本發(fā)明屬于自動檢測控制領(lǐng)域,尤其涉及一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)。
背景技術(shù):
農(nóng)用土壤是受人類活動強烈影響的一類特殊土壤,其環(huán)境質(zhì)量與人們的身體健康密切相關(guān)。土壤污染源主要來自工業(yè)“三廢”和農(nóng)藥、化肥的大量使用,污染物可通過灌溉水進人土壤,也可通過大氣污染、空中的顆粒物(含重金屬和致癌物質(zhì)等)干濕沉降造成土壤污染,隨著時間的推移,農(nóng)田表層土壤鉛、銅、鋅、汞等重金屬含量有增加的趨勢。由于農(nóng)作物的吸收作用,重金屬元素從土壤中遷移轉(zhuǎn)化到農(nóng)作物根莖葉及果實中去,從而連帶造成農(nóng)作物的重金屬污染,危及人們的健康水平。因此,如何快速而又簡便地實現(xiàn)蔬菜生產(chǎn)基地土壤重金屬含量的在線測量成為了一個至關(guān)重要的現(xiàn)實問題。
例如申請?zhí)枮椤?01320688736.3”的一種區(qū)域水環(huán)境重金屬監(jiān)測系統(tǒng),該系統(tǒng)包括監(jiān)測管理系統(tǒng)和經(jīng)GPRS與之相聯(lián)的多個監(jiān)測終端。監(jiān)測管理系統(tǒng)中心處理器連接數(shù)據(jù)收發(fā)、數(shù)據(jù)分析處理和數(shù)據(jù)庫管理模塊,還連接顯示器/用戶終端,數(shù)據(jù)收發(fā)模塊連接存儲各監(jiān)測終端的GPS、GIS以及相關(guān)重金屬濃度的數(shù)據(jù)庫。各監(jiān)測終端的主控模塊包括嵌入式處理器及時鐘和GPRS子模塊,檢測模塊包括溫度傳感器和重金屬電化學(xué)傳感器陣列。運行時監(jiān)測終端所測水環(huán)境的溫度和重金屬濃度發(fā)送到監(jiān)測管理系統(tǒng)存儲并顯示。數(shù)據(jù)分析處理模塊將其與標(biāo)準(zhǔn)值和歷史數(shù)據(jù)對比,當(dāng)為污染水質(zhì)或某種重金屬濃度突升則報警。該系統(tǒng)在檢測精度和方式上有待進一步提升。
技術(shù)實現(xiàn)要素:
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是針對背景技術(shù)的不足提供了一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)。
本發(fā)明為解決上述技術(shù)問題采用以下技術(shù)方案:
一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng),包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點和由多個用于水質(zhì)檢測的數(shù)據(jù)采集終端構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),所述數(shù)據(jù)采集終端通過匯聚節(jié)點連接監(jiān)控終端,所述數(shù)據(jù)采集終端包含離子濃度檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線傳輸模塊、電源管理器和供電模塊,所述無線傳輸模塊包含控制器和射頻發(fā)射器,所述離子濃度檢測模塊依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊,所述供電模塊通過電源管理器連接數(shù)據(jù)處理模塊,所述數(shù)據(jù)處理模塊通過控制器連接射頻發(fā)射器,所述電源管理器包含取樣電路模塊、V/F變換模塊、調(diào)控模塊、時鐘模塊、鍵盤輸入模塊、伺服電機、環(huán)形自耦變換器和穩(wěn)壓輸出模塊,所述取樣電路模塊通過V/F變換模塊連接調(diào)控模塊,所述時鐘模塊和鍵盤輸入模塊分別連接在調(diào)控模塊的相應(yīng)端口上,所述調(diào)控模塊依次通過伺服電機、環(huán)形自耦變換器連接穩(wěn)壓輸出模塊。
作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案,所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發(fā)器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、時鐘模塊、報警模塊。
作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案,所述數(shù)據(jù)處理模塊和微控制器模塊均采用芯片型號為SPCE061A的微處理器。
作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案,所述離子濃度檢測模塊采用電化學(xué)傳感器。
作為本發(fā)明一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng)的進一步優(yōu)選方案,所述報警模塊采用聲光報警模塊。
本發(fā)明采用以上技術(shù)方案與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有以下技術(shù)效果:
1、本發(fā)明通過無線傳感器網(wǎng)路實時采集工業(yè)水質(zhì)的各項參數(shù),其具有價格低廉、體積小、組網(wǎng)方便、靈活等特點,將無線傳感器網(wǎng)絡(luò)引入工業(yè)水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng),充分發(fā)揮無線傳感器網(wǎng)絡(luò)的優(yōu)點,通過實時對環(huán)境的監(jiān)測給社區(qū)居民提供方便;
2、能夠利用電勢測定法的電化學(xué)響應(yīng)性能,并結(jié)合一元線性回歸建立電極電勢與離子濃度的數(shù)學(xué)模型,實現(xiàn)了對重金屬離子濃度的測量、顯示和存儲;
3、本發(fā)明利用無線射頻收發(fā)器,完成有效的智能化遠(yuǎn)程監(jiān)控,有效的提高了工業(yè)水質(zhì)的檢測精度。
具體實施方式
下面對本發(fā)明的技術(shù)方案做進一步的詳細(xì)說明:
一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng),一種基于穩(wěn)壓電源的工業(yè)水質(zhì)重金屬含量監(jiān)控系統(tǒng),包含監(jiān)控終端、匯聚節(jié)點和由多個用于水質(zhì)檢測的數(shù)據(jù)采集終端構(gòu)成的無線傳感器網(wǎng)絡(luò),所述數(shù)據(jù)采集終端通過匯聚節(jié)點連接監(jiān)控終端,所述數(shù)據(jù)采集終端包含離子濃度檢測模塊、模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊、數(shù)據(jù)處理模塊、無線傳輸模塊、電源管理器和供電模塊,所述無線傳輸模塊包含控制器和射頻發(fā)射器,所述離子濃度檢測模塊依次通過模數(shù)轉(zhuǎn)換器、放大電路模塊連接數(shù)據(jù)處理模塊,所述供電模塊通過電源管理器連接數(shù)據(jù)處理模塊,所述數(shù)據(jù)處理模塊通過控制器連接射頻發(fā)射器;所述電源管理器包含取樣電路模塊、V/F變換模塊、調(diào)控模塊、時鐘模塊、鍵盤輸入模塊、伺服電機、環(huán)形自耦變換器和穩(wěn)壓輸出模塊,所述取樣電路模塊通過V/F變換模塊連接調(diào)控模塊,所述時鐘模塊和鍵盤輸入模塊分別連接在調(diào)控模塊的相應(yīng)端口上,所述調(diào)控模塊依次通過伺服電機、環(huán)形自耦變換器連接穩(wěn)壓輸出模塊。
所述離子濃度檢測模塊用于對汞離子電極產(chǎn)生的模擬電壓信號進行采集;所述放大電路模塊用于將模擬電壓信號進行放大處理;所述模數(shù)轉(zhuǎn)換器用于將放大后的模擬電壓信號轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號,進而上傳至數(shù)據(jù)處理模塊;所述數(shù)據(jù)處理模塊用于根據(jù)接收的數(shù)字信號進行計算處理得出待測水質(zhì)的重金屬含量;所述無線傳輸模塊用于將微控制器模塊計算出的重金屬含量傳輸至遠(yuǎn)程監(jiān)控終端;所述射頻收發(fā)器用于識別接收數(shù)據(jù)傳輸模塊傳輸?shù)闹亟饘俸客瑫r傳輸至微控制器模塊;所述顯示模塊用于實時顯示控制器模塊接收的重金屬含量;所述數(shù)據(jù)存儲模塊用于實時存儲控制器模塊接收的重金屬含量。
所述監(jiān)控終端包含微控制器模塊以及分別與其連接的射頻收發(fā)器、顯示模塊、數(shù)據(jù)存儲模塊、時鐘模塊、報警模塊。
離子濃度檢測模塊的原理:離子選擇性電極是一種電勢型電化學(xué)傳感器,離子選擇性電極的關(guān)鍵部分是離子選擇膜,在離子選擇膜上不會發(fā)生電子得失,但由于存在離子濃度差異,在離子選擇膜的兩側(cè)表面上會發(fā)生離子交換,形成濃差膜電勢。
其中,所述離子濃度檢測模塊采用電化學(xué)傳感器,所述報警模塊采用聲光報警模塊。
本發(fā)明采用了高性能的微處理器SPCE061A為核心經(jīng)過實際測試,該系統(tǒng)具有較強的網(wǎng)絡(luò)通信能力、高實時性、通信快速可靠的特點,具有很高的實用價值;SPCE061A微處理器是凌陽科技公司所生產(chǎn)的16位μ'nSPTM微處理器,內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)。主要參數(shù)有:工作電壓(CPU)VDD為2.4~3.6 V,(I/O)VDDH為2.4~5.5 V;時鐘:0.32~49.152 MHz;內(nèi)置2 KBSRAM和32 KB FLASH;2個16位可編程定時器/計數(shù)器(可自動預(yù)置初始計數(shù)值);2個10位DAC(數(shù)/模轉(zhuǎn)換)輸出通道;32位I/O位通用可編程輸入/輸出端口;14個中斷源可來自定時器A/B時基,2個外部時鐘源輸入,鍵喚醒;中斷系統(tǒng)支持10個中斷向量及10余個中斷源,具有低電壓復(fù)位(LVR)功能和低電壓監(jiān)測(LVD)功能,內(nèi)置在線仿真電路ICE接口,具有保密能力,具有Watch Dog功能,μ'nSPTM的指令系統(tǒng)提供具有較高運算速度的16位×16位乘法運算指令和內(nèi)積運算指令,為其應(yīng)用增添了DSP功能。
SPCE061A具有很高的計算速度,這對于實時操作系統(tǒng)是極為重要的。對于SPCE061A,傳統(tǒng)的微處理器硬件和軟件的開發(fā)已被簡化,不再需要在線仿真。其SPCE061A大容量FLASH及SRAM,內(nèi)建以太網(wǎng)接口,可直接通過網(wǎng)絡(luò)實現(xiàn)監(jiān)控;具備UART接口,可使各種串行設(shè)備快速進行網(wǎng)絡(luò)連接。SPCE061A微處理器的軟件開發(fā)平臺ICE集編程、編譯、鏈接、調(diào)試、下載于一體,并有完善的TCP/IP協(xié)議棧,支持全功能UART通信,配備各種I/O驅(qū)動函數(shù)庫。
本技術(shù)領(lǐng)域技術(shù)人員可以理解的是,除非另外定義,這里使用的所有術(shù)語(包括技術(shù)術(shù)語和科學(xué)術(shù)語)具有與本發(fā)明所屬領(lǐng)域中的普通技術(shù)人員的一般理解相同的意義。還應(yīng)該理解的是,諸如通用字典中定義的那些術(shù)語應(yīng)該被理解為具有與現(xiàn)有技術(shù)的上下文中的意義一致的意義,并且除非像這里一樣定義,不會用理想化或過于正式的含義來解釋。
以上實施例僅為說明本發(fā)明的技術(shù)思想,不能以此限定本發(fā)明的保護范圍,凡是按照本發(fā)明提出的技術(shù)思想,在技術(shù)方案基礎(chǔ)上所做的任何改動,均落入本發(fā)明保護范圍之內(nèi)。上面對本發(fā)明的實施方式作了詳細(xì)說明,但是本發(fā)明并不限于上述實施方式,在本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所具備的知識范圍內(nèi),還可以再不脫離本發(fā)明宗旨的前提下做出各種變化。