本發(fā)明涉及水環(huán)境監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及信息技術(shù)與環(huán)境監(jiān)測(cè)結(jié)合方面，更具體地說(shuō)，涉及一種基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。

背景技術(shù)：

水資源是人類(lèi)賴(lài)以生存的資源，但是隨著科技的進(jìn)步，水污染日漸嚴(yán)重，近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外將無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)開(kāi)始投入對(duì)于水資源的檢測(cè)與保護(hù)。

隨著人們對(duì)于環(huán)境問(wèn)題的關(guān)注程度越來(lái)越高，需要采集的環(huán)境數(shù)據(jù)也越來(lái)越多，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)的出現(xiàn)為隨機(jī)性的研究數(shù)據(jù)獲取提供了便利，并且還可以避免傳統(tǒng)數(shù)據(jù)收集方式給環(huán)境帶來(lái)的侵入式破壞。比如，英特爾研究實(shí)驗(yàn)室研究人員曾經(jīng)將32個(gè)小型傳感器連進(jìn)互聯(lián)網(wǎng)，以讀出緬因州"大鴨島"上的氣候，用來(lái)評(píng)價(jià)一種海燕巢的條件。相對(duì)于精細(xì)的儀器設(shè)備，無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)制作系統(tǒng)成本低，體型小更易于投放、保護(hù)和更換。例如，美國(guó)在1975年各州共有1.3萬(wàn)個(gè)站點(diǎn)組成水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)，在這個(gè)監(jiān)測(cè)網(wǎng)中有150個(gè)組建成了全美水質(zhì)監(jiān)測(cè)網(wǎng)。

無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)同時(shí)也具有監(jiān)測(cè)范圍廣、可靠性高、監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)自組織等特點(diǎn)，可以跟蹤候鳥(niǎo)和昆蟲(chóng)的遷移，研究環(huán)境變化對(duì)農(nóng)作物的影響，監(jiān)測(cè)海洋、大氣和土壤的成分等。此外，它也可以應(yīng)用在農(nóng)業(yè)中，來(lái)監(jiān)測(cè)農(nóng)作物中的害蟲(chóng)、土壤的酸堿度和施肥狀況等。

然而，現(xiàn)有的水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采用檢測(cè)裝置，通常使用復(fù)雜的采集單元、信號(hào)處理單元、以及控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，體積龐大，組網(wǎng)后不便維護(hù)，成本高，不利于大規(guī)模投入使用。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)上述的現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)所采用檢測(cè)裝置，通常使用復(fù)雜的采集單元、信號(hào)處理單元、以及控制單元來(lái)實(shí)現(xiàn)，體積龐大，組網(wǎng)后不便維護(hù)，成本高，不利于大規(guī)模投入使用的技術(shù)缺陷，提供了一種基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置。

根據(jù)本發(fā)明的其中一方面，本發(fā)明為解決其技術(shù)問(wèn)題，提供了一種基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，包括智能手機(jī)、核心控制模塊以及至少一組水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元，每組水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元具有一水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器以及與一與該水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器連接的信號(hào)調(diào)理電路；核心控制模塊通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)通信連接至智能手機(jī)，并分別與各信號(hào)調(diào)理電路連接。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，還包括用于驅(qū)動(dòng)水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置所處的船體的電機(jī)進(jìn)行工作的驅(qū)動(dòng)電路，智能手機(jī)具有用于拍攝水面目標(biāo)的拍攝模塊，該驅(qū)動(dòng)電路連接至核心控制模塊以接受智能手機(jī)的控制。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，智能手機(jī)具有wifi模塊以及gps模塊。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，核心控制模塊為stm32f103芯片。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置安裝的水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器包括氨氮傳感器以及溶解氧傳感器。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，氨氮傳感器的信號(hào)調(diào)理電路包括tl081芯片、ina826芯片以及ref3318芯片；

tl081芯片的第2引腳與第6引腳之間通過(guò)0ω電阻連接，第3引腳連接氨氮傳感器以傳遞氨氮傳感器采集的信號(hào)；tl081芯片的第6引腳接ina826芯片的第4引腳，ina826芯片的第2引腳與第3引腳連接有用于設(shè)置ina826芯片放大倍數(shù)的電阻，第7引腳與核心控制模塊的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入引腳連接，第6引腳連接至ref3318芯片的第3引腳；ref3318芯片的第2引腳連接直流電壓端子。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，tl081芯片的第1引腳、第5引腳和第8引腳懸空，第4引腳接接-5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容接地，第7引腳接+5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容接地；ina826芯片的第1、第5引腳接地，第2引腳與第3引腳之間的電阻大小為49.9kω，第6引腳接通過(guò)10uf無(wú)極性電容接地，所述ina826芯片的第8引腳接電源+3v，并通過(guò)0.1uf電容接地；所述ref3318芯片的第1引腳接地，第2引腳接+5v電源，第1引腳和第2引腳之間通過(guò)10uf無(wú)極性電容連接。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，溶解氧傳感器的信號(hào)調(diào)理電路包括tl081芯片、ina826芯片以及ref3318芯片；

tl081芯片的第2引腳與第6引腳之間通過(guò)0ω電阻連接，第3引腳連接氨氮傳感器以傳遞氨氮傳感器采集的信號(hào)；tl081芯片的第6引腳接ina826芯片的第4引腳，ina826芯片的第2引腳與第3引腳連接有用于設(shè)置ina826芯片放大倍數(shù)的電阻，第7引腳與核心控制模塊的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入引腳連接，第6引腳連接至ref3318芯片的第3引腳；ref3318芯片的第2引腳連接直流電壓端子。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，tl081芯片的第1引腳、第5引腳和第8引腳懸空，第4引腳接接-5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容接地，第7引腳接+5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容接地；ina826芯片的第1、第5引腳接地，第2引腳與第3引腳之間的電阻大小為1.5kω，第6引腳接通過(guò)10uf無(wú)極性電容接地，所述ina826芯片的第8引腳接電源vdd+3v，并通過(guò)0.1uf電容接地；ref3318芯片的第1引腳接地，第2引腳接+5v電源，第1引腳和第2引腳之間通過(guò)10uf無(wú)極性電容連接。

進(jìn)一步的，在本發(fā)明的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，驅(qū)動(dòng)電路具有l(wèi)298n芯片，l298n芯片的ena、enb引腳分別連接核心控制模塊以接入使能信號(hào)，in1至in4引腳分別連接核心控制模塊以獲取控制信號(hào)，gnd、isena及isenb引腳接地，vss引腳接+5v電壓，vs引腳接電源正電壓，驅(qū)動(dòng)電路的第一至四輸出端分別連接第一至第四二極管的陽(yáng)極，并分別連接第九至第十二二極管的陰極，驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端與第二輸出端之間以及第三輸出端與第四輸出端之間均依次串聯(lián)有限流電阻以及反向并聯(lián)的兩個(gè)發(fā)光二極管，第一至第四二極管的陰極均連接至所述電源正電壓，第九至第十二二極管的陽(yáng)極均接地。

實(shí)施本發(fā)明的基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置，通過(guò)智能手機(jī)實(shí)現(xiàn)其功能，充分體現(xiàn)了電路的高集成和功能的多樣化，且整體硬件電路簡(jiǎn)單、成本低廉、便于制造實(shí)施，特別是在監(jiān)測(cè)區(qū)域需要大規(guī)模地部署無(wú)線(xiàn)傳感器網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)的場(chǎng)合。氨氮傳感器以及溶解氧傳感器都是工業(yè)用傳感器，對(duì)于大面積水域的水質(zhì)監(jiān)測(cè)，提高了監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性和監(jiān)測(cè)的可靠性，相較于普通的傳感器數(shù)據(jù)更加穩(wěn)定，在惡劣環(huán)境中，傳感器也更加實(shí)用，使用壽命跟周期更長(zhǎng)；stm32f103芯片價(jià)格低廉，易于大范圍鋪開(kāi)使用信號(hào)調(diào)理電路利用了集成芯片tl081芯片、ina826芯片以及ref3318芯片，再依據(jù)相應(yīng)的傳感器的信號(hào)進(jìn)行外部電路設(shè)計(jì)，將信號(hào)進(jìn)行放大、穩(wěn)壓等處理，信號(hào)調(diào)理電路處理性能穩(wěn)定、高效且集成度高。

附圖說(shuō)明

下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中：

圖1是本發(fā)明的基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的圖1中氨氮傳感器的信號(hào)調(diào)理電路的一優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖；

圖3是本發(fā)明的圖1中溶解氧傳感器的信號(hào)調(diào)理電路的一優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖；

圖4是本發(fā)明的圖1中驅(qū)動(dòng)電路的一優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。

具體實(shí)施方式

為了對(duì)本發(fā)明的技術(shù)特征、目的和效果有更加清楚的理解，現(xiàn)對(duì)照附圖詳細(xì)說(shuō)明本發(fā)明的具體實(shí)施方式。

如圖1所示，其為本發(fā)明的基于智能手機(jī)的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置的一優(yōu)選實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。在本實(shí)施例的水環(huán)境監(jiān)測(cè)裝置中，包括智能手機(jī)1、核心控制模塊2以及至兩組水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元3、4以及驅(qū)動(dòng)電路5。第一組水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元3包括水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器和第一信號(hào)調(diào)理電路32，在本實(shí)施例中，該水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器為氨氮傳感器31，第一信號(hào)調(diào)理電路32與氨氮傳感器31連接；第二組水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元4包括另一水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器和第二信號(hào)調(diào)理電路32，在本實(shí)施例中，該另一不同類(lèi)型的水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器為溶解氧傳感器41，第二信號(hào)調(diào)理電路42與溶解氧傳感器41連接。核心控制模塊2通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)15通信連接至智能手機(jī)1，并分別與各信號(hào)調(diào)理電路32、42以及驅(qū)動(dòng)電路5連接。智能手機(jī)1具有wifi模塊11、gps模塊12、usb接口13以及用于拍攝水面目標(biāo)(如水面漂浮物)的拍攝模塊14。

在本實(shí)施例中，核心控制模塊2采用stm32f103芯片實(shí)現(xiàn)，智能手機(jī)1為android系統(tǒng)的手機(jī)，智能手機(jī)1的usb接口13通過(guò)數(shù)據(jù)線(xiàn)與核心控制模塊2連接，并使用android系統(tǒng)的cdc類(lèi)來(lái)完成android系統(tǒng)與stm32f103芯片之間的usb通信。在本發(fā)明中，通過(guò)給cdc類(lèi)添加一個(gè)數(shù)據(jù)接口類(lèi)，并且為數(shù)據(jù)接口類(lèi)添加一對(duì)批量傳輸模式bulktransfer的輸入端點(diǎn)和輸出端點(diǎn)就能夠完成智能手機(jī)1與stm32f103芯片之間的收據(jù)收發(fā)。在其他實(shí)施例中，若需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行復(fù)雜的管理和控制，那么還可以再為cdc類(lèi)設(shè)備添加一個(gè)通信接口類(lèi)。通信步驟為：

(1)枚舉掛接到系統(tǒng)上的usb設(shè)備；

(2)根據(jù)廠(chǎng)商id(vendor-id)和產(chǎn)品id(product-id)過(guò)濾，得到對(duì)應(yīng)usb設(shè)備；

(3)請(qǐng)求用戶(hù)授予usb設(shè)備的訪(fǎng)問(wèn)權(quán)限；

(4)使usbmanager.opendevic方法打開(kāi)設(shè)備；

(5)使用usbdevice.getinterface方法獲取接口，并進(jìn)行配置；

(6)使用usbinterface.getendpoint方法打開(kāi)通信端點(diǎn)；

(7)使用usbdeviceconnection.bulktransfer方法與stm32f103進(jìn)行通信；

(8)使用完畢，關(guān)閉usb通信。

智能手機(jī)1通過(guò)拍攝模塊14(如手機(jī)攝像頭)進(jìn)行實(shí)時(shí)圖像采集，調(diào)用系統(tǒng)相機(jī)進(jìn)行實(shí)時(shí)拍攝儲(chǔ)存，通過(guò)調(diào)用jni協(xié)議，進(jìn)行opencv圖像處理代碼移植，在android系統(tǒng)進(jìn)行圖像的處理和跟蹤，通過(guò)gps模塊12進(jìn)行采集位置的定位，通過(guò)wifi模塊11可以將通過(guò)水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元3得到的氨氮含量、通過(guò)水環(huán)境數(shù)據(jù)獲取單元4得到的溶解氧含量、通過(guò)拍攝模塊14拍攝的水面目標(biāo)圖像、通過(guò)gps模塊定位的采集位置等數(shù)據(jù)傳輸給外部設(shè)備。通過(guò)拍攝模塊14對(duì)水面目標(biāo)進(jìn)行視覺(jué)感知，通過(guò)圖像處理與分析，智能手機(jī)1產(chǎn)生控制指令給stm32f103芯片，stm32f103芯片控制驅(qū)動(dòng)電路5驅(qū)動(dòng)船體調(diào)整位置，對(duì)水面目標(biāo)進(jìn)行實(shí)時(shí)檢測(cè)和顯著性區(qū)域識(shí)別。顯著性區(qū)域識(shí)別在本實(shí)施例中是指，當(dāng)拍攝模塊14拍攝到的水面目標(biāo)后，識(shí)別該水面目標(biāo)的圖像在所拍攝的圖像中的位置，當(dāng)該水面目標(biāo)的圖像在所拍攝的圖像的邊緣時(shí)，智能手機(jī)1產(chǎn)生控制指令調(diào)整船體的位置，使得該水面目標(biāo)的圖像向所拍攝的圖像的中心區(qū)域靠攏。

同時(shí)，各水質(zhì)監(jiān)測(cè)傳感器采集的數(shù)據(jù)經(jīng)對(duì)應(yīng)的信號(hào)調(diào)理電路進(jìn)行調(diào)理，并由stm32f103芯片進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后傳輸回智能手機(jī)1，智能手機(jī)1通過(guò)定制app進(jìn)行數(shù)據(jù)的顯示和記錄，或者由wifi模塊11傳送至外部設(shè)備。

參考圖2，其為本發(fā)明的圖1中氨氮傳感器31的信號(hào)調(diào)理電路的一優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。氨氮傳感器31的信號(hào)調(diào)理電路——第一信號(hào)調(diào)理電路32單元包括tl081芯片u10、ina826芯片u9以及ref3318芯片jp3，其中，tl081芯片u10的第1引腳、第5引腳和第8引腳懸空，第2引腳與第6引腳之間通過(guò)0ω電阻r34連接，tl081芯片u10的第3引腳作為電壓輸入端vin用于接氨氮傳感單元的傳感器探頭，第4引腳接接-5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容c60接地，第7引腳接+5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容c59接地；tl081芯片u10的第6引腳接ina826芯片u9的第4引腳，ina826芯片u9的第1、第5引腳接地，第2引腳與第3引腳通過(guò)49.9kω的電阻r32連接，第6引腳接ref3318芯片jp3的第3引腳并通過(guò)電容c19接地，ina826芯片u9的第7引腳作為電壓輸出端，用于與核心控制單元的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入引腳連接，ina826芯片u9的第8引腳接電源vdd+3v，并通過(guò)0.1uf電容c18接地；ref3318芯片jp3的第1引腳接地，第2引腳接+5v電源，第1引腳和第2引腳之間通過(guò)電容c17連接，電容c17和電容c19均為10uf無(wú)極性電容。

溶解氧傳感器41的信號(hào)調(diào)理電路——第二信號(hào)調(diào)理電路42包括tl081芯片u7、ina826芯片u8以及ref3318芯片jp2，其中，tl081芯片u7的第1引腳、第5引腳和第8引腳懸空，第2引腳與第6引腳之間通過(guò)0ω電阻r30連接，tl081芯片u7的第3引腳作為電壓輸入端vin用于接溶解氧傳感單元的傳感器探頭，第4引腳接接-5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容c62接地，第7引腳接+5v電源并通過(guò)0.1uf瓷片電容c61接地；tl081芯片u7的第6引腳接ina826芯片u8的第4引腳，ina826芯片u8的第1、第5引腳接地，第2引腳與第3引腳通過(guò)1.5kω的電阻r29連接，第6引腳接ref3318芯片jp2的第3引腳并通過(guò)電容c16接地，ina826芯片u8的第7引腳作為電壓輸出端，用于與核心控制單元的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器輸入引腳連接，ina826芯片u8的第8引腳接電源vdd+3v，并通過(guò)0.1uf電容c14接地；ref3318芯片jp2的第1引腳接地，第2引腳接vdd+5v電源，第1引腳和第2引腳之間通過(guò)電容c15連接，電容c15和電容c16均為10uf無(wú)極性電容。

上述第一調(diào)理電路32以及第二調(diào)理電路42中，tl081芯片的第2引腳與第6引腳之間通過(guò)0ω電阻連接而非直接短接，是因?yàn)?歐電阻具有較窄的電流通路，能有效的限制環(huán)路電流，抑制噪聲，雖然tl081芯片在此處的放大倍數(shù)為1，但由于具有很大的輸入阻抗，能夠有效提高tl081芯片接收到的輸入信號(hào)的信噪比；ina826芯片的第2引腳與第3引腳之間的大小決定ina826芯片部分的放大倍數(shù)，ref3318芯片部分則是給ina826的ref引腳提供一個(gè)基準(zhǔn)的偏置電壓。

圖4是本發(fā)明的圖1中驅(qū)動(dòng)電路的一優(yōu)選實(shí)施例的電路原理圖。驅(qū)動(dòng)電路的l298n芯片的ena、enb分別連接從stm32f103芯片第6、8引腳從而接入使能信號(hào)，in1至in4引腳分別連接stm32f103芯片的5、7、10、12引腳以獲取控制信號(hào)，gnd、isena及isenb引腳接地，vss引腳接+5v電壓，vs引腳接電源正電壓vcc，驅(qū)動(dòng)電路的第一至四輸出端out1至out4引腳分別連接第一至第四二極管d1至d4的陽(yáng)極，并同時(shí)分別連接第九至第十二二極管d9至d12的陰極，驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端與第二輸出端之間以及第三輸出端與第四輸出端之間均依次串聯(lián)有20k的限流電阻r1、r2以及反向并聯(lián)的兩個(gè)發(fā)光二極管d5、d6以及d7、d8，這些發(fā)光二極管用來(lái)對(duì)驅(qū)動(dòng)電路的各輸出端是否有輸出進(jìn)行指示。其中，控制信號(hào)可調(diào)節(jié)驅(qū)動(dòng)電路的第一輸出端與第二輸出端的輸出大小，第一至第四二極管d1至d4的陰極均連接至電源正電壓vcc，第九至第十二二極管d9至d12的陽(yáng)極均接地，p2和p3為接插件。

上面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了描述，但是本發(fā)明并不局限于上述的具體實(shí)施方式，上述的具體實(shí)施方式僅僅是示意性的，而不是限制性的，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員在本發(fā)明的啟示下，在不脫離本發(fā)明宗旨和權(quán)利要求所保護(hù)的范圍情況下，還可做出很多形式，這些均屬于本發(fā)明的保護(hù)之內(nèi)。