CN110618245A

CN110618245A - 水质数据预处理电路

Info

Publication number: CN110618245A
Application number: CN201910945311.8A
Authority: CN
Inventors: 王冰; 薛帆; 王晗; 邓晓斐; 宋瑶
Original assignee: Henan Wohai Water Co Ltd
Current assignee: Henan Wohai Water Co Ltd
Priority date: 2019-09-30
Filing date: 2019-09-30
Publication date: 2019-12-27

Abstract

本发明的水质数据预处理电路，所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据，分别经高输入阻抗选频放大器进行放大、高输入阻抗电路跟随后输出到差动放大器，计算出水质偏差数据，之后经射极跟随输出到稳压电路，射极跟随后信号幅度还逐级反馈到三极管Q2的基极、三极管Q1的基极，以调节水质偏差数据的幅度，减小放大造成的增益误差，所述稳压电路通过反馈调压电路稳压后输出确定的电压到除法运算电路，与延时后参考水质数据进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此进行预先处理，解决接收的为实时水质数据，任务量大、效率低的问题。

Description

水质数据预处理电路

技术领域

本发明涉及水质监测技术领域，特别是涉及水质数据预处理电路。

背景技术

供水状况直接关系到人们生活水平和身体健康状况，城市供水的卫生情况已成为人们普遍关注的问题，为保障供水的质量，必须配备有效的监控管理***，通常从水厂、市政管网、二次供水和用户终端三个层次，根据主干管水流路径布置水质采样监测点，通过水质检测仪或相应的传感器进行水质参数（浊度、PH、氨氮、溶解氧、高锰酸盐等参数）采样，通过网络传输到水质监测服务器，由水质监测服务器对水质数据进行分析、评估，对水质不达标的监测点预警，及时提醒工作人员进行问题分析和整改。

而水质监测服务器接收的是相应监测点实时采集的多种水质参数数据，数据量大，水质监测服务器还需对各项参数实时进行分析、评估，任务量大、效率低，不利于水质监测服务器对水质数据进行有效的分析、评估、预警。

因此需提供一种新的技术方案来解决此问题。

发明内容

针对上述情况，为克服现有技术之缺陷，本发明之目的在于提供水质数据预处理电路，具有构思巧妙、人性化设计的特性，通过水质数据进行计算出水质指数预处理，有效的解决了水质监测服务器任务量大、效率低的问题。

其解决的技术方案是，包括水质检测传感器、水质监测服务器，水质检测传感器和水质监测服务器之间还连接有高输入阻抗差动放大电路、稳压电路、除法运算电路，所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据，检测的水质数据经双T选频网络、场效应管T1为核心的高输入阻抗选频放大器进行放大，参考水质数据经场效应管T2为核心的高输入阻抗电路接入，之后分别加到运算放大器AR1、串联的电阻R13和电阻R14、电阻R11组成的差动放大器进行差动放大计算出水质偏差数据，之后经三极管Q4射极跟随器降低输出阻抗后输出到稳压电路，射极跟随后信号幅度还经电阻R16、电阻R17采样，一路反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数，另一路触发三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，所述稳压电路通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路稳压后，与三极管Q5为核心的延时器延时后参考水质数据进入运算放大器AR2、乘法器D1为核心的除法运算电路进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此解决数据量大的问题。

由于以上技术方案的采用，本发明与现有技术相比具有如下优点：

1，检测的水质数据和参考水质数分别经高输入阻抗选频放大器对水质数据频率信号进行放大、高输入阻抗电路跟随后输出到差动放大器，提高了接收信号的精度并抑制共模干扰后计算出水质偏差数据，之后经射极跟随器降低输出阻抗后输出，射极跟随后信号幅度还经采样，逐级反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数，触发稳压管Z1击穿三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，使差动放大器输出的水质偏差数据的幅度在正常范围之内（0-5V）时，以减小放大造成的增益误差；

2，水质偏差数据通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路稳压后输出确定的电压到运算放大器AR2、乘法器D1、电阻R26-电阻R28组成的除法运算电路，与延时后参考水质数据进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此进行预先处理，解决接收的为实时水质数据，任务量大、效率低的问题。

附图说明

图1为本发明的电路连接原理图。

具体实施方式

有关本发明的前述及其他技术内容、特点与功效，在以下配合参考附图1对实施例的详细说明中，将可清楚的呈现。以下实施例中所提到的结构内容，均是以说明书附图为参考。

水质数据预处理电路，包括水质检测传感器、水质监测服务器，；水质检测传感器和水质监测服务器之间还连接有高输入阻抗差动放大电路、稳压电路、除法运算电路，所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据，检测的水质数据经双T选频网络、场效应管T1、电阻R5及串联的电阻R8和R9组成的高输入阻抗选频放大器，对水质数据频率信号进行放大，之后加到运算放大器AR1的反相输入端，参考水质数据经电感L1和电容C5滤波后进入场效应管T2、电阻R7、电阻R10、电阻R1组成的高输入阻抗电路跟随后输出到运算放大器AR1的同相输入端，其中运算放大器AR1、串联的电阻R13和电阻R14、电阻R11电阻R6组成差动放大器，对两输入端输入数据进行差动放大计算出水质偏差数据，之后经三极管Q4、电阻R15、电阻R16、电感L1和电容C6组成的射极跟随器降低输出阻抗后输出到稳压电路，射极跟随后信号幅度还经电阻R16、电阻R17采样，差动放大器输出的水质偏差数据的幅度不在正常范围之内时，逐级反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数进行调幅，触发稳压管Z1击穿三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，所述稳压电路通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路输出稳定变化的电压，与三极管Q5为核心的延时器延时后参考水质数据进入运算放大器AR2、乘法器D1为核心的除法运算电路进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此解决任务量大、效率低的问题；

所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据（也即水质正常时，对应的浊度、PH、氨氮、溶解氧、高锰酸盐等参数值），检测的水质数据经电容C1耦合到场效应管T1的栅极，经双T选频网络、场效应管T1、电阻R5及串联的电阻R8和R9组成的高输入阻抗选频放大器，对水质数据频率信号进行放大，加到运算放大器AR1的反相输入端，参考水质数据经电感L1和电容C5滤波后进入场效应管T2、电阻R7、电阻R10、电阻R1组成的高输入阻抗电路跟随后输出到运算放大器AR1的同相输入端，其中运算放大器AR1、串联的电阻R13和电阻R14、电阻R11电阻R6组成差动放大器，对两输入端输入数据进行差动放大计算出水质偏差数据，之后经三极管Q4、电阻R15、电阻R16、电感L1和电容C6组成的射极跟随器降低输出阻抗后输出，射极跟随后信号幅度还经电阻R16、电阻R17采样，差动放大器输出的水质偏差数据的幅度不在正常范围之内时，逐级反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数进行调幅，触发稳压管Z1击穿三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，包括电容C1、电感L1，电容C1的一端、电感L1的一端分别连接水质检测传感器检测的水质数据、预先设定的参考水质数据，电容C1的另一端分别连接接地电阻R3的一端、场效应管T1的栅极、电阻R1的一端、电容C2的一端，电阻R1的另一端分别连接接地电容C3的一端、电阻R2的一端，电容C2的另一端分别连接接地电阻R4的一端、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电阻R2的另一端、场效应管T1的漏极、电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R5的另一端、电感L1的一端连接电源+5V，场效应管T1的源极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、三极管Q1的集电极，电阻R9的另一端、三极管Q1的发射极连接地，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R13的一端、三极管Q2的集电极，电感L1的另一端分别连接接地电容C7的一端、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接场效应管T2的栅极，场效应管T2的漏极通过电阻R10连接电源+5V，场效应管T2的源极分别连接接地电阻R11的一端、运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R14的一端、电阻R15的一端，电阻R14的另一端分别连接电阻R13的另一端三极管Q2的发射极，电阻R15的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极分别连接接地电容C6的一端、电感L1的另一端，三极管Q4的发射极和接地电阻R18的一端为高输入阻抗差动放大电路的输出信号，还连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接电阻R16的一端、三极管Q2的基极、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接运算放大器AR1的同相输入端，三极管Q3的发射极分别连接电阻R16的另一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q1的基极；

所述除法运算电路采用运算放大器AR2、乘法器D1、电阻R26-电阻R28组成的除法运算电路将输入的经电感L3和电容C9滤波后的稳压电路输出的水质数据与延时后参考水质数据（具体为参考水质数据经电感L2和电容C7滤波后再经电阻R20、电阻R21、电容C8、三极管Q5组成的延时电路延时，使两路信号同时进入除法运算电路）进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，其中设置电阻R27与电阻R26的阻值相等，使得除法运算电路输出的信号为仅与两输入信号的幅度有关，不进行任何的衰减、放大，此解决接收的为实时水质数据，数据量大的问题，包括电感L3，电感L2，电感L3的一端连接三极管Q7的发射极，电感L2的一端连接场效应管T2的源极，电感L3的另一端经接地电容C9后连接到乘法器D1的引脚2，电感L2的另一端分别连接电阻R20的一端、接地电容C7的一端，电阻R20的另一端分别连接接地电容C8的一端、三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接电源+5V，三极管Q5的发射极分别连接接地电阻R21的一端、电阻R26的一端，电阻R26的另一端分别连接电阻R27的一端、运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R28连接地，运算放大器AR2的输出端分别连接乘法器D1的引脚1、电感L4的一端，电阻R27的另一端连接乘法器D1的引脚3，电感L4的另一端输出水质指数，传输到水质监测服务器进行监测、预警；

所述稳压电路接收高输入阻抗差动放大电路输出的水质偏差数据，通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路稳压后输出，具体的三极管Q7输出的电压经电阻R24和电阻R25采样后加到三极管Q6的基极，三极管Q6的基极通过电阻R19接入水质偏差数据，高于0.3V时，三极管Q6导通，改变场效应管T3漏源间阻值，进而使三极管Q7输出的电压跟随输入电压稳定的变化，包括三极管Q7、场效应管T3、电阻R19，三极管Q7的集电极、场效应管T3的漏极、电阻R19的一端均连接三极管Q4的发射极，三极管Q7的发射极和电阻R25的一端为稳压电路的输出信号，电阻R25的另一端分别连接三极管Q6的发射极、接地电阻R24的一端，三极管Q6的基极连接电阻R19的另一端，三极管Q7的基极连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端分别连接接地电阻R23的一端、场效应管T3的源极，场效应管T3的栅极连接三极管Q6的集电极。

本发明具体使用时，包括水质检测传感器、水质监测服务器，；水质检测传感器和水质监测服务器之间还连接有高输入阻抗差动放大电路、稳压电路、除法运算电路，所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据，检测的水质数据经双T选频网络、场效应管T1、电阻R5及串联的电阻R8和R9组成的高输入阻抗选频放大器，对水质数据频率信号进行放大（一方面高输入阻抗接入，可以几乎无衰减的接收水质数据，另一方面选频放大，仅对水质数据频率信号进行放大，降低其他频率信号干扰的影响，两者结合能提高接收信号的精度）加到运算放大器AR1的反相输入端，参考水质数据经电感L1和电容C5滤波后进入场效应管T2、电阻R7、电阻R10、电阻R1组成的高输入阻抗电路跟随后输出（同理采用高输入阻抗接入，可以几乎无衰减的接收参考水质数据）到运算放大器AR1的同相输入端，其中运算放大器AR1、串联的电阻R13和电阻R14、电阻R11电阻R6组成差动放大器，抑制共模干扰后对两输入端输入数据进行差动放大计算出放大的微弱水质偏差数据，之后经三极管Q4、电阻R15、电阻R16、电感L1和电容C6组成的射极跟随器降低输出阻抗后输出，以提高带负载能力，还经采样，逐级反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数，触发稳压管Z1击穿三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，使差动放大器输出的水质偏差数据的幅度在正常范围之内时，以减小增益造成的误差，之后进入稳压电路，通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路稳压后输出确定的电压到除法运算电路，采用运算放大器AR2、乘法器D1、电阻R26-电阻R28组成的除法运算电路将输入的经电感L3和电容C9滤波后的稳压电路输出的水质数据与延时后参考水质数据进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此进行预先处理，解决接收的为实时水质数据，任务量大、效率低的问题。

Claims

1.水质数据预处理电路，包括水质检测传感器、水质监测服务器，其特征在于，水质检测传感器和水质监测服务器之间还连接有高输入阻抗差动放大电路、稳压电路、除法运算电路，所述高输入阻抗差动放大电路接收水质检测传感器检测的水质数据与预先设定的参考水质数据，检测的水质数据经双T选频网络、场效应管T1为核心的高输入阻抗选频放大器进行放大，参考水质数据经场效应管T2为核心的高输入阻抗电路接入，之后分别加到运算放大器AR1、串联的电阻R13和电阻R14、电阻R11组成的差动放大器进行差动放大计算出水质偏差数据，之后经三极管Q4射极跟随器降低输出阻抗后输出到稳压电路，射极跟随后信号幅度还经电阻R16、电阻R17采样，一路反馈到三极管Q2的基极调节差动放大器的放大倍数，另一路触发三极管Q3导通、参考水质数据反馈到三极管Q1的基极，调节高输入阻抗选频放大器输出信号的幅度，所述稳压电路通过三极管Q7、场效应管T3、三极管Q6组成的反馈调压电路稳压后，与三极管Q5为核心的延时器延时后参考水质数据进入运算放大器AR2、乘法器D1为核心的除法运算电路进行除法运算，得出水质指数再传输到水质监测服务器进行监测、预警，以此解决数据量大的问题。

2.如权利要求1所述水质数据预处理电路，其特征在于，所述高输入阻抗差动放大电路包括电容C1、电感L1，电容C1的一端、电感L1的一端分别连接水质检测传感器检测的水质数据、预先设定的参考水质数据，电容C1的另一端分别连接接地电阻R3的一端、场效应管T1的栅极、电阻R1的一端、电容C2的一端，电阻R1的另一端分别连接接地电容C3的一端、电阻R2的一端，电容C2的另一端分别连接接地电阻R4的一端、电容C4的一端，电容C4的另一端分别连接电阻R2的另一端、场效应管T1的漏极、电阻R5的一端、电阻R6的一端，电阻R5的另一端、电感L1的一端连接电源+5V，场效应管T1的源极连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端分别连接电阻R9的一端、三极管Q1的集电极，电阻R9的另一端、三极管Q1的发射极连接地，电阻R6的另一端分别连接运算放大器AR1的反相输入端、电阻R13的一端、三极管Q2的集电极，电感L1的另一端分别连接接地电容C7的一端、电阻R7的一端，电阻R7的另一端连接场效应管T2的栅极，场效应管T2的漏极通过电阻R10连接电源+5V，场效应管T2的源极分别连接接地电阻R11的一端、运算放大器AR1的同相输入端，运算放大器AR1的输出端分别连接电阻R14的一端、电阻R15的一端，电阻R14的另一端分别连接电阻R13的另一端三极管Q2的发射极，电阻R15的另一端连接三极管Q4的基极，三极管Q4的集电极分别连接接地电容C6的一端、电感L1的另一端，三极管Q4的发射极和接地电阻R18的一端为高输入阻抗差动放大电路的输出信号，还连接电阻R17的一端，电阻R17的另一端分别连接电阻R16的一端、三极管Q2的基极、稳压管Z1的负极，稳压管Z1的正极连接三极管Q3的基极，三极管Q3的集电极连接运算放大器AR1的同相输入端，三极管Q3的发射极分别连接电阻R16的另一端、电阻R12的一端，电阻R12的另一端连接三极管Q1的基极。

3.如权利要求1所述水质数据预处理电路，其特征在于，所述除法运算电路包括电感L3，电感L2，电感L3的一端连接三极管Q7的发射极，电感L2的一端连接场效应管T2的源极，电感L3的另一端经接地电容C9后连接到乘法器D1的引脚2，电感L2的另一端分别连接电阻R20的一端、接地电容C7的一端，电阻R20的另一端分别连接接地电容C8的一端、三极管Q5的基极，三极管Q5的集电极连接电源+5V，三极管Q5的发射极分别连接接地电阻R21的一端、电阻R26的一端，电阻R26的另一端分别连接电阻R27的一端、运算放大器AR2的反相输入端，运算放大器AR2的同相输入端通过电阻R28连接地，运算放大器AR2的输出端分别连接乘法器D1的引脚1、电感L4的一端，电阻R27的另一端连接乘法器D1的引脚3，电感L4的另一端输出水质指数，传输到水质监测服务器进行监测、预警。

4.如权利要求1所述水质数据预处理电路，其特征在于，所述稳压电路包括三极管Q7、场效应管T3、电阻R19，三极管Q7的集电极、场效应管T3的漏极、电阻R19的一端均连接三极管Q4的发射极，三极管Q7的发射极和电阻R25的一端为稳压电路的输出信号，电阻R25的另一端分别连接三极管Q6的发射极、接地电阻R24的一端，三极管Q6的基极连接电阻R19的另一端，三极管Q7的基极连接电阻R22的一端，电阻R22的另一端分别连接接地电阻R23的一端、场效应管T3的源极，场效应管T3的栅极连接三极管Q6的集电极。