CN112880748B - 一种基于物联网的水环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的水环境监测装置，包括幅值监测电路、频率转换电路、频率监测电路和控制预警电路，运用电容C3的充电电压来检测水环境监测信号的幅值，运用运放器AR4‑AR5监测水环境监测信号幅值的改变值，运用频率传感器J1将水环境监测信号的频率转换为对应的直流电压值，运用运放器AR7‑AR10将频率传感器J1的输出先后与标准电压值下限1、标准电压值上限1、标准电压值下限2、标准电压值上限2进行比较，监测水环境监测信号频率的改变值，在水环境监测信号受到干扰的强度足以改变其幅值与频率特征时采用红色发光二极管D3发出红光警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，防止对多项水样指标数据进行分析时得到错误的分析结果。

Description

一种基于物联网的水环境监测装置

技术领域

本发明涉及监测技术领域，特别是涉及一种基于物联网的水环境监测装置。

背景技术

水环境监测是了解和掌握流域水环境质量及水污染源排放的主要途径和手段，其结果是水体污染控制和环境管理决策的重要依据之一，基于物联网的水环境监测***是集传感器、通信、计算机应用、地理信息***等为一体的技术，自动化水环境监测通常运用网络技术监理覆盖全国的水资源监测站点，以不同流域地区为监测单元，定时定量利用传感器等探测设备检测流域水样中的流量、流速、水位、浊度、PH值、电导率、重金属、微生物等指标，将水样的指标数据调制为水环境监测信号，并通过无线通信传输至水环境监测信号接收器，水环境监测信号接收器将接收到的水环境监测信号传输至水环境监测信号解调器解调，还原出水样指标数据传输至水环境监测中心，以便对多项水样指标数据进行分析；

然而，当处于雷雨、闪电天气，由于雷电的强度非常大，所以即使远离雷电区，其干扰场强相当可观，遥远的雷电产生的干扰是波动的，而临近的雷电干扰则是脉冲型的，波动型干扰会使水环境监测信号的波形产生剧烈的晃动和产生能量强大的众多杂波，脉冲型干扰会使水环境监测信号的波形产生明显的脉冲毛刺，如产生异常高电平信号、异常低电平信号，还将使水环境监测信号的频率发生突变，这些强电磁干扰足以使水环境监测信号在无线传输过程中改变其幅值和频率特征，从而使水环境监测信号解调器无法解调，更不能还原出原来的水样指标数据；

当周围环境中存在如大型核电站、广播、导航、雷达这些发射功率高、电磁能量大的设备时，由于广播电视信号的发射功率达数十千瓦，远程脉冲雷达的发射功率可达数十兆瓦以上，且其发射还会产生谐振发射、寄生发射，将占有非常宽的频带或离散频谱，这些电磁干扰的出现易与水环境监测信号产生互调干扰，而互调干扰足以改变部分水环境监测信号的频率，从而使水环境监测信号解调器不能准确地全部还原出水样指标数据；

而水环境监测信号解调器还原出的水样指标数据出错，水环境监测中心对多项水样指标数据进行分析时将得到错误的分析结果，从而做出错误的水环境管理决策。

发明内容

针对上述情况，本发明之目的在于提供一种基于物联网的水环境监测装置，能够在水环境监测信号受到干扰的强度足以改变其幅值与频率特征时发出警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，防止对多项水样指标数据进行分析时得到错误的分析结果。

其解决的技术方案是，包括探测设备、水环境监测信号调制发射器、水环境监测信号接收器、监测预警模块、水环境监测中心，所述探测设备定时定量地检测流域水样的水质指标，得到水样指标数据，所述水环境监测信号调制发射器将水样指标数据进行2FSK调制，得到水环境监测信号，并发射至水环境监测信号接收器，监测预警模块采样水环境监测信号接收器接收到的水环境监测信号，进行幅值监测、频率监测，若水环境监测信号的幅值和频率产生严重失真，发出红光警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，所述监测预警模块包括幅值监测电路、频率转换电路、频率监测电路和控制预警电路；

所述幅值监测电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，运放器AR2将水环境监测信号的负半周反相，利用水环境监测信号对电容C3充电，通过电容C3的充电电压检测出水环境监测信号的幅值，并运用运放器AR4将水环境监测信号与水环境监测信号的幅值作减法比例运算，若得到的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，运放器AR5输出高电平，所述频率转换电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，并选用型号为WBF122U01的频率传感器J1实时将水环境监测信号的频率转换为对应的直流电压值，当电容C6上的充电电压达到可控硅Q10的控制极导通电压时，所述频率监测电路运用运放器AR9-AR10将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限1、标准电压值上限1作比较，运放器AR9输出低电平时，三极管Q9导通，运放器AR9输出高电平时，运用运放器AR7-AR8将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限2、标准电压值上限2作比较，运放器AR7输出低电平时，三极管Q6导通，运放器AR7输出高电平时，三极管Q5导通，运放器AR8输出高电平时，三极管Q7导通，所述控制预警电路运用运放器AR6将电容C5上的电压与电阻R16-R17分压得到的电压值作比较，运放器AR6的输出达到可控硅Q4的控制极导通电压时，三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告；

所述控制预警电路包括三极管Q5，三极管Q5的基极接三极管Q6的基极和频率监测电路中运放器AR8的同相输入端、运放器AR7的输出端，三极管Q5的集电极接电源+6V，三极管Q5的发射极接继电器K2的触点3，三极管Q6的发射极接电源+6V，三极管Q6的集电极接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接继电器K2的触点1、电容C5的一端和运放器AR6的同相输入端，继电器K2的触点4接地和电阻R19的一端、电容C5的另一端，继电器K2的触点2接电阻R19的另一端，运放器AR6的反相输入端接电阻R16、电阻R17的一端，电阻R16的另一端接电源+6V，电阻R17的另一端接地，运放器AR6的输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接可控硅Q4的控制极和频率监测电路中三极管Q7的发射极、三极管Q9的集电极，可控硅Q4的阳极接电源+3.3V，可控硅Q4的阴极接电阻R13的一端和电容C4的一端，电阻R13的另一端接三极管Q3的基极，电容C4的另一端接地和三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接红色发光二极管D3的阴极，红色发光二极管D3的阳极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+6V，三极管Q2的基极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接可控硅Q1的阴极，可控硅Q1的阳极接电源+3.3V，可控硅Q1的控制极接幅值监测电路中运放器AR5的输出端。

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.将水环境监测信号与水环境监测信号的幅值作减法比例运算，若得到的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，则说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度足以改变水环境监测信号的幅值；

若频率传感器J1输出的直流电压值小于标准电压值下限1和标准电压值上限1，则说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的频率改变，其频率对应的直流电压值变小；若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限2和标准电压值上限2，则说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的频率改变，其频率对应的直流电压值变大；若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限1和标准电压值上限1，且小于标准电压值下限2和标准电压值上限2，则说明水环境监测信号的频率在2FSK调制所用的两个载波间变换，但如果运放器AR6输出高电平，则水环境监测信号的频率在2FSK调制所用的两个载波间变换时长已超过频率传感器J1的反应时长，说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰，改变了水环境监测信号的频率；

只要水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的频率改变的三种状况中的一种发生，且水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的幅值改变的状况同时发生，则说明强电磁干扰使水环境监测信号在无线传输过程中改变了幅值和频率特征，水环境监测信号解调器将无法准确地全部还原出水样指标数据，此时运用红色发光二极管D3发出红光警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，以防止对多项水样指标数据进行分析时得到错误的分析结果。

2.设置标准电压值下限1、标准电压值上限1和标准电压值下限2、标准电压值上限2的作用是防止水环境监测信号波动范围较小、不影响改变水环境监测信号的幅值和频率特征时，控制预警电路发出红光警告。

附图说明

图1为本发明一种基于物联网的水环境监测装置的电路原理图。

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。

一种基于物联网的水环境监测装置，包括探测设备、水环境监测信号调制发射器、水环境监测信号接收器、监测预警模块、水环境监测中心，监测预警模块包括幅值监测电路、频率转换电路、频率监测电路和控制预警电路；探测设备包括多种，如流速传感器、水位传感器、PH值传感器，定时定量地检测流域水样中对应的水质指标，如流速、水位、PH值，得到多项水样指标数据，每项水样指标数据采用单独的水环境监测信号调制发射器将该项水样指标数据进行2FSK调制，得到该项水样指标数据对应的水环境监测信号，并发射至水环境监测信号接收器，监测预警模块采样水环境监测信号接收器接收到的水环境监测信号，进行幅值监测、频率监测，若水环境监测信号的幅值和频率产生严重失真，发出红光警告，提醒水环境监测中心核实该项水样指标数据对应的水环境监测信号的准确度。

为了监测水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度是否足以改变水环境监测信号的幅值，采用幅值监测电路，采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，运用运放器AR1将水环境监测信号与地作比较，当水环境监测信号为正半周时，运放器AR1输出负电平，继电器K1未导通，水环境监测信号的正半周通过继电器K1的触点3接通触点1分两路传输，一路传输至电阻R11的一端，另一路传输至运用电阻R5-R6、电容C1-C2、电感L2组成的π型滤波网络进行滤波，其中电感L2滤除水环境监测信号中的直流干扰，电容C1和电阻R5组成高通滤波器，将低频干扰信号旁落到地，电容C2和电阻R6组成低通滤波器，将高频干扰信号旁落到地，且电阻R6的阻值很小，以减少对水环境监测信号的损耗，经过π型滤波网络滤波后的水环境监测信号的正半周导通二极管D1，向电容C3充电，直到电容C3上的充电电压达到水环境监测信号的峰值，二极管D1截止，电容C3略微放电；

当水环境监测信号为负半周时，运放器AR1输出正电平，继电器K1导通，水环境监测信号的负半周通过继电器K1的触点3接通触点2传输至运放器AR2、电阻R2-R4组成的反相电路，其中反相电路的比例系数由电阻R3与电阻R4的比值决定，且比例系数为1，水环境监测信号的负半周经反相电路反相后，运放器AR2输出水环境监测信号的正半周分两路传输，一路传输至电阻R11的一端，另一路传输至运用电阻R5-R6、电容C1-C2、电感L2组成的π型滤波网络进行滤波，经过π型滤波网络滤波后的水环境监测信号大于电容C3上的充电电压时，导通二极管D1，向电容C3充电至水环境监测信号的峰值，二极管D1截止，使电容C3上的电压持续达到水环境监测信号的峰值，反复利用水环境监测信号对电容C3充电，从而检测出水环境监测信号的幅值；电容C3在原水环境监测信号的一个周期内，经两次充电，使实时检测出的水环境监测信号幅值更加精确；

利用π型滤波网络对进行幅值检测前的水环境监测信号进行滤波，以防止干扰信号影响检测出的水环境监测信号幅值，进一步增加水环境监测信号幅值的精确度；运放器AR3作电压跟随作用；且电感L1起隔直通交的作用，电阻R1起限流作用；

运用运放器AR4、电阻R8-R11组成减法比例运算电路，当水环境监测信号为正半周时，将水环境监测信号的正半周、水环境监测信号的幅值与电源+0.7V之和作减法比例运算，比例系数由电阻R8与电阻R9的比值决定，且比例系数为1，电源+0.7V的作用是为了弥补二极管D1的管压降，若运放器AR4输出的幅值异常差值为正电平，运用运放器AR5将运放器AR4输出的幅值异常差值与水环境监测信号的幅值作比较，若运放器AR4输出的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，则说明水环境监测信号的正半周存在异常高电平，即水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度足以改变水环境监测信号的幅值，运放器AR5输出高电平；当原水环境监测信号为负半周时，经反相电路转换为水环境监测信号的正半周，将经反相电路转换后的水环境监测信号正半周、水环境监测信号的幅值与电源+0.7V之和作减法比例运算，若运放器AR4输出的幅值异常差值为正电平，运用运放器AR5将运放器AR4输出的幅值异常差值与水环境监测信号的幅值作比较，若运放器AR4输出的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，则说明原水环境监测信号的负半周存在异常低电平，即水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度足以改变水环境监测信号的幅值，运放器AR5输出高电平。

为了实时将水环境监测信号转换为对应的直流电压值，为频率监测电路做基础，同时避免频率传感器J1在刚上电时输出的直流电压值对频率监测电路造成干扰，采用频率转换电路，采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，选用型号为WBF122U01的频率传感器J1实时将水环境监测信号的频率转换为对应的直流电压值，并利用稳压二极管D4稳压、电感L3滤除交流干扰、电容C7滤除高频干扰；

当频率传感器J1刚上电时，其输出从零开始增加，同时电源+6V开始经电阻R24向电容C6充电，此时继电器K3未导通，频率传感器J1输出的直流电压值通过继电器K3的触点1接通触点2经限流电阻R23旁落到地，直至电容C6上的充电电压达到可控硅Q10控制极的导通电压后，继电器K3一直导通，频率传感器J1输出的直流电压值持续通过继电器K3的触点1接通触点3传输至频率监测电路中运放器AR9的同相输入端和三极管Q8的集电极；

电容C6上的充电电压达到可控硅Q10控制极的导通电压的时间其中_VQ10为可控硅Q10控制极的导通电压，且该段时间也是频率传感器J1的反应时间，即频率传感器J1刚上电从零增加到第一个稳定电压值的时间，以避免频率传感器J1在该段时间内输出的直流电压值对频率监测电路造成误判。

为了监测水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度是否足以改变水环境监测信号的频率，采用频率监测电路，当继电器K3一直导通时，频率传感器J1输出的水环境监测信号对应的直流电压值持续通过继电器K3的触点1接通触点3传输至运放器AR9的同相输入端和三极管Q8的集电极，运用运放器AR9-AR10将频率传感器J1的输出先后与标准电压值下限1、标准电压值上限1作比较，若频率传感器J1输出的直流电压值小于标准电压值下限1和标准电压值上限1，则运放器AR9输出负电平，此时三极管Q9导通，说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的频率改变，其频率对应的直流电压值变小，三极管Q8截止，此时控制预警电路中的可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告；若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限1、小于标准电压值上限1，则运放器AR9输出正电平，此时三极管Q9截止，运放器AR10输负电平，三极管Q8也截止，若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限1和标准电压值上限1，则运放器AR9输出正电平，此时三极管Q9截止，运放器AR10输出正电平，三极管Q8导通，频率传感器J1的输出通过三级管Q8传输至运放器AR7的同相输入端；

运用运放器AR7-AR8将频率传感器J1的输出先后与标准电压值下限2、标准电压值上限2作比较，若频率传感器J1输出的直流电压值小于标准电压值下限2和标准电压值上限2，则运放器AR7输出负电平，此时控制预警电路中的三极管Q6导通、三极管Q5截止，运放器AR8输出负电平，三极管Q7截止，若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限2、小于标准电压值上限2，则运放器AR7输出正电平，此时控制预警电路中的三极管Q6截止、三极管Q5导通，运放器AR8输负电平，三极管Q7截止，若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限2和标准电压值上限2，则运放器AR7输出正电平，此时控制预警电路中的三极管Q6截止，三极管Q5导通，运放器AR8输出正电平，三极管Q7导通，说明水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰使水环境监测信号的频率改变，其频率对应的直流电压值变大，此时控制预警电路中的可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告；

所述标准电压值下限1是指水环境监测信号在进行2FSK调制时，所用的两个载波分别通过频率传感器J1转换成的直流电压值中，较小的直流电压值的90％，所述标准电压值上限1是指水环境监测信号在进行2FSK调制时，所用的两个载波分别通过频率传感器J1转换成的直流电压值中，较小的直流电压值的110％；标准电压值下限2是指水环境监测信号在进行2FSK调制时，所用的两个载波分别通过频率传感器J1转换成的直流电压值中，较大的直流电压值的90％，所述标准电压值上限2是指水环境监测信号在进行2FSK调制时，所用的两个载波分别通过频率传感器J1转换成的直流电压值中，较大的直流电压值的110％。

若水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度足以改变水环境监测信号的幅值和频率，为了防止水环境监测中心对多项水样指标数据进行分析时得到错误的分析结果，采用控制预警电路，若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限1和标准电压值上限1，且小于标准电压值下限2和标准电压值上限2，则三极管Q6导通，三极管Q5截止，电源+6V经电阻R18向电容C5充电，当三极管Q6截止、三极管Q5导通时，电源+6V停止向电容C5充电，继电器K2导通，触点1接通触点2，电容C5通过电阻R19迅速放电至地；

运用运放器AR6实时将电容C5上的充电电压与电阻R16-R17分压得到的电压值作比较，当电容C5上的充电电压大于电阻R16-R17分压得到的电压值时，运放器AR6输出高电平，说明此时水环境监测信号在2FSK无线载波通信过程中受到干扰的强度足以改变水环境监测信号的频率，可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，所述红色发光二极管D3发出红光警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，防止水环境监测中心对多项水样指标数据进行分析时得到错误的分析结果；

电阻R16-R17分压得到的电压值是根据所设置，其中V_分压值即指电阻R16-R17分压得到的电压值，T是指频率传感器J1的反应时长；电容C4的作用是将其它干扰杂波旁落到地，以达到消除其它干扰杂波的目的。

所述幅值监测电路的具体结构，运放器AR1的反相输入端接水环境监测信号接收器输出端口、继电器K1的触点3和频率转换电路中频率传感器J1的IN端口，运放器AR1的同相输入端接地和继电器K1的触点5，运放器AR1的输出端接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接继电器K1的触点4，继电器K1的触点2接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R3的一端和运放器AR2的反相输入端，运放器AR2的同相输入端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，运放器AR2的输出端接电阻R3的另一端、继电器K1的触点1、电阻R11的一端、电容C1的一端和电感L2的一端，电容C1的另一端接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R5的另一端接地和电感L2的另一端、电容C2的一端，电容C2的另一端接电阻R6的另一端和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接电容C3的一端和运放器AR3的同相输入端，电容C3的另一端接地，运放器AR3的反相输入端接运放器AR3的输出端和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R8的一端、电阻R9的一端、运放器AR4的反相输入端和运放器AR5的反相输入端，电阻R9的另一端接电源+0.7V，电阻R8的另一端接运放器AR4的输出端和二极管D2的阳极，运放器AR5的输出端接控制预警电路中可控硅Q1的控制极，电阻R11的另一端接运放器AR4的同相输入端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地。

所述频率转换电路的具体结构，频率传感器J1的IN端口接水环境监测信号接收器输出端口和幅值监测电路中运放器AR1的反相输入端、继电器K1的触点3，频率传感器J1的VCC端口接电源+12V，频率传感器J1的GND端口接地和稳压二极管D4的阳极、电容C7的一端，频率传感器J1的OUT端口接稳压二极管D4的阴极和电感L3的一端，电感L3的另一端接电容C7的另一端和继电器K3的触点1，继电器K3的触点2接电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，继电器K3的触点4接电源+6V和电阻R24的一端，电阻R24的另一端接电容C6的一端和可控硅Q10的控制极，电容C6的另一端接地和可控硅Q10的阴极，可控硅Q10的阳极接继电器K3的触点5，继电器K3的触点3接频率监测电路中运放器AR9的同相输入端和三极管Q8的集电极。

所述频率监测电路的具体结构，运放器AR9的同相输入端接三极管Q8的集电极和频率转换电路中继电器K3的触点3，运放器AR9的反相输入端接标准电压值下限1，运放器AR9的输出端接电阻R22的一端和运放器AR10的同相输入端，电阻R22的另一端接三极管Q9的基极，三极管Q9的发射极接电源+3.3V，三极管Q9的集电极接三极管Q7的发射极和控制预警电路中电阻R15的一端、可控硅Q4的控制极，运放器AR10的反相输入端接标准电压值上限1，运放器AR10的输出端接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接三极管Q8的基极，三极管Q8的发射极接运放器AR7的同相输入端，运放器AR7的反相输入端接标准电压值下限2，运放器AR7的输出端接运放器AR8的同相输入端和控制预警电路中三极管Q6、三极管Q5的基极，运放器AR8的反相输入端接标准电压值上限2，运放器AR8的输出端接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极接电源+3.3V。

所述控制预警电路的具体结构，三极管Q5的基极接三极管Q6的基极和频率监测电路中运放器AR8的同相输入端、运放器AR7的输出端，三极管Q5的集电极接电源+6V，三极管Q5的发射极接继电器K2的触点3，三极管Q6的发射极接电源+6V，三极管Q6的集电极接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接继电器K2的触点1、电容C5的一端和运放器AR6的同相输入端，继电器K2的触点4接地和电阻R19的一端、电容C5的另一端，继电器K2的触点2接电阻R19的另一端，运放器AR6的反相输入端接电阻R16、电阻R17的一端，电阻R16的另一端接电源+6V，电阻R17的另一端接地，运放器AR6的输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接可控硅Q4的控制极和频率监测电路中三极管Q7的发射极、三极管Q9的集电极，可控硅Q4的阳极接电源+3.3V，可控硅Q4的阴极接电阻R13的一端和电容C4的一端，电阻R13的另一端接三极管Q3的基极，电容C4的另一端接地和三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接红色发光二极管D3的阴极，红色发光二极管D3的阳极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+6V，三极管Q2的基极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接可控硅Q1的阴极，可控硅Q1的阳极接电源+3.3V，可控硅Q1的控制极接幅值监测电路中运放器AR5的输出端。

本发明具体使用时，幅值监测电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，运用运放器AR2、电阻R2-R4组成反相电路，将水环境监测信号的负半周反相，运用电阻R5-R6、电容C1-C2、电感L2组成的π型滤波网络进行滤波，其中电感L2滤除水环境监测信号中的直流干扰，电容C1和电阻R5组成高通滤波器，将低频干扰信号旁落到地，电容C2和电阻R6组成低通滤波器，将高频干扰信号旁落到地，利用水环境监测信号对电容C3充电，通过电容C3的充电电压检测出水环境监测信号的幅值，并运用运放器AR4、电阻R8-R11组成减法比例运算电路，将水环境监测信号与水环境监测信号的幅值作减法比例运算，若得到的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，运放器AR5输出高电平；频率转换电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，并选用型号为WBF122U01的频率传感器J1实时将水环境监测信号的频率转换为对应的直流电压值，当频率传感器J1刚上电时，其输出从零开始增加，同时电源+6V开始经电阻R24向电容C6充电，此时继电器K3未导通，频率传感器J1输出的直流电压值通过继电器K3的触点1接通触点2经限流电阻R23旁落到地，直至电容C6上的充电电压达到可控硅Q10控制极的导通电压后，继电器K3一直导通，频率传感器J1输出的直流电压值持续通过继电器K3的触点1接通触点3传输至频率监测电路中运放器AR9的同相输入端和三极管Q8的集电极；

频率监测电路运用运放器AR9-AR10将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限1、标准电压值上限1作比较，运放器AR9输出低电平时，三极管Q9导通，此时控制预警电路中的可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告；运放器AR9输出高电平时，运用运放器AR7-AR8将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限2、标准电压值上限2作比较，运放器AR7输出低电平时，三极管Q6导通，运放器AR7输出高电平时，三极管Q5导通，运放器AR8输出高电平时，三极管Q7导通，此时控制预警电路中的可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告；

若频率传感器J1输出的直流电压值大于标准电压值下限1和标准电压值上限1，且小于标准电压值下限2和标准电压值上限2，控制预警电路中的三极管Q6导通，三极管Q5截止，电源+6V经电阻R18向电容C5充电，当三极管Q6截止、三极管Q5导通时，电源+6V停止向电容C5充电，继电器K2导通，触点1接通触点2，电容C5通过电阻R19迅速放电至地；运用运放器AR6实时将电容C5上的充电电压与电阻R16-R17分压得到的电压值作比较，当电容C5上的充电电压大于电阻R16-R17分压得到的电压值时，运放器AR6输出高电平，可控硅Q4导通，电源+3.3V通过可控硅Q4、经限流电阻R13加载至三极管Q3的基极，使三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告。

以上所述是结合具体实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明具体实施仅局限于此；对于本发明所属及相关技术领域的技术人员来说，在基于本发明技术方案思路前提下，所作的拓展以及操作方法、数据的替换，都应当落在本发明保护范围之内。

Claims (1)

1.一种基于物联网的水环境监测装置，包括探测设备、水环境监测信号调制发射器、水环境监测信号接收器、监测预警模块、水环境监测中心，其特征在于，所述探测设备定时定量地检测流域水样的水质指标，得到水样指标数据，所述水环境监测信号调制发射器将水样指标数据进行2FSK调制，得到水环境监测信号，并发射至水环境监测信号接收器，监测预警模块采样水环境监测信号接收器接收到的水环境监测信号，进行幅值监测、频率监测，若水环境监测信号的幅值和频率产生严重失真，发出红光警告，提醒水环境监测中心核实水环境监测信号的准确度，所述监测预警模块包括幅值监测电路、频率转换电路、频率监测电路和控制预警电路；

所述幅值监测电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，运放器AR2将水环境监测信号的负半周反相，利用水环境监测信号对电容C3充电，通过电容C3的充电电压检测出水环境监测信号的幅值，并运用运放器AR4将水环境监测信号与水环境监测信号的幅值作减法比例运算，若得到的幅值异常差值大于水环境监测信号的幅值，运放器AR5输出高电平，所述频率转换电路采样水环境监测信号接收器输出的水环境监测信号，并选用型号为WBF122U01的频率传感器J1实时将水环境监测信号的频率转换为对应的直流电压值，当电容C6上的充电电压达到可控硅Q10的控制极导通电压时，所述频率监测电路运用运放器AR9-AR10将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限1、标准电压值上限1作比较，运放器AR9输出低电平时，三极管Q9导通，运放器AR9输出高电平时，运用运放器AR7-AR8将水环境监测信号对应的直流电压值先后与标准电压值下限2、标准电压值上限2作比较，运放器AR7输出低电平时，三极管Q6导通，运放器AR7输出高电平时，三极管Q5导通，运放器AR8输出高电平时，三极管Q7导通，所述控制预警电路运用运放器AR6将电容C5上的电压与电阻R16-R17分压得到的电压值作比较，运放器AR6的输出达到可控硅Q4的控制极导通电压时，三极管Q3导通，若此时运放器AR5输出高电平，则三极管Q2也导通，红色发光二极管D3发出红光警告;

所述幅值监测电路包括运放器AR1，运放器AR1的反相输入端接水环境监测信号接收器输出端口、继电器K1的触点3和频率转换电路中频率传感器J1的IN端口，运放器AR1的同相输入端接地和继电器K1的触点5，运放器AR1的输出端接电感L1的一端，电感L1的另一端接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接继电器K1的触点4，继电器K1的触点2接电阻R4的一端，电阻R4的另一端接电阻R3的一端和运放器AR2的反相输入端，运放器AR2的同相输入端接电阻R2的一端，电阻R2的另一端接地，运放器AR2的输出端接电阻R3的另一端、继电器K1的触点1、电阻R11的一端、电容C1的一端和电感L2的一端，电容C1的另一端接电阻R5、电阻R6的一端，电阻R5的另一端接地和电感L2的另一端、电容C2的一端，电容C2的另一端接电阻R6的另一端和二极管D1的阳极，二极管D1的阴极接电容C3的一端和运放器AR3的同相输入端，电容C3的另一端接地，运放器AR3的反相输入端接运放器AR3的输出端和电阻R7的一端，电阻R7的另一端接电阻R8的一端、电阻R9的一端、运放器AR4的反相输入端和运放器AR5的反相输入端，电阻R9的另一端接电源+0.7V，电阻R8的另一端接运放器AR4的输出端和二极管D2的阳极，运放器AR5的输出端接控制预警电路中可控硅Q1的控制极，电阻R11的另一端接运放器AR4的同相输入端和电阻R10的一端，电阻R10的另一端接地;

所述频率转换电路选用型号为WBF122U01的频率传感器J1，频率传感器J1的IN端口接水环境监测信号接收器输出端口和幅值监测电路中运放器AR1的反相输入端、继电器K1的触点3，频率传感器J1的VCC端口接电源+12V，频率传感器J1的GND端口接地和稳压二极管D4的阳极、电容C7的一端，频率传感器J1的OUT端口接稳压二极管D4的阴极和电感L3的一端，电感L3的另一端接电容C7的另一端和继电器K3的触点1，继电器K3的触点2接电阻R23的一端，电阻R23的另一端接地，继电器K3的触点4接电源+6V和电阻R24的一端，电阻R24的另一端接电容C6的一端和可控硅Q10的控制极，电容C6的另一端接地和可控硅Q10的阴极，可控硅Q10的阳极接继电器K3的触点5，继电器K3的触点3接频率监测电路中运放器AR9的同相输入端和三极管Q8的集电极;

所述频率监测电路包括运放器AR9，运放器AR9的同相输入端接三极管Q8的集电极和频率转换电路中继电器K3的触点3，运放器AR9的反相输入端接标准电压值下限1，运放器AR9的输出端接电阻R22的一端和运放器AR10的同相输入端，电阻R22的另一端接三极管Q9的基极，三极管Q9的发射极接电源+3.3V，三极管Q9的集电极接三极管Q7的发射极和控制预警电路中电阻R15的一端、可控硅Q4的控制极，运放器AR10的反相输入端接标准电压值上限1，运放器AR10的输出端接电阻R21的一端，电阻R21的另一端接三极管Q8的基极，三极管Q8的发射极接运放器AR7的同相输入端，运放器AR7的反相输入端接标准电压值下限2，运放器AR7的输出端接运放器AR8的同相输入端和控制预警电路中三极管Q6、三极管Q5的基极，运放器AR8的反相输入端接标准电压值上限2，运放器AR8的输出端接电阻R20的一端，电阻R20的另一端接三极管Q7的基极，三极管Q7的集电极接电源+3.3V;

所述控制预警电路包括三极管Q5，三极管Q5的基极接三极管Q6的基极和频率监测电路中运放器AR8的同相输入端、运放器AR7的输出端，三极管Q5的集电极接电源+6V，三极管Q5的发射极接继电器K2的触点3，三极管Q6的发射极接电源+6V，三极管Q6的集电极接电阻R18的一端，电阻R18的另一端接继电器K2的触点1、电容C5的一端和运放器AR6的同相输入端，继电器K2的触点4接地和电阻R19的一端、电容C5的另一端，继电器K2的触点2接电阻R19的另一端，运放器AR6的反相输入端接电阻R16、电阻R17的一端，电阻R16的另一端接电源+6V，电阻R17的另一端接地，运放器AR6的输出端接电阻R15的一端，电阻R15的另一端接可控硅Q4的控制极和频率监测电路中三极管Q7的发射极、三极管Q9的集电极，可控硅Q4的阳极接电源+3.3V，可控硅Q4的阴极接电阻R13的一端和电容C4的一端，电阻R13的另一端接三极管Q3的基极，电容C4的另一端接地和三极管Q3的发射极，三极管Q3的集电极接三极管Q2的发射极，三极管Q2的集电极接红色发光二极管D3的阴极，红色发光二极管D3的阳极接电阻R14的一端，电阻R14的另一端接电源+6V，三极管Q2的基极接电阻R12的一端，电阻R12的另一端接可控硅Q1的阴极，可控硅Q1的阳极接电源+3.3V，可控硅Q1的控制极接幅值监测电路中运放器AR5的输出端。