CN110389205A - 水质检测***及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种水质检测***及方法，该***包括：与单片机电连接的无线通信器、电源，以及传感器组；所述传感器组中包含有多个传感器，用于检查环境参数；所述单片机将所述传感器组检测到的环境参数通过无线通信器发送给基站；所述电源用于给所述单片机、传感器组、无线通信器提供电能；其中：所述环境参数包括：水体温度、溶解氧含量、PH值、浊度、水面温度、水面湿度、水面气压中的任一或者任多项。本发明可以实时检测水质情况，自动获取与水质相关的环境参数，数据采集方便，功耗低。
Description
技术领域
本发明涉及电力电子技术领域，具体地，涉及水质检测***及方法。
背景技术
工业快速发展和废弃污水排放等都对水质造成了一定的影响和污染，通过现代检测设备可以实现对水质的检测分析，定位污染源等。
现有的检测大多采用人工取样或者定点固定检测等方式进行，其中采用人工取样存在耗时费力、取样点有限、检测存在较长时间等弊端；采用定点固定检测方式则存在只能检测某一定点或者定区域的缺点。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水质检测***及方法。
第一方面，本发明实施例提供一种水质检测***，包括：与单片机电连接的无线通信器、电源，以及传感器组；所述传感器组中包含有多个传感器，用于检查环境参数；所述单片机将所述传感器组检测到的环境参数通过无线通信器发送给基站；所述电源用于给所述单片机、传感器组、无线通信器提供电能；其中：所述环境参数包括：水体温度、溶解氧含量、PH值、浊度、水面温度、水面湿度、水面气压中的任一或者任多项。
可选地，所述单片机接收所述无线通信器转发的采集项目列表，并根据所述采集项目列表，驱动所述传感器组采集相应的环境参数；其中，所述单片机的型号包括：STM32F103C8T6；所述无线通信器的型号包括：WH-NB75-B5。
可选地，所述电源为12V可充电的锂电池。
可选地，所述传感器组包括：水温传感器，溶解氧传感器，pH值传感器，浊度传感器，温湿度传感器、气压传感器；其中：水温传感器的型号为DS18B20，溶解氧传感器的型号为ZZ-DOS-600A，浊度传感器的型号为TSW-20M，温湿度传感器的型号为DHT22，气压传感器的型号为BMP180。
可选地，还包括与所述单片机电连接控制面板；所述控制面板上设置有复位按键、模式配置按键、电源转换按键；所述复位按键与复位电路电连接，所述模式配置按键与模式配置电路电连接，所述电源转换按键与电源转换电路电连接；其中：
所述复位电路用于使所述单片机恢复至初始设置；
所述模式配置电路用于配置所述单片机的检测模式；
所述电源转换电路用于将电源提供的电压转换为不同的电压值后传输给所述传感器组。
可选地，还包括与所述单片机电连接的显示面板，所述显示面板上设置有LED指示灯，所述LED指示灯用于指示当前的检测状态；所述检测状态包括：检测成功、设备故障、检测中、检测失败。
可选地，还包括：壳体，所述单片机、无线通信器、电源，以及传感器组安装在所述壳体内；所述壳体包括：水体容纳腔，所述水体容纳腔包括进水口和排水口；所述传感器组检测所述水体容纳腔内的环境参数。
可选地，还包括：伸缩支架，所述伸缩支架用于支撑所述壳体，并根据水位高度，调整所述水体容纳腔的位置。
可选地，还包括：与电源连接的太阳能电板，所述太阳能电板用于给所述电源充电。
第二方面，本发明实施例提供一种水质检测方法，应用如第一方面中任一项所述的水质检测***来对水质进行检测。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明提供的水质检测***及方法，设置有与单片机电连接的无线通信器、电源，以及传感器组；所述传感器组中包含有多个传感器，用于检查环境参数；所述单片机将所述传感器组检测到的环境参数通过无线通信器发送给基站；所述电源用于给所述单片机、传感器组、无线通信器提供电能；从而可以实时检测水质情况，自动获取与水质相关的环境参数，数据采集方便，功耗低。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明实施例提供的水质检测***的结构示意图；
图2是本发明实施例提供的单片机STM32F103C8T6芯片电路原理图；
图3是本发明实施例提供的电源指示灯电路原理图；
图4是本发明实施例提供的复位电路原理图；
图5是本发明实施例提供的模式配置电路原理图；
图6是本发明实施例提供的USB-micro接口电路原理图；
图7是本发明实施例提供的SWD接口电路原理图；
图8是本发明实施例提供的晶振电路原理图；
图9是本发明实施例提供的12V转5V电路原理图；
图10是本发明实施例提供的5V转3.3V电路原理图；
图11是本发明实施例提供的电源电路原理图；
图12是本发明实施例提供的水温监测电路原理图；
图13是本发明实施例提供的溶解氧监测电路原理图；
图14是本发明实施例提供的pH值监测电路原理图；
图15是本发明实施例提供的水浊度监测电路原理图；
图16是本发明实施例提供的温湿度监测电路原理图；
图17是本发明实施例提供的气压监测电路原理图；
图18是本发明实施例提供的通讯模块电路原理图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种水质检测***及方法，可以实时检测水质情况，自动获取与水质相关的环境参数，具有数据采集方便、操作简便、实时性高、工作稳定、功耗较低、精度高的优点，可以广泛的应用于水产养殖行业。
图1为本发明实施例提供的水质检测***的结构示意图，如图1所示，本实施例的水质检测***可以包括：
与单片机电10连接的无线通信器20、电源30，以及传感器组40；传感器组40中包含有多个传感器，用于检查环境参数；单片机10将传感器组40检测到的环境参数通过无线通信器20发送给基站；电源30用于给单片机10、传感器组40、无线通信器30提供电能；其中：环境参数包括：水体温度、溶解氧含量、PH值、浊度、水面温度、水面湿度、水面气压中的任一或者任多项。
可选地，单片机10接收无线通信器20转发的采集项目列表，并根据采集项目列表，驱动传感器组40采集相应的环境参数；其中，单片机10的型号包括：STM32F103C8T6；无线通信器20的型号包括：WH-NB75-B5。
可选地，电源30为12V可充电的锂电池。
可选地，传感器组40包括：水温传感器，溶解氧传感器，pH值传感器，浊度传感器，温湿度传感器、气压传感器；其中：水温传感器的型号为DS18B20，溶解氧传感器的型号为ZZ-DOS-600A，浊度传感器的型号为TSW-20M，温湿度传感器的型号为DHT22，气压传感器的型号为BMP180。
可选地，还包括与单片机10电连接控制面板50；控制面板50上设置有复位按键、模式配置按键、电源转换按键；复位按键与复位电路电连接，模式配置按键与模式配置电路电连接，电源转换按键与电源转换电路电连接；其中：
复位电路用于使单片机恢复至初始设置；
模式配置电路用于配置单片机的检测模式；
电源转换电路用于将电源提供的电压转换为不同的电压值后传输给传感器组。
可选地，还包括与单片机电连接的显示面板60，显示面板60上设置有LED指示灯，LED指示灯用于指示当前的检测状态；检测状态包括：检测成功、设备故障、检测中、检测失败。
可选地，还包括：壳体70，单片机10、无线通信器20、电源30，以及传感器组40安装在壳体70内；壳体70包括：水体容纳腔，水体容纳腔包括进水口和排水口；传感器组40检测水体容纳腔内的环境参数。
可选地，还包括：伸缩支架80，伸缩支架用于支撑壳体，并根据水位高度，调整水体容纳腔的位置。
可选地，还包括：与电源30连接的太阳能电板90，太阳能电板用于给电源30充电。
本实施例，设置有与单片机电连接的无线通信器、电源，以及传感器组；传感器组中包含有多个传感器，用于检查环境参数；单片机将传感器组检测到的环境参数通过无线通信器发送给基站；电源用于给单片机、传感器组、无线通信器提供电能。可以实时对监测区域的水温、溶解氧、pH值、水浊程度、空气温湿度、气压数据进行监测，可以通过无线通信器实现对环境监测数据上传至附近基站，具有数据采集方便、操作简便、实时性高、工作稳定、功耗较低、精度高的优点，可以广泛的应用于水产养殖行业，进一步地还可以通过上位机软件对数据进行分析来对水产养殖环境做出相应调整。
图2是本发明实施例提供的单片机STM32F103C8T6芯片电路原理图，如图2所示，本实施例主要由单片机STM32F103V8T6芯片U1及其***电路组成。STM32F103V8T6芯片U1的VBAT引脚接5V电源，STM32F103V8T6芯片U1的VSSA引脚、VSS_1引脚、VSS_2引脚和VSS_3引脚都接3.3V电源，STM32F103V8T6芯片U1的VDDA引脚、VDD_1引脚、VDD_2引脚和VDD_3引脚都接地
图3是本发明实施例提供的电源指示灯电路原理图，如图3所示，本实施例的电源指示电路包括LED灯D1和510R电阻R1。LED灯D1的正极接3.3V电源，负极与510R电阻R1的另一端电气连接，510R电阻R1的另一端接地。
图4是本发明实施例提供的复位电路原理图，如图4所示，本实施例的复位电路包括10K电阻R2、105电容C2和按键SW1。10K电阻R2的一端接3.3V电源，另一端与105电容C2电气连接，连接处与STM32F103V8T6芯片U1的NRST引脚电气连接，105电容C2的另一端接地，按键SW1的两端分别与105电容C2的两端电气连接。
图5是本发明实施例提供的模式配置电路原理图，如图5所示，本实施例的模式配置电路包括3X2接插件P1、10K电阻R3和10K电阻R4。3X2接插件P1的1引脚和2引脚接3.3V电源，3X2接插件P1的5引脚和6引脚接地，10K电阻R3的一端与3X2接插件P1的3引脚电气连接，另一端与STM32F103V8T6芯片U1的BOOT0引脚电气连接，10K电阻R4的一端与3X2接插件P1的4引脚电气连接，另一端与STM32F103V8T6芯片U1的BOOT1引脚电气连接。
图6是本发明实施例提供的USB-micro接口电路原理图，如图6所示，本实施例的USB-micro接口电路包括USB-micro接口P3、20R电阻R5、20R电阻R6和4.7K电阻R7。USB-micro接口P3的Vbus引脚接5V电源，USB-micro接口P3的ID引脚和G引脚接地，USB-micro接口P3的D-引脚与20R电阻R5的一端电气连接，20R电阻R5的另一端与STM32F103V8T6芯片U1的PA11电气连接，USB-micro接口P3的D+引脚与20R电阻R6的一端电气连接，20R电阻R6的另一端与STM32F103V8T6芯片U1的PA12电气连接，连接处与4.7K电阻R7的一端电气连接，4.7K电阻R7的另一端接地。
图7是本发明实施例提供的SWD接口电路原理图，如图7所示，本实施例的SWD接口电路包括P2和104电容C1。SWD接口P2的4引脚与104电容C1的一端电气连接并接3.3V电源，SWD接口P2的1引脚与104电容C1的另一端电气连接并接地，SWD接口P2的3引脚和2引脚分别与STM32F103V8T6芯片U1的SWDIO引脚和SWDCLK引脚电气连接。
图8是本发明实施例提供的晶振电路原理图，如图8所示，本实施例的晶振电路包括32.768MHz晶振Y1、8MHz晶振Y2、1M电阻R8、22P电容C3、22P电容C4、22P电容C5和22P电容C6。22P电容C3、22P电容C4、22P电容C5和22P电容C6的一端接地，22P电容C3的另一端与32.768MHz晶振Y1的一端电气连接并与STM32F103V8T6芯片U1的PC14引脚电气连接，22P电容C4的另一端与32.768MHz晶振Y1的另一端电气连接并与STM32F103V8T6芯片U1的PC15引脚电气连接，22P电容C5的另一端与8MHz晶振Y2的一端电气连接并与STM32F103V8T6芯片U1的OSCIN引脚电气连接，22P电容C6的另一端与8MHz晶振Y2的另一端电气连接并与STM32F103V8T6芯片U1的OSCOUT引脚电气连接，1M电阻R8的两端分别与8MHz晶振Y2的两端电气连接。
图9是本发明实施例提供的12V转5V电路原理图，如图9所示，本实施例的12V转5V电路包括LM7805芯片VR1、220u电解电容C7、0.1电容C8、100u电解电容C9和0.1电容C10。LM7805芯片VR1的Vin引脚、220u电解电容C7的正极、0.1电容C8的一端连接12V电源，LM7805芯片VR1的Vout引脚输出5V电压并与100u电解电容C9的正极、0.1电容C10的一端电气连接，LM7805芯片VR1的GND引脚、220u电解电容C7的负极、0.1电容C8的另一端、100u电解电容C9的负极、0.1电容C10的另一端接地。
图10是本发明实施例提供的5V转3.3V电路原理图，如图10所示，本实施例的5V转3.3V电路包括AMS1117芯片VR2、10u电解电容C11和22u电解电容C12。AMS1117芯片VR2的Vin引脚与10u电解电容C11的正极接5V电源，AMS1117芯片VR2的Vout引脚输出3.3V电压并与22u电解电容C12的正极，AMS1117芯片VR2的GND引脚、10u电解电容C11的负极和22u电解电容C12的负极接地。
图11是本发明实施例提供的电源电路原理图，如图11所示，本实施例的电源电路包括12V电池BT1，。12V电池BT1的正极与LM7805芯片VR1的Vin引脚电气连接，12V电池BT1的负极接地。
图12是本发明实施例提供的水温监测电路原理图，如图12所示，本实施例的水温监测电路包括DS18B20芯片U2。DS18B20芯片U2的GND引脚接地，DS18B20芯片U2的VCC引脚接5V电源，DS18B20芯片U2的DQ引脚与STM32F103V8T6芯片U1的PB12引脚电气连接。
图13是本发明实施例提供的溶解氧监测电路原理图，如图13所示，本实施例的溶解氧监测电路包括ZZ-DOS-600A溶解氧传感器U3。ZZ-DOS-600A溶解氧传感器U3的VCC引脚接5V电源，ZZ-DOS-600A溶解氧传感器U3的GND引脚接地，ZZ-DOS-600A溶解氧传感器U3的Aout+引脚和Aout-引脚分别与STM32F103V8T6芯片U1的PB13引脚和PB14引脚电气连接。
图14是本发明实施例提供的pH值监测电路原理图，如图14所示，本实施例的pH值监测电路包括pH值传感器U4。pH值传感器U4的GND引脚接地，pH值传感器U4的VCC引脚接5V电源，pH值传感器U4的Po引脚与STM32F103V8T6芯片U1的PB15引脚电气连接，pH值传感器U4的其余引脚悬空。
图15是本发明实施例提供的水浊度监测电路原理图，如图15所示，本实施例的水浊度监测电路包括TSW-20MK传感器U5。TSW-20MK传感器U5的G引脚接地，TSW-20MK传感器U5的V引脚接5V电源，TSW-20MK传感器U5的D引脚与STM32F103V8T6芯片U1的PA8引脚电气连接，TSW-20MK传感器U5的其余引脚悬空。
图16是本发明实施例提供的温湿度监测电路原理图，如图16所示，本实施例的温湿度监测电路包括DHT22传感器U6。DHT22传感器U6的GND引脚接地，DHT22传感器U6的VCC引脚接5V电源，DHT22传感器U6的DATA引脚与STM32F103V8T6芯片U1的PB0引脚电气连接。
图17是本发明实施例提供的气压监测电路原理图，如图17所示，本实施例的气压监测电路包括BMP180传感器U7。BMP180传感器U7的GND引脚接地，BMP180传感器U7的VIN引脚接3.3V电源，BMP180传感器U7的SCL引脚和SDA引脚分别与STM32F103V8T6芯片U1的PB10引脚和PB11引脚电气连接。
图18是本发明实施例提供的通讯模块电路原理图，如图18所示，本实施例的通讯模块电路包括USR-NB75芯片U8、OR电阻R9、100nF电容C13、100uF电解电容C14、4.7K电阻R10、按键SW2、100nF电容C15、27R电阻R11、4.7K电阻R12、按键SW3、100nF电容C16、27R电阻R13、1K电阻R14、LED灯LED1、S9014三极管Q1、1K电阻R15、1K电阻R16、LED灯LED2、S9014三极管Q2、1K电阻R17、1K电阻R18、LED灯LED3、S8050三极管Q3、1K电阻R19、1K电阻R20、LED灯LED4、S8050三极管Q4、1K电阻R21。0R电阻R9的一端接12V电源，0R电阻R9的另一端与100nF电容C13的一端、100uF电解电容C14的正极、USR-NB75芯片U8的VIN引脚电气连接，100nF电容C13的另一端与100uF电解电容C14的负极电气连接并接地，4.7K电阻R10的一端接3.3V电源，另一与USR-NB75芯片U8的Reload引脚、按键SW2的一端、100nF电容C15的一端电气连接，按键SW2的另一端与27R电阻R11的一端电气连接，27R电阻R11的另一端与100nF电容C15的另一端电气连接并接地，4.7K电阻R12的一端接3.3V电源，另一与USR-NB75芯片U8的RESET引脚、按键SW3的一端、100nF电容C16的一端电气连接，按键SW3的另一端与27R电阻R13的一端电气连接，27R电阻R13的另一端与100nF电容C16的另一端电气连接并接地，1K电容R14的一端接3.3V电源，1K电阻R14的另一端与LED灯LED1的正极电气连接，LED灯LED1的负极与S9014三极管Q1的集电极电气连接，S9014三极管Q1的发射极接地，S9014三极管Q1的基极与1K电阻R15的一端电气连接，1K电阻R15的另一端与USR-NB75芯片U8的WORK引脚电气连接，1K电阻R16的一端接3.3V电源，1K电阻R14的另一端与LED灯LED2的正极电气连接，LED灯LED2的负极与S9014三极管Q2的集电极电气连接，S9014三极管Q1的发射极接地，S9014三极管Q1的基极与1K电阻R17的一端电气连接，1K电阻R17的另一端与USR-NB75芯片U8的NET引脚电气连接，1K电阻R18的一端接3.3V电源，1K电阻R18的另一端与LED灯LED3的正极电气连接，LED灯LED3的负极与S8050三极管的发射极电气连接，S8050三极管的集电极接地，S8050三极管的基极与1K电阻R19的一端电气连接，1K电阻R19的另一端与USR-NB75芯片U8的UTXD1引脚电气连接，1K电阻R20的另一端与LED灯LED4的正极电气连接，LED灯LED4的负极与S8050三极管的发射极电气连接，S8050三极管的集电极接地，S8050三极管的基极与1K电阻R21的一端电气连接，1K电阻R21的另一端与USR-NB75芯片U8的URXD1引脚电气连接，USR-NB75芯片U8的UTXD1引脚和URXD1引脚分别与STM32F103V8T6芯片U1的PA10引脚和PA9引脚电气连接。
需要说明的是，本发明提供的水质检测方法中的步骤，可以利用水质检测***中对应的模块、装置、单元等予以实现，本领域技术人员可以参照***的技术方案实现方法的步骤流程，即，***中的实施例可理解为实现方法的优选例，在此不予赘述。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的***及其各个装置以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的***及其各个装置以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同功能。所以，本发明提供的***及其各项装置可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种功能的装置也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的装置视为既可以是实现方法的软件模块又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (10)
1.一种水质检测***，其特征在于，包括：与单片机电连接的无线通信器、电源，以及传感器组；所述传感器组中包含有多个传感器，用于检查环境参数；所述单片机将所述传感器组检测到的环境参数通过无线通信器发送给基站；所述电源用于给所述单片机、传感器组、无线通信器提供电能；其中：所述环境参数包括：水体温度、溶解氧含量、PH值、浊度、水面温度、水面湿度、水面气压中的任一或者任多项。
2.根据权利要求1所述的水质检测***，其特征在于，所述单片机接收所述无线通信器转发的采集项目列表，并根据所述采集项目列表，驱动所述传感器组采集相应的环境参数；其中，所述单片机的型号包括：STM32F103C8T6；所述无线通信器的型号包括：WH-NB75-B5。
3.根据权利要求1所述的水质检测***，其特征在于，所述电源为12V可充电的锂电池。
4.根据权利要求1所述的水质检测***，其特征在于，所述传感器组包括：水温传感器，溶解氧传感器，pH值传感器，浊度传感器，温湿度传感器、气压传感器；其中：水温传感器的型号为DS18B20，溶解氧传感器的型号为ZZ-DOS-600A，浊度传感器的型号为TSW-20M，温湿度传感器的型号为DHT22，气压传感器的型号为BMP180。
5.根据权利要求1-4中任一项所述的水质检测***，其特征在于，还包括与所述单片机电连接控制面板；所述控制面板上设置有复位按键、模式配置按键、电源转换按键；所述复位按键与复位电路电连接，所述模式配置按键与模式配置电路电连接，所述电源转换按键与电源转换电路电连接；其中：
所述复位电路用于使所述单片机恢复至初始设置；
所述模式配置电路用于配置所述单片机的检测模式；
所述电源转换电路用于将电源提供的电压转换为不同的电压值后传输给所述传感器组。
6.根据权利要求1-4中任一项所述的水质检测***，其特征在于，还包括与所述单片机电连接的显示面板，所述显示面板上设置有LED指示灯，所述LED指示灯用于指示当前的检测状态；所述检测状态包括：检测成功、设备故障、检测中、检测失败。
7.根据权利要求1-4中任一项所述的水质检测***，其特征在于，还包括：壳体，所述单片机、无线通信器、电源，以及传感器组安装在所述壳体内；所述壳体包括：水体容纳腔，所述水体容纳腔包括进水口和排水口；所述传感器组检测所述水体容纳腔内的环境参数。
8.根据权利要求7所述的水质检测***，其特征在于，还包括：伸缩支架，所述伸缩支架用于支撑所述壳体，并根据水位高度，调整所述水体容纳腔的位置。
9.根据权利要求1-4中任一项所述的水质检测***，其特征在于，还包括：与电源连接的太阳能电板，所述太阳能电板用于给所述电源充电。
10.一种水质检测方法，其特征在于，应用如权利要求1-9中任一项所述的水质检测***来对水质进行检测。
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