水质检测无线传感与显示节点制造技术

本发明专利技术涉及一种水质检测无线传感与显示节点，包括通过无线信号相连的水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点。水质检测无线传感节点包括浮板及设于其上的安装盒和安装支架，安装盒上安装有太阳能电池，安装盒内安装有控制电路，安装支架上安装有下部被网罩罩住的水质传感器和清洗电刷，网罩底部设有超声清洗换能器。安装盒内的控制电路包括SOC片上系统、RS485接口电路及水质传感器、清洗电刷、超声清洗各模块电源控制电路及第一、第二电流测量电路。本发明专利技术中检测、清洗、显示模块的工作电源可控、工作电流可测，既降低功耗，又便于及时维修和维护。本发明专利技术既能独立工作，又能作为节点接入无线网络组网工作，实现水质检测的远程监控。

【技术实现步骤摘要】
水质检测无线传感与显示节点
本专利技术涉及一种水质检测系统，尤其涉及一种可用于水生态环境监测系统、可接入无线传感网络(物联网)的水质检测无线传感与显示节点。
技术介绍
随着生态文明建设大力开展，一方面，水体、空气、土壤的生态修复工程也在日益增加，另一方面随着物联网及大数据技术的发展与应用推广，环境监测物联网也在朝无线传感器节点化发展，以满足多节点、多要素(如空气质量、水体质量、土壤质量、植被生长状况等)的组网监测需求。然而，目前监测系统，如水质检测系统，大多以独立工作系统为主，无法以传感节点形式接入到环境监测网络中，无法实现远程监测，而一些可无线传输的水质检测系统往往以“MCU微控制器+无线传输模块”方案设计，存在结构复杂、实现及维护不便、成本高、功耗高等问题。
技术实现思路
本专利技术为了解决上述技术问题，提供一种水质检测无线传感与显示节点，其不仅可以独立工作，尤其可以以传感以及显示节点的方式接入Zigbee、蓝牙等无线网络中组网工作，而且超声清洗换能器、清洗电刷及水质传感器通过相关参数的检测，实现工作状态的远程监控，便于维修和维护，通过LED点阵屏无线显示节点可公开监测点水质等环境信息，接受公众监督。本专利技术结构简单、实现及维护方便，降低成本，也降低功耗。本专利技术的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：本专利技术包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连；水质检测无线传感节点包括浮板，浮板上设有安装盒和安装支架，安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的外围设有用于安装太阳能电池的支架，太阳能电池位于安装盒的上方，安装支架上安装有伸向浮板下方的若干水质传感器和清洗电刷，安装支架上罩有防雨防晒盖板，浮板的背面设有一个罩住水质传感器和清洗电刷的网罩，网罩的底部设有一个超声清洗换能器，浮板背面的相对两侧各设有一个支承架，浮板的四角各有一个定位孔。定位孔用于安装绳索或锚链。浮板可由不锈钢型材与泡沫材料(聚氨酯或聚氯乙烯等材料)构成。浮板采用四角定位，通过绳索或锚链和水体中事先打好的四个定位桩固定，保持南北方向不变。太阳能电池一般有一定倾角，倾角根据安装地的纬度确定。当采用锚链固定，南北方向无法固定时，太阳能电池呈水平安装。安装盒采用密封结构，里面安装蓄电池和线路板，连接电缆采用防水接头固定，线路板作防水处理。防雨防晒盖板采用可翻开结构，方便水质传感器现场校准维修时进行安装与拆卸。网罩主要用于防止杂物损坏水质传感器，同时便于安装超声清洗换能器。支承架的高度大于网罩的高度，方便水质检测无线传感节点在水岸(水质传感器进行现场校准时)或其它离水场合的放置。水质传感器采用清洗电刷与超声清洗换能器组合清洗方式。清洗电刷用于水质传感器的清洗，而超声清洗换能器可以对水质传感器及清洗电刷(如毛刷上的脏物)进行更全面的清洗。清洗电刷与超声清洗换能器采用间歇式工作方式，间歇时间的长短根据光伏电源中太阳能电池及蓄电池的能量确定，能量不足时，先延长所需能量较大的超声清洗换能器的停止工作时间。能量的大小，根据太阳能电池的端电压及输出电流及蓄电池电压确定。水质检测无线传感节点构成前端检测装置，LED点阵屏无线显示节点构成后端显示装置，两者进行无线通讯，实现水质检测中获得的各参数通过LED点阵屏进行显示。作为优选，所述的安装支架呈圆形，所述的清洗电刷安装在安装支架的圆心处，清洗电刷的刷柄垂直向下，清洗电刷的刷头和刷柄垂直并且刷头上的刷毛朝上，多个水质传感器垂直朝下并且沿清洗电刷的刷头运行的圆弧轨迹均布。确保各个水质传感器都能被清洗电刷刷到，用一个清洗电刷就能实现对所有水质传感器的清洗，既提高效率，又节约成本。作为优选，所述的水质检测无线传感节点控制电路包括SOC片上系统、存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路、第二电流测量电路和由太阳能电池供电的电源电路，存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路及第二电流测量电路分别和SOC片上系统相连。水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路分别构成水质传感器、清洗电刷、超声清洗的工作电源开关控制电路，一方面可实现水质传感器、清洗电刷、超声清洗的间歇式工作方式，以降低功耗，另一方面使三部份可实现分时工作。如水质传感器工作前，超声清洗换能器及清洗电刷先上电进行清洗工作，清洗后下电停止工作，接着水质传感器再上电工作，避免超声清洗及清洗电刷工作时对水质检测及其它参数检测造成干扰。第一电流测量电路检测水质传感器及清洗电刷的工作电流，第二电流测量电路检测超声清洗的工作电流。通过对各模块工作电流大小的检测，可判断各模块是否正常工作，尤其是超声清洗及清洗电刷是否正常工作。存储器电路主要用于储存水质参数、光伏电源的充放电参数及超声清洗、清洗电刷、水质传感器工作电流等历史数据，以防止无线网络不正常时，相关数据的丢失。作为优选，所述的水质传感器电源控制电路包括MOS管Q53和三极管Q54，所述的清洗电刷电源控制电路包括MOS管Q51和三极管Q52，所述的第一电流测量电路包括电阻R59和电流检测芯片U51，电流检测芯片U51采用MAX4173芯片；所述的水质传感器包括四个电流型水质传感器和多个RS485总线型水质传感器；三极管Q54的基极经电阻R515和所述的SOC片上系统的输出端DD端相连，三极管Q54的发射极接地，三极管Q54的集电极经电阻R514和MOS管Q53的栅极相连，MOS管Q53的栅极和源极之间连接有电阻R513，MOS管Q53的源极既经电阻R59和电压VBout相连又经电容C56接地，MOS管Q53的漏极和自恢复保险丝F52的一端相连，自恢复保险丝F52的另一端和水质传感器的电源输入端VCC_W相连，RS485总线型水质传感器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连，电流型水质传感器输出的电流信号分别和所述的SOC片上系统的输入端相连；三极管Q52的基极经电阻R512和所述的SOC片上系统的输出端DC端相连，三极管Q52的发射极接地，三极管Q52的集电极经电阻R511和MOS管Q51的栅极相连，MOS管Q51的栅极和源极之间连接有电阻R510，MOS管Q51的源极和MOS管Q53的源极相连，MOS管Q51的源极经电容C55接地，MOS管Q51的漏极和自恢复保险丝F51的一端相连，自恢复保险丝F51的另一端和清洗电刷的电源输入端VCC_C相连；电流检测芯片U51的3脚既接+3.3V电压又经电容C57接地，电流检测芯片U51的1脚及2脚接地，电流检测芯片U51的4脚、5脚分别和电阻R59的两端相连，电流检测芯片U51的6脚和所述的SOC片上系统的输入端AD0端相连。采用RS485总线型水质传感器，可接入的水质传感器数量可达数十个，采用4-20mA输出的电流型水质传感器，最多可接入的数量为四个。电阻R59为电流取样电阻，用于对清洗电刷及水质传感器的工作电流进行采集，与电流检测芯片U51一起构成电流测量电路。三极管Q52的基极、三极管Q54本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种水质检测无线传感与显示节点，其特征在于包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连；水质检测无线传感节点包括浮板，浮板上设有安装盒和安装支架，安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的外围设有用于安装太阳能电池的支架，太阳能电池位于安装盒的上方，安装支架上安装有伸向浮板下方的若干水质传感器和清洗电刷，安装支架上罩有防雨防晒盖板，浮板的背面设有一个罩住水质传感器和清洗电刷的网罩，网罩的底部设有一个超声清洗换能器，浮板背面的相对两侧各设有一个支承架，浮板的四角各有一个定位孔。

【技术特征摘要】
1.一种水质检测无线传感与显示节点，其特征在于包括水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点，水质检测无线传感节点和LED点阵屏无线显示节点通过无线信号相连；水质检测无线传感节点包括浮板，浮板上设有安装盒和安装支架，安装盒内安装有蓄电池和水质检测无线传感节点控制电路，安装盒的外围设有用于安装太阳能电池的支架，太阳能电池位于安装盒的上方，安装支架上安装有伸向浮板下方的若干水质传感器和清洗电刷，安装支架上罩有防雨防晒盖板，浮板的背面设有一个罩住水质传感器和清洗电刷的网罩，网罩的底部设有一个超声清洗换能器，浮板背面的相对两侧各设有一个支承架，浮板的四角各有一个定位孔。2.根据权利要求1所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的安装支架呈圆形，所述的清洗电刷安装在安装支架的圆心处，清洗电刷的刷柄垂直向下，清洗电刷的刷头和刷柄垂直并且刷头上的刷毛朝上，多个水质传感器垂直朝下并且沿清洗电刷的刷头运行的圆弧轨迹均布。3.根据权利要求1所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的水质检测无线传感节点控制电路包括SOC片上系统、存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路、第二电流测量电路和由太阳能电池供电的电源电路，存储器电路、RS485接口电路、水质传感器电源控制电路、清洗电刷电源控制电路、超声清洗电源控制电路、第一电流测量电路及第二电流测量电路分别和SOC片上系统相连。4.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的水质传感器电源控制电路包括MOS管Q53和三极管Q54，所述的清洗电刷电源控制电路包括MOS管Q51和三极管Q52，所述的第一电流测量电路包括电阻R59和电流检测芯片U51，电流检测芯片U51采用MAX4173芯片；所述的水质传感器包括四个电流型水质传感器和多个RS485总线型水质传感器；三极管Q54的基极经电阻R515和所述的SOC片上系统的输出端DD端相连，三极管Q54的发射极接地，三极管Q54的集电极经电阻R514和MOS管Q53的栅极相连，MOS管Q53的栅极和源极之间连接有电阻R513，MOS管Q53的源极既经电阻R59和电压VBout相连又经电容C56接地，MOS管Q53的漏极和自恢复保险丝F52的一端相连，自恢复保险丝F52的另一端和水质传感器的电源输入端VCC_W相连，RS485总线型水质传感器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连，电流型水质传感器输出的电流信号分别和所述的SOC片上系统的输入端相连；三极管Q52的基极经电阻R512和所述的SOC片上系统的输出端DC端相连，三极管Q52的发射极接地，三极管Q52的集电极经电阻R511和MOS管Q51的栅极相连，MOS管Q51的栅极和源极之间连接有电阻R510，MOS管Q51的源极和MOS管Q53的源极相连，MOS管Q51的源极经电容C55接地，MOS管Q51的漏极和自恢复保险丝F51的一端相连，自恢复保险丝F51的另一端和清洗电刷的电源输入端VCC_C相连；电流检测芯片U51的3脚既接+3.3V电压又经电容C57接地，电流检测芯片U51的1脚及2脚接地，电流检测芯片U51的4脚、5脚分别和电阻R59的两端相连，电流检测芯片U51的6脚和所述的SOC片上系统的输入端ADO端相连。5.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的超声清洗电源控制电路包括MOS管Q61和三极管Q62，所述的第二电流测量电路包括电阻R61和电流检测芯片U61，电流检测芯片U61采用MAX4173芯片；三极管Q62的基极经电阻R64和所述的SOC片上系统的输出端DE端相连，三极管Q62的发射极接地，三极管Q62的集电极经电阻R63和MOS管Q61的栅极相连，MOS管Q61的栅极和源极之间连接有电阻R62，MOS管Q61的源极经电阻R61和电压VBout相连，MOS管Q61的源极经电容C61接地，MOS管Q61的漏极和自恢复保险丝F61的一端相连，自恢复保险丝F61的另一端和超声清洗换能器的电源输入端VCC_U相连；电流检测芯片U61的3脚既接+3.3V电压又经电容C62接地，电流检测芯片U61的1脚及2脚接地，电流检测芯片U61的4脚、5脚分别和电阻R61的两端相连，电流检测芯片U61的6脚和所述的SOC片上系统的输入端AD1端相连。6.根据权利要求3所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的太阳能电池经光伏充放电控制器和所述的蓄电池相连，光伏充放电控制器通过RS485总线和所述的RS485接口电路相连。7.根据权利要求3或4或5所述的水质检测无线传感与显示节点，其特征在于所述的SOC片上系统为Zigbee片上系统U81，Zigbee片上系统U81采用CC2530芯片；Zigbee片上系统U81的1脚～4脚均接地，Zigbee片上系统U81的10脚既接电压VDD又经电容C812接地，Zigbee片上系统U81的21脚既接电压VDD又经电容C810接地，Zigbee片上系统U81的22脚、23分别经电容C88、电容C89接地，且Zigbee片上系统U81的22脚和23脚之间连接有晶振Y81，Zigbee片上系统U81的20脚既经电阻R82接电压VDD又经电容C811接地，Zigbee片上系统U81的24脚既接电压VDD又经电容C87接地，Zigbee片上系统U81的27脚、28脚及29脚均接电压VDD，Zigbee片上系统U81的29脚经电容C85和电容C86的并联电路接地，Zigbee片上系统U81的30脚经电阻R81接地，Zigbe...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少伟，
申请(专利权)人：浙江水利水电学院，
类型：发明
国别省市：浙江,33