一種自維護的多參數水質監測儀的制作方法

專利名稱：一種自維護的多參數水質監測儀的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種水質監測技術，具體涉及一種自維護的多參數水質監測儀。
背景技術：
水質監測儀可具體應用于江河、湖泊、水庫及地下水、供水廠，在工業排放檢測和污水處理場的監測中也非常廣泛。目前，水質自動的監測工作主要依靠水質自動監測系統，通過建設多個自動監測站形成水質監測網，進行三類水質(污水、地下水、地表水)的監測。雖然水質監測系統對海、河、地下水等監測發揮發著重要的作用，但由于水質監測系統龐大，維護頗費人力、物力。而目前使用的水質監測儀器結構不一，有柜式的，有套裝的，有便攜儀表型的，有化驗箱型的，這些水質監測儀都能實現PH值、溶解氧、電導率、水溫、水位的水質物理五項參數檢測。但是，上述水質檢測儀器只是適用于實驗室環境，并且需要配備專業人士去操作，采集過程繁瑣復雜，采集周期長，結構零散，不便于安裝，非常不便于組網，只適用于在實驗室或相對穩定環境的水質樣本的專業檢測，實時監測性能差，不適用于野外環境。

發明內容
本發明的目的在于提供一種適應能力強的自維護的多參數水質監測儀，實現水質物理參數的在線連續、準確監測。本發明的目的通過以下技術方案實現一種自維護的多參數水質監測儀，包括外殼、用于檢測外部水水質的檢測傳感器、用于控制水質監測工作的監測控制模塊，所述檢測傳感器、監測控制模塊均安裝于外殼內，其特征在于還包括安裝于外殼殼體內的用于清洗檢測傳感器的噴水裝置，該噴水裝置的控制端與監測控制模塊的清洗控制端相連；所述檢測傳感器為根據需要配置的各種水質物理參數傳感器，各傳感器的信號輸入/輸出端分別與監測控制模塊的相應檢測端口相連；所述監測控制模塊還具有與外部上位機通信的通信接口；所述外殼設有開口，外部被檢測水經外殼的開口進入殼體內浸沒接觸各傳感器， 由監測控制模塊控制檢測傳感器檢測獲得水質的參數信號，再經通信接口與外部上位機通信，實現在線連續監測；同時檢測控制模塊根據被測水和檢測的需要控制噴水裝置噴水，沖刷清洗檢測傳感器，沖刷的同時帶動了水循環，實現被測水與傳感器的可靠接觸，確保測量水質物理參數的準確性。在上述基礎上，本發明還可作如下改進本發明所述檢測傳感器包括PH值傳感器、水溫水位傳感器、溶解氧傳感器和電導率傳感器，各傳感器的信號輸入/輸出端通過同一總線與監測控制模塊的相應檢測端口相連，以實現水質物理的PH值、水溫、水位、溶解氧、電導率五項參數的測量。本發明所述自維護的多參數水質監測儀還包括安裝于外殼殼體內的用于外殼殼體內防止微生物滋生和附著的的超聲波發生器，該超聲波發生器的控制端與監測控制模塊的相應控制端相連，以通過檢測控制模塊控制超聲波發生器探頭周期性發出超聲波，確保在所檢測水環境下不滋生微生物和產生附著。為進一步提高野外環境的適應能力，本發明所述外殼呈圓筒形，所述外殼的開口即為筒口，該筒口朝下。本發明本發明所述外殼殼體內設有第一隔板及位于第一隔板下方的第二隔板，所述第一隔板和第二隔板將外殼殼體內分隔成上腔、中腔和下腔；所述第一隔板上開有入口和出口，所述第二隔板上開有通孔和用于過濾入水的入水孔；所述檢測傳感器和超聲波發生器探頭固定于中腔內的第一隔板上，并朝向外殼的開口，外部水經筒口進入下腔，再經第二隔板的入水孔進入中腔，由第一隔板阻擋隔離中腔、下腔的外部水進入上腔。本發明所述噴水裝置包括噴水馬達、第一輸送管、第二輸送管和五個噴頭，所述噴水馬達安裝于上腔內的第一隔離板上方，所述噴頭固定于第二隔板上并分別位于檢測傳感器和超聲波發生器探頭的對應投影位置上，所述噴水馬達的入水口通過第一輸送管與第一隔板的入口相連，所述第二輸送管穿過第一隔板的出口、第二隔板的通孔后分別連接噴水馬達的出水口和各個噴頭的入水口，以通過五個噴頭分別噴水清晰各傳感器和超聲波發生器探頭。本發明所述監測控制模塊包括電源輸入電路、接收輸入電路、微處理器單元和通信接口電路，所述電源輸入電路與微處理器單元的電源輸入端相連，所述檢測傳感器的輸出端經接收輸入電路與微處理器單元的相應檢測端口相連，所述檢測傳感器的輸入端與微處理器單元的相應控制端相連，所述微處理器單元通過通信接口電路與微處理器單元通信接口相連。本發明所述監測控制模塊還包括第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路，所述電源輸入電路經第一光耦隔離電路與微處理器單元的電源輸入端相連，所述通信接口電路經第二光耦隔離電路與通信接口相連，以通過第一、第二光耦隔離電路將監測控制模塊的內部電路與外部電源、通信接口隔離開來，防止或減少雷電的干擾影響。本發明所述監測控制模塊還包括用于存儲水質參數的數據存儲電路，該數據存儲電路的輸入端與微處理器單兀的存儲輸出端口相連。所述監測控制模塊還包括用于選擇控制檢測傳感器的電源通斷的電子開關電路， 所述檢測傳感器的輸入端經電子開關電路與微處理器單元的相應控制端相連，以使各傳感器輪詢工作，降低功耗。與現有技術相比，該發明技術具有以下優點(I)本發明通過噴水裝置實現了對各個傳感器和超聲波發生器探頭的清洗功能， 并可通過超聲波發生器產生周期性掃頻超聲波防止微生物滋生，并防止其附著在殼體內壁，影響傳感器的測量精度，從而加強了在野外惡劣環境的適應能力，提高監測準確度；(2)本發明集成各個傳感器于外殼殼體內，結構集中、體積小，使得本發明安裝簡單方便，無需配備專業操作人員；(3)本發明的監測控制模塊通過第一、第二光耦隔離電路將監測控制模塊的內部電路與外部電源、通信接口隔離開來，防止或減少雷電的干擾影響，進一步提高了野外惡劣環境的適應能力；
(4)本發明可通信接口可與外部上位機通信并由數據存儲電路存儲水質參數，利于上位機在線連續監測水質。


圖I為本發明水質監測儀的主視剖視圖(省略電導率傳感器、超聲波傳感器)；圖2為本發明水質監測儀的后視剖視圖(省略PH值傳感器、水溫水位傳感器、溶解氧傳感器)；圖3是圖I的A-A剖視圖；圖4是圖I的B-B剖視圖；圖5為本發明水質監測儀的安裝示意圖；圖6為本發明水質監測儀的監測控制模塊的連接示意圖。圖中，I、PH值傳感器，2、水溫水位傳感器，3、溶解氧傳感器，4、電導率傳感器，5、 超聲波發生器探頭，6、噴水馬達,7、第一輸送管,8、第二輸送管,9、第一隔板,10、第二隔板,
11、入口，12、出口，13、通孔，14、入水孔，15、噴頭，16、外殼，17、外殼的開口，18、上腔，19、中腔，20、下腔。
具體實施例方式下面結合具體實施例對本發明進一步加以闡述。如圖1-2所示的一種自維護的多參數水質監測儀，它包括外殼16、用于檢測外部水水質的檢測傳感器、用于控制水質監測儀監測工作的監測控制模塊，檢測傳感器、監測控制模塊均安裝于外殼16內。其中，檢測傳感器包括PH值傳感器I、水溫水位傳感器2、溶解氧傳感器3和電導率傳感器4，各傳感器的信號輸入輸出端分別經RS485總線與監測控制模塊的相應檢測端口相連；外殼16為具有開口的殼體，外殼呈圓筒形，具有較強的抗沖擊能力，適用于野外惡劣環境，其直徑為110_，外殼的開口 17即為筒口，筒口朝下。在外殼16殼體內的還安裝有用于清洗檢測傳感器的噴水裝置和超聲波發生器探頭5，噴水裝置的控制端與監測控制模塊的清洗控制端相連，超聲波發生器探頭的控制端與監測控制模塊的相應控制端相連，由監測控制模塊控制超聲波發生器探頭5周期性發生放微生物附著的超聲波。本實施例中，為進一步增強本實施例水質監測儀的野外惡劣環境的適應能力，并使結構集中，本水質監測儀的結構具體是如圖1-2所不,夕卜殼16殼體內設有第一隔板9及位于第一隔板9下方的第二隔板
10,第一隔板9和第二隔板10將外殼16殼體內分隔成上腔18、中腔19和下腔20,夕卜殼的開口 17即筒口位于下腔20下部，筒口可進入外部水。如圖3所示，在第一隔板9上開有入口 11和出口 12，如圖4所示，在第二隔板10 上開有入水孔14和通孔13，該入水孔14用于過濾入水中的雜質，可由一個大孔和若干分布于第二隔板10上的小孔組成，大孔上可加設濾網過濾，小孔直徑為3mm ;檢測傳感器和超聲波發生器探頭5固定于中腔19內的第一隔板9上,并朝向外殼的開口 17,各傳感器在第一隔板9上呈梅花點分布。本實施例中，噴水裝置包括噴水馬達6、第一輸送管7和第二輸送管8和五個噴頭15，噴水馬達6安裝于上腔18內的第一隔離板上方，噴頭15固定于第二隔板10上并分別位于檢測傳感器和超聲波發生器探頭的投影位置上，使各個噴頭與檢測傳感器/超聲波發生器探頭各自相對，用于一一沖刷清洗。噴水馬達6的入水口通過第一輸送管7與第一隔板9的入口 11相連，第二輸送管 8穿過第一隔板9的出口 12、第二隔板10的通孔13后，第二輸送管8兩端分別連接噴水馬達6的出水口和各個噴頭15的入水口，噴水馬達6通過第一輸送管7抽取中腔內的水，并帶動外部水進入殼體內，在外殼的開口 17處形成新舊水的交換，再經第二輸送管8輸出至五個噴頭15噴水，以通過五個噴頭15各自清洗檢測傳感器和超聲波發生器探頭5的，利于提高各傳感器的測量精度并實現自維護，并且在噴頭15沖刷各傳感器的同時，帶動了水循環，進一步提聞了檢測水質的準確性。另外，被測傳感器和超聲波發生器探頭的安裝位置可在第一隔板9上根據需要而設置；也可根據測量需求，在外殼16內安裝其他常規水質物理參數傳感器，并相應配置噴頭。如圖5所示，通過浮子、繩索可簡單方便地將本水質監測儀置于外部的被測水中， 外部水經外殼的開口 17即筒口進入外殼16殼體內的下腔20，下腔20內的水經第二隔板 10上的入水孔14進入中腔19，經入水孔14過濾的水才接觸各傳感器，使檢測傳感器和超聲波發生器探頭浸泡在中腔內的水中；而上腔18由于第一隔板9的隔離，外部水無法進入上腔18，避免噴水馬達6浸水。由監測控制模塊控制檢測傳感器檢測獲得水質的PH值、溶解氧、電導率、水溫、水位共五項參數，再經RS485通信接口電路，將水質參數信號與外部上位機通信；由檢測控制模塊控制噴水裝置的各個噴頭15定時噴水，以沖刷清洗檢測傳感器和超聲波發生器探頭，檢測控制模塊還控制超聲波發生器探頭定時發出超聲波，以驅趕殼體內的微生物，實現自維護功能。如圖6所示，在監測控制模塊中設有與外部上位機通信的RS485通信接口，利于通過485總線組網監測，并提高野外環境的適應能力。本實施例的監測控制模塊包括電源輸入電路、第一光耦隔離電路、第二光耦隔離電路、接收輸入電路、微處理器單元、電子開關電路、數據存儲電路和RS485通信接口電路，電源輸入電路經第一光耦隔離電路后與微處理器單元的電源輸入端相連，檢測傳感器的輸出端經接收輸入電路與微處理器單元的相應檢測端口相連，檢測傳感器的輸入端經電子開關電路與微處理器單元的相應控制端相連，數據存儲電路與微處理器單元的存儲端相連，微處理器單元通過RS485通信接口電路、第二光耦隔離電路后與通信接口相連。外部電源經電源輸入電路為本水質監測儀的各元件提供 12V電壓，通過第一、第二光耦隔離電路將監測控制模塊的內部電路與外部電源、通信接口隔離開來，防止或減少雷電的干擾影響。本實施例的監測控制模塊中，控制超聲波發生器探頭的控制端即為微處理器單元的控制端，監測控制模塊的清洗控制端即為微處理器單元的清洗控制端。微處理器單元經電子開關電路以時間輪詢的方式控制各傳感器電源的接通與斷開，以控制各傳感器輪詢工作，從而降低功耗；微處理器單元通過相應控制端定期發出信號控制噴水馬達和超聲波發生器探頭工作，以定期沖刷清洗和驅趕微生物；微處理單元將由檢測傳感器獲得的水質參數數據一方面存儲于數據存儲電路中，另一方面經由通信接口與外部上位機通信，該通信接口包括有線數據通信接口和無線數據通信接口，有線數據通信接口可接RS485總線，無線數據通信接口可接射頻無線通信設備以及GPRS/CDMA無線通信設備，用于與外部上位機有線或無線組網通信。接收輸入電路是主要由AD轉換器和各傳感器的調理電路組成，即各傳感器的輸出需經數字化處理，用于RS485通訊，具體的實現方式是通過各自調理電路后，再經AD轉換器轉換成數字信號接入微處理器單元的相應檢測端口。AD轉換器芯片采用18位的MCP3421 芯片，IIC接口，內部自帶O. 5%精度的2. 048V基準電壓，各傳感器和超聲波發生器探頭采用現有常規電化學水質傳感器，超聲波發生器選用特種封裝，超強防水浸泡的高頻5Mhz壓電陶瓷變送器，各傳感器的輸出端經現有常規調理電路后輸入微處理器單元，由微處理器單元處理各傳感器獲得的水質參數信號。本實施例的單片機采用5片NEC單片機并行處理多通道的信號和信號調理，型號為UPD78F0881 (A) (78K0/FC2系列)，該單片機為8位單片機，32K ROM, 1024Bytes內部高速RAM，1024Bytes外部擴展RAM，共有44個腳，有兩組UART 口 UART60 與 UART61，一個 CAN 收發接口。也可采用型號為 uPD78F0882 (48KR0M，1024Bytes 內部高速 RAM，2048 bytes 外部擴展 RAM)或型號為 uPD78F0883 (60K ROM, 1024Bytes 內部高速RAM，2048Bytes外部擴展RAM)的單片機。本實施例中的電源輸入電路、RS485通信接口電路、第一光耦隔離電路、第二光耦隔離電路、電子開關電路和數據存儲電路均采用現有常規電路，第一光耦隔離電路、第二光耦隔離電路采用型號是6N137的單通道高速光耦合器，數據存儲電路采用型號是24C02的芯片，RS485通信接口電路采用型號是65HVD3082的低功耗芯片。另外，本實施例僅通過一條電源電纜接入電源輸入電路和一條通訊電纜接入 RS485通信接口電路，便于野外安裝。本發明的實施方式不限于此，根據上述內容，按照本領域的普通技術知識和慣用手段，在不脫離本發明上述基本技術思想前提下，本發明還可以做出其它多種形式的等效修改、替換或變更，實現任意多個參數的水質在線監測，均可實現本發明目的。
權利要求
1.一種自維護的多參數水質監測儀，包括外殼、用于檢測外部水水質的檢測傳感器、用于控制水質監測工作的監測控制模塊，所述檢測傳感器、監測控制模塊均安裝于外殼內，其特征在于還包括安裝于外殼殼體內的用于清洗檢測傳感器的噴水裝置，該噴水裝置的控制端與監測控制模塊的清洗控制端相連；所述檢測傳感器為根據需要配置的各種水質物理參數傳感器，各傳感器的信號輸入/ 輸出端分別與監測控制模塊的相應檢測端口相連；所述監測控制模塊還具有與外部上位機通信的通信接口；所述外殼設有開口，外部被檢測水經外殼的開口進入殼體內浸沒接觸各傳感器，由監測控制模塊控制檢測傳感器檢測獲得水質的參數信號，再經通信接口與外部上位機通信； 同時檢測控制模塊根據被測水和檢測的需要控制噴水裝置噴水，沖刷清洗檢測傳感器。
2.根據權利要求I所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述檢測傳感器包括PH值傳感器、水溫水位傳感器、溶解氧傳感器和電導率傳感器，各傳感器的信號輸入/ 輸出端通過同一總線與監測控制模塊的相應檢測端口相連。
3.根據權利要求I或2所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述自維護的多參數水質監測儀還包括安裝于外殼殼體內的用于防止外殼殼體內的微生物產生和附著的超聲波發生器探頭，該超聲波發生器探頭的控制端與監測控制模塊的相應控制端相連。
4.根據權利要求I或2所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述外殼呈圓筒形，所述外殼的開口即為筒口，該筒口朝下。
5.根據權利要求4所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述外殼殼體內設有第一隔板及位于第一隔板下方的第二隔板，所述第一隔板和第二隔板將外殼殼體內分隔成上腔、中腔和下腔；所述第一隔板上開有入口和出口，所述第二隔板上開有通孔和用于過濾入水的入水孔；所述檢測傳感器和超聲波發生器探頭固定于中腔內的第一隔板上，并朝向外殼的開口。
6.根據權利要求5所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述噴水裝置包括噴水馬達、第一輸送管、第二輸送管和五個噴頭，所述噴水馬達安裝于上腔內的第一隔離板上方，所述噴頭固定于第二隔板上并分別位于檢測傳感器和超聲波發生器探頭的對應投影位置上，所述噴水馬達的入水口通過第一輸送管與第一隔板的入口相連，所述第二輸送管穿過第一隔板的出口、第二隔板的通孔后分別連接噴水馬達的出水口和各個噴頭的入水 □。
7.根據權利要求I或2所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述監測控制模塊包括電源輸入電路、接收輸入電路、微處理器單元和通信接口電路，所述電源輸入電路與微處理器單元的電源輸入端相連，所述檢測傳感器的輸出端經接收輸入電路與微處理器單元的相應檢測端口相連，所述檢測傳感器的輸入端與微處理器單元的相應控制端相連，所述微處理器單元通過通信接口電路與通信接口相連。
8.根據權利要求7所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述監測控制模塊還包括第一光耦隔離電路和第二光耦隔離電路，所述電源輸入電路經第一光耦隔離電路與微處理器單元的電源輸入端相連，所述通信接口電路經第二光耦隔離電路與微處理器單元的通信接口相連。
9.根據權利要求7或8所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述監測控制模塊還包括用于存儲水質參數的數據存儲電路，該數據存儲電路的輸入端與微處理器單元的存儲輸出端口相連。
10.根據權利要求7或8所述的自維護的多參數水質監測儀，其特征在于所述監測控制模塊還包括用于選擇控制檢測傳感器的電源通斷的電子開關電路，所述檢測傳感器的輸入端經電子開關電路與微處理器單元的相應控制端相連。
全文摘要
本發明公開了一種自維護的多參數水質監測儀，包括外殼、檢測傳感器、監測控制模塊，還包括安裝于外殼殼體內的用于清洗檢測傳感器的噴水裝置，該噴水裝置的控制端與監測控制模塊的清洗控制端相連；所述檢測傳感器為各種水質物理參數傳感器，各傳感器的信號輸入/輸出端分別與監測控制模塊的相應檢測端口相連；所述監測控制模塊還具有與外部上位機通信的通信接口；所述外殼設有開口，外部被檢測水經外殼的開口進入殼體內浸沒接觸各傳感器，由監測控制模塊控制檢測傳感器檢測獲得水質的參數信號，再經通信接口與外部上位機通信；同時檢測控制模塊控制噴水裝置噴水，沖刷清洗檢測傳感器。本發明實現了水質物理參數的在線連續、準確監測。
文檔編號G01D21/02GK102607650SQ201210096630
公開日2012年7月25日 申請日期2012年4月1日 優先權日2012年4月1日
發明者王麗娟, 鄭貴林 申請人:鄭貴林