CN109900877A - 水质检测无线传感与显示节点 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种水质检测无线传感与显示节点，包括通过无线信号相连的水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点。水质检测无线传感节点包括浮板及设于其上的安装盒和安装支架，安装盒上安装有太阳能电池，安装盒内安装有控制电路，安装支架上安装有下部被网罩罩住的水质传感器和清洗电刷，网罩底部设有超声清洗换能器。安装盒内的控制电路包括SOC片上系统、RS485接口电路及水质传感器、清洗电刷、超声清洗各模块电源控制电路及第一、第二电流测量电路。本发明中检测、清洗、显示模块的工作电源可控、工作电流可测，既降低功耗，又便于及时维修和维护。本发明既能独立工作，又能作为节点接入无线网络组网工作，实现水质检测的远程监控。
Description
技术领域
本发明涉及一种水质检测系统，尤其涉及一种可用于水生态环境监测系统、可接入无线传感网络(物联网)的水质检测无线传感与显示节点。
背景技术
随着生态文明建设大力开展，一方面，水体、空气、土壤的生态修复工程也在日益增加，另一方面随着物联网及大数据技术的发展与应用推广，环境监测物联网也在朝无线传感器节点化发展，以满足多节点、多要素(如空气质量、水体质量、土壤质量、植被生长状况等)的组网监测需求。然而，目前监测系统，如水质检测系统，大多以独立工作系统为主，无法以传感节点形式接入到环境监测网络中，无法实现远程监测，而一些可无线传输的水质检测系统往往以“MCU微控制器+无线传输模块”方案设计，存在结构复杂、实现及维护不便、成本高、功耗高等问题。
发明内容
本发明为了解决上述技术问题，提供一种水质检测无线传感与显示节点，其不仅可以独立工作，尤其可以以传感以及显示节点的方式接入Zigbee、蓝牙等无线网络中组网工作，而且超声清洗换能器、清洗电刷及水质传感器通过相关参数的检测，实现工作状态的远程监控，便于维修和维护，通过LED点阵屏无线显示节点可公开监测点水质等环境信息，接受公众监督。本发明结构简单、实现及维护方便，降低成本，也降低功耗。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本发明包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连；水质检测无线传感节点包括浮板，浮板上设有安装盒和安装支架，安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的外围设有用于安装太阳能电池的支架，太阳能电池位于安装盒的上方，安装支架上安装有伸向浮板下方的若干水质传感器和清洗电刷，安装支架上罩有防雨防晒盖板，浮板的背面设有一个罩住水质传感器和清洗电刷的网罩，网罩的底部设有一个超声清洗换能器，浮板背面的相对两侧各设有一个支承架，浮板的四角各有一个定位孔。定位孔用于安装绳索或锚链。浮板可由不锈钢型材与泡沫材料(聚氨酯或聚氯乙烯等材料)构成。浮板采用四角定位，通过绳索或锚链和水体中事先打好的四个定位桩固定，保持南北方向不变。太阳能电池一般有一定倾角，倾角根据安装地的纬度确定。当采用锚链固定，南北方向无法固定时，太阳能电池呈水平安装。安装盒采用密封结构，里面安装蓄电池和线路板，连接电缆采用防水接头固定，线路板作防水处理。防雨防晒盖板采用可翻开结构，方便水质传感器现场校准维修时进行安装与拆卸。网罩主要用于防止杂物损坏水质传感器，同时便于安装超声清洗换能器。支承架的高度大于网罩的高度，方便水质检测无线传感节点在水岸(水质传感器进行现场校准时)或其它离水场合的放置。水质传感器采用清洗电刷与超声清洗换能器组合清洗方式。清洗电刷用于水质传感器的清洗，而超声清洗换能器可以对水质传感器及清洗电刷(如毛刷上的脏物)进行更全面的清洗。清洗电刷与超声清洗换能器采用间歇式工作方式，间歇时间的长短根据光伏电源中太阳能电池及蓄电池的能量确定，能量不足时，先延长所需能量较大的超声清洗换能器的停止工作时间。能量的大小，根据太阳能电池的端电压及输出电流及蓄电池电压确定。水质检测无线传感节点构成前端检测装置，LED点阵屏无线显示节点构成后端显示装置，两者进行无线通讯，实现水质检测中获得的各参数通过LED点阵屏进行显示。
作为优选，所述的安装支架呈圆形，所述的清洗电刷安装在安装支架的圆心处，清洗电刷的刷柄垂直向下，清洗电刷的刷头和刷柄垂直并且刷头上的刷毛朝上，多个水质传感器垂直朝下并且沿清洗电刷的刷头运行的圆弧轨迹均布。确保各个水质传感器都能被清洗电刷刷到，用一个清洗电刷就能实现对所有水质传感器的清洗，既提高效率，又节约成本。
作为优选，所述的水质检测无线传感节点控制电路包括SOC片上系统、存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路、第二电流测量电路和由太阳能电池供电的电源电路，存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路及第二电流测量电路分别和SOC片上系统相连。水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路分别构成水质传感器、清洗电刷、超声清洗的工作电源开关控制电路，一方面可实现水质传感器、清洗电刷、超声清洗的间歇式工作方式，以降低功耗，另一方面使三部份可实现分时工作。如水质传感器工作前，超声清洗换能器及清洗电刷先上电进行清洗工作，清洗后下电停止工作，接着水质传感器再上电工作，避免超声清洗及清洗电刷工作时对水质检测及其它参数检测造成干扰。第一电流测量电路检测水质传感器及清洗电刷的工作电流，第二电流测量电路检测超声清洗的工作电流。通过对各模块工作电流大小的检测，可判断各模块是否正常工作，尤其是超声清洗及清洗电刷是否正常工作。存储器电路主要用于储存水质参数、光伏电源的充放电参数及超声清洗、清洗电刷、水质传感器工作电流等历史数据，以防止无线网络不正常时，相关数据的丢失。
作为优选，所述的水质传感器电源控制电路包括MOS管Q53和三极管Q54，所述的清洗电刷电源控制电路包括MOS管Q51和三极管Q52，所述的第一电流测量电路包括电阻R59和电流检测芯片U51，电流检测芯片U51采用MAX4173芯片；所述的水质传感器包括四个电流型水质传感器和多个RS485总线型水质传感器；三极管Q54的基极经电阻R515和所述的SOC片上系统的输出端DD端相连，三极管Q54的发射极接地，三极管Q54的集电极经电阻R514和MOS管Q53的栅极相连，MOS管Q53的栅极和源极之间连接有电阻R513，MOS管Q53的源极既经电阻R59和电压VBout相连又经电容C56接地，MOS管Q53的漏极和自恢复保险丝F52的一端相连，自恢复保险丝F52的另一端和水质传感器的电源输入端VCC_W相连，RS485总线型水质传感器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连，电流型水质传感器输出的电流信号分别和所述的SOC片上系统的输入端相连；三极管Q52的基极经电阻R512和所述的SOC片上系统的输出端DC端相连，三极管Q52的发射极接地，三极管Q52的集电极经电阻R511和MOS管Q51的栅极相连，MOS管Q51的栅极和源极之间连接有电阻R510，MOS管Q51的源极和MOS管Q53的源极相连，MOS管Q51的源极经电容C55接地，MOS管Q51的漏极和自恢复保险丝F51的一端相连，自恢复保险丝F51的另一端和清洗电刷的电源输入端VCC_C相连；电流检测芯片U51的3脚既接+3.3V电压又经电容C57接地，电流检测芯片U51的1脚及2脚接地，电流检测芯片U51的4脚、5脚分别和电阻R59的两端相连，电流检测芯片U51的6脚和所述的SOC片上系统的输入端AD0端相连。采用RS485总线型水质传感器，可接入的水质传感器数量可达数十个，采用4-20mA输出的电流型水质传感器，最多可接入的数量为四个。电阻R59为电流取样电阻，用于对清洗电刷及水质传感器的工作电流进行采集，与电流检测芯片U51一起构成电流测量电路。三极管Q52的基极、三极管Q54的基极分别为水质传感器、清洗电刷的工作电源控制端，其受SOC片上系统控制，控制MOS管Q51、MOS管Q53的通断。MOS管Q51导通时，清洗电刷得电；MOS管Q51截止时，清洗电刷失电。MOS管Q53导通时，水质传感器得电；MOS管Q53截止时，水质传感器失电。从而可以控制清洗电刷、水质传感器的间歇工作、分时工作。二极管D51～二极管D54为钳位二极管，当4-20mA电流型水质传感器故障时输出过电压信号时，能将AD2端、AD3端、AD4端及AD5端的电压钳位到3.3V电压，可防止SOC片上系统的AD转换端口被过电压击穿。
作为优选，所述的超声清洗电源控制电路包括MOS管Q61和三极管Q62，所述的第二电流测量电路包括电阻R61和电流检测芯片U61，电流检测芯片U61采用MAX4173芯片；三极管Q62的基极经电阻R64和所述的SOC片上系统的输出端DE端相连，三极管Q62的发射极接地，三极管Q62的集电极经电阻R63和MOS管Q61的栅极相连，MOS管Q61的栅极和源极之间连接有电阻R62，MOS管Q61的源极经电阻R61和电压VBout相连，MOS管Q61的源极经电容C61接地，MOS管Q61的漏极和自恢复保险丝F61的一端相连，自恢复保险丝F61的另一端和超声清洗换能器的电源输入端VCC_U相连；电流检测芯片U61的3脚既接+3.3V电压又经电容C62接地，电流检测芯片U61的1脚及2脚接地，电流检测芯片U61的4脚、5脚分别和电阻R61的两端相连，电流检测芯片U61的6脚和所述的SOC片上系统的输入端AD1端相连。电阻R61为电流取样电阻，用于对超声清洗换能器的工作电流进行采集，和电流检测芯片U61一起构成电流测量电路。三极管Q61的基极为超声清洗换能器的工作电源控制端，其受SOC片上系统控制，控制MOS管Q61的通断。MOS管Q61导通时，超声清洗换能器得电；MOS管Q61截止时，超声清洗换能器失电。从而可以控制超声清洗换能器的间歇工作、分时工作。
作为优选，所述的太阳能电池经光伏充放电控制器和所述的蓄电池相连，光伏充放电控制器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连。选用的铅酸蓄电池或锂蓄电池标准电压为12V，选用的太阳能电池的开路电压在20V左右。光伏充放电控制器，应选择带RS485充放电数据采集接口、独立的铅蓄电池或锂电池光伏充放控制器。可采集充放电数据包括：太阳能电池电压及电流、蓄电池或锂蓄电池电压及电流以及充放电工作状态。
作为优选，所述的SOC片上系统为Zigbee片上系统U81，Zigbee片上系统U81采用CC2530芯片；Zigbee片上系统U81的1脚～4脚均接地，Zigbee片上系统U81的10脚既接电压VDD又经电容C812接地，Zigbee片上系统U81的21脚既接电压VDD又经电容C810接地，Zigbee片上系统U81的22脚、23分别经电容C88、电容C89接地，且Zigbee片上系统U81的22脚和23脚之间连接有晶振Y81，Zigbee片上系统U81的20脚既经电阻R82接电压VDD又经电容C811接地，Zigbee片上系统U81的24脚既接电压VDD又经电容C87接地，Zigbee片上系统U81的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的29脚经电容C85和电容C86的并联电路接地，Zigbee片上系统U81的30脚经电阻R81接地，Zigbee片上系统U81的31脚、39脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的31脚经电容C84接地，Zigbee片上系统U81的39脚经电容C83接地，Zigbee片上系统U81的40脚经电容C82接地；Zigbee片上系统U81的25脚经电容C814和电容C816的一端相连，电容C814和电容C816的连接点经电感L83接地，Zigbee片上系统U81的26脚经电容C813和电感L82的一端相连，电容C813和电感L82的连接点经电容C815接地，电容C816的另一端及电感L82的另一端和电容C817的一端相连，电容C817的另一端通过接口SMB1外接单极子天线；Zigbee片上系统U81的5脚～9脚和所述的存储器电路相连，Zigbee片上系统U81的11脚、16脚及17脚和所述的RS485接口电路相连，Zigbee片上系统U81的12脚～15脚和所述的水质传感器相连，Zigbee片上系统U81的18脚、19脚分别和所述的第二电流测量电路、第一电流测量电路相连，Zigbee片上系统U81的34脚、35脚及36脚分别和清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路相连；电感L81的一端接3.3V电压，电感L81的另一端经电容C81接地，电感L81和电容C81的连接点输出电压VDD；Zigbee片上系统U81还和蓝牙透传模块U71相连，蓝牙透传模块U71采用LSD4WN051模块，Zigbee片上系统U81的5脚、37脚及38脚分别和蓝牙透传模块U71的8脚、3脚及4脚相连，蓝牙透传模块U71的1脚、5脚及6脚均接3.3V电压，蓝牙透传模块U71的2脚、9脚及10脚均接地，蓝牙透传模块U71的1脚和2脚之间连接有电容C71和电容C72。本技术方案采用Zigbee片上系统CC2530芯片实现控制及无线传输，其无线传输采用2.4GHz射频，支持IEEE 802.15.4及Zigbee RF4CE无线传输标准。本技术方案可以作为Zigbee的主从节点，自成系统工作，也可以与其它环境监测Zigbee节点组网工作。由于水质传感器需经常进行校准，CC2530芯片的外围电路中连接有蓝牙透传模块，基于蓝牙通信方式，通过手机APP，可方便地在现场对水质传感器进行校准。
作为优选，所述的SOC片上系统为蓝牙片上系统U91，蓝牙片上系统U91采用CC2541芯片；蓝牙片上系统U91的1脚、4脚均接地，蓝牙片上系统U91的10脚既接电压VDD又经电容C97接地，蓝牙上系统U91的21脚既接电压VDD又经电容C95接地，蓝牙片上系统U91的22脚、23脚分别经电容C912、电容C911接地，且蓝牙片上系统U91的22脚和23脚之间连接有晶振Y91，蓝牙片上系统U91的20脚既经电阻R91接电压VDD又经电容C913接地，蓝牙片上系统U91的24脚既接电压VDD又经电容C94接地，蓝牙片上系统U91的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的29脚经电容C92和电容C93的并联电路接地，蓝牙片上系统U91的30脚经电阻R92接地，蓝牙片上系统U91的31脚、39脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的31脚经电容C92接地，蓝牙片上系统U91的39脚经电容C96接地，蓝牙片上系统U91的40脚经电容C98接地；蓝牙片上系统U91的25脚经电容C915和电容C917的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C915和电容C917的连接点经电感L913接地，蓝牙片上系统U91的26脚经电容C914和电感L912的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C914和电感L912的连接点经电容C916接地，电感L914的LB端既经电容C918接地又经电感L915和电阻R93与PCB天线PCB_ANT相连；蓝牙片上系统U91的32脚、33脚分别经电容C910、电容C99接地，且蓝牙片上系统U91的32脚和33脚之间连接有晶振Y92；蓝牙片上系统U91的6脚～9脚和所述的存储器电路相连，蓝牙片上系统U91的11脚、16脚及17脚和所述的RS485接口电路相连，蓝牙片上系统U91的12脚～15脚和所述的水质传感器相连，蓝牙片上系统U91的18脚、19脚分别和所述的第二电流测量电路、第一电流测量电路相连，蓝牙片上系统U91的34脚、35脚及36脚分别和清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路相连；电感L91的一端接3.3V电压，电感L91的另一端经电容C91接地，电感L91和电容C91的连接点输出电压VDD。本技术方案采用蓝牙片上系统CC2541芯片实现控制及无线传输，其无线传输采用2.4GHz射频，支持蓝牙4.0标准。本技术方案可以作为蓝牙的主从节点，自成系统工作，也可以与其它环境监测蓝牙节点组网工作。而其水质检测节点可直接通过手机APP，方便地在现场对水质传感器进行校准。本技术方案更适合与手机APP结合，构成独立的水质检测与显示系统。
作为优选，所述的LED点阵屏无线显示节点包括SOC片上系统单元、存储器单元、RS485接口单元、LED点阵屏、LED点阵屏电源控制单元、电流检测单元和电源单元，RS485接口单元和LED点阵屏通过RS485总线相连，存储器单元、RS485接口单元、LED点阵屏电源控制单元及电流检测单元分别和SOC片上系统单元相连。电源单元可采用220V交流供电或光伏电源供电，优选220V交流供电，在无法交流供电的情况下采用光伏电源供电。采用交流供电时，通过AC/DC转换器输出12V工作电压。采用光伏电源供电时，供电电压范围为12V铅酸蓄电池或12V锂蓄电池的工作电压范围，并选择带RS485充放电数据采集接口的光伏充放电控制器，可采集充放电数据包括：太阳能电池电压及电流、蓄电池或锂蓄电池电压及电流以及充放电工作状态。实现光伏电源工作状态的远程监控。LED点阵屏采用带RS485总线接口的，通过RS485接口单元和SOC片上系统单元实现通讯。RS485接口单元还和光伏电源的RS485接口相连。LED点阵屏电源控制单元构成LED点阵屏的工作电源的开关控制电路，尤其是采用光伏电源供电时，可实现间歇式工作方式，以降低功耗，间歇时间的长短根据光伏电源中太阳能电池及蓄电池的能量确定，能量的大小，根据太阳能电池的端电压及输出电流及蓄电池电压确定。电流检测单元对LED点阵屏的工作电流进行检测，通过检测到的工作电流的大小，可判断LED点阵屏的工作状态是否正常。存储器电路主要用于储存水质参数、光伏电源的充放电参数及超声清洗、清洗电刷、水质传感器、LED点阵屏工作电流等历史数据，以防止无线网络不正常时，相关数据的丢失。LED点阵屏无线显示节点的控制芯片需与水质检测无线传感节点的控制芯片对应一致。如均采用Zigbee片上系统CC2530芯片或均采用蓝牙片上系统CC2541芯片或均采用小型MCU STC15L2K16S2芯片。
作为优选，所述的LED点阵屏电源控制单元包括MOS管Q151和三极管Q152；所述的电流检测单元包括电阻R151和电流检测芯片U151，电流检测芯片U151采用MAX4173芯片；三极管Q152的基极经电阻R154和SOC片上系统单元输出的DEE信号相连，三极管Q152的发射极接地，三极管Q152的集电极经电阻R153和MOS管Q151的栅极相连，MOS管Q151的栅极和源极之间连接有电阻R152，MOS管Q151的源极既经电阻R151和电压VBout1相连又经电容C151接地，MOS管Q151的漏极和自恢复保险丝F151的一端相连，自恢复保险丝F151的另一端和所述的LED点阵屏的电源输入端VCC_L相连；电流检测芯片U151的3脚既接+3.3V电压又经电容C152接地，电流检测芯片U152的1脚及2脚接地，电流检测芯片U152的4脚、5脚分别和电阻R151的两端相连，电流检测芯片U152的6脚输出AD00信号和所述的SOC片上系统单元相连。电阻R151为电流取样电阻，用于对LED点阵屏的工作电流进行采集，和电流检测芯片U151一起构成电流测量电路。三极管Q154的基极为LED点阵屏的工作电源控制端，其受SOC片上系统控制，控制MOS管Q151的通断。MOS管Q151导通时，LED点阵屏得电；MOS管Q151截止时，LED点阵屏失电。从而可以控制LED点阵屏的间歇工作。
本发明的有益效果是：水质传感器采用清洗电刷与超声波换能器组合清洗方式，清洗更加全面。水质传感器、超声清洗换能器、清洗电刷及LED点阵屏的工作电源可控、工作电流可测，既降低功耗，又便于维修和维护。本发明不仅可以独立工作，尤其可以以节点的方式接入Zigbee、蓝牙等无线网络中组网工作，通过无线网络进行传输与远程控制，实现水质检测的远程监控。通过LED点阵屏无线显示节点可公开监测点水质等环境信息，接受公众监督，更可吸引公众参与水环境管理，提高公众环保意识、生态意识，营造爱护生态环境的良好风气。
附图说明
图1是本发明中水质检测无线传感节点的一种主视结构示意图。
图2是本发明中水质检测无线传感节点的一种俯视结构示意图。
图3是本发明中水质检测无线传感节点中水质传感器和清洗电刷安装结构的一种主视结构示意图。
图4是本发明中水质检测无线传感节点控制电路的一种电路原理连接结构框图。
图5是本发明水质检测无线传感节点控制电路中电源电路的一种电路原理图。
图6是本发明水质检测无线传感节点控制电路中存储器电路的一种电路原理图。
图7是本发明水质检测无线传感节点控制电路中RS485接口电路的一种电路原理图。
图8是本发明水质检测无线传感节点控制电路中水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路和第一电流测量电路的一种电路原理图。
图9是本发明水质检测无线传感节点控制电路中超声清洗电源控制电路和第二电流测量电路的一种电路原理图。
图10是本发明水质检测无线传感节点控制电路中SOC片上系统的一种电路原理图。
图11是改变图10中射频收发电路的一种电路原理图。
图12是本发明水质检测无线传感节点控制电路中SOC片上系统的又一种电路原理图。
图13是本发明水质检测无线传感节点控制电路的另一种电路原理图。
图14是用LoRa无线透传模块代替图13中的无线收发透传模块的一种电路原理图。
图15用NB-IOT无线透传模块代替图13中的无线收发透传模块的一种电路原理图。
图16是本发明中LED点阵屏无线显示节点的一种电路原理连接结构框图。
图17是本发明LED点阵屏无线显示节点中LED点阵屏电源控制单元及电流检测单元的一种电路原理图。
图中1.浮板，2.安装盒，3.安装支架，4.太阳能电池，5.清洗电刷，6.水质传感器，7.刷毛，8.防雨防晒盖板，9.网罩，10.超声清洗换能器，11.支承架，12.定位孔，13.SOC片上系统，14.存储器电路，15.RS485接口电路，16.水质传感器电源控制电路，17.清洗电刷电源控制电路，18.超声清洗电源控制电路，19.第一电流测量电路，20.第二电流测量电路，21.蓄电池，22.电源变换电路，31.SOC片上系统单元，32.存储器单元，33.RS485接口单元，34.LED点阵屏，35.LED点阵屏电源控制单元，36.电流检测单元，37.电源单元，61.电流型水质传感器，62.RS485总线型水质传感器。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
实施例1：本实施例的水质检测无线传感与显示节点，包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连。如图1、图2、图3所示，水质检测无线传感节点包括浮板1，浮板上安装有安装盒2和安装支架3。安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的上方有太阳能电池4，太阳能电池安装在支架的顶部，支架和浮板固定并位于安装盒的外围。安装支架呈圆形，安装支架上安装有一个清洗电刷5和多个水质传感器6，清洗电刷和水质传感器垂直朝下穿过浮板上的通孔并伸到浮板的下方，清洗电刷安装在安装支架的圆心处，清洗电刷的刷柄垂直向下，清洗电刷的刷头和刷柄垂直并且刷头上的刷毛7朝上，所有水质传感器位于清洗电刷的刷头运行的圆弧轨迹上并沿圆弧均布。浮板上翻盖式地安装有防雨防晒盖板8，防雨防晒盖板罩住安装支架及浮板上的通孔。浮板的背面安装有一个网罩9，网罩罩住水质传感器和清洗电刷及浮板上的通孔，网罩的底部安装有一个超声清洗换能器10，浮板背面的左右两侧各安装有一个U型支承架11，浮板的四角各有一个用于连接绳索或锚链的定位孔12。
如图4所示，水质检测无线传感节点控制电路包括SOC片上系统13、存储器电路14、RS485接口电路15、水质传感器电源控制电路16、清洗电刷电源控制电路17、超声清洗电源控制电路18、第一电流测量电路19、第二电流测量电路20和由太阳能电池供电的电源电路，存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路及第二电流测量电路分别和SOC片上系统相连。
电源电路包括蓄电池21和电源变换电路22，如图5所示，太阳能电池F11经光伏充放电控制器UM和12V蓄电池B11相连，蓄电池B11的正极输出电压VBout，光伏充放电控制器UM通过RS485总线A端及B端和RS485接口电路的A端及B端相连。电源变换电路包括电源转换器U21，电源转换器U21采用MP1470同步降压转换器，电源转换器U21的1脚接地，电源转换器U21的3脚和电压VBout相连，电源转换器U21的3脚和接地端间连接有电容C20、电容C21、电容C22及电容C23，电源转换器U21的3脚经电阻R20和电阻R21的串联电路接地，电阻R20和电阻R21的连接点和电源转换器U21的5脚相连，电源转换器U21的5脚经电容C24接地，电源转换器U21的4脚经电阻R24和电阻R25的串联电路接地，电阻R24和电阻R25的连接点经电阻R26接地，电阻R24和电阻R25的串联电路上并联有电阻R23和电容C26的串联电路，电源转换器U21的6脚经电阻R22和电容C25的串联电路与电源转换器U21的2脚相连，电源转换器U21的2脚经电感L1和电容C27与电容C28的并联电路的一端相连，电容C27与电容C28的并联电路的另一端接地，电感L1和电容C27的连接点输出+3.3V电压，供给存储器电路、RS485接口电路及SOC片上系统所用。电源转换器U21选用同步降压转换器MP1470，其输入电压范围4.7V～16V，最大输出电流2A。蓄电池电压输出端输出电压VBout，电容C20、电容C21及电容C22为电源滤波电容。电容C23为旁路电容。电阻R20、电阻R21、电容C24为电源转换器U21的EN使能端提供使能电压。电阻R23、电阻R24、电阻R25、电阻R26及电容C26为输出电压反馈电路，输出电压主要由电阻R25、电阻R26的分压比确定，本电路的输出电压为3.3V电压。电阻R22和电容C25为自举升压电路。电感L1为贮能电感，电容C27及电容C28为输出滤波电容。
如图10所示，SOC片上系统为Zigbee片上系统U81，Zigbee片上系统U81采用CC2530芯片；Zigbee片上系统U81的1脚～4脚均接地，Zigbee片上系统U81的10脚既接电压VDD又经电容C812接地，Zigbee片上系统U81的21脚既接电压VDD又经电容C810接地，Zigbee片上系统U81的22脚、23分别经电容C88、电容C89接地，且Zigbee片上系统U81的22脚和23脚之间连接有晶振Y81，Zigbee片上系统U81的20脚既经电阻R82接电压VDD又经电容C811接地，Zigbee片上系统U81的24脚既接电压VDD又经电容C87接地，Zigbee片上系统U81的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的29脚经电容C85和电容C86的并联电路接地，Zigbee片上系统U81的30脚经电阻R81接地，Zigbee片上系统U81的31脚、39脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的31脚经电容C84接地，Zigbee片上系统U81的39脚经电容C83接地，Zigbee片上系统U81的40脚经电容C82接地；Zigbee片上系统U81的25脚经电容C814和电容C816的一端相连，电容C814和电容C816的连接点经电感L83接地，Zigbee片上系统U81的26脚经电容C813和电感L82的一端相连，电容C813和电感L82的连接点经电容C815接地，电容C816的另一端及电感L82的另一端和电容C817的一端相连，电容C817的另一端通过接口SMB1外接单极子天线；Zigbee片上系统U81的5脚～9脚和存储器电路相连，Zigbee片上系统U81的11脚、16脚及17脚和RS485接口电路相连，Zigbee片上系统U81的12脚～15脚和水质传感器相连，Zigbee片上系统U81的18脚、19脚分别和第二电流测量电路、第一电流测量电路相连，Zigbee片上系统U81的34脚、35脚及36脚分别和清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路相连；电感L81的一端接3.3V电压，电感L81的另一端经电容C81接地，电感L81和电容C81的连接点输出电压VDD；Zigbee片上系统U81还和蓝牙透传模块U71相连，蓝牙透传模块U71采用LSD4WN051模块，Zigbee片上系统U81的5脚、37脚及38脚分别和蓝牙透传模块U71的8脚、3脚及4脚相连，蓝牙透传模块U71的1脚、5脚及6脚均接3.3V电压，蓝牙透传模块U71的2脚、9脚及10脚均接地，蓝牙透传模块U71的1脚和2脚之间连接有电容C71和电容C72。下载接口J81的1脚、2脚分别接电压3.3V电压、接地，下载接口J81的3脚、4脚分别和Zigbee片上系统U81的35脚、34脚相连，下载接口J81的5脚和Zigbee片上系统U81的20脚相连。下载接口J81可用于程序下载及调试，下载及调试时3.3V电压也可由下载器提供。其中Zigbee片上系统U81的35脚、34脚还分别复用作水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路的开关控制信号。
如图6所示，存储器电路包括存储器U41，存储器U41采用AT45DB161D存储器；存储器U41的3脚经电阻R41接+3.3V电压，存储器U41的7脚接地，存储器U41的5脚及6脚均接+3.3V电压，且6脚经电容C41接地，存储器U41的1脚、2脚、4脚及8脚分别和Zigbee片上系统U81的8脚、6脚、7脚及9脚相连。AT45DB161D存储器为存储容量为16Mbit串行接口的FLASH存储器，兼容SPI模式0和3。电容C41为存储器U41旁路电容，存储器U41的RESET脚通过电阻R41上拉，禁止RESET功能。CS为片选引脚，SI为串行输入，SO为串行输出，SCK为串行时钟，分别与SOC片上系统相连。
如图7所示，RS485接口电路包括RS485接口芯片U31，RS485接口芯片U31采用MAX3485芯片；RS485接口芯片U31的2脚和3脚相连，RS485接口芯片U31的2脚、1脚、4脚分别和Zigbee片上系统U81的11脚、17脚、16脚相连，RS485接口芯片U31的5脚接地，RS485接口芯片U31的5脚和7脚间连接有电阻R33，RS485接口芯片U31的8脚既接+3.3V电压又经电容C31接地，RS485接口芯片U31的6脚和8脚间连接有电阻R31，RS485接口芯片U31的6脚经电电阻R35输出RS485总线信号A，RS485接口芯片U31的7脚经电阻R34输出RS485总线信号B，RS485接口芯片U31的6脚和7脚间连接有电阻R33，RS485总线信号A和RS485总线信号B之间连接有二极管T32，二极管T32的两端分别经二极管T31、二极管T33接地。RS485接口电路选用低功耗RS485收发器MAX3485。电容C31为RS485接口芯片U31电源端的旁路电容，电阻R31和电阻R32为RS485总线的偏置电路，电阻R33为RS485总线的终端匹配电阻，偏置电阻与终端匹配电阻要根据所接的RS485设备确定。电阻R34和电阻R35为RS485限流保护电阻，二极管T31、二极管T32及二极管T33为防雷击TVS瞬态抑制二极管。RS485接口电路的A、B端与所有RS485设备的A、B端相连。
如图8所示，本实施例中，水质传感器包括四个电流型水质传感器61和多个RS485总线型水质传感器62；水质传感器电源控制电路包括MOS管Q53和三极管Q54，清洗电刷电源控制电路包括MOS管Q51和三极管Q52，第一电流测量电路包括电阻R59和电流检测芯片U51，电流检测芯片U51采用MAX4173芯片。三极管Q54的基极经电阻R515和Zigbee片上系统U81的35脚相连，三极管Q54的发射极接地，三极管Q54的集电极经电阻R514和MOS管Q53的栅极相连，MOS管Q53的栅极和源极之间连接有电阻R513，MOS管Q53的源极既经电阻R59和电压VBout相连又经电容C56接地，MOS管Q53的漏极和自恢复保险丝F52的一端相连，自恢复保险丝F52的另一端和各个水质传感器的电源输入端VCC_W相连，水质传感器的电源输入端VCC_W接水质传感器的正极，水质传感器的负极接地，RS485总线型水质传感器通过RS485总线和RS485接口电路的RS485总线信号A及B相连。以一个电流型水质传感器为例进行说明，电流型水质传感器输出的电流信号既和电阻R51的一端相连又经电阻R55接地，电阻R51的另一端，一路和Zigbee片上系统U81的15脚相连，另一路经电容C51接地，还有一路和二极管D51的正极相连，二极管D51的负极接+3.3V电压。其他三个电流型水质传感器输出的电流信号的连接电路同上，不再多述。四个电流型水质传感器输出的电流信号分别经电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54和Zigbee片上系统U81的15脚、14脚、13脚、12脚相连。三极管Q52的基极经电阻R512和Zigbee片上系统U81的34脚相连，三极管Q52的发射极接地，三极管Q52的集电极经电阻R511和MOS管Q51的栅极相连，MOS管Q51的栅极和源极之间连接有电阻R510，MOS管Q51的源极和MOS管Q53的源极相连，MOS管Q51的源极经电容C55接地，MOS管Q51的漏极和自恢复保险丝F51的一端相连，自恢复保险丝F51的另一端和清洗电刷的电源输入端VCC_C相连，清洗电刷的电源输入端VCC_C接清洗电刷的正极，清洗电刷的负极接地。电流检测芯片U51的3脚既接+3.3V电压又经电容C57接地，电流检测芯片U51的1脚及2脚接地，电流检测芯片U51的4脚、5脚分别和电阻R59的两端相连，电流检测芯片U51的6脚和Zigbee片上系统U81的19脚相连。
如图9所示，超声清洗电源控制电路包括MOS管Q61和三极管Q62，第二电流测量电路包括电阻R61和电流检测芯片U61，电流检测芯片U61采用MAX4173芯片。三极管Q62的基极经电阻R64和Zigbee片上系统U81的36脚相连，三极管Q62的发射极接地，三极管Q62的集电极经电阻R63和MOS管Q61的栅极相连，MOS管Q61的栅极和源极之间连接有电阻R62，MOS管Q61的源极经电阻R61和电压VBout相连，MOS管Q61的源极经电容C61接地，MOS管Q61的漏极和自恢复保险丝F61的一端相连，自恢复保险丝F61的另一端和超声清洗换能器的电源输入端VCC_U相连，超声清洗换能器的电源输入端VCC_U接超声清洗换能器的正极，超声清洗换能器的负极接地；电流检测芯片U61的3脚既接+3.3V电压又经电容C62接地，电流检测芯片U61的1脚及2脚接地，电流检测芯片U61的4脚、5脚分别和电阻R61的两端相连，电流检测芯片U61的6脚和Zigbee片上系统U81的18脚相连。
如图16所示，LED点阵屏无线显示节点包括SOC片上系统单元31、存储器单元32、RS485接口单元33、LED点阵屏34、LED点阵屏电源控制单元35、电流检测单元36和电源单元37，RS485接口单元和LED点阵屏通过RS485总线相连，存储器单元、RS485接口单元、LED点阵屏电源控制单元及电流检测单元分别和SOC片上系统单元相连。电源单元包括电源变换电路，采用两种供电方案并存的方式。一种采用由太阳能电池给蓄电池充电的光伏电源供电方式，另一种采用交流220经电源变换后输出DC12V电源的供电方式，两种供电方式根据情况选择使用，在无法交流供电的情况下采用光伏电源供电。光伏电源供电方式中，太阳能电池经光伏充放电控制器和12V蓄电池相连，蓄电池输出的电压经电源变换电路转换为3.3电压，供给各电路使用。RS485接口电路通过RS485总线A端及B端和光伏充放电控制器相连。光伏供电电路及转换成3.3V电压的电源变换电路和图5相同。存储器单元、RS485接口单元分别和图6、图7相同。
LED点阵屏无线显示节点中的SOC片上系统单元采用Zigbee片上系统，同图10，不过在LED点阵屏无线显示节点中，CC2530芯片的34脚、35脚只用于程序下载及调试，不再复用。CC2530芯片的12脚、13脚、14脚、15脚、18脚、5脚、37脚、38脚(即AD1、AD2、AD3、AD4和AD5端口及RST、TX2和RX2端口)为空脚，LED点阵屏无线显示节点不用蓝牙透传模块。而其它端口连接与图10相同。LED点阵屏电源控制单元包括MOS管Q151和三极管Q152；电流检测单元包括电阻R151和电流检测芯片U151，电流检测芯片U151采用MAX4173芯片。如图17所示，三极管Q152的基极经电阻R154和CC2530芯片的36脚相连(LED点阵屏无线显示节点中，CC2530芯片的36脚输出DEE信号，同图10中的DE端)，三极管Q152的发射极接地，三极管Q152的集电极经电阻R153和MOS管Q151的栅极相连，MOS管Q151的栅极和源极之间连接有电阻R152，MOS管Q151的源极既经电阻R151和电压VBout1相连又经电容C151接地，MOS管Q151的漏极和自恢复保险丝F151的一端相连，自恢复保险丝F151的另一端和LED点阵屏的电源输入端VCC_L相连，电源输入端VCC_L接LED点阵屏的正极，LED点阵屏的负极接地；电流检测芯片U151的3脚既接+3.3V电压又经电容C152接地，电流检测芯片U152的1脚及2脚接地，电流检测芯片U152的4脚、5脚分别和电阻R151的两端相连，电流检测芯片U152的6脚输出AD00信号和CC2530芯片的19脚相连(LED点阵屏无线显示节点中，CC2530芯片的19脚输入AD00信号，同图10中的AD0端)。
水质检测无线传感节点由太阳能电池供电，LED点阵屏无线显示节点由太阳能电池和市电交流电根据情况择一进行供电，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点之间实现无线通讯。水质传感器、清洗电刷、超声清洗换能器及LED点阵屏的工作电源的通断均可控，从而实现水质传感器、清洗电刷、超声清洗换能器及LED点阵屏的间歇式工作或分时工作。清洗电刷用于水质传感器的清洗，工作时，清洗电刷的刷柄旋转，带动刷头作圆周运动，分布在圆周轨迹上的所有水质传感器都能被刷毛清洗，而超声清洗换能器可以对水质传感器及清洗电刷(如毛刷上的脏物)进行更全面的清洗。水质传感器检测水质，电流型水质传感器的检测信号AD2～AD5端直接输送给水质检测无线传感节点中的CC2530芯片，RS485总线型水质传感器的检测信号通过RS485接口电路再输送给CC2530芯片，第一电流测量电路检测水质传感器及清洗电刷的工作电流，第二电流测量电路检测超声清洗的工作电流，测得的电流信号AD0～AD1输送给CC2530芯片。水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点进行无线通讯，将上述信号输送给LED点阵屏无线显示节点，在LED点阵屏上进行显示。LED点阵屏无线显示节点中，也有电流检测单元，对LED点阵屏的工作电流进行检测，测得的电流信号AD00输送给LED点阵屏无线显示节点中的CC2530芯片，再通过LED点阵屏显示。通过LED点阵屏可显示水质参数、光伏电源的充放电参数及超声清洗、清洗电刷、水质传感器的工作电流，通过对各模块工作电流大小的检测，可判断各模块是否正常工作，实现水质检测的远程监控。
本实施例采用Zigbee片上系统CC2530芯片实现控制及无线传输，其无线传输采用2.4GHz射频，支持IEEE 802.15.4及Zigbee RF4CE无线传输标准。本实施例可以作为Zigbee的主从节点，自成系统工作，也可以与其它环境监测Zigbee节点组网工作。由于水质传感器需经常进行校准，CC2530芯片的外围电路中连接有蓝牙透传模块，基于蓝牙通信方式，通过手机APP，可方便地在现场对水质传感器进行校准。
实施例2：本实施例的水质检测无线传感与显示节点，水质检测无线传感节点控制电路中的SOC片上系统结构略有不同，如图11所示，包括射频芯片U82，射频芯片U82采用RFX2401芯片。Zigbee片上系统U81的25脚经电容C814和电容C816的一端相连，电容C814和电容C816的连接点经电感L83接地，Zigbee片上系统U81的26脚经电容C813和电感L82的一端相连，电容C813和电感L82的连接点经电容C815接地，电容C816的另一端及电感L82的另一端和电容C817的一端相连，电容C817的另一端和射频芯片U82的4脚相连，射频芯片U82的5脚、6脚分别和Zigbee片上系统U81的33脚、32脚相连，射频芯片U82的1脚、2脚、3脚、7脚、8脚、9脚、11脚、12脚及15脚接地，射频芯片U82的14脚即接电压VDD又经电容C819接地，射频芯片U82的16脚即接电压VDD又经电容C818接地，射频芯片U82的10脚通过接口SMB2外接单极子天线。其余结构同实施例1。
实施例3：本实施例的水质检测无线传感与显示节点，如图12所示，水质检测无线传感节点控制电路中的SOC片上系统为蓝牙片上系统U91，蓝牙片上系统U91采用CC2541芯片，本实施例不需要蓝牙透传模块；蓝牙片上系统U91的1脚、4脚均接地，蓝牙片上系统U91的10脚既接电压VDD又经电容C97接地，蓝牙上系统U91的21脚既接电压VDD又经电容C95接地，蓝牙片上系统U91的22脚、23脚分别经电容C912、电容C911接地，且蓝牙片上系统U91的22脚和23脚之间连接有晶振Y91，蓝牙片上系统U91的20脚既经电阻R91接电压VDD又经电容C913接地，蓝牙片上系统U91的24脚既接电压VDD又经电容C94接地，蓝牙片上系统U91的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的29脚经电容C92和电容C93的并联电路接地，蓝牙片上系统U91的30脚经电阻R92接地，蓝牙片上系统U91的31脚、39脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的31脚经电容C92接地，蓝牙片上系统U91的39脚经电容C96接地，蓝牙片上系统U91的40脚经电容C98接地；蓝牙片上系统U91的25脚经电容C915和电容C917的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C915和电容C917的连接点经电感L913接地，蓝牙片上系统U91的26脚经电容C914和电感L912的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C914和电感L912的连接点经电容C916接地，电感L914的LB端既经电容C918接地又经和电感L915的一端相连，电感L915的另一端，既经电阻R93与PCB天线PCB_ANT相连，又经电阻R94与天线SMA_ANT相连。通过焊接二个0欧的电阻R93及电阻R94之一，可选择使用PCB天线或通过接口连接的外接天线SMA_ANT。蓝牙片上系统U91的32脚、33脚分别经电容C910、电容C99接地，且蓝牙片上系统U91的32脚和33脚之间连接有晶振Y92。电感L91的一端接3.3V电压，电感L91的另一端经电容C91接地，电感L91和电容C91的连接点输出电压VDD。蓝牙片上系统U91的8脚、6脚、7脚及9脚分别和存储器U41的1脚、2脚、4脚及8脚相连。蓝牙片上系统U91的11脚、17脚、16脚分别和RS485接口芯片U31的2脚、1脚、4脚相连。蓝牙片上系统U91的34脚、35脚、36脚分别为DC信号端、DD信号端、DE信号端，分别作为清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路的电源控制端。四个电流型水质传感器输出的电流信号分别经电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54和蓝牙片上系统U91的15脚、14脚、13脚、12脚相连。蓝牙片上系统U91的19脚和第一电流测量电路中电流检测芯片U51的6脚相连，蓝牙片上系统U91的18脚和第二电流测量电路中电流检测芯片U61的6脚相连。下载接口J91的1脚、2脚分别接3.3V电压、接地，下载接口J91的3脚、4脚分别和蓝牙片上系统U91的35脚、34脚相连，下载接口J91的5脚和蓝牙片上系统U91的20脚相连。下载接口J91可用于程序下载及调试，下载及调试时3.3V电压也可由下载器提供。其中蓝牙片上系统U91的35脚、34脚还复用作水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路的开关控制信号。其余结构同实施例1。
本实施例中LED点阵屏无线显示节点中的SOC片上系统单元采用蓝牙片上系统，同图12，不过在LED点阵屏无线显示节点中，CC2541芯片的34脚、35脚只用于程序下载及调试，不再复用。CC2541芯片的12脚、13脚、14脚、15脚、18脚(即AD1、AD2、AD3、AD4和AD5端口)为空脚。而其它端口连接与图12相同。其余结构同实施例1。
本实施例采用蓝牙片上系统CC2541芯片实现控制及无线传输，其无线传输采用2.4GHz射频，支持蓝牙4.0标准。本实施例可以作为蓝牙的主从节点，自成系统工作，也可以与其它环境监测蓝牙节点组网工作。而其水质检测节点可直接通过手机APP，方便地在现场对水质传感器进行校准。本技术方案更适合与手机APP结合，构成独立的水质检测与显示系统。其余工作过程同实施例1。
实施例4：本实施例的水质检测无线传感与显示节点，用单片机U131代替实施例1中的SOC片上系统，如图13所示，单片机U131采用STC15L2K16S2单片机。下载接口J131的1脚、4脚分别接3.3V电压、接地，下载接口J131的2脚、3脚分别和单片机U131的16脚、15脚相连，单片机U131的12脚经电感L131接3.3V电压，单片机U131的14脚接地，单片机U131的12脚和14脚之间连接有电容C131。单片机U131的2脚、3脚及4脚和蓝牙透传模块U71的8脚、3脚及4脚相连，单片机U131的13脚、21脚、22脚分别和RS485接口芯片U31的2脚、1脚、4脚相连。单片机U131的18脚、19脚、20脚分别为DC信号端、DD信号端、DE信号端，分别作为清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路的电源控制端。四个电流型水质传感器输出的电流信号分别经电阻R51、电阻R52、电阻R53、电阻R54和单片机U131的7脚、8脚、9脚、10脚相连。单片机U131的6脚和第一电流测量电路中电流检测芯片U51的6脚相连，单片机U131的5脚和第二电流测量电路中电流检测芯片U61的6脚相连。本实施例还包括芯片U101，芯片U101为NRF24L01无线收发透传模块。芯片U101的1脚、2脚分别接地、接3.3V电压，芯片U101的2脚经电容C102和电容C101的并联电路接地。芯片U101的3脚、4脚、5脚、6脚、7脚、8脚分别和单片机U131的1脚、28脚、24脚、26脚、25脚、23脚相连。其余结构同实施例1。STC15L2K16S2单片机内置复位及高精度时钟线路，其外围电路比较简单。3.3V电源电压，经电感L131及电容C131滤波后，生产工作电压VCC。下载接口J131可用于程序下载及调试，下载及调试时3.3V的电压也可由下载器提供。本实施例为一种典型的小型MCU用“单片无线收发透传模块控制电路”。NRF24L01无线收发透传模块是工作在2.4GHz-2.5GHz的ISM频段的单片无线收发器芯片。具有硬件CRC校验和点对多点的地址控制功能，采用4线SPI通讯端口，通讯速率最高可达8Mbps，适合与各种MCU连接。
STC15L2K16S2单片机基本电路的蓝牙以外的“无线串口透传模块”可选用图13、图14、图15三种模块之一。
如图14所示，另一方案，还可用芯片U111代替芯片U101，芯片U111采用E32-TTL-1WLoRa无线透传模块。芯片U111的7脚、6脚分别接地、接3.3V电压，芯片U111的7脚和6脚之间连接有电容C111和电容C112的并联电路。芯片U111的1脚、2脚、3脚、4脚、5脚分别和单片机U131的17脚、11脚、15脚、16脚、23脚相连。本技术方案为一种典型的小型MCU用“LoRa无线透传模块控制电路”。E32-TTL-1W LoRa无线透传模块是一款基于SX1278射频芯片的无线串口模块，透明传输方式，1W发射功率，工作在410-441MHz频段(默认433MHz)，LoRa扩频技术，TTL电平输出，兼容3.3V与5V的IO口电压。
如图15所示，还有一个方案，还可用芯片U121代替芯片U101，芯片U121采用NB100NB-IOT无线透传模块。芯片U121的1脚、2脚分别接地、接3.3V电压，芯片U121的1脚和2脚之间连接有电容C121和电容C122的并联电路。芯片U121的3脚、4脚、5脚、6脚分别和单片机U131的16脚、15脚、11脚、17脚相连。本技术方案为一种典型的小型MCU用“NB-IOT无线透传模块控制电路”。NB100 NB-IOT无线透传模块是一款基于移远BC95设计的小系统板，包含了天线射频、电源、STM卡座和ESD防护等电路。
本实施例中，LED点阵屏无线显示节点中的SOC片上系统单元采用STC15L2K16S2芯片，同图13，AD1、AD2、AD3、AD4及AD5端口不用，为空脚；DD及DC端口不用，也为空脚；RST、TX2及RX2端口均不用，也为空脚。而其它端口连接与图13相同。
与本实施例的水质检测无线传感节点相对应：
如果选用NRF24L01无线收发透传模块构成LED点阵屏无线显示节点，则LED点阵屏无线显示节点中STC15L2K16S2芯片的M0_RES、M1_EN、RX3和TX3端口不用，为空脚。
另一方案，如果选用LoRa无线透传模块构成LED点阵屏无线显示节点，则LED点阵屏无线显示节点中STC15L2K16S2芯片的CE和CS1端口不用，为空脚。
还有一个方案，如果选用NB-IOT无线透传模块构成LED点阵屏无线显示节点，则LED点阵屏无线显示节点中STC15L2K16S2芯片的CE、CS1及IR_AU端口不用，为空脚。
其余结构同实施例1。
本实施例设计的水质检测无线传感与显示节点，也适用于“小型MCU+无线传输模块”的方案，分别构成无线收发透传模块、LoRa无线透传模块、NB-IOT无线透传模块等水质检测无线传感与显示节点，实现两节点间的互相通讯。其余工作过程同实施例1。
Claims (10)
1.一种水质检测无线传感与显示节点，其特征在于包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连；水质检测无线传感节点包括浮板，浮板上设有安装盒和安装支架，安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的外围设有用于安装太阳能电池的支架，太阳能电池位于安装盒的上方，安装支架上安装有伸向浮板下方的若干水质传感器和清洗电刷，安装支架上罩有防雨防晒盖板，浮板的背面设有一个罩住水质传感器和清洗电刷的网罩，网罩的底部设有一个超声清洗换能器，浮板背面的相对两侧各设有一个支承架，浮板的四角各有一个定位孔。
2.根据权利要求1所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的安装支架呈圆形，所述的清洗电刷安装在安装支架的圆心处，清洗电刷的刷柄垂直向下，清洗电刷的刷头和刷柄垂直并且刷头上的刷毛朝上，多个水质传感器垂直朝下并且沿清洗电刷的刷头运行的圆弧轨迹均布。
3.根据权利要求1所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的水质检测无线传感节点控制电路包括SOC片上系统、存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路、第二电流测量电路和由太阳能电池供电的电源电路，存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路及第二电流测量电路分别和SOC片上系统相连。
4.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的水质传感器电源控制电路包括MOS管Q53和三极管Q54，所述的清洗电刷电源控制电路包括MOS管Q51和三极管Q52，所述的第一电流测量电路包括电阻R59和电流检测芯片U51，电流检测芯片U51采用MAX4173芯片；所述的水质传感器包括四个电流型水质传感器和多个RS485总线型水质传感器；三极管Q54的基极经电阻R515和所述的SOC片上系统的输出端DD端相连，三极管Q54的发射极接地，三极管Q54的集电极经电阻R514和MOS管Q53的栅极相连，MOS管Q53的栅极和源极之间连接有电阻R513，MOS管Q53的源极既经电阻R59和电压VBout相连又经电容C56接地，MOS管Q53的漏极和自恢复保险丝F52的一端相连，自恢复保险丝F52的另一端和水质传感器的电源输入端VCC_W相连，RS485总线型水质传感器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连，电流型水质传感器输出的电流信号分别和所述的SOC片上系统的输入端相连；三极管Q52的基极经电阻R512和所述的SOC片上系统的输出端DC端相连，三极管Q52的发射极接地，三极管Q52的集电极经电阻R511和MOS管Q51的栅极相连，MOS管Q51的栅极和源极之间连接有电阻R510，MOS管Q51的源极和MOS管Q53的源极相连，MOS管Q51的源极经电容C55接地，MOS管Q51的漏极和自恢复保险丝F51的一端相连，自恢复保险丝F51的另一端和清洗电刷的电源输入端VCC_C相连；电流检测芯片U51的3脚既接+3.3V电压又经电容C57接地，电流检测芯片U51的1脚及2脚接地，电流检测芯片U51的4脚、5脚分别和电阻R59的两端相连，电流检测芯片U51的6脚和所述的SOC片上系统的输入端ADO端相连。
5.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的超声清洗电源控制电路包括MOS管Q61和三极管Q62，所述的第二电流测量电路包括电阻R61和电流检测芯片U61，电流检测芯片U61采用MAX4173芯片；三极管Q62的基极经电阻R64和所述的SOC片上系统的输出端DE端相连，三极管Q62的发射极接地，三极管Q62的集电极经电阻R63和MOS管Q61的栅极相连，MOS管Q61的栅极和源极之间连接有电阻R62，MOS管Q61的源极经电阻R61和电压VBout相连，MOS管Q61的源极经电容C61接地，MOS管Q61的漏极和自恢复保险丝F61的一端相连，自恢复保险丝F61的另一端和超声清洗换能器的电源输入端VCC_U相连；电流检测芯片U61的3脚既接+3.3V电压又经电容C62接地，电流检测芯片U61的1脚及2脚接地，电流检测芯片U61的4脚、5脚分别和电阻R61的两端相连，电流检测芯片U61的6脚和所述的SOC片上系统的输入端AD1端相连。
6.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的太阳能电池经光伏充放电控制器和所述的蓄电池相连，光伏充放电控制器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连。
7.根据权利要求3或4或5所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的SOC片上系统为Zigbee片上系统U81，Zigbee片上系统U81采用CC2530芯片；Zigbee片上系统U81的1脚～4脚均接地，Zigbee片上系统U81的10脚既接电压VDD又经电容C812接地，Zigbee片上系统U81的21脚既接电压VDD又经电容C810接地，Zigbee片上系统U81的22脚、23分别经电容C88、电容C89接地，且Zigbee片上系统U81的22脚和23脚之间连接有晶振Y81，Zigbee片上系统U81的20脚既经电阻R82接电压VDD又经电容C811接地，Zigbee片上系统U81的24脚既接电压VDD又经电容C87接地，Zigbee片上系统U81的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的29脚经电容C85和电容C86的并联电路接地，Zigbee片上系统U81的30脚经电阻R81接地，Zigbee片上系统U81的31脚、39脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的31脚经电容C84接地，Zigbee片上系统U81的39脚经电容C83接地，Zigbee片上系统U81的40脚经电容C82接地；Zigbee片上系统U81的25脚经电容C814和电容C816的一端相连，电容C814和电容C816的连接点经电感L83接地，Zigbee片上系统U81的26脚经电容C813和电感L82的一端相连，电容C813和电感L82的连接点经电容C815接地，电容C816的另一端及电感L82的另一端和电容C817的一端相连，电容C817的另一端通过接口SMB1外接单极子天线；Zigbee片上系统U81的5脚～9脚和所述的存储器电路相连，Zigbee片上系统U81的11脚、16脚及17脚和所述的RS485接口电路相连，Zigbee片上系统U81的12脚～15脚和所述的水质传感器相连，Zigbee片上系统U81的18脚、19脚分别和所述的第二电流测量电路、第一电流测量电路相连，Zigbee片上系统U81的34脚、35脚及36脚分别和清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路相连；电感L81的一端接3.3V电压，电感L81的另一端经电容C81接地，电感L81和电容C81的连接点输出电压VDD；Zigbee片上系统U81还和蓝牙透传模块U71相连，蓝牙透传模块U71采用LSD4WN051模块，Zigbee片上系统U81的5脚、37脚及38脚分别和蓝牙透传模块U71的8脚、3脚及4脚相连，蓝牙透传模块U71的1脚、5脚及6脚均接3.3V电压，蓝牙透传模块U71的2脚、9脚及10脚均接地，蓝牙透传模块U71的1脚和2脚之间连接有电容C71和电容C72。
8.根据权利要求3或4或5所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的SOC片上系统为蓝牙片上系统U91，蓝牙片上系统U91采用CC2541芯片；蓝牙片上系统U91的1脚、4脚均接地，蓝牙片上系统U91的10脚既接电压VDD又经电容C97接地，蓝牙上系统U91的21脚既接电压VDD又经电容C95接地，蓝牙片上系统U91的22脚、23脚分别经电容C912、电容C911接地，且蓝牙片上系统U91的22脚和23脚之间连接有晶振Y91，蓝牙片上系统U91的20脚既经电阻R91接电压VDD又经电容C913接地，蓝牙片上系统U91的24脚既接电压VDD又经电容C94接地，蓝牙片上系统U91的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的29脚经电容C92和电容C93的并联电路接地，蓝牙片上系统U91的30脚经电阻R92接地，蓝牙片上系统U91的31脚、39脚均接电压VDD，蓝牙片上系统U91的31脚经电容C92接地，蓝牙片上系统U91的39脚经电容C96接地，蓝牙片上系统U91的40脚经电容C98接地；蓝牙片上系统U91的25脚经电容C915和电容C917的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C915和电容C917的连接点经电感L913接地，蓝牙片上系统U91的26脚经电容C914和电感L912的串联电路与电感L914的LA端相连，电容C914和电感L912的连接点经电容C916接地，电感L914的LB端既经电容C918接地又经电感L915和电阻R93与PCB天线PCB_ANT相连；蓝牙片上系统U91的32脚、33脚分别经电容C910、电容C99接地，且蓝牙片上系统U91的32脚和33脚之间连接有晶振Y92；蓝牙片上系统U91的6脚～9脚和所述的存储器电路相连，蓝牙片上系统U91的11脚、16脚及17脚和所述的RS485接口电路相连，蓝牙片上系统U91的12脚～15脚和所述的水质传感器相连，蓝牙片上系统U91的18脚、19脚分别和所述的第二电流测量电路、第一电流测量电路相连，蓝牙片上系统U91的34脚、35脚及36脚分别和清洗电刷电源控制电路、水质传感器电源控制电路、超声清洗电源控制电路相连；电感L91的一端接3.3V电压，电感L91的另一端经电容C91接地，电感L91和电容C91的连接点输出电压VDD。
9.根据权利要求1或3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的LED点阵屏无线显示节点包括SOC片上系统单元、存储器单元、RS485接口单元、LED点阵屏、LED点阵屏电源控制单元、电流检测单元和电源单元，RS485接口单元和LED点阵屏通过RS485总线相连，存储器单元、RS485接口单元、LED点阵屏电源控制单元及电流检测单元分别和SOC片上系统单元相连。
10.根据权利要求9所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的LED点阵屏电源控制单元包括MOS管Q151和三极管Q152；所述的电流检测单元包括电阻R151和电流检测芯片U151，电流检测芯片U151采用MAX4173芯片；三极管Q152的基极经电阻R154和SOC片上系统单元输出的DEE信号相连，三极管Q152的发射极接地，三极管Q152的集电极经电阻R153和MOS管Q151的栅极相连，MOS管Q151的栅极和源极之间连接有电阻R152，MOS管Q151的源极既经电阻R151和电压VBout1相连又经电容C151接地，MOS管Q151的漏极和自恢复保险丝F151的一端相连，自恢复保险丝F151的另一端和所述的LED点阵屏的电源输入端VCC_L相连；电流检测芯片U151的3脚既接+3.3V电压又经电容C152接地，电流检测芯片U152的1脚及2脚接地，电流检测芯片U152的4脚、5脚分别和电阻R151的两端相连，电流检测芯片U152的6脚输出ADOO信号和所述的SOC片上系统单元相连。
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