CN206990439U - 一种新型的基于NB‑IoT的水质浊度检测仪 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供一种新型的基于NB‑IoT的水质浊度检测仪，通过测量水样中微粒物质散射光的强度来获取水体浊度参数指标，包括有浊度传感头、浊度调理电路、中央处理单元，以及与所述中央处理单元相连的无线通讯模组、A/D转换模块、温度补偿单元、供电单元。本实用新型具备实时在线检测功能，数据可上传平台储存分析，与GPRS方式的浊度检测设备相比，基于窄带物联网技术，通讯信号覆盖面非常广，通讯并发连接数容量大，无线通讯距离可达数公里，而且功耗低非常多；技术实现与运维都很方便，设备安装固定后，基本不用人工参与，实用性更强。
Description
技术领域
本实用新型涉及水体浊度检测及通讯技术领域，特别是一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪。
背景技术
随着城市化进程不断推进，水资源及生态环境已经越来越引起各方关注，而水体是否清澈透明直接反映了水的浑浊程度。由于水体中所含的固体微小悬浮物质不但可以是泥沙粘土，还可能是各种微生物、浮游生物或者有机物等，更可能还是富含有害菌或病毒的各种悬浮物质，所以，对水体进行浊度的量化测量是检测水质是否安全非常重要的手段之一。
传统的水质浊度检测仪一般以实验室检测为主，通过人工采集水体水样，送到实验室进行检测。这类检测仪器通常精度高，设备价格昂贵，并不适合普通群体使用，同时由于无法在现场马上获取检测结果，在很多场合并不实用。实验室设备中也有部分浊度检测仪具备便携性，但同样需要人工采集水样，无法实时在线检测。
通常可携带至现场使用的浊度检测仪，一般由带引线及接口的探头部分和后端采集仪本体组成，探头部分将检测到的水样浊度信号转换为DA输出（最常见的有以下四种标准信号：4～20mA/0～10mA/1～5V/0～5V），后端采集仪通过标准信号采样，按预测的量程换算，得出对应的浊度参数值直接在显示屏上显示。也有通过RS485/RS232或者SDI-12等有线通讯方式进行检测后的参数数据传输。这类检测方式虽然也很直观，但同样无法实时在线检测，而且在部分特定区域，不方便工作人员人工检测。
现有技术中也有无线型的浊度检测仪，有些是采用GPRS通讯的方式，由于GPRS通讯连接不稳定且功耗大等问题，一般需要外接可靠电源供电或者太阳能供电，而且常会因为通讯连接中断导致实时的监测数据丢失或者延迟送达，劣势比较明显。也有部分通过短距离组网进行无线传输的方式，或者采用RF射频通讯方式，此类水质浊度检测仪一般通讯距离较近，需要额外布置通讯路由节点或中继节点，有时还需要配合数据集中器或者通讯网关使用，***整体的造价高，通讯距离也成劣势。
实用新型内容
本实用新型针对上述技术问题做出改进，即本实用新型所要解决的技术问题是提供一种具备窄带物联网远程无线通讯功能、采用电池即可长时间供电的低功耗水质浊度检测仪。
为了解决上述技术问题，本实用新型的一种技术方案是：一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，通过测量水样中微粒物质散射光的强度来获取水体浊度参数指标，包括有浊度传感头、浊度调理电路、中央处理单元，以及与所述中央处理单元相连的无线通讯模组、A/D转换模块、温度补偿单元、供电单元。
进一步地，所述供电单元分别为所述无线通讯模组、所述中央处理单元、所述温度补偿单元、所述A/D转换模块、所述浊度调理电路、所述浊度传感头供电。
进一步地，所述温度补偿单元内置于所述浊度传感头中，进行水体温度采样，用于对获取的水体浊度参数指标进行进一步的温度补偿。
进一步地，所述无线通讯模组是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块，以及eSIM卡，所述无线通讯模组传输数据信息。
进一步地，所述无线通讯模组可以是单模的NB-IOT模组，还可以是包括有NB-IOT技术模式的多模通讯模组。
进一步地，所述浊度传感头包括有PWM调制电路以及与所述PWM调制电路相连接的发光二级管，所述发光二级管用于发出照射光源，并经光电三级管接收。
进一步地，所述PWM调制电路用于调制所述发光二级管发出的光线强度。
进一步地，所述浊度调理电路包括有差分放大电路，及与所述差分放大电路相连的光电信号补偿电路、斯密特触发器电路、恒压源电路、电压基准电路。
进一步地，所述光电三级管在接收光线后，光电信号经由所述光电信号补偿电路进行信号补偿转换和所述差分放大电路放大后，再经由所述斯密特触发器电路处理，然后进入所述A/D转换模块，并由所述中央处理单元统一采集运算，最终得到水体浊度参数指标。
进一步地，所述温度补偿单元内置于所述浊度传感头中，采用的是一种型号为DS18B20的单总线型数字温度传感器。
进一步地，在所述中央处理单元经过采集计算得到水体浊度参数指标后，需要采集水体温度，并进一步对水体浊度参数指标进行温度补偿和修正。
进一步地，所述中央处理单元是一种低功耗的微处理器(Central ProcessingUnit，CPU)。
进一步地，所述低功耗的微处理器优选内置数据储存单元及AD转换单元的ARM内核的低功耗的系列微处理器。
与现有的技术相比，本实用新型具有以下有益效果：
（1）通过使用低功耗的NB-IoT窄带物联网技术及采用低功耗的微处理器，采用合适电池供电，可以长时间使用，不用频繁更换电池，可以不用外接电源；
（2）与常规浊度检测设备相比，具备实时在线检测功能，数据可上传平台储存分析；
（3）与短距离组网方式的浊度检测设备相比，减少数据集中远传设备及中继节点设备的硬件成本和运维成本，成本更为低廉；
（4）与GPRS方式的浊度检测设备相比，基于窄带物联网技术，通讯信号覆盖面非常广，通讯并发连接数容量大，无线通讯距离可达数公里，而且功耗低非常多；
（5）技术实现与运维都很方便，设备安装固定后，基本不用人工参与，实用性更强。
附图说明
图1为本实用新型实施例的浊度仪的电路结构框图。
图2为本实用新型实施例的浊度仪的光源信号产生与调理电路的结构框图。
图3为本实用新型实施例的浊度仪所采用的无线通讯模组的内部电路组成框图。
图4为本实用新型实施例的浊度仪的测量基本原理示意图。
图1中：1-无线通讯模组、2-中央处理单元、3-温度补偿单元、4-A/D转换模块、5-浊度调理电路、6-浊度传感头、7-供电单元。
图2中：501-光电信号补偿电路、502-差分放大电路、503-斯密特触发器电路、504-恒压源电路、505-电压基准电路、601-PWM调制电路、602-发光二级管、603-光电三级管。
图3中：101-NB-IOT模块、102-eSIM卡。
具体实施方式
下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他形式的附图。
需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，本实用新型描述中的术语“连接”、“相连”、“安装”应做广义理解，例如，可以是一体地连接、固定连接或者是可拆卸连接；可以是通过机械结构或者电子直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连。
为了更好理解本技术方案，见图4，是本实施例的浊度测量基本原理示意图，图4中，所述发光二级管602是一种光源，发出光线经过待测水体后，由于水体中悬浮的固体介质对光线的散射和吸收作用，只有部分光线会传输至光电三级管603中，根据最终光线接收的多少，可获知对应当前水体的浑浊程度。
如图1所示，一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，通过测量水样中微粒物质散射光的强度来获取水体浊度参数指标，包括有浊度传感头6、浊度调理电路5、中央处理单元2，以及与所述中央处理单元2相连的无线通讯模组1、A/D转换模块4、温度补偿单元3、供电单元7。
在本实施例中，所述供电单元7分别为所述无线通讯模组1、所述中央处理单元2、所述温度补偿单元3、所述A/D转换模块4、所述浊度调理电路5、所述浊度传感头6供电。
在本实施例中，所述温度补偿单元3内置于所述浊度传感头6中，进行水体温度采样，用于对获取的水体浊度参数指标进行进一步的温度补偿。
如图3所示，在本实施例中，所述无线通讯模组1是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块101，以及eSIM卡102，所述无线通讯模组1传输数据信息。
在本实施例中，所述eSIM卡102是一种内置于所述无线通讯模组1中的拥有物联网专用号段的号码卡，作为可选的实施方式，所述eSIM卡102还可以是使用物联网专用号码或普通手机号码的SIM卡，也可以是采用软SIM卡。
如图2所示，在本实施例中，所述浊度传感头6包括有PWM调制电路601以及与所述PWM调制电路601相连接的发光二级管602，所述发光二级管602用于发出照射光源，并经光电三级管603接收。
在本实施例中，所述发光二级管602发出照射光源后，光线经过水体中固体微小悬浮物质，由于所述固体微小悬浮物质对光线的散射和吸收作用，部分光传播到所述光电三级管603上，根据光的吸收量，直接反映出所述光电三级管603内置的光敏电阻的阻值变化程度。
在本实施例中，所述PWM调制电路601用于调制所述发光二级管602发出的光线强度。
还见图2，在本实施例中，所述浊度调理电路5包括有差分放大电路502，及与所述差分放大电路502相连的光电信号补偿电路501、斯密特触发器电路503、恒压源电路504、电压基准电路505。
在本实施例中，由于从所述光电信号补偿电路501出来的是微弱电压信号，在进入所述差分放大电路502前，需要在差分放大芯片的信号输入负端上叠加一个所述电压基准电路505，此基准电压介于0.2-0.8VDC之间。
在本实施例中，所述光电三级管603在接收光线后，光电信号经由所述光电信号补偿电路501进行信号补偿转换和所述差分放大电路502放大后，再经由所述斯密特触发器电路503处理，然后进入所述A/D转换模块4，并由所述中央处理单元2统一采集运算，最终得到水体浊度参数指标。
见图1，在本实施例中，所述温度补偿单元3内置于所述浊度传感头6中，采用的是一种型号为DS18B20的单总线型数字温度传感器。
在本实施例中，在所述中央处理单元2经过采集计算得到水体浊度参数指标后，需要采集水体温度，并进一步对水体浊度参数指标进行温度补偿和修正。
在本实施例中，所述中央处理单元2是一种低功耗的微处理器(CentralProcessing Unit，CPU)。
在本实施例中，所述低功耗的微处理器采用内置数据储存单元及AD转换单元的ARM内核的低功耗的系列微处理器。
需要特别说明的是，作为可选的一种实施方式，所述无线通讯模组1也可以是包括有NB-IOT/eMTC/GSM通讯方式的单模或多模的通讯模组，从而构成本实用新型的其他实施例，所述无线通讯模组1并不局限于只是单模的NB-IOT模组。
在本实施例中，本实用新型通过使用低功耗的NB-IoT窄带物联网技术及采用低功耗的微处理器，采用合适电池供电，可以长时间使用，不用频繁更换电池，可以不用外接电源；与常规浊度检测设备相比，具备实时在线检测功能，数据可上传平台储存分析；与短距离组网方式的浊度检测设备相比，减少数据集中远传设备及中继节点设备的硬件成本和运维成本，成本更为低廉；与GPRS方式的浊度检测设备相比，基于窄带物联网技术，通讯信号覆盖面非常广，通讯并发连接数容量大，无线通讯距离可达数公里，而且功耗低非常多；技术实现与运维都很方便，设备安装固定后，基本不用人工参与，实用性更强。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，任何人在本实用新型的启示下都可以得出其他各种形式的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，凡依本实用新型申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本实用新型的涵盖范围。
Claims (6)
1.一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，通过测量水样中微粒物质散射光的强度来获取水体浊度参数指标，其特征在于，包括有浊度传感头（6）、浊度调理电路（5）、中央处理单元（2），以及与所述中央处理单元（2）相连的无线通讯模组（1）、A/D转换模块（4）、温度补偿单元（3）、供电单元（7）；
所述供电单元（7）分别为所述无线通讯模组（1）、所述中央处理单元（2）、所述温度补偿单元（3）、所述A/D转换模块（4）、所述浊度调理电路（5）、所述浊度传感头（6）供电；
所述温度补偿单元（3）内置于所述浊度传感头（6）中，进行水体温度采样，用于对获取的水体浊度参数指标进行进一步的温度补偿。
2.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，其特征在于，所述无线通讯模组（1）是一种低功耗的窄带物联网通讯模组，所述窄带物联网通讯模组还包括有NB-IOT模块（101），以及eSIM卡（102），所述无线通讯模组（1）传输数据信息。
3.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，其特征在于，所述浊度传感头（6）包括有PWM调制电路（601）以及与所述PWM调制电路（601）相连接的发光二级管（602），所述发光二级管（602）用于发出照射光源，并经光电三级管（603）接收。
4.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，其特征在于，所述浊度调理电路（5）包括有差分放大电路（502），及与所述差分放大电路（502）相连的光电信号补偿电路（501）、斯密特触发器电路（503）、恒压源电路（504）、电压基准电路（505）。
5.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，其特征在于，所述温度补偿单元（3）内置于所述浊度传感头（6）中，采用的是一种型号为DS18B20的单总线型数字温度传感器。
6.根据权利要求1所述的一种新型的基于NB-IoT的水质浊度检测仪，其特征在于，所述中央处理单元（2）是一种低功耗的微处理器。
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