專利名稱：一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，具體的說，本發(fā)明涉及一種實(shí)時(shí)的多參數(shù) 遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法，屬于水環(huán)境保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著我國(guó)社會(huì)工業(yè)化的發(fā)展，向水體排入大量含氮、磷的工業(yè)廢水和生活污水，從 而加速了湖泊的富營(yíng)養(yǎng)化，導(dǎo)致了水生生物，特別是藻類的大量繁殖，破壞了水體的生態(tài)平 衡，導(dǎo)致藍(lán)藻水華。藍(lán)藻水華的微囊藻毒素是一種肝毒素，這種毒素是肝癌的強(qiáng)烈促癌劑， 毒性最強(qiáng)、危害最大的一種淡水藍(lán)藻毒素。藻毒素具有水溶性和耐熱性。其易溶于水，在水中的溶解性大于lg/L，化學(xué)性質(zhì)相 當(dāng)穩(wěn)定，而自然降解過程是十分緩慢的。自來水處理工藝的混凝沉淀、過濾、加氯也不能將 其去除。目前，世界衛(wèi)生組織(WHO)制定的飲水中微囊藻毒素，最高允許含量為lug/1。因 此，監(jiān)測(cè)水體中藍(lán)藻的生物量對(duì)藍(lán)藻水華發(fā)生進(jìn)行預(yù)警，并采取措施避免藍(lán)藻水華的發(fā)生 和減少其危害具有重要的意義。目前，對(duì)水質(zhì)的檢測(cè)主要基于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)室分析方式。需要利用大型的專用檢測(cè) 設(shè)備，比如液相色譜法、分光光度法、電化學(xué)法等。這些檢測(cè)手段通過人為的現(xiàn)場(chǎng)采樣、運(yùn) 輸、實(shí)驗(yàn)室分析的流程來完成。其對(duì)采樣、制樣的技術(shù)經(jīng)驗(yàn)要求高、耗時(shí)較長(zhǎng)、成本高、工作 量大，而且不能實(shí)時(shí)的反映浮游植物的情況。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè) 系統(tǒng)和方法。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特 征在于，該系統(tǒng)包含環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心和分布式地放置于水源地的若干現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝 置，所述的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，用于將實(shí)時(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心；所述的現(xiàn)場(chǎng) 水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置包括若干傳感器單元，用于實(shí)時(shí)的采集現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)；信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元，將實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng) 過AD轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號(hào)并傳送到中央控制單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，由中央控制單元控制，用于存儲(chǔ)上述的數(shù)字信號(hào)及其水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā) 生的時(shí)間；液晶顯示單元，用于顯示監(jiān)測(cè)裝置的工作狀態(tài)信息，并能實(shí)時(shí)地顯示監(jiān)測(cè)到的參 數(shù)數(shù)據(jù)；鍵盤輸入單元，鍵盤輸入單元能設(shè)定監(jiān)測(cè)裝置的工作參數(shù)；中央控制單元，用于協(xié)調(diào)和控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的其它各單元的工作；無線通信單元，用于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心之間進(jìn)行通信，包括通信天線和通信模塊；電源模塊單元，用于為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置提供穩(wěn)定的3. 3V工作電壓。在實(shí)際應(yīng)用中，可以將現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置放置于水面浮標(biāo)，或其他水面平臺(tái)上。同 時(shí)，將一定數(shù)量的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置分布式地布置在湖泊、水庫(kù)等水源地的特定位置，可以對(duì)水 體不同深度的藍(lán)藻生物量、溶解氧含量、濁度、PH值、溫度、電導(dǎo)率等參數(shù)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并將數(shù) 據(jù)實(shí)時(shí)的傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。所述的若干傳感器單元，包括藍(lán)藻熒光傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH 值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器或水深傳感器，被集成密封在一個(gè)套筒中，其傳感部 位裸露在外，同時(shí)預(yù)留擴(kuò)展口并配有相應(yīng)的清潔裝置，用于增加傳感器。當(dāng)進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè) 時(shí)，多參數(shù)傳感器單元伸入水中，各個(gè)傳感器的傳感窗口垂直向下，檢測(cè)不同深度的水質(zhì)參 數(shù)。傳感器單元通過防水電纜與信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元相連。所述的信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元采用了低噪聲、高精度的電路設(shè)計(jì)，能有效采 集各傳感器的微小信號(hào)，并能將其轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)。該單元包括開關(guān)選擇電路15、 程控前置放大電路16、鎖相放大電路17、低通濾波電路18和AD轉(zhuǎn)換電路19，開關(guān)選擇電路 用來選擇所要采集的水質(zhì)參數(shù)信息，也就是選擇采集哪個(gè)傳感器的信號(hào)。將采集到的傳感 器微弱信號(hào)傳輸?shù)匠炭厍爸梅糯箅娐愤M(jìn)行前置放大，該前置放大電路采用低噪聲設(shè)計(jì)，在 增加信號(hào)驅(qū)動(dòng)的同時(shí)防止信號(hào)變差。前置放大后的信號(hào)進(jìn)入鎖相放大電路，對(duì)傳感信號(hào)進(jìn) 行主放大，同時(shí)能大大抑制其他頻率的噪聲信號(hào)。放大后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波電路傳輸?shù)?AD轉(zhuǎn)換電路，將采集到的信號(hào)變成相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換主要通過高精度的AD芯片來實(shí) 現(xiàn)。轉(zhuǎn)換后的數(shù)字信號(hào)傳送到中央控制單元。該系統(tǒng)還包括有RS-232串口通信單元，所述 的RS-232串口通信單元是監(jiān)測(cè)裝置的一個(gè)預(yù)留通信口，無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信的情況下， 通過該串口通信單元能將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳送到PC機(jī)中。所述的電源模塊單元包含鋰電池組，供電電壓為15V，容量為6600mah ；穩(wěn)壓電路，用于為鋰電池組進(jìn)行直流-直流(DC-DC)電壓轉(zhuǎn)換和低壓差線性穩(wěn)壓 (LDO)的兩級(jí)電壓轉(zhuǎn)換，從而為電路提供穩(wěn)定的3. 3伏工作電壓。所述的電源模塊單元的充放電電路在沒有市電的情況下，利用大容量的電池組來 給監(jiān)測(cè)裝置供電；在有市電的情況下，直接利用市電為整個(gè)裝置供電，并且能為電池組進(jìn)行 充電；也可外加太陽(yáng)能電板對(duì)電池組進(jìn)行充電。為實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明還提供了一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，該 方法通過現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)并發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心；具體步驟包 括1)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置上電工作，其中央控制單元檢測(cè)各單元的狀態(tài)情況；如果有 故障發(fā)生，則返回相應(yīng)的故障代碼；如果正常，轉(zhuǎn)入下一步2)；2)中央控制單元啟動(dòng)無線通訊單元與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心建立無線連接，連接成功 后，現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸；3)中央控制單元控制傳感器工作，采集水質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過信號(hào) 調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并傳送到中央控制單元；4)中央控制單元將監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間和得到的參數(shù)數(shù)據(jù)一并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，同5時(shí)將這些數(shù)據(jù)通過無線通訊單元發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。所述的步驟幻建立無線連接的時(shí)刻，如果是監(jiān)測(cè)裝置設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間，，則中央 控制單元喚醒各單元，使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)，否則，中央控制單元控制各單元進(jìn)入休眠狀 態(tài)。該系統(tǒng)包括環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心，現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，所述的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，分 布式地放置于水源地，對(duì)水源地的水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)。并將實(shí)時(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)往環(huán)境 監(jiān)測(cè)控制中心；其中現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置包括若干傳感器單元，用于實(shí)時(shí)的采集現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì) 的參數(shù)；信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元，將實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng) 過AD轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號(hào)并傳送到中央控制單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，由中央控制單元控 制，用于存儲(chǔ)上述的數(shù)字信號(hào)及其水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間；液晶顯示單元，用于顯示監(jiān)測(cè)裝置 的工作狀態(tài)信息，并能實(shí)時(shí)地顯示監(jiān)測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)，這樣方便對(duì)儀器裝置的定期檢查和 調(diào)試。而當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置放置于野外現(xiàn)場(chǎng)時(shí)，為節(jié)省電池組電源，液晶顯示單元在中央控制單元 的控制下進(jìn)入休眠狀態(tài)；鍵盤輸入單元，鍵盤輸入單元能設(shè)定監(jiān)測(cè)裝置的工作參數(shù)；中央 控制單元，用于協(xié)調(diào)和控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的其它各單元的工作；無線通信單元，用于現(xiàn)場(chǎng)水 質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心之間進(jìn)行通信，包括通信天線和通信模塊。該通信模塊的 通信方式可以是利用無線數(shù)傳電臺(tái)、現(xiàn)有公網(wǎng)的無線通信如GSM、GPRS或3G、衛(wèi)星通信等。 中央控制單元正是通過該無線通信單元將水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間和各傳感器的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)實(shí) 時(shí)地遠(yuǎn)程傳送到環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心也可以通過無線方式遠(yuǎn)程控 制現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，對(duì)其裝置的一些相關(guān)工作參數(shù)進(jìn)行重新設(shè)定。電源模塊單元，用于為 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置提供穩(wěn)定的3. 3V工作電壓。該裝置安放在江河、湖泊及水庫(kù)等水源地，實(shí)時(shí) 監(jiān)測(cè)水質(zhì)的多項(xiàng)技術(shù)參數(shù)。本發(fā)明還提出了一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，該方法通過現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè) 裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)數(shù)據(jù)并發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心；具體步驟包括首先對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān) 測(cè)裝置上電工作，其中央控制單元檢測(cè)各單元的狀態(tài)情況；如果有故障發(fā)生，則返回相應(yīng)的 故障代碼；如果正常，中央控制單元啟動(dòng)無線通訊單元與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心建立無線連接， 假如此時(shí)不是監(jiān)測(cè)裝置設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間，中央控制單元控制各單元進(jìn)入休眠狀態(tài)；否則中 央控制單元喚醒各單元，使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)，進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸；然后中央控制單元 控制傳感器工作，采集水質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元后 轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并傳送到中央控制單元；最后中央控制單元將監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間和 得到的參數(shù)數(shù)據(jù)一并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，同時(shí)將這些數(shù)據(jù)通過無線通訊單元發(fā)送到環(huán)境監(jiān) 測(cè)控制中心。所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心由防火墻、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和人工終端電腦等設(shè)備 組成。網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器可以與現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行實(shí)時(shí)的遠(yuǎn)程無線網(wǎng)絡(luò)通訊。當(dāng)服務(wù)器接收 到監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)后，其控制顯示程序?qū)λ|(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和報(bào)警，并將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入 水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)庫(kù)中。同時(shí)，服務(wù)器中設(shè)有分布式現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的地圖信息，能圖形化的 顯示每個(gè)監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況。人工終端電腦可以顯示當(dāng)前的監(jiān)測(cè)信息，也可以人為 地遠(yuǎn)程喚醒、控制現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置采用低電壓、低功耗設(shè)計(jì)，監(jiān)測(cè)過程由儀器 裝置自動(dòng)完成，無需人工值守。通過分布式的放置現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，能實(shí)時(shí)連續(xù)地監(jiān)測(cè)特定位置水源地水體中不同深度的藍(lán)藻生物量、溶解氧含量、濁度、PH值、溫度、電導(dǎo)率等參數(shù) 指標(biāo)，并能實(shí)時(shí)地將參數(shù)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心 能實(shí)時(shí)的分析和處理水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)，同時(shí)也可以對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。


下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。圖1是實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。圖3是電源模塊單元的結(jié)構(gòu)示意圖。圖4是信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元結(jié)構(gòu)示意圖。圖5是現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的控制程序流程圖。圖6是環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心的控制程序流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明，但不應(yīng)該以此限制本發(fā)明的保護(hù)范圍。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)如圖1所示，系統(tǒng)由現(xiàn)場(chǎng)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置和環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心所組 成?，F(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的結(jié)構(gòu)如圖2所示，它分布式地放置在水源地，對(duì)特定位置的水質(zhì)進(jìn) 行實(shí)時(shí)的監(jiān)測(cè)，并將實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)通過無線網(wǎng)絡(luò)傳送到環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心 的服務(wù)器接收來自現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)，并進(jìn)行相應(yīng)的分析、處理和報(bào)警，同時(shí)可以對(duì) 現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行遠(yuǎn)程控制。
在本實(shí)施例中，現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置采用了低電壓、低功耗設(shè)計(jì)，其電路工作電壓為 3. 3V。電源由電源模塊單元3提供，如圖3所示，電源模塊單元3包含大容量的鋰電池組12、 穩(wěn)壓電路13和充放電電路14。其中，鋰電池組12供電電壓為15V，容量為6600mah。該鋰 電池組12要通過穩(wěn)壓電路13的兩級(jí)穩(wěn)壓，分別為直流-直流(DC-DC)電壓轉(zhuǎn)換和低壓差 線性穩(wěn)壓(LDO)的電壓轉(zhuǎn)換，為裝置電路提供穩(wěn)定的3. 3V的工作電壓。而在有市電供電的 情況下，充放電電路14可以直接利用市電給裝置供電，并可以為鋰電池組12充電。為增加 電池的工作時(shí)間，該模塊也可以外加太陽(yáng)能電板充電。中央控制單元7是整個(gè)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的核心單元，它控制著整個(gè)裝置的工 作，這里采用低功耗的單片機(jī)89LV51控制芯片。在裝置上電時(shí)，中央控制單元7首先檢測(cè)其 他各個(gè)單元的狀態(tài)。在沒有故障的情況下，中央控制單元7通過啟動(dòng)無線通信單元8，與環(huán) 境檢測(cè)控制中心進(jìn)行無線網(wǎng)絡(luò)連接。無線通信單元8采用西門子的GPRS模塊MC55，該模塊 利用移動(dòng)公網(wǎng)的GPRS網(wǎng)絡(luò)通信，將監(jiān)測(cè)裝置的傳輸數(shù)據(jù)通過基站發(fā)送到移動(dòng)的內(nèi)部GPRS 網(wǎng)絡(luò)中，再通ahternet網(wǎng)關(guān)節(jié)點(diǎn)(GGSN)發(fā)送到互聯(lián)網(wǎng)上。環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心通過有固定 IP地址的互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)器接收來自現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的連接請(qǐng)求，并將握手信號(hào)發(fā)送給現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì) 監(jiān)測(cè)裝置。裝置接收到握手信號(hào)后，表示與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心已經(jīng)建立了網(wǎng)絡(luò)連接，并可以 進(jìn)行數(shù)據(jù)的傳輸。多參數(shù)傳感器單元10是由多個(gè)傳感器集合而成，包括藍(lán)藻熒光傳感器、溶解氧傳 感器、濁度傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器、電導(dǎo)率傳感器及水深傳感器等，，同時(shí)預(yù)留有 擴(kuò)展口，方便增加其他類型的傳感器。多參數(shù)傳感器單元10通過防水電纜與信號(hào)調(diào)理放大7和AD轉(zhuǎn)換單元9相連，并受中央控制單元7的控制。當(dāng)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置達(dá)到設(shè)定的監(jiān)測(cè) 時(shí)間時(shí)，單片機(jī)控制單元7喚醒各單元，使其進(jìn)入正常工作狀態(tài)。在進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，多參 數(shù)傳感器單元伸入水中，各個(gè)傳感器的傳感窗口垂直向下，中央控制單元7根據(jù)程序控制 各傳感器開始工作，檢測(cè)不同深度的各水質(zhì)參數(shù)。并控制信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元9采 集各傳感器的模擬信號(hào)，將這些信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字信號(hào)，然后將監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間數(shù)據(jù) 和監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)到數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元2中。于此同時(shí)，中央控制單元7通過無線通信單元8將 這些監(jiān)測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)地傳輸?shù)江h(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。而在沒有進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)時(shí)，中央 控制單元7控制各單元進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省電能的消耗。信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元9采用了低噪聲、高精度的電路設(shè)計(jì)，主要由開關(guān)選 擇電路15、程控前置放大電路16、鎖相放大電路17、低通濾波電路18和AD轉(zhuǎn)換電路19組 成。該單元能有效采集各傳感器的微小信號(hào)，其中開關(guān)選擇電路15用來選擇所要采集的水 質(zhì)參數(shù)信息，也就是選擇采集哪個(gè)傳感器的信號(hào)。并將采集到的傳感器微弱信號(hào)傳輸?shù)匠?控前置放大電路16進(jìn)行前置放大，該前置放大電路采用低噪聲設(shè)計(jì)。前置放大后的信號(hào) 進(jìn)入鎖相放大電路17，對(duì)傳感信號(hào)進(jìn)行主放大，同時(shí)能大大抑制其他頻率的噪聲信號(hào)。放 大后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波電路18傳輸?shù)紸D轉(zhuǎn)換電路19，將采集到的信號(hào)變成相應(yīng)的數(shù)字 信號(hào)，AD轉(zhuǎn)換主要通過高精度的AD芯片AD7934來實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元2主要由存儲(chǔ)芯片 AD9LV256構(gòu)成，用來存儲(chǔ)監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間數(shù)據(jù)和相關(guān)的監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。液晶顯示單元4和鍵盤輸入單元5主要用于對(duì)裝置的檢查和調(diào)試。當(dāng)監(jiān)測(cè)裝置放 置于野外工作時(shí)，為節(jié)省電源，液晶顯示單元4和鍵盤輸入單元5都被中央控制單元7置于 休眠狀態(tài)。RS-232串口通信單元6是現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置的預(yù)留通信口，主要由串口通信芯片 MAX3221EEAE構(gòu)成，在沒有串口連接時(shí)，該單元能自動(dòng)進(jìn)入休眠模式，有效降低對(duì)電源的消 耗。如果無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信時(shí)，通過該串口通信單元能將現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)的參數(shù)數(shù)據(jù)傳 送到PC機(jī)中。所述的環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心由防火墻、網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器、數(shù)據(jù)庫(kù)和人工終端電腦等設(shè)備 組成，其顯示控制程序采用Labview編寫，在網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器接收到來自各現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置 的數(shù)據(jù)后，Labview將監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析、處理和報(bào)警，圖形化的顯示 各監(jiān)測(cè)地點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)情況。同時(shí)，環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心也可以人為地遠(yuǎn)程喚醒、控制現(xiàn)場(chǎng)水 質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置。最后所應(yīng)說明的是，以上實(shí)施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案而非限制。盡管參 照實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方 案進(jìn)行修改或者等同替換，都不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的精神和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本發(fā)明 的權(quán)利要求范圍當(dāng)中。
權(quán)利要求
1.一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)包含環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心 和分布式地放置于水源地的若干現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，所述的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，用于將實(shí) 時(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心；所述的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置包括若干傳感器單元，用于實(shí)時(shí)的采集現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)；信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元，將實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)理放大后，經(jīng)過AD 轉(zhuǎn)換電路后變成數(shù)字信號(hào)并傳送到中央控制單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，由中央控制單元控制，用于存儲(chǔ)上述的數(shù)字信號(hào)及其水質(zhì)監(jiān)測(cè)發(fā)生的 時(shí)間；液晶顯示單元，用于顯示監(jiān)測(cè)裝置的工作狀態(tài)信息，并能實(shí)時(shí)地顯示監(jiān)測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)；鍵盤輸入單元，鍵盤輸入單元能設(shè)定監(jiān)測(cè)裝置的工作參數(shù)；中央控制單元，用于協(xié)調(diào)和控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的其它各單元的工作；無線通信單元，用于現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心之間進(jìn)行通信，包括通信 天線和通信模塊；及電源模塊單元，用于為現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置提供穩(wěn)定的3. 3V工作電壓。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的若干 傳感器單元，包括藍(lán)藻熒光傳感器、溶解氧傳感器、濁度傳感器、PH值傳感器、溫度傳感 器、電導(dǎo)率傳感器或水深傳感器，被集成密封在一個(gè)套筒中，其傳感部位裸露在外，同時(shí)預(yù) 留擴(kuò)展口并配有相應(yīng)的清潔裝置。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的信號(hào) 調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元包括開關(guān)選擇電路15、程控前置放大電路16、鎖相放大電路17、 低通濾波電路18和AD轉(zhuǎn)換電路19。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，該系統(tǒng)還包 括有RS-232串口通信單元，所述的RS-232串口通信單元是監(jiān)測(cè)裝置的一個(gè)預(yù)留通信口， 在無線網(wǎng)絡(luò)因故無法通信的情況下，通過該串口通信單元能將監(jiān)測(cè)到的參數(shù)數(shù)據(jù)傳送到PC 機(jī)中。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源 模塊單元包含鋰電池組，供電電壓為15V，容量為6600mah ；穩(wěn)壓電路，用于為鋰電池組進(jìn)行直流-直流(DC-DC)電壓轉(zhuǎn)換和低壓差線性穩(wěn)壓(LDO) 的兩級(jí)電壓轉(zhuǎn)換，從而為電路提供穩(wěn)定的3. 3伏工作電壓。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，其特征在于，所述的電源 模塊單元的充放電電路在沒有市電的情況下，利用大容量的電池組來給監(jiān)測(cè)裝置供電；在 有市電的情況下，直接利用市電為整個(gè)裝置供電，并且能為電池組進(jìn)行充電；也可外加太陽(yáng) 能電板對(duì)電池組進(jìn)行充電。
7.一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，該方法通過現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)現(xiàn)場(chǎng) 水質(zhì)數(shù)據(jù)并發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心；具體步驟包括1)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置上電工作，其中央控制單元檢測(cè)各單元的狀態(tài)情況；如果有故障 發(fā)生，則返回相應(yīng)的故障代碼；如果正常，轉(zhuǎn)入下一步2)；2)中央控制單元啟動(dòng)無線通訊單元與環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心建立無線連接，連接成功后， 現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行數(shù)據(jù)的無線傳輸；3)中央控制單元控制傳感器工作，采集水質(zhì)的各項(xiàng)參數(shù)數(shù)據(jù)信號(hào)，信號(hào)經(jīng)過信號(hào)調(diào)理 放大和AD轉(zhuǎn)換單元后轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字信號(hào)，并傳送到中央控制單元；4)中央控制單元將監(jiān)測(cè)發(fā)生的時(shí)間和得到的參數(shù)數(shù)據(jù)一并存入數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元，同時(shí)將 這些數(shù)據(jù)通過無線通訊單元發(fā)送到環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)方法，其特征在于，所述的步驟 2)建立無線連接的時(shí)刻，如果是監(jiān)測(cè)裝置設(shè)定的監(jiān)測(cè)時(shí)間，則中央控制單元喚醒各單元，使 其進(jìn)入正常工作狀態(tài)，否則，中央控制單元控制各單元進(jìn)入休眠狀態(tài)。
全文摘要
本發(fā)明提供了一種實(shí)時(shí)的多參數(shù)遠(yuǎn)程水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)和方法。該系統(tǒng)包含環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心和分布式地放置于水源地的若干現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，其中現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置，用于將實(shí)時(shí)的水質(zhì)數(shù)據(jù)發(fā)往環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心，包括若干傳感器單元，用于實(shí)時(shí)的采集現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)；信號(hào)調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換單元，將實(shí)時(shí)采集的現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)的參數(shù)進(jìn)行調(diào)理放大和AD轉(zhuǎn)換后變成數(shù)字信號(hào)并傳送到中央控制單元；數(shù)據(jù)存儲(chǔ)單元；液晶顯示單元；鍵盤輸入單元；中央控制單元，用于協(xié)調(diào)和控制現(xiàn)場(chǎng)監(jiān)測(cè)裝置的其它各單元的工作；無線通信單元；及電源模塊單元。環(huán)境監(jiān)測(cè)控制中心接收實(shí)時(shí)的水質(zhì)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)將其進(jìn)行存儲(chǔ)、處理，也可以隨時(shí)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置進(jìn)行主動(dòng)的遠(yuǎn)程控制。
文檔編號(hào)G01N33/18GK102053139SQ20091020713
公開日2011年5月11日 申請(qǐng)日期2009年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年10月27日
發(fā)明者姜麗, 曹榕, 李炯, 段德民, 鄭克孝, 顧唯兵, 鮑芳 申請(qǐng)人:中國(guó)科學(xué)院蘇州納米技術(shù)與納米仿生研究所