器的检测数据；

如果否，则结束此次水质监测的流程。

4.根据权利要求3所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元触发水质监测的流程，包括：

当接收到触发指令时，或者当系统时间与设定的测量时间一致时，所述微控制单元触发水质监测的流程。

5.根据权利要求2所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述水泵为采用直流24V供电的水泵。

6.根据权利要求1所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元还用于记录所述检测数据。

7.根据权利要求1至6任一项所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元，还用于：

接收所述风光互补控制器的参数数据，所述参数数据中携带有风速信息以及光照强度信息。

8.根据权利要求7所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元，还用于：

向控制中心发送所述参数数据以及所述检测数据。

9.根据权利要求8所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，所述微控制单元通过通用分组无线服务GPRS向所述控制中心发送所述参数数据以及所述检测数据。

10.根据权利要求7所述的基于风光互补的水质监测装置，其特征在于，还包括：

与所述微控制单元连接的显示装置，用于显示所述参数数据以及所述检测数据。