水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端的製作方法
2023-05-20 11:58:06
水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端的製作方法
【專利摘要】本發明提供了一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，包括採集控制箱、電機、轉軸、水質傳感器；所述電機與所述採集控制箱相連，所述轉軸與所述電機相連，所述水質傳感器與所述採集控制箱通過導線相連。該監測分析終端通過電機帶動轉軸旋轉，以精確調節水質傳感器在水中的深度，實現不同深度的水質參數採集，通過採集控制箱進行數據的傳輸與控制，獲得監測點水質隨時間和隨水位加深水質的各項參數變化情況，使工作人員對現有數據進行有效分析，了解水質的變化情況，為水產品的多層養殖提供保證。
【專利說明】水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端
【技術領域】
[0001]本發明涉及水質監控【技術領域】，具體涉及一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端。
【背景技術】
[0002]現行的水質監測手段主要是採用水質傳感器對水質進行現場實時檢測，將傳感器固定於被測水域的某點，對水質進行定點採集，只能採集到該水域固定點固定深度的水質數據。採集到的水質數據通過現場總線或無線收發模塊傳輸到監控中心，工作人員可以看到當前水質狀況，但沒有對數據進行進一步的處理。
[0003]大規模的水產養殖水位較深，在不同深度水位養殖不同水產品種，定點採集對於水位較深、多層養殖的水域環境監測效率低下，同一點不同深度安裝多組傳感器將會大大增加監控成本。工作人員可隨時查看當前水質狀況，卻無法了解該點水質隨時間的變化趨勢和隨水位加深水質的各項參數變化情況，對現有的水質數據沒有進行有效的分析，利用率低。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是:如何監測某點水質隨水位深度變化導致水質參數的變化情況。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，該終端包括:採集控制箱、電機、轉軸和水質傳感器；
[0008]所述電機與所述採集控制箱相連，所述轉軸與所述電機相連，所述水質傳感器與所述採集控制箱通過導線相連；
[0009]所述採集控制箱，用於控制所述電機轉動，並對所述水質傳感器的數據採集進行控制，並接收所述水質傳感器採集到的水質參數；
[0010]所述導線繞設於所述轉軸上；
[0011]所述電機，用於帶動所述轉軸旋轉，以調節所述水質傳感器在水中的深度。
[0012]優選的，所述轉軸包括粗軸和細軸，所述導線包括傳感器電纜線和軟導線，所述傳感器電纜線繞設於所述粗軸上，所述軟導線繞設於所述細軸上，所述水質傳感器與所述傳感器電纜線連接。
[0013]優選的，所述傳感器電纜線與所述軟導線之間通過防水接口連接。
[0014]優選的，所述轉軸的一端與電位器的動觸點相連；
[0015]所述採集控制箱，還用於接收所述電位器的電壓信號，並根據所述電壓信號來確定所述水質傳感器在水中的當前深度。
[0016]優選的，所述電機的轉子軸上設有第一齒輪，所述轉軸上設有第二齒輪，所述第一齒輪和第二齒輪相嚙合，所述電機的轉子軸旋轉時，帶動所述轉軸旋轉。
[0017]優選的，所述監測系統還包括電源，用於對所述的採集控制箱供電。
[0018]優選的，所述電源包括太陽能電池板和蓄電池；
[0019]所述蓄電池用於存儲所述太陽能電池板產生的能量並對所述採集控制箱供電。
[0020]優選的，所述採集控制箱包括控制模塊、參數無線收發模塊；
[0021]所述控制模塊用於對所述水質傳感器採集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊；
[0022]所述參數無線收發模塊，用於將所述水質參數發送至上位機並接收來自上位機的數據命令。
[0023]優選的，所述控制模塊，還用於根據採集到的水質參數採用一元線性回歸模型對未來預設時間段內的水質參數變化情況進行預測，當預測到的水質參數變化情況超出預測範圍時進行報警。
[0024]優選的，所述採集控制箱還包括電機驅動模塊、供電模塊；
[0025]所述電機驅動模塊通過所述控制模塊輸出的控制信號驅動所述電機；
[0026]所述供電模塊用於提供恆定的電壓給所述控制模塊供電。
[0027](三)有益效果
[0028]本發明的上述技術方案具有如下優點:實現了水質傳感器在水中深度的調節，水質傳感器可以通過電機自動調節其在水中的深度實現水質數據採集，同時檢測不同深度水質的情況，幫助工作人員了解水質參數隨水位深度變化，以及隨時間變化的情況，為水產品的多層養殖提供保證。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0029]圖1為本發明實施例提供的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端結構示意圖；
[0030]圖2為本發明實施例提供的轉軸及水質傳感器深度調節示意圖；
[0031]圖3為本發明實施例提供的採集控制箱結構圖；
[0032]其中，I採集控制箱；2電源；3電機；4轉軸；5水質傳感器；6控制模塊；7供電模塊；8參數無線收發模塊；9電機驅動模塊；10防水接口單元；11粗軸；12軟導線；13傳感器電纜線；14細軸。
【具體實施方式】
[0033]下面結合附圖，對發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用於更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護範圍。如圖1所示，本發明實施例提供的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端結構示意圖，該終端包括:採集控制箱1、電機3、轉軸4和水質傳感器5 ;所述電機與所述採集控制箱相連，所述轉軸與所述電機相連，所述水質傳感器與所述採集控制箱通過導線相連。在本實施例中，所述電機採用23HS系列2相6線步進電機，其靜力矩可達100N*Cm以上，電機軸上安裝有半徑為Icm的金屬齒輪,與轉軸上半徑為IOcm金屬齒輪相扣,帶動轉軸轉動。
[0034]所述採集控制箱，用於控制所述步進電機轉動，並對所述水質傳感器的數據採集進行控制，並接收所述水質傳感器採集到的水質參數；所述導線繞設於所述轉軸上；所述電機的轉子軸上設有第一齒輪，所述轉軸上設有第二齒輪，所述第一齒輪和第二齒輪相嚙合，所述電機的轉子軸旋轉時，帶動所述轉軸旋轉。當電機無需工作時，該採集控制箱將使電機斷電，降低系統功耗。
[0035]如圖2所示，所述轉軸包括粗軸11和細軸14，所述導線包括傳感器電纜線13和軟導線12 ;所述傳感器電纜線繞設於所述粗軸上，所述軟導線繞設於所述細軸上；所述水質傳感器與所述傳感器電纜線連接，所述傳感器電纜線與所述軟導線之間通過防水接口 10連接，傳感器電纜的長度根據實際採樣深度選擇；所述轉軸的一端與電位器的動觸點相連，當轉軸轉動時，電位器隨動，電位器兩端引腳接電壓信號(即:0V和5V電壓)，動觸點(即:電位器的中間弓I腳)接控制模塊的AD採樣接口，通過採集控制箱接收所述電位器的電壓信號，根據所述電壓信號來判斷當前轉軸處於什麼位置以及轉軸上有多少圈傳感器電纜線，進而判斷所述水質傳感器在水中的當前深度。加入電位器是為了防止在電機斷電期間由於傳感器自重等原因導致轉軸轉動，從而使電機下次上電時轉軸位置偏離上次斷電時的位置，以至於不能判斷傳感器的深度。當電機帶動轉軸轉動時，傳感器電纜線繞制在粗軸上，使水質傳感器深度發生變化，而通過軟導線繞於細軸可以防止在轉動過程中導線反覆扭動導致表皮絕緣層破裂。
[0036]優選的，所述監測系統還包括電源2，用於對所述的採集控制箱供電，所述電源包括太陽能電池板和蓄電池；所述蓄電池用於存儲所述太陽能電池板產生的能量並對所述採集控制箱供電。
[0037]如圖3所示，所述採集控制箱包括控制模塊6、參數無線收發模塊8、電機驅動模塊9和供電模塊7 ；
[0038]所述控制模塊用於對所述水質傳感器採集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊；所述參數無線收發模塊，用於將所述水質參數發送至上位機並接收來自上位機的數據命令，通過參數無線收發模塊將控制模塊傳輸的各項傳感器數據發送到上位機，使遠程監控人員能夠及時了解和觀察到水質情況的變化，同時本地帶有顯示屏，可以實時的顯示最近一次採集到的水質情況，供本地工作人員了解水質變化情況。所述上位機可以為PC客戶端、手機客戶端等。
[0039]所述電機驅動模塊通過所述控制模塊輸出的控制信號驅動所述步進電機；所述供電模塊用於提供恆定的電壓給所述控制模塊供電。所述太陽能電池板和所述蓄電池均連接於所述供電模塊上，由供電模塊提供恆定12V直流電壓，最終輸入到控制模塊內，再經過控制模塊內不同的穩壓晶片轉換成各模塊所需要的工作電壓。
[0040]所述控制模塊，還用於根據採集到的水質參數採用一元線性回歸模型對未來預設時間段內的水質參數變化情況進行預測，當預測到的水質參數變化情況超出預測範圍時進行報警。並且當電機空閒時，控制模塊將使電機斷電，降低系統功耗。
[0041]控制模塊6例如為單片機、PLC、DSP等控制單元，所有數據和控制命令均由其處理，以ATmegal28A為例，其中包括時鐘功能、存儲功能、顯示功能、按鍵調節功能、串口發送接收數據功能、電源管理功能、預警報警功能。時鐘功能用於提供能量採集單元採集的信號，時鐘定時以分鐘為單位，由控制晶片即本實施例所述的ATmegal28A寫入具體值，範圍時l_255min，默認情況下為lOmin，到定時時間後，時鐘晶片產生中斷信號，ATmegal28A接收到中斷請求後使控制模塊中斷採集；存儲功能將水質傳感器數據進行存儲到本地，提供一定的存儲空間，至少能夠備份存儲最近一個月的水質參數的數據；顯示功能可以提供當前的水質參數及其他一些相關參數；按鍵調節功能用於調節配置一些測量過程中的一些參數，如:採集時間間隔、本地時鐘設置等；通過RS232串口與參數無線收發模塊相連，可以接收和發送數據給參數無線收發模塊，串口也可以與上位機直接相連，直接讀取存儲器中的數據；電源管理功能能夠使水質傳感器和電機在空閒時刻斷電，使該終端進入省電模式，降低功耗。
[0042]本實施例還解決了現有技術中不能夠對某點水質隨時間的變化趨勢進行了解，預警報警功能根據當前採集到的傳感器數據，對其變化進行詳細分析，找出水質情況的變化趨勢，然後按照該趨勢，對未來一段時間內或者已經出現的水質參數異常情況進行報警，另夕卜，控制模塊採用上電自動復位和手動復位兩種方式，加入看門狗定時器，使系統能夠在運行出錯時重啟。
[0043]另外，本實施例控制模塊還可以提供六組航空防水接口，包括8路模擬信號IO接口和8路數字IO接口，模擬接口可以手動選擇接電壓信號或接電流信號，六組接口中有包括兩組模擬接口、兩組數字接口和兩組可復用接口。數位訊號輸入為OV和5V兩種電平，直接接入ATmegal28A，模擬信號為電壓信號時輸入範圍為0-5V，10位二進位AD採樣精度，當模擬信號為電流信號時，輸入範圍為0-20mA，通過內部電路轉化成0-5V電壓信號，然後接入單片機。每個接口提供12V、5V、3.3V電壓，可根據傳感器具體情況調節接口電源電壓。
[0044]所述控制模塊還可以通過參數無線收發模塊發送本地數據和接收遠程數據，通過接收遠程數據可以調節設備採樣周期、校對本地時鐘、使能傳感器接口和設定傳感器採樣深度。
[0045]以上所述僅是本發明優選實施方式，應當指出，對於本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護範圍。
【權利要求】
1.一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，該終端包括:米集控制箱、電機、轉軸和水質傳感器； 所述電機與所述採集控制箱相連，所述轉軸與所述電機相連，所述水質傳感器與所述採集控制箱通過導線相連； 所述採集控制箱，用於控制所述電機轉動，並對所述水質傳感器的數據採集進行控制，並接收所述水質傳感器採集到的水質參數； 所述導線繞設於所述轉軸上； 所述電機，用於帶動所述轉軸旋轉，以調節所述水質傳感器在水中的深度。
2.如權利要求1所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述轉軸包括粗軸和細軸，所述導線包括傳感器電纜線和軟導線，所述傳感器電纜線繞設於所述粗軸上，所述軟導線繞設於所述細軸上，所述水質傳感器與所述傳感器電纜線連接。
3.如權利要求2所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述傳感器電纜線與所述軟導線之間通過防水接口連接。
4.如權利要求1所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述轉軸的一端與電位器的動觸點相連； 所述採集控制箱，還用於接收所述電位器的電壓信號，並根據所述電壓信號來確定所述水質傳感器在水中的當前深度。
5.如權利要求1所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述電機的轉子軸上設有第一齒輪，所述轉軸上設有第二齒輪，所述第一齒輪和第二齒輪相嚙合，所述電機的轉子軸旋轉時，帶動所述轉軸旋轉。
6.如權利要求1所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述監測系統還包括電源，用於對所述的採集控制箱供電。
7.如權利要求6所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述電源包括太陽能電池板和蓄電池； 所述蓄電池用於存儲所述太陽能電池板產生的能量並對所述採集控制箱供電。
8.如權利要求1所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述採集控制箱包括控制模塊、參數無線收發模塊； 所述控制模塊用於對所述水質傳感器採集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊； 所述參數無線收發模塊，用於將所述水質參數發送至上位機並接收來自上位機的數據命令。
9.如權利要求8所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述控 制模塊，還用於根據採集到的水質參數採用一元線性回歸模型對未來預設時間段內的水質參數變化情況進行預測，當預測到的水質參數變化情況超出預測範圍時進行報警。
10.如權利要求8所述的一種水質傳感器入水深度可自動調節的水質參數監測分析終端，其特徵在於，所述採集控制箱還包括電機驅動模塊、供電模塊； 所述電機驅動模塊通過所述控制模塊輸出的控制信號驅動所述電機；所述 供電模塊用於提供恆定的電壓給所述控制模塊供電。
【文檔編號】G01N33/18GK103913552SQ201410114162
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月25日 優先權日:2014年3月25日
【發明者】陳天恩, 張瑞瑞, 陳立平, 王維, 姜舒文, 王聰, 馬小淨 申請人:北京農業信息技術研究中心