一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊的制作方法
【專(zhuān)利摘要】本實(shí)用新型公開(kāi)了一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊，其特征是設(shè)置船體上，并用于檢測(cè)水環(huán)境的水質(zhì)參數(shù)；檢測(cè)模塊包括：動(dòng)力單元、固定單元和采集單元；動(dòng)力單元包括：渦輪、T型支架、發(fā)電模塊、電池；固定單元包括：固定桿和吸盤(pán)；采集單元包括：數(shù)據(jù)采集器和多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器。本實(shí)用新型能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)水質(zhì)環(huán)境的五項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)，同時(shí)采用自供電的方式來(lái)保證電能來(lái)源，從而提高采集效率并降低設(shè)備成本。
【專(zhuān)利說(shuō)明】
-種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及水環(huán)境的水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，具體的說(shuō)是一種便攜式自供電的水質(zhì)檢 測(cè)模塊。
【背景技術(shù)】
[0002] 對(duì)河流、湖泊、景觀河道等的水質(zhì)檢測(cè)中，比較重要的是五項(xiàng)常規(guī)指標(biāo):PH、溶氧 量、溫度、濁度、電導(dǎo)率。而現(xiàn)有的水質(zhì)檢測(cè)方法主要存在W下問(wèn)題：
[0003] 1、傳統(tǒng)的檢測(cè)方法主要是人工取樣分析。該方法勞動(dòng)強(qiáng)度大，采樣頻率低，且采樣 樣本有限，已逐步被淘汰。
[0004] 2、采用傳感器和配套儀器的方法。由于每種傳感器都需要配備相應(yīng)的分析顯示儀 器，因此會(huì)造成設(shè)備冗余繁瑣、使用不便、整體價(jià)格比較昂貴。
[0005] 3、水質(zhì)檢測(cè)儀器的供電是必須解決的問(wèn)題。主要采用蓄電池供電，運(yùn)就需要在每 次作業(yè)前將蓄電池充滿(mǎn)電，而且在進(jìn)行大面積水域檢測(cè)時(shí)，一旦電池能量耗盡，通常難W及 時(shí)充電，而被迫停止作業(yè)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本實(shí)用新型為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，提供一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊， W期能實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確、高效地檢測(cè)水質(zhì)環(huán)境的五項(xiàng)常規(guī)指標(biāo)，同時(shí)采用自供電的方式來(lái)保證電 能來(lái)源，從而提高采集效率并降低設(shè)備成本。
[0007] 本實(shí)用新型為解決技術(shù)問(wèn)題采取如下技術(shù)方案：
[000引本實(shí)用新型一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊的特點(diǎn)是設(shè)置船體上，并用于檢測(cè) 水環(huán)境的水質(zhì)參數(shù);所述檢測(cè)模塊包括:動(dòng)力單元、固定單元和采集單元；
[0009] 所述動(dòng)力單元包括:滿(mǎn)輪、T型支架、發(fā)電模塊、電池；
[0010] 所述固定單元包括:固定桿和吸盤(pán)；
[0011] 所述采集單元包括:數(shù)據(jù)采集器和多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器;所述多種水質(zhì)檢測(cè)傳感 器包括:PH傳感器、溶氧量及溫度傳感器、濁度傳感器、電導(dǎo)率傳感器；
[0012] 所述固定桿通過(guò)所述吸盤(pán)固定在所述船體的船艇位置上，并在所述固定桿上有凹 槽軌道；
[0013] 在所述凹槽軌道內(nèi)設(shè)置有可滑動(dòng)的T型支架，并在所述T型支架的末端固定有所述 滿(mǎn)輪;所述滿(mǎn)輪處于水面W下位置用于為所述發(fā)電模塊提供動(dòng)能；
[0014] 所述發(fā)電模塊將所述動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能并為所述電池充電；從而能為所述數(shù)據(jù)采集 器、PH傳感器、溶氧量及溫度傳感器、濁度傳感器和電導(dǎo)率傳感器供電；
[0015] 所述數(shù)據(jù)采集器利用所述PH傳感器采集水環(huán)境的PH值、利用所述溶氧量及溫度傳 感器采集水環(huán)境的溶氧值和溫度值、利用所述濁度傳感器集水環(huán)境的濁度值、利用所述電 導(dǎo)率傳感器采集水環(huán)境的電導(dǎo)率，從而獲得所述水質(zhì)參數(shù)并通過(guò)RS232串口輸出。
[0016] 本實(shí)用新型所述的便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊的特點(diǎn)也在于:所述數(shù)據(jù)采集器 包括:輸入接口電路、ARM處理器、輸出接口電路和電壓轉(zhuǎn)換電路;所述輸入接口電路中包 括:信號(hào)調(diào)理模塊、溶氧變送器、電平轉(zhuǎn)換模塊、電導(dǎo)變送器。
[0017] 所述信號(hào)調(diào)理模塊分別將所述PH傳感器和濁度傳感器輸出的模擬電壓經(jīng)過(guò)放大 和濾波處理后，變換成0~5V范圍的電壓信號(hào)，并提供給所述ARM處理器的A/D采樣口；
[0018] 所述溶氧變送器和電導(dǎo)變送器分別將所述溶氧量及溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器 輸出的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)?85數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)字信號(hào)提供給所 述ARM處理器的串口。
[0019] 與已有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果體現(xiàn)在：
[0020] 1、本實(shí)用新型是一種便攜式、安裝方便、自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊，集成了 PH、溶氧 量、溫度、濁度、電導(dǎo)率五種傳感器，通過(guò)數(shù)據(jù)采集器完成對(duì)五種傳感器的數(shù)據(jù)采集和輸出， 功能全面，體積小巧，成本較低;具有較高的實(shí)用性。
[0021] 2、本實(shí)用新型采用一種可W吸附在船艇的小型滿(mǎn)輪發(fā)電機(jī)，W水流推動(dòng)滿(mǎn)輪產(chǎn)生 電能，給系統(tǒng)中的裡電池充電，能實(shí)時(shí)為檢測(cè)模塊供電，使用方便。
[0022] 3、本實(shí)用新型實(shí)現(xiàn)了多項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)的同步實(shí)時(shí)檢測(cè)，可廣泛應(yīng)用于河流、湖泊、景 觀河道等水環(huán)境的在線(xiàn)水質(zhì)檢測(cè)，具有重要的應(yīng)用價(jià)值和推廣前景。
【附圖說(shuō)明】
[0023] 圖1.為本實(shí)用新型系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖；
[0024] 圖2為本實(shí)用新型數(shù)據(jù)采集器組成框架圖；
[0025] 圖3為本實(shí)用新型硬件設(shè)計(jì)原理圖；
[00%]圖4為本實(shí)用新型工作流程圖；
[0027] 圖中標(biāo)號(hào)：1滿(mǎn)輪;2T型支架;3固定桿;4吸盤(pán);5鎖緊螺母;6驅(qū)動(dòng)軸;7多種水質(zhì)檢測(cè) 傳感器。
【具體實(shí)施方式】
[0028] 本實(shí)施例中，如圖1所示，一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊是設(shè)置船體上，并用 于檢測(cè)水環(huán)境的水質(zhì)參數(shù);檢測(cè)模塊包括:動(dòng)力單元、固定單元和采集單元；
[0029] 動(dòng)力單元包括:滿(mǎn)輪1、Τ型支架2、驅(qū)動(dòng)軸6、發(fā)電模塊、電池;具體實(shí)施中，滿(mǎn)輪采用 Blue化eedom型號(hào)，電池可選用電壓12V、容量20Ah或更大容量的裡電池；
[0030] 固定單元包括：固定桿3、吸盤(pán)4、鎖緊螺母5;金屬材質(zhì)、長(zhǎng)1.5米、帶凹槽軌道;吸盤(pán) 可承重lOKg;
[0031 ]采集單元包括:數(shù)據(jù)采集器和多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器7;多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器7包括： PH傳感器、溶氧量及溫度傳感器、濁度傳感器、電導(dǎo)率傳感器；
[0032] 固定桿3通過(guò)吸盤(pán)4固定在船體的船艇位置上，并在固定桿3上有凹槽軌道，安裝方 便，位置可調(diào)；
[0033] 在凹槽軌道內(nèi)設(shè)置有可滑動(dòng)的T型支架2,可通過(guò)鎖緊螺母5固定位置，并在T型支 架2的末端固定有滿(mǎn)輪1;滿(mǎn)輪1處于水面W下位置用于為發(fā)電模塊提供動(dòng)能；
[0034] 發(fā)電模塊將動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能并為電池充電；從而能為數(shù)據(jù)采集器、PH傳感器、溶氧 量及溫度傳感器、濁度傳感器和電導(dǎo)率傳感器供電；具體實(shí)施中，滿(mǎn)輪置于水下，在船行駛 的過(guò)程中，滿(mǎn)輪受水流沖擊而旋轉(zhuǎn)，帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)軸轉(zhuǎn)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)軸連接至發(fā)電模塊，產(chǎn)生電能；
[0035] 數(shù)據(jù)采集器是WARM為處理器的嵌入式電路系統(tǒng)，并利用PH傳感器采集水環(huán)境的 PH值、利用溶氧量及溫度傳感器采集水環(huán)境的溶氧值和溫度值、利用濁度傳感器集水環(huán)境 的濁度值、利用電導(dǎo)率傳感器采集水環(huán)境的電導(dǎo)率，從而獲得水質(zhì)參數(shù)并通過(guò)RS232串口輸 出。
[0036] 數(shù)據(jù)采集器組成框架圖，如圖2所示，數(shù)據(jù)采集器包括:輸入接口電路、ARM處理器、 輸出接口電路和電壓轉(zhuǎn)換電路;輸入接口電路用于銜接多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器和AM處理器； 輸出接口電路采用RS-232串口將數(shù)據(jù)輸出給用戶(hù)；電壓轉(zhuǎn)換電路將輸入12.0V電壓轉(zhuǎn)換成 5.0V、3.3V電壓，供各模塊使用。
[0037] 具體的硬件設(shè)計(jì)原理如圖3所示，輸入接口電路中包括:信號(hào)調(diào)理模塊、溶氧變送 器、電平轉(zhuǎn)換模塊、電導(dǎo)變送器；
[0038] 信號(hào)調(diào)理模塊分別將PH傳感器和濁度傳感器輸出的模擬電壓經(jīng)過(guò)放大和濾波處 理后，變換成0~5V范圍的電壓信號(hào)，并提供給ARM處理器的A/D采樣口；
[0039] 溶氧變送器和電導(dǎo)變送器分別將溶氧量及溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器輸出的數(shù) 字量轉(zhuǎn)變?yōu)?85數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)字信號(hào)提供給ARM處理器的 串口。
[0040] 具體實(shí)施中，ARM處理器WlHz的頻率進(jìn)行A/D采樣和數(shù)據(jù)接收。各個(gè)模塊的工作電 壓包括 12.0V、5.0V、3.3V。
[0041] 數(shù)據(jù)采集器的軟件工作流程如圖4所示。具體包括W下步驟：
[0042] ①、硬件初始化，即各寄存器的配置包括定時(shí)器、中斷向量表、串口等。
[0043] ②、開(kāi)啟定時(shí)器。由于溶氧量傳感器需要周期性的校準(zhǔn)，保證數(shù)據(jù)的正確性，設(shè)置 一個(gè)校準(zhǔn)標(biāo)志位，到校準(zhǔn)時(shí)間時(shí)，校準(zhǔn)標(biāo)志位變?yōu)?，進(jìn)入中斷進(jìn)行校準(zhǔn)。校準(zhǔn)完成后，校準(zhǔn) 標(biāo)志位清零，等待下一次校準(zhǔn)。
[0044] ③、數(shù)據(jù)采集一直在進(jìn)行，每一秒鐘采集輸出一次五項(xiàng)水質(zhì)參數(shù)。在采集的過(guò)程 中，有數(shù)字信號(hào)和模擬信號(hào)的處理，為保證數(shù)據(jù)的精度，需進(jìn)行數(shù)據(jù)的濾波，然后輸出數(shù)據(jù)。 設(shè)置一個(gè)采樣標(biāo)志位，到采樣時(shí)間時(shí)，采樣標(biāo)志位變?yōu)?，進(jìn)入采集數(shù)據(jù)。采集完成后，采集 標(biāo)志位清零，等待下一次采集，循環(huán)下去。
[0045] 具體實(shí)施中，整個(gè)系統(tǒng)的工作模式為：
[0046] 1、船靜止時(shí)，該檢測(cè)模塊使用裡電池完成數(shù)據(jù)的采集；
[0047] 2、船運(yùn)動(dòng)時(shí)，切換電路至裡電池充電電路，采集數(shù)據(jù)，同時(shí)電池管理系統(tǒng)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 電池能量
[004引 表1
[0049]
[0050] 具體實(shí)施中，從表1中可知數(shù)據(jù)采集器的主要性能指標(biāo)，包括可采集的水質(zhì)參數(shù)種 類(lèi)、工作量程、工作頻率、測(cè)量精度、工作電壓和操作環(huán)境。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊，其特征是設(shè)置船體上，并用于檢測(cè)水環(huán)境的水 質(zhì)參數(shù);所述檢測(cè)模塊包括:動(dòng)力單元、固定單元和采集單元； 所述動(dòng)力單元包括:渦輪(1)、τ型支架(2)、發(fā)電模塊、電池； 所述固定單元包括:固定桿(3)和吸盤(pán)(4); 所述采集單元包括:數(shù)據(jù)采集器和多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器(7);所述多種水質(zhì)檢測(cè)傳感器 (7)包括:ΡΗ傳感器、溶氧量及溫度傳感器、濁度傳感器、電導(dǎo)率傳感器； 所述固定桿(3)通過(guò)所述吸盤(pán)(4)固定在所述船體的船舷位置上，并在所述固定桿(3) 上有凹槽軌道； 在所述凹槽軌道內(nèi)設(shè)置有可滑動(dòng)的Τ型支架(2)，并在所述Τ型支架(2)的末端固定有所 述渦輪(1);所述渦輪(1)處于水面以下位置用于為所述發(fā)電模塊提供動(dòng)能； 所述發(fā)電模塊將所述動(dòng)能轉(zhuǎn)換為電能并為所述電池充電；從而能為所述數(shù)據(jù)采集器、 ΡΗ傳感器、溶氧量及溫度傳感器、濁度傳感器和電導(dǎo)率傳感器供電； 所述數(shù)據(jù)采集器利用所述ΡΗ傳感器采集水環(huán)境的ΡΗ值、利用所述溶氧量及溫度傳感器 采集水環(huán)境的溶氧值和溫度值、利用所述濁度傳感器集水環(huán)境的濁度值、利用所述電導(dǎo)率 傳感器采集水環(huán)境的電導(dǎo)率，從而獲得所述水質(zhì)參數(shù)并通過(guò)RS232串口輸出。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的便攜式自供電的水質(zhì)檢測(cè)模塊，其特征是:所述數(shù)據(jù)采集器包 括:輸入接口電路、ARM處理器、輸出接口電路和電壓轉(zhuǎn)換電路;所述輸入接口電路中包括： 信號(hào)調(diào)理模塊、溶氧變送器、電平轉(zhuǎn)換模塊、電導(dǎo)變送器； 所述信號(hào)調(diào)理模塊分別將所述PH傳感器和濁度傳感器輸出的模擬電壓經(jīng)過(guò)放大和濾 波處理后，變換成0~5V范圍的電壓信號(hào)，并提供給所述ARM處理器的A/D采樣口； 所述溶氧變送器和電導(dǎo)變送器分別將所述溶氧量及溫度傳感器和電導(dǎo)率傳感器輸出 的數(shù)字量轉(zhuǎn)變?yōu)?85數(shù)字信號(hào)，并通過(guò)電平轉(zhuǎn)換模塊轉(zhuǎn)換為RS-232數(shù)字信號(hào)提供給所述ARM 處理器的串口。
【文檔編號(hào)】G01D21/02GK205620404SQ201620426180
【公開(kāi)日】2016年10月5日
【申請(qǐng)日】2016年5月10日
【發(fā)明人】夏娜, 張茹娜
【申請(qǐng)人】合肥工業(yè)大學(xué)智能制造技術(shù)研究院