CN202204534U - 湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，包括下位水质信息监测仪表和上位信息系统，下位水质信息监测仪表包括用于采集水质参数的前端传感器；中央处理器，其第一串行外设接口与前端传感器的输出端通讯连接；下位无线传输模块，中央处理器通过其第二串行外设接口与其输入端通讯连接，下位无线传输模块与上位信息系统的上位无线传输模块无线通讯连接，以将中央处理器接收到的水质参数通过下位无线传输模块无线发送至上位信息系统进行分析处理。本实用新型的智能系统便于监测点的多点布施，并可将从监测点采集到的水质参数实时无线上传到上位信息系统进行各种分析处理。
Description
技术领域
本实用新型属于水环境治理领域技术，涉及到一种湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统。
背景技术
在对湖库水质进行监测、分析与水华预测预警过程中，存在着不能多点布施、不能针对特定水质问题进行系统的智能化分析处理和不能进行远程监测的难题。
实用新型内容
本实用新型的目的是提供一种水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，特别是提供水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统的下位水质信息监测仪表，使其可以实现对影响水体富营养化主要水质参数的采集与无线传输。
本实用新型采用的技术方案为：一种湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，包括下位水质信息监测仪表和上位信息系统，所述下位水质信息监测仪表包括：
一用于采集水质参数的前端传感器；
一中央处理器，所述中央处理器的第一串行外设接口与前端传感器的输出端通讯连接；
一下位无线传输模块，所述中央处理器通过其第二串行外设接口与下位无线传输模块的输入端通讯连接，所述下位无线传输模块与上位信息系统的上位无线传输模块无线通讯连接，以将中央处理器接收到的水质参数通过下位无线传输模块无线发送至上位信息系统进行分析处理。
优选地，所述前端传感器是采集酸碱度、溶解氧、总氮、总磷、透明度、叶绿素a、电导率、水温中至少一种水质参数的一组水质传感器。
优选地，所述下位无线传输模块与上位无线传输模块均是基于GPRS的无线传输模块。
优选地，所述下位水质信息监测仪表还包括蜂鸣器电路，所述蜂鸣器电路包括一蜂鸣器和一三极管，所述蜂鸣器的正极输入端与下位水质信息监测仪表的供电电源电路的输出端电连接，负极输入端与三极管的集电极电连接，所述三极管的基级经电阻与中央处理器的蜂鸣控制端口电连接，发射极直接接地。
优选地，所述下位水质信息监测仪表还包括复位电路，所述复位电路包括复位按键，供电电源电路的输出端经第一电阻一支路经电容接地，另一支路经第二电阻和复位按键接地，所述电容的高电位点作为复位电路的复位信号输出端与中央处理器的复位信号输入端电连接。
优选地，所述下位水质信息监测仪表还包括LCD显示器，所述中央处理器通过其LPT接口驱动所述LCD显示器。
本实用新型的有益效果为：本实用新型的水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统便于监测点的多点布施，并可将从监测点采集到的水质参数实时无线上传到上位信息系统进行各种分析处理。
附图说明
图1为本实用新型所述湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统的实施构成原理示意图；
图2为图1中所示下位水质信息监测仪表的结构原理图；
图3示出了图2所示下位水质信息监测仪表的蜂鸣器电路；
图4示出了图2所示下位水质信息监测仪表的复位电路；
图5为图1中上位信息系统的结构图。
具体实施方式
如图1所示，本实用新型的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统包括下位水质信息监测仪表A与上位信息系统B，其中，下位水质信息监测仪表A主要实现对湖库水质信息的采集、显示及基于GPRS的无线远程传输功能；上位信息系统B实现水质监测点数据实时显示、历史数据查询、对比，基于综合营养指数法的水质评价，以及基于小波-神经网络模型的水华预测预警功能。
如图1和2所示，本实用新型该下位水质信息监测仪表A包括：-用于采集水质参数的前端传感器A1；，一下位无线传输模块；和一CPU中央心处理器；一电源转换模块。采集水质参数的前端传感器的输出端接CPU中央心处理器的第一串行外设围接口SPI1；下位无线传输模块的输入端接CPU中心央处理器的第二串行外设围接口SPI2，以将中央处理器接收到的水质参数通过下位无线传输模块无线发送至上位信息系统B进行分析处理。
所述用于采集水质参数的前端传感器可以是采集酸碱度pH值、溶解氧DO、总氮TN、总磷TP、透明度SD、叶绿素a(Chl_a)、电导率、水温的至少一种水质参数的一组水质传感器，如图1所示，包括水质传感器1、2至n。
其中的溶解氧DO(Dissolved Oxygen)是水体环境质量的一项极其重要的综合性表观指标，它直接反映水体受有机物、微生物、藻类等物质污染的程度，在环境水质监测中被广泛采用，DO值的变化主要由曝气量所影响，监测DO可以优化调节曝气量，控制用电量，进而可以控制污水处理成本。其单位一般表示为“毫克/升”。
其中的总氮TN(Total Nitrogen)是指水中各种形态无机和有机氮的总量。包括
和
等无机氮和蛋白质、氨基酸和有机胺等有机氮，以每升水含氮毫克数计算。常被用来表示水体受营养物质污染的程度。
其中的总磷TP(Total Phosphorus)是指水中各种形态磷的总量。即水样经消解后将各种形态的磷转变成正磷酸盐后测定的结果，其单位一般表示为“毫克/升”。
其中的透明度SD是指水体清澈和光线透过的程度。透光越深透明度越大。
其中的叶绿素a(Chl_a)是反映水体中浮游植物生物量的综合指标，是表征水体水华现象及其程度的最重要的指标之一，分析叶绿素a的含量与动态特性，能了解浮游植物生物量状况及其变化趋势。
该下位水质信息监测仪表还包括如图3所示的蜂鸣器电路和如图4所示的复位电路，该中央处理器可以采用AVR系列单片机ATMEGA1280或者51系列单片机，如图2所示，该中央处理器可通过第三串行外设接口SPI3与Flash存储器通讯连接，实现现场数据采集和Flash存储，通过其LPT接口实现对LCD显示器的显示驱动，并可通过其ISP接口实现上位数据下载。
该下位水质信息监测仪表还包括供电电源电路，该供电电源电路将输入的12V电压转换为5V电压输出，因此，该供电电源电路可提供12V电压和5V电压，以为下位水质信息监测仪表的各组成模块或电路提供工作电压。
另外，该供电电源电路可设置一供电状态显示电路，供电电源电路的输出5V电压的输出端经一电阻和一发光二极管接地，则若供电电源电路正常供电，该发光二极管将被点亮，即可以通过发光二极管的亮灭来检查供电电源电路的电压转换芯片是否正常工作，亮表示工作正常，反之则表示此电压转换芯片已损坏。
如图3所示，该蜂鸣器电路包括一蜂鸣器Buzzer和一三极管Q2，该蜂鸣器的正极输入端接入上述5V电压，负极输入端与三极管Q2的集电极电连接，该三极管Q2的基级经电阻R20与中央处理器的蜂鸣控制端口电连接，发射极可直接接地。这样，在中央处理器按照预置的程序需要控制蜂鸣提示时即可在其蜂鸣器控制端口输出蜂鸣控制信号BELL，该蜂鸣控制信号BELL在图3所示的电路中应为高电平，使三极管Q2导通，控制蜂鸣器Buzzer蜂鸣提示。
如图4所示，该复位电路包括复位按键RESET，供电电源电路的输出5V电压的输出端经第一电阻R18一支路经电容C50接地，另一支路经第二电阻R19和复位按键RESET接地，该电容C50的高电位点作为复位电路的复位信号输出端与中央处理器的复位信号输入端电连接。当操作人员按下复位按键RESET时，电容C50将通过由第二电阻R19和复位按键RESET构成的电路放电，将复位信号输入端的电压拉低，中央处理器便可根据该低电平有效的复位信号
将下位水质信息监测仪表复位。
本实用新型的下位水质信息监测仪表具有水质传感器布点灵活，分布广泛，数据量稳定，数据传输质量要求高和实时性强的特别。下位无线传输模块与上位信息系统B的上位无线传输模块之间采用GPRS远程无线传输方式，适用于间断的、突发性的或频繁的、少量的数据传输，也适用于偶尔的大数据量传输。由于基于GPRS的无线传输方式具有覆盖地域广、通信距离远、网络可靠性高、稳定性好、通讯成本较低等优点，因此，优选为采用GPRS远程无线传输方式对水质参数进行实时传送。
上位信息系统B可通过现有的对水质参数进行分析和处理的将实时监测数据和大量历史数据存储在数据库中。可实现水质信息实时显示，并按时间跨度对历史信息进行查询和对比。
如图5所示，上位信息系统B将通过上位无线传输模块获取的下位水质信息监测仪表采集到的如温度、电导率、含盐量、溶解氧、酸碱度等水质参数存储在SQL数据库中，通过调用数据库中的数据，完成水质监测数据分析、水质评价以及水华预测预警等。
本实用新型的上位信息系统针对湖库水体富营养化的特点，采用综合营养指数法综合多项水体富营养化参考因素，对水华富营养化程度进行评价和分级评价，所用的模型称为改进的相关加权营养指数模型，采用普适指数公式直接计算出各因子的权重，应用于营养状态指数模型。上位信息系统针对湖库水华产生的特点，利用小波-神经网络模型实现对叶绿素a最高点的非线性预测，实现对水华的预测预警。上位信息系统的水质监测功能体现在对监测点(布施水质传感器的位置)数据实时显示、监测点历史数据查询和监测点历史数据对比等。上位信息系统应用的各种模型可以采用现有的用于分析水质参数的实现相应功能的各种模型，由于该部分并不是本实用新型所要解决的技术问题，在此不再进一步说明。
上述各实施例可在不脱离本实用新型的范围下加以若干变化，故以上的说明所包含及附图中所示的结构应视为例示性，而非用以限制本实用新型的申请专利范围。
Claims (6)
1.一种湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，包括下位水质信息监测仪表和上位信息系统，所述下位水质信息监测仪表包括：
一用于采集水质参数的前端传感器；
一中央处理器，所述中央处理器的第一串行外设接口与前端传感器的输出端通讯连接；
一下位无线传输模块，所述中央处理器通过其第二串行外设接口与下位无线传输模块的输入端通讯连接，所述下位无线传输模块与上位信息系统的上位无线传输模块无线通讯连接，以将中央处理器接收到的水质参数通过下位无线传输模块无线发送至上位信息系统进行分析处理。
2.根据权利要求1所述的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，所述前端传感器是采集酸碱度、溶解氧、总氮、总磷、透明度、叶绿素a、电导率、水温中至少一种水质参数的一组水质传感器。
3.根据权利要求1所述的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，所述下位无线传输模块与上位无线传输模块均是基于GPRS的无线传输模块。
4.根据权利要求1所述的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，所述下位水质信息监测仪表还包括蜂鸣器电路，所述蜂鸣器电路包括一蜂鸣器和一三极管，所述蜂鸣器的正极输入端与下位水质信息监测仪表的供电电源电路的输出端电连接，负极输入端与三极管的集电极电连接，所述三极管的基级经电阻与中央处理器的蜂鸣控制端口电连接，发射极直接接地。
5.根据权利要求1所述的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，所述下位水质信息监测仪表还包括复位电路，所述复位电路包括复位按键，供电电源电路的输出端经第一电阻一支路经电容接地，另一支路经第二电阻和复位按键接地，所述电容的高电位点作为复位电路的复位信号输出端与中央处理器的复位信号输入端电连接。
6.根据权利要求1所述的湖库水质远程监测、分析与水华预测预警智能系统，其特征在于，所述下位水质信息监测仪表还包括LCD显示器，所述中央处理器通过其LPT接口驱动所述LCD显示器。
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Legal Events
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| GR01 | Patent grant | ||
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Denomination of utility model: Intelligent system for remotely monitoring and analyzing water quality of lake reservoir and forecast and early warning of bloom Effective date of registration: 20131101 Granted publication date: 20120425 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: Beijing Jinkong Automatic Technology Co., Ltd. Registration number: 2013990000811 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
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| CP01 | Change in the name or title of a patent holder |
Address after: 100048 Beijing City, West Third Ring Road, No. 91, state building, building, room C03, room three Patentee after: BEIJING JINKONG DATA TECHNOLOGY CO., LTD. Address before: 100048 Beijing City, West Third Ring Road, No. 91, state building, building, room C03, room three Patentee before: Beijing Jinkong Automatic Technology Co., Ltd. |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20160718 Granted publication date: 20120425 Pledgee: Zhongguancun Beijing technology financing Company limited by guarantee Pledgor: BEIJING JINKONG DATA TECHNOLOGY CO., LTD. Registration number: 2013990000811 |
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| PLDC | Enforcement, change and cancellation of contracts on pledge of patent right or utility model | ||
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Change date: 20160718 Registration number: 2013990000811 Pledgor after: BEIJING JINKONG DATA TECHNOLOGY CO., LTD. Pledgor before: Beijing Jinkong Automatic Technology Co., Ltd. |
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| CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee |
Granted publication date: 20120425 Termination date: 20180801 |