CN105702003A - 一种农村饮用水安全监测便携式远程终端及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种农村饮用水安全监测便携式远程终端及方法，包括处理器模块、GPRS模块、传感器模块、GPS模块、存储模块、显示模块、串口模块；所述处理器模块分别与GPS模块、显示模块、存储模块连接；所述传感器模块、GPRS模块分别通过串口模块与处理器模块连接。本发明可以现场移动监测，将监测结果实时显示，本地存储结果数据，并远程传输监测数据及对应地理信息，当监测数据异常时发出预警提示短信；解决了已有水质监测仪器体积庞大，高功耗及无法实时定位监测等问题，减少农村饮用水安全问题给广大农民带来的不必要伤害。

Description

一种农村饮用水安全监测便携式远程终端及方法

技术领域

本发明涉及农村饮用水安全监测技术，特别涉及一种农村饮用水安全监测便携式远程终端及方法。

背景技术

水是人类生活最重要的资源，但随着社会经济的快速发展，水环境污染日益加剧，在缺少对农村饮用水水源地保护意识、农村供水厂设备不足及水质超标的情况下，农村饮用水的污染最为普遍及严重。农村饮用水安全与否与农民的健康生活息息相关，因此加强农村饮用水安全监测对确保饮用水安全具有重要意义。

目前，我国大部分农村饮用水安全监测仅依靠传统的人工采样，再到实验室分析的方式进行水质监测，再者就是依靠预先铺设电缆的监测站对固定水域范围进行监测，具有监测数据滞后、耗费人力物力较大、监测点固定、仪器成本高且供电不方便等缺点。

发明内容

针对现有农村饮用水安全监测技术的缺点与不足，本发明提出一种农村饮用水安全监测便携式远程终端及方法，能监测农村饮用水中的溶解氧、pH值、温度、氨氮、盐度、铜离子、镉离子等多参数，实现现场移动监测，将监测结果实时显示，本地存储结果数据，并远程传输监测数据及对应地理信息，当监测数据异常时发出预警提示短信，从而减少农村饮用水安全问题给广大农民带来的不必要伤害。

本发明便携式远程终端采用如下技术方案来实现：农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，包括处理器模块、GPRS模块、传感器模块、GPS模块、存储模块、显示模块、串口模块；所述处理器模块分别与GPS模块、显示模块、存储模块连接；所述传感器模块、GPRS模块分别通过串口模块与处理器模块连接。

上述农村饮用水安全监测便携式远程终端还包括供电模块；所述供电模块包括5V电压转换电路和3.3V电压转换电路，5V电压转换电路为传感器模块、GPRS模块和GPS模块提供5V电压；3.3V电压转换电路为处理器模块、存储模块、串口模块和显示模块提供3.3V电压。

所述传感器模块包括溶解氧传感器、pH值传感器、温度传感器、盐度传感器、铜离子传感器及镉离子传感器；所述传感器均通过串口模块与处理器模块连接。

本发明农村饮用水安全监测方法采用如下技术方案来实现：农村饮用水安全监测方法，包括以下步骤：

a、设定采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址；

b、从待测饮用水中采集处理待测样本；

c、对步骤b中的待测样本进行设定指标的监测并进行定位，得到监测结果；

d、将步骤c中的监测结果与步骤a中设定的超标阈值对比，匹配定位信息后输出显示；

e、将步骤c中的监测结果与匹配定位信息保存至存储模块；

f、将步骤e中所保存的监测结果与匹配定位信息发送至指定用户及远程监测中心服务器。

所述步骤a通过LCD触摸屏进行采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址的设定。

所述步骤f中将通过GPRS模块对监测结果与匹配定位信息发送。

本发明相对于现有技术具有如下的优点及有益效果：

1、本发明成本低，可现场移动多点监测，而且数据实时性强；被设计成便携式，自带监测结果输出显示及数据远程传输功能。

2、本发明可将被监测区域的地理信息与监测数据进行融合打包，然后通过GPRS网络远程传输至指定用户及远程监测中心服务器。

3、本发明具有体积小、工作稳定、低功耗以及可靠性强等优点。

4、本发明可集成不同的传感器采集多种水质参数，根据监测指标需求可增加或替换不同的传感器。

附图说明

图1是本发明农村饮用水安全监测便携式远程终端的结构示意图；

图2是本发明的处理器模块电路组成原理图；

图3是本发明的3.3V电压转换电路原理图；

图4是本发明的5V电压转换电路原理图；

图5是本发明的串口模块的电平接口转换电路原理图；

图6是本发明的液晶显示模块与处理器模块接口电路原理图；

图7是本发明农村饮用水安全监测便携式远程终端的工作流程图；

图8是本发明农村饮用水安全监测方法的流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。

实施例

如图1所示，本发明包括农村饮用水安全监测便携式远程终端括处理器模块、GPRS模块、传感器模块、GPS模块、存储模块、显示模块、串口模块、供电模块；供电模块包括以TPS62170为核心的5V电压转换电路和3.3V电压转换电路，以TPS62170为核心的5V电压转换电路为传感器模块、GPRS模块和GPS模块提供5V电压；以TPS62170为核心的3.3V电压转换电路为处理器模块、存储模块、串口模块和显示模块提供3.3V电压；所述处理器模块分别与GPS模块、显示模块、存储模块连接；所述传感器模块、GPRS模块分别通过串口模块与处理器模块连接。

本实施例中农村饮用水安全监测便携式远程终端以STM32F103ZET6处理器为核心，处理器模块电路组成原理图如图2所示，由处理器STM32F103ZET6和***电路组成。本处理器模块具有上电自动复位及手动按键复位功能，晶体振荡电路为***提供工作所需要的时钟信号，所有的任务调度、数据处理、功能协调、通信控制都在此模块的支持下完成。

如图3所示，3.3V电压转换电路包括降压转换芯片U1TPS62170、第一极性电容C1、第一电感L1、第一滤波电容C2、第一电阻R4、第二电阻R13和第三电阻R16；第一极性电容C1的正极与降压转换芯片U1TPS62170的2引脚、3引脚和12V电源连接；第一极性电容C1的负极、降压转换芯片U1TPS62170的1引脚、4引脚接地；降压转换芯片U1TPS62170的6引脚、第一电感L1的一端、第一电阻R4的一端、第二电阻R13的一端、第一滤波电容C2的一端与电压输出端3.3POWER连接；降压转换芯片U1TPS62170的5引脚、第二电阻R13的另一端和第三电阻R16的一端相连；降压转换芯片U1TPS62170的8引脚与第一电阻R4的另一端相连；第一滤波电容C2的另一端与第三电阻R16的另一端连接并接地。

如图4所示，5V电压转换电路包括降压转换芯片U1TPS62170、第二极性电容C3、第二电感L2、第二滤波电容C4、第四电阻R7、第五电阻R18、第六电阻R19；第二极性电容C3的正极与降压转换芯片U1TPS62170的2引脚、3引脚和12V电源连接；第二极性电容C3的负极、降压转换芯片U1TPS62170的1引脚、4引脚接地；降压转换芯片U1TPS62170的6引脚、第二电感L2的一端、第四电阻R7的一端、第五电阻R18的一端、第二滤波电容C4的一端与电压输出端5VPOWER连接；降压转换芯片U1TPS62170的5引脚、第五电阻R18的另一端和第六电阻R19的一端相连；降压转换芯片U1TPS62170的8引脚与第四电阻R7的另一端相连；第二滤波电容C4的另一端与第六电阻R19的另一端连接并接地。

如图5所示，串口模块包括电平接口转换芯片SP1SP3485、第七电阻R50；电平接口转换芯片SP1SP3485的1引脚与处理器STM32F103ZET6的PB11引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的2引脚、3引脚与处理器STM32F103ZET6的PE1引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的4引脚与处理器STM32F103ZET6的PB10引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的8引脚与3.3POWER相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的7引脚、第七电阻R50的一端、传感器接口B连接；电平接口转换芯片SP1SP3485的6引脚、第七电阻R50的另一端、传感器接口A连接；电平接口转换芯片SP1SP3485的5引脚接地。

传感器模块包括溶解氧传感器、pH值传感器、温度传感器、盐度传感器、铜离子传感器、镉离子传感器；所述传感器均通过串口模块与处理器模块连接；同时，所述农村饮用水安全监测便携式远程终端留有多个连接串口备用或可根据监测指标需求替换传感器。

GPS模块采用ATK-NEO-6MGPS；所述GPRS模块采用WG-8010GPRSDTU；所述存储模块采用SD储存卡；所述显示模块采用4.3寸LCD触摸屏。

本实施例中农村饮用水安全监测便携式远程终端的显示模块采用ATK-4.3’TFTLCD为核心的4.3寸LCD电容触摸屏，数据传输串口DB0-DB15直接与处理器复用端口FSMC_D0-FSMC_D15相连接，分辨率为800*480，16位真彩显示，采用NT35510驱动，自带GRAM，最多支持5点同时触摸，工作电压3.3V，支持四级灰度以及高效率白LED背光，具有非常好的操控效果。显示模块与处理器模块接口电路原理图如图6所示，包括芯片LCD1TFTLCD及其***电路，芯片LCD1TFTLCD的24引脚连接有电容C29后接地，28引脚连接有电容C31后接地，30引脚连接有电阻R70、处理器的PB7引脚后接电源VCC_3.3M，34引脚连接有电阻R71、处理器的PB6引脚后接电源VCC_3.3M，3引脚与处理器的PD5引脚相连，4引脚与处理器的PD4引脚相连，23引脚与处理器的PB0引脚相连，1引脚与处理器的PD7引脚相连，2引脚与处理器的PD11引脚相连，31引脚与处理器的PD12引脚相连，33引脚与处理器的PB2引脚相连。

本实施例通过对农村饮用水安全监测的目标区域进行现场数据采集监测，将采集数据信息与预设指标的超标阈值匹配对比，输出结果到显示模块上，并对数据结果进行本地存储及远程传输。

本实施例的工作流程如图7所示：

步骤S1:开启农村饮用水安全监测便携式远程终端后，终端各模块初始化，且将缓存区清零，进入准备状态。

步骤S2:若需重新设定，则依次进行监测指标设定、传感器匹配设定、超标阈值设定、预警号码设定、远程监测中心服务器地址设置。

步骤S3:若无需重新设定终端或者已经重新设定完毕，将启动采集数据的测量，处理器按传感器接口顺序依次读取监测数据结果。

步骤S4:在读取完监测数据结果后，进行地理数据的定位信息采集，并将定位信息与监测数据结果配对进行数据融合。

步骤S5:将以上监测数据结果与超标阈值进行对比，并将对比结果输出至显示模块。

步骤S6:将上述对比结果进行本地存储，发送至指定手机及远程监测中心服务器，实现远程实时数据监测及分析。

至此，完成一次现场监测过程。

另一方面，本发明还提供一种农村饮用水安全监测方法，如图8所示，包括以下步骤：

a、设定采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址；

b、从待测饮用水中采集处理待测样本；

c、对步骤b中的待测样本进行设定指标的监测并进行定位；

d、将步骤c中的监测结果与步骤a中设定的超标阈值对比，匹配定位信息后输出显示；

e、将步骤c中的监测结果与匹配定位信息保存至存储模块；

f、将步骤e中所保存的监测结果与匹配定位信息发送至指定用户及远程监测中心服务器。

所述步骤a包括：农村饮用水安全监测便携式远程终端启动初始化，通过LCD触摸屏进行采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址的设定；

所述步骤d包括：监测结果与设定阈值上下限对比、监测结果数据与定位信息匹配、超标监测结果警示，并将步骤d所有信息数据输出显示；

所述步骤f中将通过GPRS模块对监测结果与匹配定位信息发送。

上述实施例为本发明较佳的实施方式，但本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本发明的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，包括处理器模块、GPRS模块、传感器模块、GPS模块、存储模块、显示模块、串口模块；所述处理器模块分别与GPS模块、显示模块、存储模块连接；所述传感器模块、GPRS模块分别通过串口模块与处理器模块连接。

2.根据权利要求1所述的农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，还包括供电模块；所述供电模块包括5V电压转换电路和3.3V电压转换电路，5V电压转换电路为传感器模块、GPRS模块和GPS模块提供5V电压；3.3V电压转换电路为处理器模块、存储模块、串口模块和显示模块提供3.3V电压。

3.根据权利要求2所述的农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，所述3.3V电压转换电路包括降压转换芯片U1TPS62170、第一极性电容C1、第一电感L1、第一滤波电容C2、第一电阻R4、第二电阻R13和第三电阻R16；第一极性电容C1的正极与降压转换芯片U1TPS62170的2引脚、3引脚和12V电源连接；第一极性电容C1的负极、降压转换芯片U1TPS62170的1引脚、4引脚接地；降压转换芯片U1TPS62170的6引脚、第一电感L1的一端、第一电阻R4的一端、第二电阻R13的一端、第一滤波电容C2的一端与电压输出端3.3POWER连接；降压转换芯片U1TPS62170的5引脚、第二电阻R13的另一端和第三电阻R16的一端相连；降压转换芯片U1TPS62170的8引脚与第一电阻R4的另一端相连；第一滤波电容C2的另一端与第三电阻R16的另一端连接并接地。

4.根据权利要求2所述的农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，所述5V电压转换电路包括降压转换芯片U1TPS62170、第二极性电容C3、第二电感L2、第二滤波电容C4、第四电阻R7、第五电阻R18、第六电阻R19；第二极性电容C3的正极与降压转换芯片U1TPS62170的2引脚、3引脚和12V电源连接；第二极性电容C3的负极、降压转换芯片U1TPS62170的1引脚、4引脚接地；降压转换芯片U1TPS62170的6引脚、第二电感L2的一端、第四电阻R7的一端、第五电阻R18的一端、第二滤波电容C4的一端与电压输出端5VPOWER连接；降压转换芯片U1TPS62170的5引脚、第五电阻R18的另一端和第六电阻R19的一端相连；降压转换芯片U1TPS62170的8引脚与第四电阻R7的另一端相连；第二滤波电容C4的另一端与第六电阻R19的另一端连接并接地。

5.根据权利要求1所述农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，所述串口模块包括电平接口转换芯片SP1SP3485、第七电阻R50；电平接口转换芯片SP1SP3485的1引脚与处理器STM32F103ZET6的PB11引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的2引脚、3引脚与处理器STM32F103ZET6的PE1引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的4引脚与处理器STM32F103ZET6的PB10引脚相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的8引脚与3.3POWER相连；电平接口转换芯片SP1SP3485的7引脚、第七电阻R50的一端、传感器接口B连接；电平接口转换芯片SP1SP3485的6引脚、第七电阻R50的另一端、传感器接口A连接；电平接口转换芯片SP1SP3485的5引脚接地。

6.根据权利要求1所述的农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，所述传感器模块包括溶解氧传感器、pH值传感器、温度传感器、盐度传感器、铜离子传感器及镉离子传感器；所述传感器均通过串口模块与处理器模块连接。

7.根据权利要求1所述的农村饮用水安全监测便携式远程终端，其特征在于，所述GPS模块采用ATK-NEO-6MGPS；所述GPRS模块采用WG-8010GPRSDTU；所述存储模块采用SD储存卡；所述显示模块采用4.3寸LCD触摸屏。

8.一种农村饮用水安全监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

a、设定采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址；

b、从待测饮用水中采集处理待测样本；

c、对步骤b中的待测样本进行设定指标的监测并进行定位，得到监测结果；

d、将步骤c中的监测结果与步骤a中设定的超标阈值对比，匹配定位信息后输出显示；

e、将步骤c中的监测结果与匹配定位信息保存至存储模块；

f、将步骤e中所保存的监测结果与匹配定位信息发送至指定用户及远程监测中心服务器。

9.根据权利要求8所述的农村饮用水安全监测方法，其特征在于，所述步骤a通过LCD触摸屏进行采集指标、超标阈值、指定用户手机号及远程监测中心服务器地址的设定。

10.根据权利要求8所述的农村饮用水安全监测方法，其特征在于，所述步骤f中将通过GPRS模块对监测结果与匹配定位信息发送。