專利名稱：一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置及其控制方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及水質(zhì)監(jiān)測(cè)技術(shù)領(lǐng)域，具體地說，是一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝 置及其控制方法。
背景技術(shù)：
在供水生產(chǎn)中，為了滿足飲用水安全指標(biāo)，必須對(duì)水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線檢測(cè)，水質(zhì)在 線檢測(cè)的參數(shù)常常包括余氯濃度值、濁度濃度值、水溫溫度以及PH值等等。然而，目前各種參數(shù)檢測(cè)都需要采用單獨(dú)的設(shè)備或傳感器才能進(jìn)行，在各種設(shè)備或傳感器的安裝過程中都需要提供單獨(dú)的安裝機(jī)構(gòu)，對(duì)于水質(zhì)在線檢測(cè)系統(tǒng)來說，各種傳 感器的分離式安裝，體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，技術(shù)要求高，安裝不方便，而且設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的成 本都比較高。中國(guó)實(shí)用新型專利申請(qǐng)200520009768. 1公開了一種供水在線綜合參數(shù)測(cè)控儀， 該專利文件中雖然提及到一種支持多種參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，但是其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，各 種參數(shù)的檢測(cè)結(jié)果也是采用單獨(dú)的顯示模塊顯示，不但增加系統(tǒng)成本，而且使得裝置體積 龐大，所采用的濁度傳感器和余氯傳感器也是獨(dú)立型安裝，沒有采用一體化裝置，所以該裝 置的維護(hù)和調(diào)試還是非常復(fù)雜，操作要求較高，而且該專利文件中也沒有公開該儀器的具 體的控制方式，相關(guān)技術(shù)人員還無法通過公開的技術(shù)實(shí)現(xiàn)最優(yōu)的控制效果?，F(xiàn)有技術(shù)的缺點(diǎn)是對(duì)于飲用水或自來水的參數(shù)檢測(cè)大多采用單獨(dú)的設(shè)備或傳感 器進(jìn)行，各種設(shè)備功能單一，安裝調(diào)試不方便，現(xiàn)有專利文件中雖然提及到一種多參數(shù)的水 質(zhì)在線測(cè)控儀，但是該裝置體積大、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，成本較高，各種參數(shù)檢測(cè)結(jié)果采用獨(dú)立的顯 示模塊顯示，而且傳感器安裝也不方便，對(duì)于廣大村鎮(zhèn)小型供水廠還不很適宜。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置及其控制方法，主要針 對(duì)中國(guó)村鎮(zhèn)小型供水廠量身開發(fā)，是為中國(guó)農(nóng)村飲水安全目標(biāo)的實(shí)現(xiàn)而提出的一套解決方 案中的重要配套產(chǎn)品之一，不同于市面上流行的余氯或濁度在線監(jiān)測(cè)設(shè)備，更不是簡(jiǎn)單的 將余氯和濁度監(jiān)測(cè)設(shè)備整合在一起，采用獨(dú)特的水流構(gòu)件設(shè)計(jì)，使監(jiān)測(cè)裝置同時(shí)測(cè)量余氯、 濁度、水位、水溫等多種參數(shù)，大大降低了用戶使用成本和難度，非常適用中國(guó)村鎮(zhèn)供水。為達(dá)到上述目的，本發(fā)明表述一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，設(shè)置有余 氯_水溫傳感器、濁度傳感器以及水位傳感器，所述余氯_水溫傳感器、濁度傳感器以及水 位傳感器的信號(hào)線分別與單片機(jī)相連，其關(guān)鍵在于所述單片機(jī)上還連接有鍵盤輸入電路、輸出顯示電路、EEROM存儲(chǔ)器、聲光報(bào)警電 路以及通信電路；所述鍵盤輸入電路用于配置系統(tǒng)參數(shù)，還用于設(shè)置余氯濃度報(bào)警值、溫度報(bào)警值、 濁度報(bào)警值以及水位高度報(bào)警值；所述輸出顯示電路用于循環(huán)顯示余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；
所述EEROM存儲(chǔ)器用于程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；當(dāng)所述余氯濃度值大于余氯濃度報(bào)警值或/和溫度值大于溫度報(bào)警值或/和濁度值大于濁度報(bào)警值或/和水位高度值大于水位高度報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光 報(bào)警信號(hào)；所述通信電路用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)遠(yuǎn)程在線檢測(cè)。余氯-水溫傳感器、濁度傳感器以及水位傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn) 換直接送往單片機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，并具有顯示，報(bào)警等功能。所述顯示電路采用簡(jiǎn)單的LED 數(shù)碼管進(jìn)行循環(huán)顯示，即降低了成本，又減化了裝置的結(jié)構(gòu)。所述通信電路采用目前技術(shù)比 較成熟的Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線和GPRS遠(yuǎn)程通信技術(shù)，使得該裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和遠(yuǎn)程數(shù) 據(jù)傳輸。通過鍵盤輸入電路配置各種系統(tǒng)參數(shù)，當(dāng)某一水質(zhì)參數(shù)超過預(yù)設(shè)的報(bào)警值時(shí)，所述 聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。所述濁度傳感器由發(fā)射管、第一接收管、第二接收管以及濁度傳感器信號(hào)處理電 路組成，所述濁度傳感器信號(hào)處理電路的輸出端與所述單片機(jī)的濁度信號(hào)輸入端口連接。余氯-水溫傳感器采用國(guó)外進(jìn)口的傳感器，具有精度高，靈敏度高，免維護(hù)等優(yōu) 點(diǎn)，可以實(shí)時(shí)檢測(cè)水中的余氯或二氧化氯，同時(shí)還可以測(cè)量水溫。濁度傳感器是為了滿足廣大村鎮(zhèn)供水廠的需求而自行研發(fā)的，采用常用的光電檢測(cè)方法，其信號(hào)處理電路中先通過設(shè)置的差分比例運(yùn)算電路對(duì)兩個(gè)紅外接收管接收到的光 強(qiáng)度信號(hào)進(jìn)行減法運(yùn)算處理，然后再通過運(yùn)算放大電路傳送到單片機(jī)中，性能穩(wěn)定、成本 低、電路簡(jiǎn)單而且濁度檢測(cè)的精度很高，放大電路的增益還可調(diào)，對(duì)于不同的應(yīng)用場(chǎng)所，安 裝調(diào)試也非常方便。所述余氯-水溫傳感器與濁度傳感器安裝在余氯濁度變送器中，所述余氯濁度變 送器設(shè)置有水路管道，該水路管道中設(shè)置有主水管，該主水管的一端安裝所述發(fā)射管，該主 水管的另一端安裝所述第一接收管，在主水管的側(cè)壁上安裝所述第二接收管，所述主水管 的側(cè)壁上還設(shè)置有進(jìn)水支管和出水支管，所述第二接收管安裝在進(jìn)水支管和出水支管之 間，在出水支管內(nèi)安裝所述的余氯_水溫傳感器。余氯濁度變送器采用獨(dú)特的流水構(gòu)件設(shè)計(jì)，把余氯-水溫傳感器、濁度傳感器等 傳感器巧妙地結(jié)合在一起，在安裝調(diào)試過程中，只需直接連接傳感器的信號(hào)線以及水路管 道，而不再單獨(dú)對(duì)各種傳感器器件進(jìn)行安裝與固定，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的操作步驟，節(jié)約了設(shè)備運(yùn) 行和維護(hù)的成本。所述鍵盤輸入電路中設(shè)置有消音按鍵，當(dāng)所述聲光報(bào)警器發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)時(shí)， 所述消音按鍵用于發(fā)送消音信號(hào)到所述單片機(jī)，通過單片機(jī)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的中斷程序，當(dāng)單 片機(jī)接收到該消音信號(hào)時(shí)，則控制所述聲光報(bào)警電路，使得聲音報(bào)警信號(hào)關(guān)閉。本發(fā)明還表述了一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，主要按照以下 步驟進(jìn)行步驟一系統(tǒng)初始化通過鍵盤輸入電路選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置流程，包括余氯濃度值、溫度值、濁度值 以及水位高度值的零點(diǎn)參數(shù)、精度參數(shù)和報(bào)警值參數(shù)，還包括通信電路的組網(wǎng)配置參數(shù)，配 置的各種參數(shù)存儲(chǔ)在所述EEROM存儲(chǔ)器中；如果系統(tǒng)不需要重新配置參數(shù)，則所述單片機(jī) 可以直接讀取存儲(chǔ)在EEROM存儲(chǔ)器中的各種參數(shù)的默認(rèn)值。
所述單片機(jī)還讀取EEROM存儲(chǔ)器中的計(jì)算參數(shù)，完成后進(jìn)行開機(jī)倒計(jì)時(shí)；開機(jī)倒計(jì)時(shí)完成后，進(jìn)入步驟二 數(shù)據(jù)采集所述單片機(jī)選擇檢測(cè)參數(shù)的采樣通道，包括余氯濃度值采樣、溫度值采樣、濁度值采樣以及水位高度值采樣；對(duì)每一種通道中的傳感器信號(hào)值采樣的次數(shù)為N，通過單片機(jī)對(duì)每一次采樣所得 的傳感器信號(hào)值進(jìn)行軟件濾波并計(jì)算N次采樣值的加權(quán)平均，所得的加權(quán)平均數(shù)存儲(chǔ)到所 述EEROM存儲(chǔ)器中；步驟三數(shù)據(jù)處理所述單片機(jī)對(duì)每一種檢測(cè)參數(shù)所采集的傳感器信號(hào)值進(jìn)行滑動(dòng)平均的計(jì)算，通過讀取計(jì)算參數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值存儲(chǔ)到所述EEROM存儲(chǔ) 器；步驟四顯示、比較、報(bào)警所述輸出顯示電路依次循環(huán)顯示所計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水 位高度值；所述單片機(jī)讀取預(yù)設(shè)的余氯濃度報(bào)警值、溫度報(bào)警值、濁度報(bào)警值以及水位高度 報(bào)警值，并將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值與對(duì)應(yīng)的報(bào)警值進(jìn)行比 較，當(dāng)所述余氯濃度值大于余氯濃度報(bào)警值或溫度值大于溫度報(bào)警值或濁度值大于濁度報(bào) 警值或水位高度值大于水位高度報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程按照以下步驟進(jìn)行第一步進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單通過所述鍵盤輸入電路選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單；第二步判斷是否誤操作所述單片機(jī)判斷是否誤操作，如果屬于誤操作，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流 程；如果不是誤操作，則進(jìn)入第三步；第三步選擇是否退出通過所述鍵盤輸入電路選擇是否退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程；如果選擇退出，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程；如果不選擇退出，則進(jìn)入第四步；第四步選擇是否需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)如果需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則進(jìn)入零點(diǎn)處理模塊進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)，零點(diǎn)調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第 五步；如果不需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則直接進(jìn)入第五步；第五步選擇是否需要精度調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)精度，則進(jìn)入精度處理模塊進(jìn)行精度調(diào)節(jié)，精度調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第
丄止
/、少；如果不需要調(diào)節(jié)精度，則直接進(jìn)入第六步；第六步選擇是否需要報(bào)警值調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則進(jìn)入報(bào)警值調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行報(bào)警值的調(diào)節(jié)，報(bào)警值完成后進(jìn)入第七步；如果不需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則直接進(jìn)入第七步；第七步選擇是否需要組網(wǎng)配置如果需要組網(wǎng)配置，則進(jìn)入組網(wǎng)處理模塊進(jìn)行組網(wǎng)配置，組網(wǎng)配置完成后返回第三步選擇是否需要退出；如果不需要組網(wǎng)配置，則直接返回第三步選擇是否需要退出。所述第四步到第七步是可以互換的，這四種參數(shù)配置可以不按先后順序，具體的 操作又技術(shù)人員通過按鍵選擇。安裝調(diào)試過程中，通過系統(tǒng)參數(shù)配置流程進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)、精 度調(diào)節(jié)、報(bào)警值調(diào)節(jié)以及通信網(wǎng)絡(luò)組網(wǎng)配置，配置好的各種參數(shù)存儲(chǔ)在EEROM存儲(chǔ)器中，通 過單片機(jī)讀取各種參數(shù)，使得所述一體化多參數(shù)水質(zhì)在線檢測(cè)裝置能夠維持正常工作。安裝調(diào)試完成后，便可進(jìn)行數(shù)據(jù)采集，各種傳感器的信號(hào)線分別連接在單片機(jī)的 不同采樣通道上，單片機(jī)依次循環(huán)選擇各種參數(shù)的采樣通道，每種參數(shù)均采樣N次，通過軟 件濾波去除干擾，然后計(jì)算加權(quán)平均數(shù)存儲(chǔ)起來作為采樣值，通過多次采樣求平均，避免隨 機(jī)干擾，使得采樣值更加精確。各種參數(shù)的采樣值均為電平信號(hào)值，需要通過數(shù)據(jù)處理完成參數(shù)計(jì)算，在所述單 片機(jī)中配置有各種電平信號(hào)的換算的參數(shù)，在數(shù)據(jù)處理過程中，先對(duì)采樣值求滑動(dòng)平均，然 后再用滑動(dòng)平均值與預(yù)設(shè)的換算參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，計(jì)算出的值作為最終的水質(zhì)檢測(cè)參數(shù)存儲(chǔ) 在EEROM中，通過對(duì)加權(quán)平均值求滑動(dòng)平均值，做了兩次統(tǒng)計(jì)處理，使得系統(tǒng)精度更高，穩(wěn) 定性也更強(qiáng)。單片機(jī)將運(yùn)算出的各種水質(zhì)參數(shù)傳送到所述顯示電路中進(jìn)行顯示，同時(shí)單片機(jī)將 計(jì)算出的各種水質(zhì)參數(shù)與預(yù)設(shè)的各種參數(shù)報(bào)警值進(jìn)行比較，判斷出檢測(cè)到的水質(zhì)參數(shù)是否 超出報(bào)警值，如果檢測(cè)到某一參數(shù)超過了預(yù)設(shè)的報(bào)警值，則聲光報(bào)警電路工作，發(fā)出聲光報(bào)
警信號(hào)。檢測(cè)出的各種水質(zhì)參數(shù)還可以通過Modbus和GPRS等通信通信方式傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān) 控中心或其他監(jiān)控設(shè)備上，實(shí)現(xiàn)技術(shù)人員遠(yuǎn)程在線檢測(cè)。本發(fā)明的顯著效果是提供了一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置及其控制方法，能夠支持多種參數(shù)同 時(shí)在線檢測(cè)，采用單一顯示電路循環(huán)顯示各種參數(shù)，降低了設(shè)備成本，減緩了裝置結(jié)構(gòu)，采 用余氯濁度變送器這種獨(dú)特的結(jié)構(gòu)對(duì)各種傳感器進(jìn)行固定，大大簡(jiǎn)化了安裝調(diào)試的操作流 程，降低了設(shè)備安裝操作難度，調(diào)試也變得更加方便，在各種參數(shù)采樣和處理過程中，運(yùn)用 統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，運(yùn)用多次求平均的方式使得參數(shù)檢測(cè)的精度更高，非常適合我國(guó)農(nóng)村小型供 水廠的水質(zhì)檢測(cè)。


圖1是本發(fā)明電路原理框圖；圖2是濁度傳感器電路原理示意圖；圖3是余氯濁度變送器結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是本發(fā)明系統(tǒng)控制流程圖；圖5是系統(tǒng)參數(shù)配置流程圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說明。如圖1所示，本發(fā)明表述一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，設(shè)置有余氯-水溫傳感器1、濁度傳感器2以及水位傳感器3，所述余氯-水溫傳感器1、濁度傳感器2以及水 位傳感器3的信號(hào)線分別與單片機(jī)4相連，所述單片機(jī)4上還連接有鍵盤輸入電路7、輸出 顯示電路8、EEROM存儲(chǔ)器9、聲光報(bào)警電路6以及通信電路5 ；所述鍵盤輸入電路7采用5個(gè)鍵的小鍵盤，設(shè)置有加、減、確定、取消等功能按鍵， 還包括消音按鍵。鍵盤輸入電路7主要用于配置系統(tǒng)參數(shù)，比如設(shè)置余氯濃度報(bào)警值、溫度 報(bào)警值、濁度報(bào)警值以及水位高度報(bào)警值等；所述消音按鍵用于發(fā)送消音信號(hào)到所述單片 機(jī)4，通過單片機(jī)內(nèi)設(shè)置相應(yīng)的中斷程序，在聲光報(bào)警電路6發(fā)出聲光報(bào)警時(shí)，通過消音按 鍵可以發(fā)送消音信號(hào)，當(dāng)單片機(jī)4接收到該消音信號(hào)時(shí)，則控制所述聲光報(bào)警電路6，使得 聲音報(bào)警信號(hào)關(guān)閉。所述輸出顯示電路8用于循環(huán)顯示余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值， 在具體實(shí)施過程中，采用四位7段LED數(shù)碼管，其中第一位用于代表一種水質(zhì)參數(shù)，后三位 用于表示該參數(shù)此時(shí)的檢測(cè)值，例如當(dāng)顯示電路8顯示AO. 58表示余氯濃度值為0. 58mg/L, 顯示bl. 80表示濁度濃度值為1. 80NTU,顯示C2. 68表示水位高度為2. 68m,顯示d25. 0表示水溫為25. 0°C，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，功能卻比較完善；所述EEROM存儲(chǔ)器9用于程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；當(dāng)所述監(jiān)測(cè)到某一參數(shù)超過報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路6中的蜂鳴器會(huì)發(fā)出嘟 嘟的叫聲，同時(shí)相應(yīng)參數(shù)的報(bào)警指示燈會(huì)亮。所述通信電路5采用了一路Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線通信，還采用了 GPRS無線通信模塊， 以上通信技術(shù)均是較為成熟的技術(shù)，在此不再累述。該通信電路5主要用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳 輸和控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)遠(yuǎn)程在線檢測(cè)。如圖2所示，所述濁度傳感器2由發(fā)射管2a、第一接收管2b、第二接收管2c以及 濁度傳感器信號(hào)處理電路2d組成，所述濁度傳感器信號(hào)處理電路2d的輸出端ZD與所述單 片機(jī)4的濁度信號(hào)輸入端口 RA2連接。如圖3所示，所述余氯-水溫傳感器1與濁度傳感器2安裝在余氯濁度變送器A 中，所述余氯濁度變送器設(shè)置有水路管道，該水路管道中設(shè)置有主水管Al，該主水管Al的 一端安裝所述發(fā)射管2a，該主水管Al的另一端安裝所述第一接收管2b，在主水管Al的側(cè) 壁上安裝所述第二接收管2c，所述主水管Al的側(cè)壁上還設(shè)置有進(jìn)水支管A2和出水支管 A3，所述第二接收管2c安裝在進(jìn)水支管A2和出水支管A3之間，在出水支管A3內(nèi)安裝所述 的余氯-水溫傳感器1。如圖4所示，本發(fā)明還表述了一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法， 主要按照以下步驟進(jìn)行步驟一系統(tǒng)初始化通過鍵盤輸入電路7選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置流程，包括余氯濃度值、溫度值、濁度 值以及水位高度值的零點(diǎn)參數(shù)、精度參數(shù)和報(bào)警值參數(shù)，還包括通信電路5的組網(wǎng)配置參 數(shù)，配置的各種參數(shù)存儲(chǔ)在所述EEROM存儲(chǔ)器9中；如果系統(tǒng)不需要重新配置參數(shù)，則所述單片機(jī)4可以直接讀取存儲(chǔ)在EEROM存儲(chǔ)器9中的各種參數(shù)的默認(rèn)值。所述單片機(jī)4還讀取EEROM存儲(chǔ)器9中的計(jì)算參數(shù)，完成后進(jìn)行開機(jī)倒計(jì)時(shí)，開機(jī) 倒計(jì)時(shí)的時(shí)間設(shè)置為6秒，作為裝置安裝運(yùn)行前的預(yù)熱緩沖時(shí)間，開機(jī)倒計(jì)時(shí)完成后，進(jìn)入 步驟二 數(shù)據(jù)采集所述單片機(jī)4選擇檢測(cè)參數(shù)的采樣通道，依次為余氯濃度值采樣、濁度值采樣、水位高度值采樣以及溫度值采樣；在具體實(shí)施過程中，預(yù)設(shè)對(duì)每一種通道中的傳感器信號(hào)值采樣的次數(shù)為10，通過 單片機(jī)4對(duì)每一次采樣所得的傳感器信號(hào)值進(jìn)行軟件濾波并計(jì)算10次采樣值的加權(quán)平均 數(shù)，所得的加權(quán)平均數(shù)存儲(chǔ)到所述EEROM存儲(chǔ)器9中；步驟三數(shù)據(jù)處理所述單片機(jī)4對(duì)每一種檢測(cè)參數(shù)所采集的傳感器信號(hào)值進(jìn)行滑動(dòng)平均的計(jì)算，滑 動(dòng)窗口長(zhǎng)度設(shè)為16，即每次取連續(xù)16個(gè)值求平均，每次滑動(dòng)的步長(zhǎng)為1，然后再通過讀取相 應(yīng)的換算參數(shù)分別計(jì)算出余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值存儲(chǔ)到所述EEROM存儲(chǔ) 器9 ；步驟四顯示、比較、報(bào)警所述輸出顯示電路8依次循環(huán)顯示所計(jì)算出的余氯濃度值、濁度值、水位高度值 以及溫度值；所述單片機(jī)4讀取預(yù)設(shè)的余氯濃度報(bào)警值、溫度報(bào)警值、濁度報(bào)警值以及水位高 度報(bào)警值，并將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值與對(duì)應(yīng)的報(bào)警值進(jìn)行 比較，當(dāng)所述余氯濃度值大于余氯濃度報(bào)警值或溫度值大于溫度報(bào)警值或濁度值大于濁度 報(bào)警值或水位高度值大于水位高度報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路6發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。如圖5所示，所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程按照以下步驟進(jìn)行第一步進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單通過所述鍵盤輸入電路7選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單；第二步判斷是否誤操作所述單片機(jī)4判斷是否誤操作，如果屬于誤操作，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置 流程；如果不是誤操作，則進(jìn)入第三步；第三步選擇是否退出通過所述鍵盤輸入電路7選擇是否退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程；如果選擇退出，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程；如果不選擇退出，則進(jìn)入第四步；第四步選擇是否需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)如果需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則進(jìn)入零點(diǎn)處理模塊進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)，零點(diǎn)調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第 五步；在零點(diǎn)處理模塊中，首先也是對(duì)各種參數(shù)相對(duì)應(yīng)的傳感器信號(hào)進(jìn)行采樣，然后通 過軟件濾波，零點(diǎn)調(diào)節(jié)主要是確定傳感器無被檢測(cè)物質(zhì)環(huán)境下的狀態(tài)值，一般這種狀態(tài)的 值可以大致估算到。如果零點(diǎn)過高，有可能有被檢測(cè)物質(zhì)存在，為了避免誤操作使儀表失 信，則需進(jìn)行保護(hù)處理，系統(tǒng)將拒絕修改零點(diǎn)參數(shù)。最后將調(diào)節(jié)好的各參數(shù)零點(diǎn)保存在EEROM存儲(chǔ)器9中，用于測(cè)量值的計(jì)算。如果不需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則直接進(jìn)入第五步；第五步選擇是否需要精度調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)精度，則進(jìn)入精度處理模塊進(jìn)行精度調(diào)節(jié)，精度調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第六步，所述精度處理模塊也是先對(duì)各種傳感器上傳的信號(hào)進(jìn)行采樣濾波，通過更改計(jì)算參 數(shù)使得檢測(cè)出的各種水質(zhì)參數(shù)更加精確靈敏，通過配置各種計(jì)算參數(shù)，余氯濃度值的靈敏 度可以達(dá)到0.01mg/L，誤差范圍彡士2%FSR(Full Scale Range滿量程)；濁度值靈敏度可 以達(dá)到0. 1NTU，誤差范圍彡士 10% FSR;水位靈敏度可以達(dá)到0. lm，誤差范圍彡士2%FSR， 溫度值靈敏度可以達(dá)到0. 1°C，誤差范圍彡士2% FSR0如果不需要調(diào)節(jié)精度，則直接進(jìn)入第六步；第六步選擇是否需要報(bào)警值調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則進(jìn)入報(bào)警值調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行報(bào)警值的調(diào)節(jié)，報(bào)警值完成后 進(jìn)入第七步；報(bào)警值調(diào)節(jié)模塊主要是通過鍵盤輸入電路7輸入各種檢測(cè)參數(shù)的新報(bào)警值， 并將其存儲(chǔ)在EEROM存儲(chǔ)器9中，便于在水質(zhì)監(jiān)測(cè)過程中的比較和報(bào)警；如果不需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則直接進(jìn)入第七步；第七步選擇是否需要組網(wǎng)配置如果需要組網(wǎng)配置，則進(jìn)入組網(wǎng)處理模塊進(jìn)行組網(wǎng)配置，組網(wǎng)配置完成后返回第 三步選擇是否需要退出，所述組網(wǎng)處理模塊主要是對(duì)通信網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行配置，包括設(shè)置網(wǎng)絡(luò)屬 性，查詢下從設(shè)備的網(wǎng)絡(luò)連接，建立設(shè)備清單以及分配存儲(chǔ)空間等等；如果不需要組網(wǎng)配置，則返回第三步選擇是否需要退出。在實(shí)施過程中，從第四步到第七步之間沒有具體的順序要求，技術(shù)人員可以做順 序調(diào)整，而且該步驟只是做為程序循環(huán)運(yùn)行時(shí)的一種方式，技術(shù)人員在參數(shù)配置過程中并 不一定按照該步驟執(zhí)行，而是在系統(tǒng)參數(shù)配置菜單界面下通過鍵盤輸入電路7選擇進(jìn)入相 應(yīng)參數(shù)配置處理模塊進(jìn)行調(diào)節(jié)和配置。本發(fā)明的工作原理通過余氯-水溫傳感器1、濁度傳感器2以及水位傳感器3對(duì)各種水質(zhì)參數(shù)進(jìn)行檢 測(cè)，各種傳感器輸出標(biāo)準(zhǔn)的模擬信號(hào)，經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換直接送往單片機(jī)4進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，單片 機(jī)4通過設(shè)置各種換算參數(shù)將傳感器輸出的電平信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的水質(zhì)參數(shù)值，并在輸出 顯示電路8上顯示出來，在單片機(jī)4內(nèi)還預(yù)設(shè)有各種參數(shù)的報(bào)警值，當(dāng)某一參數(shù)超過報(bào)警值 時(shí)，所述聲光報(bào)警電路6輸出聲光報(bào)警信號(hào)。通過設(shè)置Modbus現(xiàn)場(chǎng)總線和GPRS遠(yuǎn)程通信 模塊，使得該裝置實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)在線檢測(cè)和遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸。余氯-水溫傳感器1和濁度傳感器2安裝在余氯濁度變送器中，在安裝調(diào)試過程 中，只需直接連接傳感器的信號(hào)線以及水路管道，而不再單獨(dú)對(duì)各種傳感器器件進(jìn)行安裝 與固定，簡(jiǎn)化了系統(tǒng)的操作步驟，節(jié)約了設(shè)備運(yùn)行和維護(hù)的成本。輸出顯示電路8也是采用4位LED數(shù)碼管輪流循環(huán)顯示，電路設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，成本也低 廉。在各種參數(shù)采樣和處理過程中，運(yùn)用統(tǒng)計(jì)學(xué)原理，通過多次求平均的方式使得參數(shù)檢測(cè) 的精度很高，非常適合我國(guó)農(nóng)村小型供水廠的水質(zhì)檢測(cè)。
權(quán)利要求
一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，設(shè)置有余氯-水溫傳感器(1)、濁度傳感器(2)以及水位傳感器(3)，所述余氯-水溫傳感器(1)、濁度傳感器(2)以及水位傳感器(3)的信號(hào)線分別與單片機(jī)(4)相連，其特征在于所述單片機(jī)(4)上還連接有鍵盤輸入電路(7)、輸出顯示電路(8)、EEROM存儲(chǔ)器(9)、聲光報(bào)警電路(6)以及通信電路(5)；所述鍵盤輸入電路(7)用于配置系統(tǒng)參數(shù)，還用于設(shè)置余氯濃度報(bào)警值、溫度報(bào)警值、濁度報(bào)警值以及水位高度報(bào)警值；所述輸出顯示電路(8)用于循環(huán)顯示余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；所述EEROM存儲(chǔ)器(9)用于程序和數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)；當(dāng)所述余氯濃度值大于余氯濃度報(bào)警值或溫度值大于溫度報(bào)警值或濁度值大于濁度報(bào)警值或水位高度值大于水位高度報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路(6)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；所述通信電路(5)用于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)的傳輸和控制，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)遠(yuǎn)程在線檢測(cè)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述濁 度傳感器(2)由發(fā)射管(2a)、第一接收管(2b)、第二接收管(2c)以及濁度傳感器信號(hào)處理 電路(2d)組成，所述濁度傳感器信號(hào)處理電路(2d)的輸出端(ZD)與所述單片機(jī)(4)的濁 度信號(hào)輸入端口(RA2)連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述余 氯-水溫傳感器(1)與濁度傳感器(2)安裝在余氯濁度變送器(A)中，所述余氯濁度變送器 設(shè)置有水路管道，該水路管道中設(shè)置有主水管(Al)，該主水管(Al)的一端安裝所述發(fā)射管 (2a)，該主水管(Al)的另一端安裝所述第一接收管(2b)，在主水管(Al)的側(cè)壁上安裝所述 第二接收管(2c)，所述主水管(Al)的側(cè)壁上還設(shè)置有進(jìn)水支管(A2)和出水支管(A3)，所 述第二接收管(2c)安裝在進(jìn)水支管(A2)和出水支管(A3)之間，在出水支管(A3)內(nèi)安裝 所述的余氯_水溫傳感器(1)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，其特征在于所述鍵 盤輸入電路(7)中設(shè)置有消音按鍵，當(dāng)所述聲光報(bào)警電路(6)發(fā)出聲音報(bào)警信號(hào)時(shí)，所述消 音按鍵用于發(fā)送消音信號(hào)到所述單片機(jī)(4)，當(dāng)單片機(jī)(4)接收到該消音信號(hào)時(shí)，則控制所 述聲光報(bào)警電路(6)，使得聲音報(bào)警信號(hào)關(guān)閉。
5.權(quán)1所述的一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，其特征在于主要按 照以下步驟進(jìn)行步驟一系統(tǒng)初始化通過鍵盤輸入電路(7)選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置流程，包括余氯濃度值、溫度值、濁度值 以及水位高度值的零點(diǎn)參數(shù)、精度參數(shù)和報(bào)警值參數(shù)，還包括通信電路(5)的組網(wǎng)配置參 數(shù)，配置的各種參數(shù)存儲(chǔ)在所述EEROM存儲(chǔ)器(9)中；所述單片機(jī)(4)還讀取EEROM存儲(chǔ)器(9)中的計(jì)算參數(shù)，完成后進(jìn)行開機(jī)倒計(jì)時(shí)； 開機(jī)倒計(jì)時(shí)完成后，進(jìn)入步驟二 數(shù)據(jù)采集所述單片機(jī)(4)選擇檢測(cè)參數(shù)的采樣通道，包括余氯濃度值采樣、溫度值采樣、濁度值 采樣以及水位高度值采樣；對(duì)每一種通道中的傳感器信號(hào)值采樣的次數(shù)為N，通過單片機(jī)(4)對(duì)每一次采樣所得 的傳感器信號(hào)值進(jìn)行軟件濾波并計(jì)算N次采樣值的加權(quán)平均，所得的加權(quán)平均數(shù)存儲(chǔ)到所述EEROM存儲(chǔ)器(9)中； 步驟三數(shù)據(jù)處理所述單片機(jī)(4)對(duì)每一種檢測(cè)參數(shù)所采集的傳感器信號(hào)值進(jìn)行滑動(dòng)平均的計(jì)算，通過讀取計(jì)算參數(shù)計(jì)算出對(duì)應(yīng)的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值存儲(chǔ)到所述EEROM存儲(chǔ)器(9)；步驟四顯示、比較、報(bào)警所述輸出顯示電路(8)依次循環(huán)顯示所計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值；所述單片機(jī)(4)讀取預(yù)設(shè)的余氯濃度報(bào)警值、溫度報(bào)警值、濁度報(bào)警值以及水位高度 報(bào)警值，并將計(jì)算出的余氯濃度值、溫度值、濁度值以及水位高度值與對(duì)應(yīng)的報(bào)警值進(jìn)行比 較，當(dāng)所述余氯濃度值大于余氯濃度報(bào)警值或溫度值大于溫度報(bào)警值或濁度值大于濁度報(bào) 警值或水位高度值大于水位高度報(bào)警值時(shí)，所述聲光報(bào)警電路(6)發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置的控制方法，其特征在 于所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程按照以下步驟進(jìn)行 第一步進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單通過所述鍵盤輸入電路(7)選擇進(jìn)入系統(tǒng)參數(shù)配置菜單； 第二步判斷是否誤操作所述控制器(4)判斷是否誤操作，如果屬于誤操作，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流 程；如果不是誤操作，則進(jìn)入第三步； 第三步選擇是否退出通過所述鍵盤輸入電路(7)選擇是否退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程； 如果選擇退出，則自動(dòng)退出所述系統(tǒng)參數(shù)配置流程； 如果不選擇退出，則進(jìn)入第四步； 第四步選擇是否需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)如果需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則進(jìn)入零點(diǎn)處理模塊進(jìn)行零點(diǎn)調(diào)節(jié)，零點(diǎn)調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第五止少；如果不需要調(diào)節(jié)零點(diǎn)，則直接進(jìn)入第五步； 第五步選擇是否需要精度調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)精度，則進(jìn)入精度處理模塊進(jìn)行精度調(diào)節(jié)，精度調(diào)節(jié)完成后進(jìn)入第六止少；如果不需要調(diào)節(jié)精度，則直接進(jìn)入第六步； 第六步選擇是否需要報(bào)警值調(diào)節(jié)如果需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則進(jìn)入報(bào)警值調(diào)節(jié)模塊進(jìn)行報(bào)警值的調(diào)節(jié)，報(bào)警值完成后進(jìn)入 第七步；如果不需要調(diào)節(jié)報(bào)警值，則直接進(jìn)入第七步； 第七步選擇是否需要組網(wǎng)配置如果需要組網(wǎng)配置，則進(jìn)入組網(wǎng)處理模塊進(jìn)行組網(wǎng)配置，組網(wǎng)配置完成后返回第三步 選擇是否需要退出；如果不需要組網(wǎng)配置，則直接返回第三步選擇是 否需要退出。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種一體化多參數(shù)水質(zhì)在線監(jiān)測(cè)裝置，設(shè)置有余氯-水溫傳感器、濁度傳感器以及水位傳感器，其信號(hào)線分別與單片機(jī)相連，其特征在于單片機(jī)上還連接有鍵盤輸入電路、輸出顯示電路、EEROM存儲(chǔ)器、聲光報(bào)警電路以及通信電路；輸出顯示電路循環(huán)顯示余氯濃度值、濁度值、水位高度值以及溫度值；當(dāng)某一參數(shù)超過報(bào)警值時(shí)，聲光報(bào)警電路發(fā)出聲光報(bào)警信號(hào)；本發(fā)明還表述了一種控制方法，主要步驟有系統(tǒng)初始化、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理以及顯示、比較、報(bào)警，數(shù)據(jù)采集采用加權(quán)平均，數(shù)據(jù)處理采用滑動(dòng)平均，最終使得本發(fā)明能夠支持多種參數(shù)同時(shí)在線檢測(cè)，成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，安裝調(diào)試方便，精度高，非常適合農(nóng)村小型供水廠的水質(zhì)檢測(cè)。
文檔編號(hào)G01D21/02GK101839733SQ20101017195
公開日2010年9月22日 申請(qǐng)日期2010年5月13日 優(yōu)先權(quán)日2010年5月13日
發(fā)明者余勇, 余武, 劉一兵, 張能, 汪明, 王設(shè)計(jì), 石祥聰 申請(qǐng)人:重慶工業(yè)自動(dòng)化儀表研究所