CN214225114U - 一种水质监测仪底板 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提出了一种水质监测仪底板，通过设置传感器电源控制电路，可以在某传感器不工作时，切断电源电路与传感器数据采集模块的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；通过设置通讯模块电源控制电路控制蓝牙通讯电路的供电状态，在蓝牙通讯电路不工作时，断开蓝牙通讯电路的电源，进而减少整体的能耗，同时，在通讯模块电源控制电路中设置水银开关，可以减少外部的开关，增强设备的防水性能。
Description
技术领域
本实用新型涉及水质环境监测技术领域，尤其涉及一种水质监测仪底板。
背景技术
随着我国环境保护工作的发展，水质监测方面的技术也取得了较大的进步，但还存在着一些不足：现有的水质监测仪由于功能模块较多，系统过于复杂，造成系统总体能耗太高，需要经常更换水质监测仪的电池，而且在野外无市电覆盖地区无法长期使用。因此，为解决上述问题，本实用新型提供一种水质监测仪底板，通过降低水质监测仪的能耗，使水质监测仪能够在无外部供电情况下长时间工作，减少维护次数。
实用新型内容
有鉴于此，本实用新型提出了一种水质监测仪底板，通过降低水质监测仪的能耗，使水质监测仪能够在无外部供电情况下长时间工作，减少维护次数。
本实用新型的技术方案是这样实现的：本实用新型提供了一种水质监测仪底板，其包括电源管理电路、通讯模块、传感器数据采集模块和控制器，电源管理电路包括电源电路、传感器电源控制电路和通讯模块电源控制电路；
传感器数据采集模块的信号输出端与处理器的模拟输入端电性连接，电源电路的电能输出端分别与各模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，传感器电源控制电路的输出端与传感器数据采集模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接；
通讯模块电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，通讯模块电源控制电路的输出端与通讯模块的供电端电性连接，通讯模块电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接，通讯模块的通信口与控制器的通信端电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，通讯模块包括GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路；
GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路通信口分别与处理器的通信端电性连接；
通讯模块电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，通讯模块电源控制电路的输出端与蓝牙通讯电路的供电端电性连接，通讯模块电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，传感器电源控制电路包括电阻R1-R3、三极管Q2和MOS管Q1；
电源电路的电能输出端分别与电阻R1的一端以及MOS管Q1的源极电性连接，MOS管Q1的漏极与传感器数据采集模块的供电端电性连接，MOS 管Q1的栅极分别与电阻R1的另一端以及电阻R2的一端电性连接，电阻R2 的另一端与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极接地，控制器的I/O口通过电阻R3与三极管Q2的基极电性连接。
进一步优选的，通讯模块电源控制电路包括水银开关K1和电阻R4；
电源电路的电能输出端与水银开关K1的第一接线孔电性连接，水银开关 K1的第二接线孔分别与蓝牙通讯电路的供电端以及电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与控制器的I/O口电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括数据存储电路；
数据存储电路通过数据线与控制器电性连接。
在以上技术方案的基础上，优选的，还包括防水外壳，水质监测仪的用电器件均设置在防水外壳内。
本实用新型的一种水质监测仪底板相对于现有技术具有以下有益效果：
(1)通过设置传感器电源控制电路，可以在某传感器不工作时，切断电源电路与传感器数据采集模块的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗； (2)通过设置通讯模块电源控制电路控制蓝牙通讯电路的供电状态，在蓝牙通讯电路不工作时，断开蓝牙通讯电路的电源，进而减少整体的能耗，同时，在通讯模块电源控制电路中设置水银开关，可以减少外部的开关，增强设备的防水性能；
(3)本实用新型的水质监测仪通过各个部分对功耗的控制，使得整个设备可以保持1年以上的运行时间。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本实用新型一种水质监测仪底板的结构图；
图2为本实用新型一种水质监测仪底板中传感器电源控制电路的电路图；
图3为本实用新型一种水质监测仪底板中通讯模块电源控制电路的电路图。
具体实施方式
下面将结合本实用新型实施方式，对本实用新型实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式仅仅是本实用新型一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本实用新型中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本实用新型保护的范围。
如图1所示，本实用新型的一种水质监测仪底板，其包括电源管理电路、通讯模块、传感器数据采集模块、数据存储电路和控制器。
传感器数据采集模块，通过不同类型的传感器采集水的电导率、温度、PH值以及溶解氧等多种参数，具体传感器类型根据实际应用场景需求设置，本实施例并不涉及对传感器数据采集模块的改进，因此，在此不再累述。传感器数据采集模块的信号输出端与处理器的模拟输入端电性连接。
通讯模块，将传感器数据采集模块采集的数据传输给远程数据中心以及实现水质监测仪与外部仪器的数据互传。本实施例中，如图1所示，通讯模块包括GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路；其中，GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路通信口分别与处理器的通信端电性连接。本实施例中通过GPRS通讯电路将传感器数据采集模块采集的数据传输给远程数据中心，现场维修人员通过蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路实现水质监测仪与外部仪器的数据互传。
电源管理电路，为水质监测仪中各用电器件提供工作电压，并且在各用电器件不工作时断开其电源，降低整个水质监测仪的功耗。本实施例中，电源管理电路包括电源电路、传感器电源控制电路和通讯模块电源控制电路。
电源电路，为水质监测仪中各用电器件提供工作电压。其中，传感器以及通讯模块常用的工作电压为3.3V、5V或12V，本实施例中的电源电路可以输出不同电压等级的电压信号，电源电路的电能输出端分别与各模块的供电端电性连接。优选的，电源电路采用了静态功耗很低的TPS62150芯片，降低整个设备在停止工作状态下的能耗。本实施例并不涉及对电源电路结构的改进，因此，可以采用TPS62150芯片数据手册上典型应用电路，在此不再累述。
传感器电源控制电路，控制传感器数据采集模块的供电状态，在传感器数据采集模块不工作时，断开传感器数据采集模块的电源，进而减少整体的能耗。本实施例中，传感器电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，传感器电源控制电路的输出端与传感器数据采集模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接。优选的，如图2所示，传感器电源控制电路包括电阻R1-R3、三极管Q2和MOS管Q1；具体的，电源电路的电能输出端分别与电阻R1的一端以及MOS管Q1的源极电性连接，MOS管Q1的漏极与传感器数据采集模块的供电端电性连接， MOS管Q1的栅极分别与电阻R1的另一端以及电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极接地，控制器的I/O口通过电阻R3与三极管Q2的基极电性连接。其中，V_IN表示电源电路的电能输出端，V_SENSOR表示传感器数据采集模块的供电端；三极管Q2、电阻R2以及电阻R3构成MOS管Q1的驱动电路；将传感器电源控制电路的控制端与控制器的I/O口连接的引脚标记为SENS_PWR_CTL，当传感器数据采集模块不工作时，控制器的I/O口输出驱动三极管Q2导通的脉冲信号，进而驱动MOS管Q1断开，切断电源电路与传感器数据采集模块的供电端之间的供电线路。
由于因为设备经过半年或者一年以上的时间才会被人员操作，蓝牙功能大部分时间都是没有作用的，而GPRS通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路的供电状态控制需要通过软件实现，本实施例中并不涉及对软件的改进，因此，在此不再累述GPRS通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路不工作时，关断其电源的具体操作方法，只具体介绍控制蓝牙通讯电路供电状态的原理。本实施例中，设置通讯模块电源控制电路控制蓝牙通讯电路的供电状态，在蓝牙通讯电路不工作时，断开蓝牙通讯电路的电源，进而减少整体的能耗。通讯模块电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，通讯模块电源控制电路的输出端与蓝牙通讯电路的供电端电性连接，通讯模块电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接。优选的，如图3 所示，通讯模块电源控制电路包括水银开关K1和电阻R4；具体的，电源电路的电能输出端与水银开关K1的第一接线孔电性连接，水银开关K1的第二接线孔分别与蓝牙通讯电路的供电端以及电阻R4的一端电性连接，电阻R4 的另一端与控制器的I/O口电性连接。其中，将电阻R4的另一端与控制器的 I/O口连接的引脚标记为BLE_PWR_RD，蓝牙通讯电路的供电端标记为 V_BLE；水银开关K1有个水银球以及一长一短两个导线，水银球会受重力影响，当水银球掉到两个导线之间时，电源导通，蓝牙通讯电路开始工作，控制器通过BLE_PWR_RD引脚可以得知蓝牙通讯电路接通电源，进而执行相应的程序。
数据存储电路，在网络信号差时，存储传感器数据采集模块采集到的数据，防止数据丢失。
控制器，接收传感器数据采集模块采集到的数据，并通过GPRS通讯电路将传感器数据采集模块采集的数据传输给远程数据中心，通过蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路实现水质监测仪与外部仪器的数据互传；控制传感器电源控制电路的导通或截止，检测通讯模块电源控制电路输出端电压变化，根据电压变化得知蓝牙通讯电路的供电状态。本实施例中，不限定控制器的具体型号，优选的，可以选用STM32L151低功耗主处理器，降低整个系统的功耗。其中，STM32L151的PA9和PA10引脚分别与232通讯电路的通信端电性连接，STM32L151的PA2和PA3分别与GPRS通讯电路的通信端电性连接，STM32L151的PB10和PB11分别与蓝牙通讯电路的通信端电性连接，STM32L151的PA0引脚与通讯模块电源控制电路的控制端电性连接， STM32L151的PB6引脚与传感器电源控制电路的控制端电性连接。
防水外壳，水质监测仪的用电器件均设置在防水外壳内。由于水质监测仪需要投放在水里面，因此，防水性能一定要强，为了避免水质监测仪中各用电器件被水浸，本实施例中设置了防水外壳。
本实施例的工作原理为：当传感器数据采集模块中某传感器不工作时，控制器驱动传感器电源控制电路中的MOS管Q1断开，切断电源电路与传感器数据采集模块的供电端之间的供电线路，同时，控制器检测通讯模块电源控制电路输出端电压变化，当通讯模块电源控制电路导通时，通讯模块电源控制电路输出端具有电压，此时，控制器得知蓝牙通讯电路的处于供电状态。
本实施例的有益效果为：通过设置传感器电源控制电路，可以在某传感器不工作时，切断电源电路与传感器数据采集模块的供电端之间的供电线路，进而减少整体的能耗；
通过设置通讯模块电源控制电路控制蓝牙通讯电路的供电状态，在蓝牙通讯电路不工作时，断开蓝牙通讯电路的电源，进而减少整体的能耗，同时，在通讯模块电源控制电路中设置水银开关，可以减少外部的开关，增强设备的防水性能；
本实施例的水质监测仪通过各个部分对功耗的控制，使得整个设备可以保持1年以上的运行时间。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施方式而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种水质监测仪底板，其包括电源管理电路、通讯模块、传感器数据采集模块和控制器，其特征在于：所述电源管理电路包括电源电路、传感器电源控制电路和通讯模块电源控制电路；
所述传感器数据采集模块的信号输出端与处理器的模拟输入端电性连接，电源电路的电能输出端分别与各模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，传感器电源控制电路的输出端与传感器数据采集模块的供电端电性连接，传感器电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接；
所述通讯模块电源控制电路的输入端与电源电路的电能输出端电性连接，通讯模块电源控制电路的输出端与通讯模块的供电端电性连接，通讯模块电源控制电路的控制端与控制器的I/O口电性连接，通讯模块的通信口与控制器的通信端电性连接。
2.如权利要求1所述的一种水质监测仪底板，其特征在于：所述通讯模块包括GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路；
所述GPRS通讯电路、蓝牙通讯电路、232通讯电路和SDI-12通讯电路通信口分别与处理器的通信端电性连接；
所述通讯模块电源控制电路的输出端与蓝牙通讯电路的供电端电性连接。
3.如权利要求1所述的一种水质监测仪底板，其特征在于：所述传感器电源控制电路包括电阻R1-R3、三极管Q2和MOS管Q1；
所述电源电路的电能输出端分别与电阻R1的一端以及MOS管Q1的源极电性连接，MOS管Q1的漏极与传感器数据采集模块的供电端电性连接，MOS管Q1的栅极分别与电阻R1的另一端以及电阻R2的一端电性连接，电阻R2的另一端与三极管Q2的集电极电性连接，三极管Q2的发射极接地，控制器的I/O口通过电阻R3与三极管Q2的基极电性连接。
4.如权利要求2所述的一种水质监测仪底板，其特征在于：所述通讯模块电源控制电路包括水银开关K1和电阻R4；
所述电源电路的电能输出端与水银开关K1的第一接线孔电性连接，水银开关K1的第二接线孔分别与蓝牙通讯电路的供电端以及电阻R4的一端电性连接，电阻R4的另一端与控制器的I/O口电性连接。
5.如权利要求1所述的一种水质监测仪底板，其特征在于：还包括数据存储电路；
所述数据存储电路通过数据线与控制器电性连接。
6.如权利要求1所述的一种水质监测仪底板，其特征在于：还包括防水外壳，水质监测仪的用电器件均设置在防水外壳内。
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