多通道水質監測系統及其監測方法與流程
2023-05-30 04:42:16 1
本申請涉及一種水質監測系統及其監測方法，尤其涉及一種多通道水質監測系統及其監測方法。
背景技術：
隨著汙染的日趨嚴重，安全用水已經成為一個全社會都在關注的熱點問題。作為安全用水的一個重要環節。水質監測正逐漸從實驗室走向人們的日常生活中。國內外水質在線監測設備迅速發展，傳感器種類繁多，各類傳感器的供電電壓與輸出信號均不統一，而且水質監測的應用場景往往用於戶外的監測地表水、城市供水的水源取水口的水質、城市供水管網出廠水與管網末梢水水質，用電與供電的矛盾日益突出，低功耗已成為在線設備的基本要求。
技術實現要素：
有鑑於此，本申請所要解決的技術問題為無法通過習知方式解決。習知水質監測設備裝置以單參數為主，一個測量電極配套一臺分析儀；多參數監測系統即把多套單參數監測系統整合到一個櫃體，體積大，集成度低，雖然數據能在同一畫面顯示，但是傳感器的參數設置還需要通過各個分析儀操作，操作繁瑣，可擴展性差，監測點布置的局限性較多。
為了解決上述問題，本申請提供一種多通道水質監測系統，其特徵在於，其包含水樣流通採集模組、接線模組與控制模組。水樣流通採集模組，其包含輸水管路、水樣流通腔體、排水管與多個水質參數採集傳感單元，所述輸水管路與所述排水管分別連通於水樣流通腔體，所述多個水質參數採集傳感單元分別斜向穿設於所述水樣流通腔體；接線模組，其包含多個傳感單元接口與觸控屏幕接口，所述觸控屏幕接口耦接於所述多個傳感單元接口，所述多個水質參數採集傳感單元分別對應於所述多個傳感單元接口；以及控制模組，其電性連接於所述接線模組，所述控制模組包含主控制單元、通訊信號處理單元、數據儲存單元、數據傳輸單元與電源單元，所述主控制單元分別電性連接於所述通訊信號處理單元、所述數據儲存單元、所述數據傳輸單元與所述電源單元。
根據本申請的一實施方式，上述的所述水樣流通腔體的側壁為多個螺紋穿孔，所述多個螺紋穿孔皆為40°到50°的斜向孔洞，所述多個水質參數採集傳感單元分別螺設於所述多個螺紋穿孔。
根據本申請的一實施方式，上述的更包含清潔模組，所述清潔模組包含驅動單元與清潔單元，所述驅動單元位於所述水樣流通腔體上，所述清潔單元位於所述水樣流通腔體內，所述驅動單元驅動所述清潔單元，排汙水管路具有排汙水管與排汙水電磁閥，所述排汙水電磁閥設置於所述排汙水管，排汙水管路的一端連通於所述水樣流通腔體的底部。
根據本申請的一實施方式，上述的所述控制模組分別電性連接於5v(伏特)可控電壓、12v(伏特)可控電壓與24v(伏特)可控電壓。
根據本申請的一實施方式，上述的更包含多個模擬電流信號接口與多個模擬電壓信號接口，其中所述多個模擬電流信號接口的電流變送單元的電流量為4到20ma(毫安)，所述多個模擬電壓信號接口的電壓變送單元的電壓為0到5v(伏特)。
根據本申請的一實施方式，上述的所述數據傳輸單元更包含網路傳輸功能與全球定位功能，所述網路傳輸功能的網路為gprs網路或cdma網路。
根據本申請的一實施方式，上述的更包含嵌入式觸控屏幕，所述嵌入式觸控屏幕連接於所述觸控螢幕接口，所述嵌入式觸控屏幕具有顯示實時數據、歷史數據、報警設置、異常記錄、操作記錄、日常報表、權限管理、設備參數設置和設備標定。
本申請提供一種如如權利要求1所述的多通道水質監測系統的監測方法，其特徵在於，其步驟包含：水注滿於所述水樣流通腔體內；排出所述水樣流通腔體內的水，進行水樣流通；根據設定的所述多個水質參數採集傳感單元和採樣頻率以控制所述電源單元的供電，進而控制所述多個水質參數採集傳感單元對水質進行採樣；若判斷採樣值未超出設定值，則重複上述步驟，進行正常巡檢採樣，若判斷所述採樣值超出所述設定值，則發出警報並進行第二次採樣；以及若判斷第二次採樣值未超出所述設定值，則恢復到上述步驟的判斷，若判斷所述第二次採樣值超出所述設定值，則自動切換到連續採樣模式，並同時透過所述數據傳輸單元傳輸通知至用戶端。
根據本申請的一實施方式，上述的所述設定值為水的溶氧量、ph值、溫度、餘氯、濁度或電導的安全範圍數值。
根據本申請的一實施方式，上述的所述智能型低功耗多通道水質監測系統的監測超出工作時間，則清潔模組會自動清洗所述水樣流通腔體內部與所述多個水質參數採集傳感單元的感測端，其中所述工作時間為24小時。
通過此種多通道水質監測系統及其監測方法，該監測系統提供多通道，易擴展，集成度高，並可根據應用場景選擇合適的傳感單元組合，自定義水質多參數監測。又，監測系統於待機模式與工作模式下進行有選擇性的供電，大幅降低功耗。另外，智能模式下的監測方式，於降低功耗的同時，並不會影響到水質監測的可靠性。
附圖說明
此處所說明的附圖用來提供對本申請的進一步理解，構成本申請的一部分，本申請的示意性實施方式及其說明用於解釋本申請，並不構成對本申請的不當限定。在附圖中：
圖1其為本申請的多通道水質監測系統的示意圖；
圖2其為本申請的多通道水質監測系統的控制模組與接線模組連接的示意圖；
圖3其為本申請的多通道水質監測系統的接線模組與外部設備連接的示意圖；以及
圖4其為本申請的多通道水質監測方法的步驟流程圖。
具體實施方式
以下將以圖式揭露本申請的多個實施方式，為明確說明起見，許多實務上的細節將在以下敘述中一併說明。然而，應了解到，這些實務上的細節不應用以限制本申請。也就是說，在本申請的部分實施方式中，這些實務上的細節是非必要的。此外，為簡化圖式起見，一些習知慣用的結構與組件在圖式中將以簡單的示意的方式繪示的。
請參閱圖1，其為本申請的多通道水質監測系統的示意圖。如圖所示，本申請提供一種多通道水質監測系統1，其可用於在線監控並檢測水質，且使用智能型的系統能有效降低功耗，並不對於電耗產生太大負擔。於本實施方式中，多通道水質監測系統1包含水樣流通採集模組11、接線模組13與控制模組15。
承上所述，水樣流通採集模組11包含輸水管路111、水樣流通腔體113、排水管115與多個水質參數採集傳感單元117。輸水管路111具有輸水管1111與輸水電磁閥1113，輸水電磁閥1113設置於輸水管路1111。輸水管路1111的一端連通於水樣流通腔體113的底部一側。排水管115的一端連通於水樣流通腔體113的頂端。水樣流通腔體113的側壁具有多個螺紋穿孔，多個螺紋穿孔為斜向穿孔，其連通於水樣流通腔體113的內部。多個螺紋穿孔的傾斜角度介於40°到50°間，多個水質參數採集傳感單元117分別螺設於多個螺紋穿孔，使多個水質參數採集傳感單元117的感測端位於水樣流通腔體113的內部。於本實施方式中，多個螺紋穿孔的傾斜角度為45°。
請參閱圖2和圖3，其為本申請的多通道水質監測系統的控制模組與接線模組連接的示意圖與接線模組與外部設備連接的示意圖。如圖所示，接線模組13(即i/o接線擴展板)包含多個傳感單元接口131(即485電路接口)與觸控屏幕接口133，多個傳感單元接口131耦接於觸控屏幕接口133，換言之，多個傳感單元接口131接收訊號後，其訊號傳輸於觸控屏幕接口133。多個水質參數採集傳感單元117分別連接於多個傳感單元接口131。其中嵌入式觸控屏幕134於屏幕上顯示實時數據、歷史數據、報警設置(如在測量值超過報警限值時觸發聲光報警等)、異常記錄、操作記錄、日常報表、權限管理、設備參數設置和設備標定(如傳感單元標定等)。上述實時數據和歷史數據除了數據展示外還有曲線展示。設備參數設置除了對傳感單元採樣通道與採樣周期進行設置與修正外，還可以對數據傳輸單元(即dtu)進行網際協議(即ip)和埠號的設置。
又，當嵌入式觸控屏幕134外接儲存碟時，其會定時將數據導入儲存碟。考慮到因網絡中斷導致遠程伺服器數據不完整的問題，可設置定時將當天歷史數據一次性上傳。水質參數採集傳感單元117是根據自身規格選擇合適的傳感單元接口131與供電電源接口。水質參數採集傳感單元117可偵測溶氧量、ph值、溫度、餘氯、濁度與電導等等。
多通道水質監測系統1更包含多個模擬電流信號接口171與多個模擬電壓信號接口173。模擬電流信號接口171電性連接電流變送單元172，而電流變送單元172電性連接模擬傳感單元探頭1721。電流變送單元172供電於模擬傳感單元探頭1721,而模擬傳感單元探頭1721採集到微小信號進行放大和轉換，進而輸出4ma到20ma(毫安)的標準電流信號，模擬電流輸入接口171已選通的方式將個接口的信號依次輸入到主控單元151的接線模組13，而後通過內部的通信信號處理單元153(即內建的模數轉換器,adc),將模擬信號轉換為數位訊號。另外，模擬電壓信號接口173電性連接電壓變送單元174，而電壓變送單元174電性連接模擬傳感單元探頭1741。電壓變送單元174供電於模擬傳感單元探頭1741，而模擬傳感單元探頭1741同樣採集到微小信號進行放大和轉換，進而輸出超過0v到5v(伏特)間的標準電壓信號，模擬電壓輸入接口173已相同於上述模擬電流信號接口171敘述的方式將模擬信號轉換為數位訊號，故不再贅述。
又，控制模組15電性連接於接線模組13，控制模組15包含主控制單元151、通訊信號處理單元153、數據儲存單元155、數據傳輸單元157與電源單元159，主控制單元151分別電性連接於通訊信號處理單元153、數據儲存單元155、數據傳輸單元157與電源單元159。
於本實施方式中，多通道水質監測系統1的控制模組15分別電性連接於5v(伏特)、12v(伏特)與24v(伏特)三種的可控電壓。即主控制單元151可將市電或電源單元159(如36v的電池)轉換成上述三種5v、12v、24v的可控電壓給系統本身和外部設備供電。多通道水質監測系統1提供4路24v的可控電源、20路12v的可控電源與4路5v的可控電源。其中多通道水質監測系統1可選擇使用市電或36v蓄電池供電，當在無外部電源補給的情況下，蓄電池可支持多通道水質監測系統1正常工作時長超過兩周。
再者，於本實施方式中，多通道水質監測系統1為了能夠有效的運用電能，並且降低功耗，所以除了主控制單元151的rtc電路以外的所有供電電路均可控制。主控制單元151選擇stm32f103vet6單片機為主控晶片。通訊信號處理單元153(如485通訊電路)以max13487為通訊晶片。數據傳輸單元157(即dtu)可通過移動、聯通或電信卡的數據網絡與遠程伺服器通訊，除了收發水質參數採集信息外，數據傳輸單元157具有定位功能，其可通過基站定位、gps或北鬥導航系統獲取監測裝置的位置信息，其通過網絡上傳至遠程伺服器。其中數據傳輸單元157更包含網路傳輸功能與全球定位功能，網路傳輸功能的網路為gprs網路或cdma網路。
請一併參閱圖4，其為本申請的多通道水質監測方法的步驟流程圖。如圖所示，於本實施方式中，用戶根據環境安裝多通道水質監測系統1，並且通過嵌入式觸控屏幕134進行多個水質參數採集傳感單元117的採樣通道、採樣參數和採樣周期進行設定，並且對對數據傳輸單元157參數進行配置，同時設定各水質採樣參數的報警限值。用戶(即監控端)使用多通道水質監測系統1進行以下步驟，於步驟s1：水注滿於水樣流通腔體113內。先將輸水管路111的輸水電磁閥1113打開，水由輸水管1111輸入於水樣流通腔體113內，並且水填滿水樣流通腔體113。
於步驟s3：當前一步驟s1將水填滿水樣流通腔體113內後，輸水管1111持續輸水，而水由水樣流通腔體113頂端的排水管115排出，如此水樣流通採集模組11進行水樣流通。
於步驟s5：根據設定的多個水質參數採集傳感單元117和採樣頻率以控制電源單元159的供電，進而控制多個水質參數採集傳感單元117對水進行採樣。其中在正常情況下，主控制單元151根據設定的採樣周期控制電源單元159定時給嵌入式觸控屏幕134和多個水質參數採集傳感單元117供電，除採樣周期時間外，其餘時間均僅保留主控制單元151供電。多個水質參數採集傳感單元117採集到的採樣數據發送至嵌入式觸控屏幕134和數據傳輸單元157，並且採樣數據通過數據傳輸單元157遠傳至遠程伺服器。
於步驟s7：若判斷採樣值未超出設定值，則重複上述步驟s5，進行正常巡檢採樣。若判斷採樣值超出設定值，則發出警報並進行第二次水質採樣。其中設定值為水的溶氧量、ph值、溫度、餘氯、濁度或電導的安全範圍數值，換言之，當水的採樣值落於此範圍內，則水質並未出現異樣，若水的採樣值超出此範圍，則水質受到影響改變。其中正常巡檢採樣為間歇性的啟動多個水質參數採集傳感單元117。多個水質參數採集傳感單元117進行檢測時，才會啟動監測。多個水質參數採集傳感單元117不進行檢測時，則停止啟動監測。如此可降低電能功耗。
於步驟s9：若判斷第二次採樣值未超出設定值，則恢復到上述步驟s7的判斷。若判斷第二次採樣值超出設定值，則自動切換到連續採樣模式，並同時透過數據傳輸單元157傳輸警報至遠端。換言之，採樣值的檢測判斷會依據是否連續兩次的採樣值超出設定值，若第二次採樣值為正常值，則重新計數，即計數清零，並且恢復到正常巡檢採樣。若連續兩次檢測的採樣值超出設定值，則切換到連續採樣模式，以對於水質馬上進行持續性的監測。上述方式是為了避免意外導致暫時系的水質採樣值變化，故，採取連續式檢測的採樣值超出設定值，才進行持續性的監測。
承上所述，當連續兩次採集的採樣值數據超過設定值(即水質數據的正常範圍)後，自動切換為連續採樣模式，異常參數對應的水質參數採集傳感單元117由主控制單元151控制電源單元159持續供電，將數據存入數據儲存單元(如eeprom)，同時觸發本地報警裝置並且通過數據傳輸單元157進行遠程報警信息推送。維護人員到達現場後，可通過嵌入式觸控屏幕134查看具體報警信息。當採集參數採樣值恢復至設定值(即水質數據的正常範圍)以內，關閉本地報警裝置，同時通過數據傳輸單元157發送報警解除信息，自動切換至正常巡檢模式。
另外，本實施方式中，多通道水質監測系統1更包含清潔模組18，清潔模組18包含驅動單元181與清潔單元183，驅動單元181位於水樣流通腔體113上，清潔單元183位於水樣流通腔體113內，驅動單元181驅動清潔單元183。排汙水管路19具有排汙水管191與排汙水電磁閥193，排汙水電磁閥193設置於排汙水管191，排汙水管路19的一端連通於水樣流通腔體113的底部。其中驅動單元181為減速步進機，清潔單元183為連杆與毛刷組合，毛刷設置於連杆，減速步進機驅動連杆進而帶動毛刷轉動，而毛刷刷洗水樣流通腔體113的內部。
承上所述，當智能型低功耗多通道水質監測系統1的監測超出工作時間(如24小時)，則清潔模組18會自動清洗水樣流通腔體113內部與多個水質參數採集傳感單元117的感測端進行清洗，然後打開排汙水電磁閥193，將清洗後的汙水排空。並且控制輸水電磁閥1113和排汙水電磁閥193開關對水樣流通腔體113進行多次衝洗。
本實施方式提供一種多通道水質監測系統及其監控方法，其包含水樣流通採集模組、接線模組與控制模組。於本實施方式的多通道水質監測系統具有多通道，易擴展，集成度高等優勢，且可根據應用場景選擇合適的組合，自定義水質多參數監測。在多通道水質監測系統的待機模式下，僅主控制單元的rtc電路耗電，其他內部單元和外部設備均可切斷電源供應，極大的降低了待機功耗。多通道水質監測系統的工作模式下，亦可有選擇性的供電，降低不必要的功耗。另外，多通道水質監測系統可自動切換定時巡檢和連續採樣兩種模式，在降低功耗的同時，不影響水質監測的實時性。同時支持數據傳輸單元與數據儲存單元，在因某些原因與伺服器斷開連接時，亦能保證數據的完整性。
上述說明示出並描述了本發明的若干優選實施方式，但如前所述，應當理解本發明並非局限於本文所披露的形式，不應看作是對其他實施方式的排除，而可用於各種其他組合、修改和環境，並能夠在本文所述發明構想範圍內，通過上述教導或相關領域的技術或知識進行改動。而本領域人員所進行的改動和變化不脫離本發明的精神和範圍，則都應在本發明所附權利要求的保護範圍內。