CN110007056A - 一种新型低功耗无线便携式水质检测系统 - Google Patents

一种新型低功耗无线便携式水质检测系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于水质检测技术领域，提供一种新型低功耗无线便携式水质检测系统，其包括壳体，其特征在于,所述壳体设有电路主板和电路子板，所述电路主板与所述电路子板连接；所述电路子板包括电极测试模块；所述电路主板包括微处理器、电源管理模块、波形发生器、校准模块及蓝牙无线传输模块；所述波形发生器、校准模块、电源管理模块、电极测试模块及蓝牙无线传输模块分别与所述微处理器连接并由所述微处理器控制；所述电极测试模块用于对水质进行检测或终止检测；所述蓝牙无线传输模块与智能手机连接，用于接收测试指令及测试数据的传输；同时，具有体积小、易携带、功耗低、续航能力强的特点。

Description

一种新型低功耗无线便携式水质检测系统
技术领域
本发明属于水质检测技术领域，尤其涉及一种新型低功耗无线便携式水质检测系统。
背景技术
随着我国社会经济和城市化的快速发展，水环境的污染越来越严重，水质状况将直接影响周边人群的身体健康。在水质众多指标中，含氮量检测最为重要，其中，水体含氮有机物污染的指标主要由水中氮化合物的多少来衡量。通过测定水中各种形态的氮含量的多少有助于评价水体受污染程度，特别是用于判定水体是否有爆发蓝藻的可能性；另一方面，氮含量的多少也可以用于水产养殖业的一个重要参考标准，与此同时，水体中的重金属以及酸碱性也将影响到生态环境以及人的身体健康，因此有必要对水体中的氮含量以及PH值、重金属等参数进行测量。
但是，目前水质检测面临的问题是，传统水质检测设备不具备不间断连续性测量的能力，而且通常检测设备体积大，不方便携带，检测速度慢，化学试剂消耗大，因此很难全面实时地掌握目标水域的水质状况。
因此，针对以上不足，本发明急需提供一种新型低功耗无线便携式水质检测系统。
发明内容
本发明的目的在于提供一种新型低功耗无线便携式水质检测系统，以至少解决现有技术中存在的系统无法实现不间断连续性测量的问题。
本发明提供了下述方案：本发明的目的在于提供一种新型低功耗无线便携式水质检测系统，其技术方案如下：
一种新型低功耗无线便携式水质检测系统，包括壳体，其特征在于,所述壳体设有电路主板和电路子板，所述电路主板与所述电路子板连接；所述电路子板包括电极测试模块；所述电路主板包括微处理器、电源管理模块、波形发生器、校准模块及蓝牙无线传输模块；所述波形发生器、校准模块、电源管理模块、电极测试模块及蓝牙无线传输模块分别与所述微处理器连接并由所述微处理器控制；所述电源管理模块与所述波形发生器、校准模块及蓝牙无线传输模块，在微处理器的控制下实现电源提供的通断；所述电极测试模块用于对水质进行检测或终止检测；所述蓝牙无线传输模块与智能手机连接，用于接收测试指令及测试数据的传输。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述校准模块与所述电极测试模块连接，用于校准测试数据。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述波形器分别与所述校准模块、电极测试模块连接，用于提供激励信号。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述电源管理模块与电池连接，用于控制所述电池稳压输出。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述电池与充电管理模块通过USB接口连接，所述充电管理模块用于为所述电池充电。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述微处理器内置设有模拟数字转换器。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述校准模块设有存储器，用于存储校准模块的测试数据。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述波形发生器设有晶振电路，其波形稳定性强，频率稳定，很难受到温度的影响，可以有效保证关键电路所用的激励波形的稳定性，从而有效避免因外界温度变化所导致的系统测量的误差问题。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述蓝牙无线传输模块设有JDY08蓝牙4.0模块，集成度高，功耗低。
如上述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，进一步优选为：所述电路主板与所述电路子板通过USB接口连接。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
一、本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，电源管理模块与其所连部分模块在微控制器的控制下，在非工作时段内断开各相连模块的电源连接(微控制器除外)，实现低功耗管理，在系统工作时间段，逐级打开所要启动的电路模块，当所测试的模块功能结束会通过微控制器再次断开电源的连接，通过这种智能控制手段最大程度实现低功耗并延长系统续航能力，系统续航能力强，可持续工作并存储约1500组有效数据，适合于大型水域的实时水质监测，。
二、本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，体积小，便于携带。
三、本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，设有波形发生器和校准模块，其中波形发生器采用晶振电路，避免了外界温度变化所导致的系统测量的误差问题，校准模块在测量开始前对标准阻抗元件进行自动测试，当启动电极测试电路进行测量时，会将所测量的标准元件参数值代入计算过程，从而有效实现系统校准，提高系统的一致性，操作简单，测试灵活，测试稳定性强，测试数据精准。
四、本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，蓝牙无线传输模块可以通过无线方式接收测试命令以及发送测试数据到智能手机中的蓝牙模块接收端，并可直接在手机上通过软件程序显示当前测试数据，特别适用于当前智能手机的应用系统，应用范围广泛，操作简单。
附图说明
图1为本发明一种新型低功耗无线便携式水质检测系统的结构示意图；
图2为本发明一种新型低功耗无线便携式水质检测系统的电路示意图；
图3为本发明一种新型低功耗无线便携式水质检测系统的蓝牙模块的电路框图；
图4为本发明一种新型低功耗无线便携式水质检测系统的波形发生器的电路原理示意图；
图5为本发明一种新型低功耗无线便携式水质检测系统的电极测试模块的电路原理示意图；
图中:1-壳体；2-电极测试模块；3-USB接口；4-电池；5-微处理器；6-充电管理模块；7-电源管理模块；8-波形发生器；9-校准模块；10-蓝牙无线传输模块。
具体实施方式
下面将结合附图和具体实施方式对本发明做进一步详细说明。
实施例1
如图1-2所示，本发明提供一种的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其包括壳体1，壳体1内部设有电路主板和电路子板，电路主板和电路子板通过USB接口3连接；
电路主板包括微处理器5(MSP430F2254)、电源管理模块7、波形发生器8、电池4、充电管理模块6、校准模块9及蓝牙无线传输模块10，电路子板包括电极测试模块2；
微处理器5作为系统的控制中心分别与电极测试模块2、电源管理模块7、波形发生器8、校准模块9及蓝牙无线传输模块10连接，用于控制上述各模块的工作状态；
电极测试模块2分别与波形发生器8、电源管理模块7、波形发生器8连接，用于在微处理器5的控制下对水质进行检测或终止检测；
电源管理模块7分别与波形发生器8、校准模块9、电极测试模块2及蓝牙无线传输模块10连接，用于在微处理器5的控制下向与其连接的各模块提供电源或中断电源；
波形发生器8分别与校准模块9、电极测试模块2连接，用于为校准模块9、电极测试模块2提供激励信号；
校准模块9与电极测试模块2连接，用于实现测试过程中的系统校准；
蓝牙无线传输模块10与智能手机连接用于接收测试指令并将测试数据发送至智能手机；
电池4由2节并联的可充电干电池4组成，其分别与电源管理模块7和充电管理模块6连接，电池4用于为系统供电，电源管理模块7用于控制电池4稳压输出；
充电管理模块6通过USB接口3与电池4连接，其中，USB接口3可以通过5V的USB电源线为电池4充电。
实施例2
为了避免因外界温度变化所导致的系统测量的误差问题，实现系统校准，提高系统的一致性，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，波形发生器8采用(32k-DT-26)晶振电路来实现，其波形稳定性强，频率稳定，很难受到温度的影响，可以有效保证关键电路所用的激励波形的稳定性，从而有效避免因外界温度变化所导致的系统测量的误差问题；校准模块9在测量开始前对标准阻抗元件进行自动测试，将所测量的数据保存在存储器中，当启动电极测试电路进行测量时，会将所测量的标准元件参数代入计算过程。
实施例3为了实现将检测数据传输给手机，实现数据收集，进而用户可以通过手机简单直观地看到测试结果，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，微处理器5的内部程序采用定时测量以及无线通信方式，对测量时间间隔进行设置，程序启动后自动运行，同时记录所测试的水质参数与温度参数，蓝牙无线传输模块10可以通过无线方式接收测试命令以及发送测试数据到智能手机中的蓝牙模块接收端，并可直接在智能手机上通过软件程序显示当前测试数据，特别适用于当前智能手机的应用系统。
实施例4
为了实现降低能耗，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，微处理器5内置设有模拟数字转换器，集成度高，面积小，同时，可以进一步降低本发明系统的电流，实现低功耗。
实施例5为了提高整个测试系统的灵敏度与分辨率，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，电极测试模块2中的电极为FPC(Flexible Printed Circuit)柔性电极，其采用先进的微机械加工工艺在柔性衬底上制成，并经过进一步表面处理，进一步加强了电极表面的离子亲合力，从而使电极的电化学性能更为突出，测试灵敏性增强。
实施例6
为了扩大使用范围，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，电极测试模块2可以根据测量水质的不同，更换不同的传感器。
实施例7
如图3所示，为了进一步降低能耗，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，蓝牙无线传输模块10采用集成的JDY08蓝牙4.0模块，集成度高，功耗低，可以通过串口直接进行数据传输，进而非常方便地将测量数据通过微处理器5串口mRXD,mTXD完成数据的接收与发送工作；
VBLE为蓝牙模块的工作电源，VBLE由电源管理模块7直接控制，在非工作时段可以完全切断其电源，从而使功耗降低；CONNECTOK与DIS/WAKE信号由微处理器5提供，其中CONNECTOK信号为蓝牙连接时的信号，通过此信号电平的判断就可以识别是否有蓝牙无线传输模块10与本模块连接；DIS/WAKE信号用于控制蓝牙无线传输模块10的工作状态，与唤醒方式一起进一步减小蓝牙无线传输模块10的工作电流。
实施例8
如图4所示，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，波形发生器8由正弦波产生电路与缓冲器(buffer)组成，其中，正弦波产生电路由晶振Y1、半导体电容(CapSemi)Cx1,Cx2，半导体电阻(Res Semi)R1M及反相器74LS04组成，正弦波产生电路输出的正弦波SINE经过LM358运算放大器所组成的缓冲器作为波形发生器8的激励输出(SINOUT)。
实施例9
如图5所示，本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，电极测试电路由AD8534中的4个运算放大器、电极、温度传感器和若干半导体电阻(Res Semi)、半导体电容(Cap Semi)组成；半导体电容CF分别连接在电极GOLD,SILVER两端，用于对电路噪声起到一定的滤波作用；
VREF作为参考电压为电极一端提供一个稳定的参考电压，而SINOUT作为一个标准的正弦波信号为电极电路的工作提供激励电压，运算放大器将电极中的电流信息通过几级放大与处理，可以消除共模噪声并提供一定的增益，最后将电流信号转化为电压信号，由ADC2MCU输入到微处理器5中的模拟数字转化器ADC的输入端，进行数字量化；而电极中的温度传感器的输出电压通过ADC_TEMP脚引入到微处理器5的另一路模拟数字转化器ADC中，因此电极的测试模拟不仅能对电极信号的电流进行测量，也能同时完成水体温度的测量；其中，VPSIN与VMCU电压均受电源管理模块7的控制，在非工作时间此两处电压为0，因此不会产生工作电流，进而有效降低了系统非工作时段的功耗。
工作原理
当需要对水质中的氮含量进行检测时，用户通过手机的蓝牙模块向无线传输模块发送测试指令，蓝牙无线传输模块10将测试指令发送至微处理器5，微处理器5控制电源管理模块7与波形发生器8、校准模块9、电极测试模块2及蓝牙无线传输模块10连接，提供电源；微处理器5控制波形发生器8为校准模块9和电极测试模块2提供激励信号，避免因外界温度变化导致的系统误差；微处理器5控制校准模块9对标准阻抗元件进行自动测试，并将所测量的数据报讯在存储器中，进而微处理器5控制电极测试模块2对水质进行测量，在测量过程中，将校准模块9测量的标准原件参数值代入计算过程，并将测量数据发送至微处理器5，微处理器5接收测试数据并将测试数据通过蓝牙无线传输模块10发送至智能手机的蓝牙模块接收端，用户可以通过智能手机直观的看到测试结果；
电极测试模块2测试结束后，微处理器5控制电源管理模块7断开与波形发生器8、校准模块9、电极测试模块2及无线传输模块的连接。
分析可知，与现有技术相比，本发明的优点和有益效果在于：
本发明提供的新型低功耗无线便携式水质检测系统，具有可精确地测出水样中的氮含量，同时可持续不间断实时对水体进行测试并对所测量数据进行存储，方便大数据分析与进一步处理，而且方便携带，系统续航能力强，适合于大型水域的实时水质监测的优点。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (10)

1.一种新型低功耗无线便携式水质检测系统，包括壳体，其特征在于,所述壳体设有电路主板和电路子板，所述电路主板与所述电路子板连接；
所述电路子板包括电极测试模块；所述电路主板包括微处理器、电源管理模块、波形发生器、校准模块及蓝牙无线传输模块；
所述波形发生器、校准模块、电源管理模块、电极测试模块及蓝牙无线传输模块分别与所述微处理器连接并由所述微处理器控制；
所述电源管理模块与所述波形发生器、校准模块及蓝牙无线传输模块，在微处理器的控制下实现电源提供的通断；
所述电极测试模块用于对水质进行检测或终止检测；
所述蓝牙无线传输模块与智能手机连接，用于接收测试指令及测试数据的传输。
2.根据权利要求1所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述校准模块与所述电极测试模块连接，用于校准测试数据。
3.根据权利要求2所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述波形器分别与所述校准模块、电极测试模块连接，用于提供激励信号。
4.根据权利要求1-3之一所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述电源管理模块与电池连接，用于控制所述电池稳压输出。
5.根据权利要求4所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述电池与充电管理模块连接，所述充电管理模块用于为所述电池充电。
6.根据权利要求5所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述微处理器内置设有模拟数字转换器。
7.根据权利要求6所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述校准模块设有存储器。
8.根据权利要求7所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述波形发生器设有晶振电路。
9.根据权利要求8所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述蓝牙无线传输模块设有JDY08蓝牙4.0模块。
10.根据权利要求9所述的新型低功耗无线便携式水质检测系统，其特征在于：所述电路主板与所述电路子板通过USB接口连接。
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