CN206399476U - 一种水质分析电路 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水质分析电路，包括信号连通的测量电路部分和控制电路部分，所述测量电路部分包括依次信号连接的用于采集水质分析参数的水质传感器、多路继电器切换模块、信号转换模块、多通道差分输入ADC模块、测控微处理器；所述控制电路部分包括主控微处理器和与所述主控微处理器连接的通讯模块，所述测控微处理器通过带有电气隔离模块的所述第一通讯模块与所述主控微处理器信号连接。本实用新型的测量电路部分与控制电路部分进行彻底的电气隔离，传感器的电极之间亦采用了继电器完全隔离逐个测量，提升了测量精度；同时通过多个受控电源开关进一步降低了待机功耗，使仪器能适应太阳能供电的应用场合，明显延长电池系统的寿命。

Description

一种水质分析电路

技术领域

本实用新型涉及环保领域，特别涉及一种水质分析电路。

背景技术

人类的生产生活活动对环境的污染越来越严重，生活环境的恶化引起了人们反思，对环境保护的意识越来越强，并开始关注各种污染源并对其进行监控。而水体污染是目前较为突出的问题，越来越多的水体测量技术应运而生。目前河道等地表水的监测仪器都较为大型，需要建设设备房，功耗大需要市电供电，建造成本高。市场需要一种能使用太阳能供电，功能齐全，测量精确的水质监测仪器，来降低环境监控的成本。

发明内容

本实用新型的主要目的是提出一种水质分析电路，旨在解决水质分析电路的功耗和测量精度的问题，以使其适应太阳能供电的使用环境。

为实现上述目的，本实用新型提出一种水质分析电路，其包括信号连通的测量电路部分和控制电路部分，所述测量电路部分包括依次信号连接的用于采集水质分析参数的水质传感器、用于选通若干个所述水质传感器测量电路的多路继电器切换模块、用于缓冲与转换所述水质传感器模拟信号的信号转换模块、用于将模拟信号转换为数字信号多通道差分输入ADC模块、用于接收若干个水质传感器数字信号并与上位机信息交换的测控微处理器；所述控制电路部分包括用于接收下位机数据的主控微处理器和与所述主控微处理器连接的通讯模块，所述通讯模块包括第一通讯模块、第二通讯模块、第三通讯模块，所述测控微处理器通过带有电气隔离模块的所述第一通讯模块与所述主控微处理器信号连接。

优选地，所述主控微处理器上还连接有多个外围电路，且多个外围电路与所述主控微处理器的之间分别设置有受控电源开关。

优选地，所述外围电路包括显示屏、背光灯模块、外设扩展端口。

优选地，所述水质传感器包括浊度传感器、氧化还原传感器 、PH传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器中的一个或多个。

优选地，所述溶解氧传感器采集的信号为与氧分压相关的电流，所述电流经所述信号转换模块转换为对应的电压值。

优选地，所述温度传感器和电导率传感器通过一施加的交流激励电压源采集信号，采集的信号经所述信号转换模块缓冲后进入一同步整流滤波模块转化为直流电压。

优选地，所述第二通讯模块上连接有数字式浊度传感器。

优选地，所述主控微处理器上还连接有指示灯和蜂鸣器。

优选地，所述主控微处理器上设置有触控按键。

优选地，所述主控微处理器连接有纽扣电池。

本实用新型的有益效果是：

1、隔离式测量技术：由于电极信号相当微弱而且输出阻抗高，设备与被测水体只要存在很小的电位差就会严重影响测量精度，因此测量电路部分与控制电路部分采用带电源的通讯隔离模块进行彻底的电气隔离，电极之间亦采用了继电器完全隔离逐个测量，断绝电极之间的互相影响，测量精度得到明显提升。

2、低功耗设计：除采用现代低功耗芯片进行设计保证最低的工作电流外，为进一步降低待机功耗电路设计有多个受控电源开关，待机的时候彻底关断相应模块的电源来达到最低待机功耗，实验测得整机待机功耗仅为50uA左右，非常优秀。出色的功耗表现使仪器能适应太阳能供电的应用场合，能降低电源容量要求，明显延长电池系统的寿命，使建造及运营成本得到降低。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的电路模块结构示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1所示，本实用新型的水质分析电路包括测量电路部分和控制电路部分，所述测量电路部分包括水质传感器、多路继电器切换模块、信号转换模块、多通道差分输入ADC模块、测控微处理器；其中所述水质传感器用于采集水质分析参数；所述多路继电器切换模块与若干个所述水质传感器连接，用于控制若干个所述水质传感器测量电路的选通与断开；所述信号转换模块与所述多路继电器切换模块连接，用于缓冲与转换所述水质传感器采集的模拟信号；所述多通道差分输入ADC模块与所述信号转换模块连接，用于接收所述信号转换模块传递的模拟信号，并将其转换为数字信号；所述测控微处理器与所述多通道差分输入ADC模块连接，用于接收上位机命令，控制测量过程并将采集到的若干个水质传感器数字信号上传到上位机；

所述控制电路部分包括主控微处理器和通讯模块，所述主控微处理器用于向下位机发送控制指令并接收下位机返回的数据；所述通讯模块包括第一通讯模块、第二通讯模块、第三通讯模块，且各通讯模块分别与所述主控微处理器的通讯端口信号连接；所述测控微处理器通过带有电气隔离模块的所述第一通讯模块与所述主控微处理器信号连接。第二通讯模块负责主控微处理器与各种外设通讯，第一通讯模块负责主控微处理器与上级数据采集设备通讯。

由于传感器的电极信号相当微弱而且输出阻抗高，设备与被测水体只要存在很小的电位差就会严重影响测量精度，因此测量电路部分与控制电路部分采用带隔离电源的通讯隔离模块进行彻底的电气隔离，如图1所示。各传感器的电极之间亦采用了继电器完全隔离逐个测量，断绝电极之间的互相影响，使得测量精度得到明显提升。

除采用现代低功耗芯片进行设计保证最低的工作电流外，为进一步降低待机功耗，电路设计有多个受控电源开关，待机的时候彻底关断相应模块的电源来达到最低待机功耗。本实用新型的所述主控微处理器电源端直接与电源模块连接，而多个外围电路的电源输入端与电源模块之间设有受控电源开关，其电源通断状态可通过主控微处理器控制；故所述受控电源开关的输入端与主控微处理器相连。

在图1所示的实施例中，在显示屏、背光灯、第一通讯模块模块等处设置了受控电源开关；还可进一步将外设扩展端口等处也设置受控电源开关。实验测得整机待机功耗仅为50uA左右。本实用新型的功耗表现使本优选实施例的仪器能适应太阳能供电的应用场合，能明显延长电池系统的寿命。

如图1所示，本实用新型的水质传感器包括浊度传感器、氧化还原传感器 、PH传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器中的一个或多个。

其中所述第二通讯模块上连接有数字式浊度传感器。由于浊度传感器直接采用数字输出，故主控微处理器可通过通讯模块直接读取浊度传感器的测量结果，简化了信号采集电路。其余5个参数为模拟量测量，通过测控微处理器控制所述多路继电器切换模块逐个选通进行测量。

采用所述多路继电器切换模块逐个选通测量通道是因为：氧化还原传感器的电极、 PH传感器的电极各包含了一个有一定电位的参比电极，溶解氧传感器也施加了一个极化电压，而温度湿度传感器采用交流激励的方式，况且被测水体杂质都较多有一定的导电能力，如果这些电极同时开启测量，他们之间的电位差将会在水体里面就会形成电流，使本来输出阻抗就高的传感器产生较大误差。因此本实用新型通过多路继电器切换模块选通被测的传感器，并将其余传感器连接完全断开，进行逐个测量。

溶解氧传感器采集的信号为与氧分压相关的电流，所述电流经所述信号转换模块转换为对应的电压值。溶解氧传感器被施加一固定的极化电压后 输出一个与氧分压相关的电流，电流输入到信号转换模块经过I/V转换电路转化为对应的电压值，然后送至ADC进行A/D转换，测控微处理器读取ADC数据后经转换计算及温度补偿、盐度补偿得出溶液溶解氧含量。

所述温度传感器和电导率传感器通过一施加的交流激励电压源（即图示的交流激励源）采集信号，采集的信号经所述信号转换模块缓冲后进入一同步整流滤波模块转化为直流电压。

其中温度传感器其电阻值与温度相关，交流激励源对其施加一交流电压，缓冲模块将加在传感器两端的电压经过信号转换模块缓冲后输入同步整流滤波模块转化为直流电压，然后送至ADC进行A/D转换。而传感器的电流则输入到信号转换模块经过I/V转换电路转化为对应的交流电压值，经过同步整流滤波模块转为直流电压值，然后送至ADC进行A/D转换。测控微处理器读取这两个ADC数据后经转换计算得到对应的温度值。

其中电导率传感器测量的也是其电阻值，交流激励源（即图示的交流激励源）对其施加一交流电压，缓冲模块将加在传感器两端的电压经过信号转换模块缓冲后输入同步整流滤波模块转化为直流电压，然后送至ADC进行A/D转换。而传感器的电流则输入到信号转换模块经过I/V转换，转化为对应的交流电压值，经过同步整流滤波模块转为直流电压值，然后送至ADC进行A/D转换。测控微处理器读取这两个ADC数据后经转换计算得到对应的水体电导率。

氧化还原传感器输出是一个电压值，输入信号转换模块经过缓冲后送至ADC进行A/D转换，测控微处理器读取ADC数据后经计算得出氧化还原电位值。

PH传感器输出是一个与溶液PH值相关的电压值，输入到信号转换模块经过缓冲后送至ADC进行A/D转换，测控微处理器读取ADC数据后经转换计算及温度补偿得出溶液PH值。

本实用新型的主控微处理器上还连接有指示灯和蜂鸣器，以提示用户水质分析设备的使用状态。为方便用户设置参数及使用其它功能，本实用新型的主控微处理器上还设置有触控按键，也可设置机械按键配合使用。所述主控微处理器可连接纽扣电池进行供电。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，并非因此限制本实用新型的专利范围，凡是在本实用新型的发明构思下，利用本实用新型说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本实用新型的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种水质分析电路，包括信号连通的测量电路部分和控制电路部分，其特征在于：

所述测量电路部分包括依次信号连接的用于采集水质分析参数的水质传感器、用于选通若干个所述水质传感器测量电路的多路继电器切换模块、用于缓冲与转换所述水质传感器模拟信号的信号转换模块、用于将模拟信号转换为数字信号多通道差分输入ADC模块、用于接收若干个水质传感器数字信号并与上位机信息交换的测控微处理器；

所述控制电路部分包括用于与下位机数据交换的主控微处理器和与所述主控微处理器连接的通讯模块，所述通讯模块包括第一通讯模块、第二通讯模块、第三通讯模块，所述测控微处理器通过带有电气隔离模块的所述第一通讯模块与所述主控微处理器信号连接。

2.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述主控微处理器上还连接有多个外围电路，且多个外围电路与所述主控微处理器的之间分别设置有受控电源开关。

3.如权利要求2所述的水质分析电路，其特征在于：所述外围电路包括显示屏、背光灯模块、外设扩展端口。

4.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述水质传感器包括浊度传感器、氧化还原传感器、PH传感器、溶解氧传感器、温度传感器、电导率传感器中的一个或多个。

5.如权利要求4所述的水质分析电路，其特征在于：所述溶解氧传感器采集的信号为与氧分压相关的电流，所述电流经所述信号转换模块转换为对应的电压值。

6.如权利要求4所述的水质分析电路，其特征在于：所述温度传感器和电导率传感器通过一施加的交流激励电压源采集信号，采集的信号经所述信号转换模块缓冲后进入一同步整流滤波模块转化为直流电压。

7.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述第二通讯模块上连接有数字式浊度传感器。

8.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述主控微处理器上还连接有指示灯和蜂鸣器。

9.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述主控微处理器上设置有触控按键。

10.如权利要求1所述的水质分析电路，其特征在于：所述主控微处理器连接有纽扣电池。