CN202735253U - 基于物联网的激光光源水质监测系统 - Google Patents

Abstract

一种基于物联网的激光光源水质监测系统，包括测量模块、A/D测试模块、显示及控制模块和物联网网络模块。其中，光源控制单元保持进入测量池的光源稳定，恒水流控制单元保持进入测量罐的水源稳定，测量模块对水质浊度进行实时检测，获取并输出感光信号，A/D测试模块接收感光信号，其输出的数字信号被显示及控制模块接收，实时显示，并加密并传送至物联网网络模块，并由其进行解析后，于网络实时发布和显示。本实用新型水质监测系统，结构简单，操作方便。采用RS232串口转以太网或因特网的物联网模块，并将自定义的网页烧录到模块中，根据不同的网页显示效果自定义网页。只要将仪器连入互联网中，就可以随时随地通过网络查看仪器的测量数据和运行情况，实现了远程实时监控，实用性强。

Description

基于物联网的激光光源水质监测系统

技术领域

本实用新型涉及一种仪表自动化控制系统，尤其涉及一种水质监测系统，采用物联网技术，通过网络实现水质的实时监控。

背景技术

水中含有泥土、粉砂、微细有机物、无机物和浮游生物等悬浮物和胶体物都将使水质变的浑浊，其浑浊的程度用“浊度”表示，也是衡量水质的重要指标之一。自来水厂生产的生活用水，以及经污水处理厂处理后的水都需要严格控制水的浊度。

浊度仪可对水体的浑浊度进行测量，以实现对水质的量化评价。该仪器的测量方法是置于浊度计中的光源发出的光线穿过一段固定光程的样品，并在与入射光呈90°的方向上对被水中的颗粒物所散射的光线进行检测。这种散射光测量方法称作散射法，其依据瑞利理论和米氏定律，即IR=K×N×IO，式中IR为散射光光强，K为常数，N为单位体积内颗粒数，IO为入射光光强。从公式中可知，在入射光光强IO不变时，散射光信号IR与样品中颗粒数N成正比。

采用散射法测量浊度的优点在于只要保证光源和检测元件的稳定性就能使检测获得较高的精度。

国内外在线浊度仪主要以散射测量方法为主，大部分还是使用白炽灯泡作为仪器的光源，但灯泡因寿命短（国产的350小时，进口的8000小时），所以需要经常维护。

随着人们对食品安全、饮用水安全和环境保护越来越重视，公众更加关注水浊度的监测和测量。由于现有的散射浊度仪虽已能实现在线检测，但其检测所得的数据还需要技术人员进行现场观察或采集，不便于对水质的及时了解。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，物联网的英文名称叫“The Internet ofthings”。顾名思义，物联网就是“物物相连的互联网”，具有两层含义：第一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；第二，其用户端延伸和扩展到了任何物体与物体之间，进行信息交换和通信。

当今网络飞速发展，几乎融入到生活中的每个角落，随时随地可以通过电脑或者手机连接网络，当把仪器接入互联网的时候，仪器将发生重大的变革，人们不需要到现场查看实时数据，只要身边有上网的设备就可以随时随地知道仪器的运行情况。

实用新型内容

本实用新型的目的在于提供一种基于物联网的激光光源水质监测系统，将水质检测仪器所检测的数据实时地显示于监控仪表，可以随时随地通过网络查看仪器的测量数据和运行情况。

本实用新型提供的一种基于物联网的激光光源水质监测系统，包括：

测量模块，用于对水质浊度进行实时检测，并获取并输出感光信号；

A/D测试模块，接收从测量仪器输出的感光信号，生成并输出数字信号；

显示及控制模块，接收A/D测试模块输出的数字信号，实时显示，并输出加密数据；

物联网网络模块，接收并解析显示及控制模块传送的加密数据，于网络实时发布和显示。

本实用新型，测量模块按散射法对水质浊度进行测量，其包括

检测罐，包括本体、进水口和出水口，进水口设于本体底面，出水口设于本体侧壁；

多孔吸光板，设于本体底部；

光源，设于本体内，其水平位置高于出水口；

感光元件，固定于本体侧壁，其感光端设于本体内，与光源入射方向成90度夹角，且水平位置低于出水口；

恒水流控制单元，与出水口连接，对进入检测罐的水样的水压和流速进行稳定，提高测量稳定性。该控制单元包括流量计和减压阀，其中，流量计与出水口连接，减压阀与流量计连接。

本实用新型所采用的检测罐的进水口前端，增加一组减压阀和流量计，使待检测的水样先经过减压阀和流量计再流入到检测罐中，限制了水的流速。从而避免了水流过大，出水口排水量较小的情况下，所导致的光源损坏情况的发生，进而实现了无人值守。流量计还可以起到调节水样的流量，避免了水流的不稳定造成的示值波动现象，使水样以恒流流入到检测罐，从而改善了仪器测量的重现性。减压阀和流量计结合起来使用，有利于消除了水样中的气泡，保证了测量的准确性。

检测罐还装配有O型圈推拉自锁部件，装配方便，稳定可靠；检测罐顶部是自拔式透气装置，有利于降低湿度，消除了水汽对激光光源的影响。提高了仪器的寿命和精度。

光源采用激光源，以交替模式工作，即在一分钟内，光源关断30秒后，再通电10秒，这样交替工作即延长了光源的寿命，又减少了功耗，实现节能环保。

本实用新型，A/D测试模块包括I/V变换电路、放大电路、基准电压源和A/D转换电路。放大电路输入端与I/V变换电路连接，输出端与A/D转换电路连接，A/D转换电路的输出端与显示及控制单元连接。基准电压源连接于A/D转换电路，以提供所需的工作电压。

本实用新型，显示及控制模块包括单片机、显示模块和按键模块，单片机分别与显示模块和按键模块连接，单片机还设有串口数据接口、RS232接口和SPI接口。其中RS232接口与物联网网络模块连接互相连接并串口数据互相传输联通。

本实用新型，物联网网络模块包括串口接收模块、字符串分解模块、解码模块、数据合成模块、比较报警模块、数据显示模块、动态IP解析模块和网络发布模块。串口接收模块输出端连接字符串分解模块输入端，字符串分解模块输出端连接解码模块输入端，解码模块输出端连接数据合成模块输入端，数据合成模块输出端连接比较报警模块输入端，比较报警模块输出端连接动态IP解析模块输入端，动态IP解析模块输出端连接网络发布模块，数据显示模块的输出端与网络发布模块输入端连接。

本实用新型基于物联网的激光光源水质监测系统，结构简单，操作方便。采用RS232串口转以太网的物联网模块，可以将自定义的网页烧录到模块中，根据不同的网页显示效果自定义网页。只要将仪器连入互联网中，就可以随时随地通过网络查看仪器的测量数据和运行情况，实现了远程实时监控，实用性强。

附图说明

图1为本实用新型基于物联网的激光光源水质监测系统一实施例的结构框图；

图2为本实用新型测量模块一实施例的结构示意图；

图3为本实用新型A/D测试模块一实施例的结构框图；

图4为本实用新型显示及控制模块一实施例的结构框图；

图5为本实用新型物联网网络模块一实施例的结构框图。

具体实施方式

以下结合附图详细描述本实用新型的技术方案。本实用新型实施例仅用以说明本实用新型的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本实用新型进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对实用新型的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本实用新型技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本实用新型的权利要求范围中。

图1为本实用新型基于物联网的激光光源水质监测系统一实施例的结构框图，如图1所示，该水质监测系统，包括测量模块100、A/D测试模块160、显示及控制模块200和物联网网络模块300。其中，测量模块100用于对水质浊度进行实时检测，并将获得的检测信号发送给A/D测试模块160，由A/D测试模块160对检测信号进行处理，并生成数字信号，并输出至显示及控制模块200。显示及控制模块200实时显示所接收的数字信号，同时对其加密后发送至物联网网络模块300，并由物联网网络模块300进行解析和处理后，于网络实时发布和显示。

结合图1，参见图2，本实施例测量模块100包括检测罐110及设置在检测罐110底部的多孔吸光板120（如：海绵）。在检测罐110的上部设置有光源130，其稳定性直接影响测量模块的准确性和重现性。采用卤素钨灯为光源的浊度仪，寿命只有几百到几千小时，而采用LED激光光源（气体激光光源或者其他形式的激光光源），不但节能环保，而且寿命可以提高到4万小时，延长激光源寿命，还有利于保持射入检测罐的光线稳定。本实施例中，光源130优先选择LED激光光源。

检测罐110的上部顶盖处分别设置有激光控制线113和出气口112。检测罐110的下部底面设置有进水口114（在罐体清洗时还可以作为排污口使用），侧壁设有出水口111，其水平位置低于光源130。检测罐110能保持待测水样和光源相对的位置不变，其上部保持干燥。

感光元件150固定于检测罐110侧壁，且水平位置低于出水口111，其感光端设于罐体内，与光源130入射方向成90度夹角。感光元件150与A/D测试模块160连接，将获得的感光信号发送给A/D测试模块160。本实施例中，感光元件150为硅光电池，在固定该光电池过程中，先放在一个白色透明的圆柱形底座里面，该圆柱的内腔为空，一端开口，另一端封闭，内径和光电池的直径相等。光电池表面紧贴圆柱封闭端的底座，再用防水透明的胶水密封，把整个圆柱固定在O型圈上，这样即可以保持光电池表面的干净，又可以防水。

待检测水样从进水口114流进检测罐110，当水样到达出水口111时，被自然排出，在检测罐110内形成一个固定高度的水体。光源130的光线在检测罐110中心从上至下射入水体中，射出的光线距离感光元件150的感光端前方1cm，光线到达多孔吸光板120后被吸收。感光元件150接收到的其前方1cm处因光照射在水中颗粒而产生的散射光感光信号后，将其送达A/D测试模块160。其散射光感光信号与水中的颗粒数量成正比。

如图3所示，感光元件150的输出端与I/V变换（电路）161输入端连接，放大电路162输入端与I/V变换161连接，输出端与A/D转换电路164连接，A/D转换电路164的输出端与显示及控制单元200连接。基准电压源连接于A/D转换电路164。

如图4所示，本实施例显示及控制单元200包括单片机210、显示模块220和按键模块230，单片机210分别与显示模块220和按键模块230连接。单片机210（ARMC8051F350,制造商；Silicon Laboratories）上设置有串口数据接口211，可用于与测试部分100连接；SPI接口213，其与输出电路连接，以及RS232接口212，其与物联网网络模块300互相连接并串口数据互相传输联通。

物联网网络模块300包括串口接收模块310、字符串分解模块320、解码模块330、数据合成模块340、比较报警模块350、数据显示模块360、动态IP解析模块370和网络发布模块380。串口接收模块310、字符串分解模块320、解码模块330、数据合成模块340、比较报警模块350、动态IP解析模块370和网络发布模块380依次连接，数据显示模块360连接于网络发布模块380（参见图5）。

串口接收模块310与显示及控制单元200的单片机210的RS232接口212连接，将接收到的加密字符串经过字符分解模块320分解成单个字符，单个字符经过解码模块330解密成单个数据，单个数据经过数据合成模块340合成为5位整数，合成后的数据经过比较报警模块350判断比较是否超出报警值，数据显示模块360将需要显示出来的数据显示到屏幕上，动态IP解析模块370将电脑IP固定并由网络发布模块380将数据显示到网页上，完成物联网部分300的整体功能。

用本实用新型系统连续10天测量两种标准液，可以监测到仪器的零点漂移和斜率的变化，结果见下表

表

结果显示本实用新型提供的系统，性能稳定，零点漂移很小，斜率变化也不大，适合需要长期稳定工作的环境。

Claims (6)

1.一种基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于包括 

测量模块，用于对水质浊度进行实时检测，获取并输出感光信号； 

A/D测试模块，接收所述的感光信号，生成并输出数字信号； 

显示及控制模块，接收所述的数字信号，实时显示，并输出加密数据； 

物联网网络模块，接收并解析所述的加密数据，于网络实时发布和显示。 

2.根据权利要求1所述的基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于所测量模块包括 

检测罐，包括本体、进水口和出水口，所述的进水口设于所述的本体底面，出水口设于所述的本体侧壁； 

多孔吸光板，设于所述的本体底部； 

光源，设于所述的本体内，其水平位置高于所述的出水口； 

感光元件，固定于所述的本体侧壁，其感光端设于所述的本体内，与所述的光源入射方向成90度夹角，且水平位置低于所述的出水口； 

恒水流控制单元，与所述的出水口连接，对进入检测罐的水样的水压和流速进行稳定。 

3.根据权利要求2所述的基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于所述的恒水流控制单元包括流量计和减压阀，所述的流量计与所述的出水口连接，减压阀与所述的流量计连接。 

4.根据权利要求1所述的基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于所述的A/D测试模块包括I/V变换电路、放大电路、基准电压源和A/D转换电路；所述的放大电路输入端与所述的I/V变换电路连接，所述的输出端与所述的A/D转换电路连接，所述的A/D转换电路的输出端与所述的显示及控制单元连接；所述的基准电压源连接于所述的A/D转换电路。 

5.根据权利要求1所述的基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于所述的显示及控制模块包括单片机、显示模块和按键模块，所述的单片机分别与所述的显示模块和所述的按键模块连接。 

6.根据权利要求5所述的基于物联网的激光光源水质监测系统，其特征在于所述的单片机还设有串口数据接口、RS232接口和SPI接口，所述的RS232接口与物联网网络模块连接。 

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