本發(fā)明涉及對溝渠的監(jiān)測，特別是涉及一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置。

背景技術：

在農(nóng)業(yè)生產(chǎn)活動中，氮素和磷素等營養(yǎng)物質(zhì)、農(nóng)藥重金屬與農(nóng)村畜禽糞等有機或無機污染物質(zhì)，通過農(nóng)田的地表徑流和農(nóng)田滲漏，形成的眾多水環(huán)境污染問題已尤為突出。為避免污染物伴隨雨水大量進入收納水體，對農(nóng)田排水溝渠水體的檢測變得十分重要，特別是對農(nóng)田溝渠的總有機碳(Total Organic Carbon，簡稱TOC)含量、濁度含量的檢測。

目前，國內(nèi)外常用測量TOC或濁度監(jiān)測的原理主要有透射光法、反射光法和透射光-散射光法三種測量方式，但采用三種測量方法測量TOC含量、濁度含量的監(jiān)測裝置普遍存在LED發(fā)光強度漂移、體積大、功耗高、無法及時更換供電電源等問題，針對上述存在的不足，如何克服上述不足，是目前農(nóng)田溝渠監(jiān)測急需解決的問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置的LED發(fā)光強度易發(fā)生漂移的問題，提高了檢測精度。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置，包括：微控制器、顯示模塊及檢測模塊；所述檢測模塊包括：

發(fā)射單元，用于發(fā)射一路混合光信號；

第一檢測單元，對應所述發(fā)射單元設置，用于檢測所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號的光強度，生成第一檢測信號；

轉(zhuǎn)換單元，對應所述發(fā)射單元設置，用于在所述混合光信號穿過樣品池中的待檢測液和濾光片后進行轉(zhuǎn)換處理獲得與所述混合光信號成90度角的反射光信號；所述濾光片為TOC濾光片或濁度濾光片；

第二檢測單元，對應所述轉(zhuǎn)換單元設置，用于檢測所述反射光信號的光強度，生成第二檢測信號；

所述微控制器與所述發(fā)射單元連接，用于控制所述發(fā)射單元發(fā)射所述混合光信號；所述微控制器還分別連接所述第一檢測單元、所述第二檢測單元及顯示模塊；用于根據(jù)所述第一檢測單元的第一檢測信號及所述第二檢測單元的第二檢測信號確定樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值，并將樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值與設定值相比較，將比較后的結(jié)果發(fā)送至所述顯示模塊進行顯示。

可選的，所述檢測模塊還包括溫度補償單元；所述溫度補償單元，分別對應所述轉(zhuǎn)換單元、所述發(fā)射單元設置，所述溫度補償單元用于將所述發(fā)射單元發(fā)出的混合光信號進行補償后發(fā)送至所述第一檢測單元，以及將所述轉(zhuǎn)換單元發(fā)出的反射光信號進行補償后發(fā)送至所述第二檢測單元。

可選的，所述發(fā)射單元具體包括：

恒流驅(qū)動子單元，與所述微控制器連接，用于在所述微控制器的控制下產(chǎn)生恒定電流；

發(fā)光子單元，與所述恒流驅(qū)動子單元連接，用于在所述恒定電流的驅(qū)動下發(fā)射一路混合光信號，所述混合光信號由多路不同波段的平行光信號混合而成。

可選的，所述第一檢測模塊包括：

第一光電探測子單元，對應所述發(fā)射單元設置，用于檢測所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號的光強度獲得第一光強度；

第一前級放大子單元，與所述第一光電探測子單元連接，用于放大第一光強度獲得第一前級光強度放大信號；

第一帶通濾波子單元，與所述第一前級放大子單元連接，用于濾除第一前級光強度放大信號中的干擾信號獲得第一光強度濾波信號；

第一后級放大子單元，分別與第一帶通濾波子單元和微控制器相連接，用于將第一光強度濾波信號放大后獲得的第一檢測信號傳送給微控制器。

可選的，所述第二檢測單元包括：

第二光電探測子單元，對應所述轉(zhuǎn)換單元設置，用于檢測所述反射光信號的光強度獲得第二光強度；

第二前級放大子單元，與所述第二光電探測子單元連接，用于放大第二光強度獲得第二前級光強度放大信號；

第二帶通濾波子單元，與所述第二前級放大子單元連接，用于濾除第二前級光強度放大信號中的干擾信號獲得第二光強度濾波信號；

第二后級放大子單元，分別與第二帶通濾波子單元和微控制器相連接，用于將第二光強度濾波信號放大后獲得的第二檢測信號傳送給微控制器。

可選的，還包括移動通訊模塊；所述移動通訊模塊，與所述微控制器和上位機連接，所述微控制器通過所述移動通訊模塊將樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值上傳給上位機。

可選的，還包括電源模塊；所述電源模塊，分別與所述微控制器、所述檢測模塊、所述移動通訊模塊連接，所述電源模塊用于給所述微控制器、所述檢測模塊、所述移動通訊模塊提供電能。

可選的，還包括太陽能電池板；所述太陽能電池板，與所述電源模塊連接，所述太陽能電池板采用光伏陣列最大功率點跟蹤技術為所述電源模塊提供電能。

可選的，所述微控制器為STM321L151單片機。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術效果：

1、分別對所述混合光信號和與所述反射光信號進行檢測獲得所述第一檢測信號和所述第二檢測信號，然后將所述第一檢測信號和所述第二檢測信號進行邏輯比較，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置LED發(fā)光強度漂移對測量結(jié)果的影響，提高了檢測精度。

2、本發(fā)明可以通過自動改變?yōu)V光片選擇測量水體TOC含量或者濁度含量。

3、太陽能電池板采用光伏陣列最大功率點跟蹤技術為電源模塊提供電能，提高了太陽能的利用率，同時還可以長時間放置在被檢測區(qū)域，克服了傳統(tǒng)更換電池的復雜性。

4、采用STM32L151芯片與檢測電路相結(jié)合有效的降低了監(jiān)測裝置的體積和功耗。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術中的技術方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領域普通技術人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置總體結(jié)構(gòu)框圖；

圖2為本發(fā)明實施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置中檢測模塊局部電路圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領域普通技術人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置的LED發(fā)光強度易發(fā)生漂移的問題，提高了檢測精度。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進一步詳細的說明。

圖1為本發(fā)明實施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置總體結(jié)構(gòu)框圖，圖2為本發(fā)明實施例的農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置中檢測模塊局部電路圖，詳見圖1和圖2所示，圖1中虛線箭頭表示光信號傳輸?shù)姆较?，代表各模塊之間為對應放置，圖中的實線箭頭表示電路模塊之間的連接。所述農(nóng)田溝渠TOC或濁度監(jiān)測裝置包括微控制器10、檢測模塊20、電源模塊30、移動通訊模塊40、顯示模塊50、太陽能電池板60。微控制器10分別與所述檢測模塊20、所述電源模塊30、所述移動通訊模塊40、所述顯示模塊50、所述太陽能電池板60相連接。

所述微控制器10采用STM32L151芯片代替?zhèn)鹘y(tǒng)的8051單片機，有效的克服了傳統(tǒng)精度低、內(nèi)存小、反應速度慢的問題。

所述檢測模塊20與所述微控制器10連接，用于將檢測的數(shù)據(jù)直接傳遞給所述微控制器10。所述檢測模塊20包括發(fā)射單元201、第一檢測單元202、轉(zhuǎn)換單元203、第二檢測單元204、溫度補償單元205。

所述發(fā)射單元201用于發(fā)射一路混合光信號；所述發(fā)射單元201包括恒流驅(qū)動子單元2011、發(fā)光子單元2012。

所述恒流驅(qū)動子單元2011與所述微控制器10連接，用于在所述微控制器10的控制下產(chǎn)生恒定電流，發(fā)光二極管的發(fā)光強度由驅(qū)動電流決定。所述恒流驅(qū)動子單元2011包括數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和多路恒流驅(qū)動電路。所述恒流驅(qū)動子單元2011具有精度高、性能穩(wěn)定的特點，所以采用所述恒流驅(qū)動子單元2011驅(qū)動發(fā)光單元可有效地提高測量精度。

圖2給出了MAX5223數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和由兩個LMH6613運算放大器組成的兩路恒流驅(qū)動電路，兩路恒流驅(qū)動電路用于產(chǎn)生兩種不同功率的恒定電流，本發(fā)明還可以采用其他的數(shù)字模擬轉(zhuǎn)換電路和多路恒流驅(qū)動電路組成所述恒流驅(qū)動子單元2011。

所述發(fā)光子單元2012與所述恒流驅(qū)動子單元2011連接，用于在恒定電流的驅(qū)動下發(fā)射一路混合光信號，所述混合光信號由多路不同波段的平行光信號混合而成。所述發(fā)光子單元2012由兩極三極管與多路發(fā)光電路組成，一條恒流驅(qū)動電路驅(qū)動一條發(fā)光電路，恒流驅(qū)動電路的路數(shù)與發(fā)光電路的路數(shù)相等，并且是一一對應的，兩極三極管由所述微控制器10直接驅(qū)動控制，用于提升開關管的速度，多路發(fā)光電路用于產(chǎn)生不同波段的平行光，將多路不同波段平行光混合成一路混合光信號。該監(jiān)測裝置將多組不同波段的平行光混合成一路混合光信號作為發(fā)射光源。在儀器測量時，被測液體中可能混雜有多種物質(zhì)，如果出現(xiàn)對測量使用的波特特別敏感的物質(zhì)，則會導致反射光強度發(fā)生非正常變化，使用多個波段的平行光組成的混合光信號可有效防止發(fā)生非正常變化，克服了傳統(tǒng)監(jiān)測裝置的LED發(fā)光強度易發(fā)生漂移的問題，提高了檢測精度和抗干擾性能。

圖2中給出了所述發(fā)光子單元2012由兩級三極管和兩路發(fā)光電路組成，所述微控制器10直接生成10KHZ脈沖驅(qū)動兩級三極管，每路發(fā)光電路均由兩個發(fā)光二極管串聯(lián)組成，兩路恒流驅(qū)動電路產(chǎn)生兩路不同功率的恒定電流，分別驅(qū)動兩路發(fā)光電路產(chǎn)生兩路不同波段的平行光，將兩路平行光混合成一路混合光信號，本發(fā)明還可以設計其他路數(shù)發(fā)光電路產(chǎn)生多種不同波段的平行光混合構(gòu)成一路混合光信號。

所述第一檢測單元202對應所述發(fā)射單元201設置，用于檢測所述發(fā)射單元發(fā)射的混合光信號的光強度，生成第一檢測信號。所述第一檢測單元202包括第一光電探測子單元2021、第一前級放大子單元2022、第一帶通濾波子單元2023、第一后級放大子單元2024。

所述第一光電探測子單元2021對應所述發(fā)射單元201設置，用于根據(jù)混合光信號生成第一光強度；所述第一前級放大子單元2022與所述第一光電探測子單元2021連接，用于放大第一光強度獲得第一前級光強度放大信號；所述第一帶通濾波子單元2023與所述第一前級放大子單元2022連接，用于濾除第一前級光強度放大信號中的干擾信號獲得第一光強度濾波信號；所述第一后級放大子單元2024分別與所述第一帶通濾波子單元2023和所述微控制器10相連接，用于將第一光強度濾波信號放大后獲得的第一檢測信號傳送給所述微控制器10。

所述轉(zhuǎn)換單元203對應所述發(fā)射單元201設置，用于在混合光信號穿過樣品池和濾光片后進行轉(zhuǎn)換處理獲得90度角的反射光信號，所述濾光片為TOC濾光片或濁度濾光片。

所述第二檢測單元204對應所述轉(zhuǎn)換單元203設置，用于檢測所述反射光信號的光強度，生成第二檢測信號；第二檢測單元204包括第二光電探測子單元2041、第二前級放大子單元2042、第二帶通濾波子單元2043、第二后級放大子單元2044。

所述第二光電探測子單元2041對應所述轉(zhuǎn)換單元203設置，用于根據(jù)反射光信號轉(zhuǎn)換成第二光強度；所述第二前級放大子單元2042與所述第二光電探測子單元2041連接，用于放大第二光強度獲得第二前級光強度放大信號；所述第二帶通濾波子單元2043與所述第二前級放大子單元2042連接，用于濾除第二前級光強度放大信號中的干擾信號獲得第二光強度濾波信號；所述第二后級放大子單元2044分別與所述第二帶通濾波子單元2043和所述微控制器10相連接，用于將第二光強度濾波信號放大后獲得的第二檢測信號傳送給所述微控制器10。

所述溫度補償單元205分別對應所述轉(zhuǎn)換單元203、所述發(fā)射單元201設置，所述溫度補償單元205用于將所述發(fā)射單元201發(fā)出的混合光信號進行補償后發(fā)送至所述第一檢測單元202，以及將所述轉(zhuǎn)換單元203發(fā)出的反射光信號進行補償后發(fā)送至所述第二檢測單元204。常規(guī)的電路光信號易受其他設備溫度的變化而產(chǎn)生漂移，從而降低測量精度。為了避免光信號發(fā)生漂移，所以本發(fā)明在接收光信號時設計了所述溫度補償單元205，從而提高測量精度，所述溫度補償單元205為可選電路。

所述電源模塊30分別與所述檢測模塊20、所述微控制器10、所述移動通訊模塊40連接，用于為各模塊提供電能。

所述太陽能電池板60與所述電源模塊連接，所述太陽能電池板采用光伏陣列最大功率點跟蹤技術為所述電源模塊30提供電能。本發(fā)明采用了最大功率點跟蹤技術為所述電源模塊30提供電能，提高了太陽能的利用率，同時還可以長時間放置在被檢測區(qū)域，克服了傳統(tǒng)更換電池的復雜性。

所述移動通訊模塊40與所述微控制器10和上位機連接，所述微控制器10通過所述移動通訊模塊將樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值上傳給上位機。

所述顯示模塊50用于將待檢測的TOC檢測值或濁度檢測值與設定的基值比較，將比較的結(jié)果通過所述顯示模塊50進行顯示輸出。

第一檢測信號經(jīng)過所述微控制器10內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器后確定第一檢測值，第二檢測信號經(jīng)過所述微控制器10內(nèi)的模數(shù)轉(zhuǎn)換器后確定第二檢測值，將第一檢測值、第二檢測值進行邏輯比較，并將比較后的光強度數(shù)值通過內(nèi)部程序轉(zhuǎn)換成樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值，將樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值與設定的基值進行比較，當TOC檢測值或濁度檢測值小于或等于設定的基值時，所述顯示模塊50顯示綠燈亮，代表水質(zhì)正常，當TOC檢測值大于設定的基值時，所述顯示模塊50顯示紅燈亮，代表TOC超標，當濁度檢測值大于設定的基值時，所述顯示模塊50顯示黃燈亮，代表濁度超標，最后將比較的結(jié)果通過所述顯示模塊50進行顯示輸出，同時將樣品池中的待檢測液的TOC檢測值或濁度檢測值通過所述移動通訊模塊40上傳給與其匹配的上位機。

本發(fā)明的實施例并不受上述實施例的限制，如改變發(fā)射單元201、第一檢測單元202、第二檢測單元204、溫度補償單元205、轉(zhuǎn)換單元203，在未背離本發(fā)明的實質(zhì)性內(nèi)容和原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化，均應為等效的置換方式與技術方案，都屬于在本發(fā)明的保護范圍之內(nèi)。

本說明書中各個實施例采用遞進的方式描述，每個實施例重點說明的都是與其他實施例的不同之處，各個實施例之間相同相似部分互相參見即可。

本文中應用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領域的一般技術人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應理解為對本發(fā)明的限制。