一种高精度水质PH实时监测系统技术方案

本实用新型专利技术公开了一种高精度水质PH实时监测系统，包括采集模块、信号处理模块、显示器模块、供电模块和无线传输模块，所述采集模块包括PH监测与放大模块和温度传感器，所述PH监测与放大模块包括PH电极输出模块和PH放大标定模块，所述PH放大标定模块包括同相放大器和电压跟随器；所述信号处理模块包括具备ADC模块的微控制单元MCU；所述无线传输模块包括RS485通讯模块、数据传输单元DTU和云平台。本实用新型专利技术的监测系统实现水质PH实时自动监测，具有自动标定和温度补偿功能，自动标定采用硬件标定的方式提高标定效率，且提高PH监测的精度。度。度。

【技术实现步骤摘要】
一种高精度水质PH实时监测系统


[0001]本技术涉及水质监测
，尤其涉及一种高精度水质PH实时监测系统。

技术介绍

[0002]目前传统的水质监测技术手段只能提供人工的针对水质PH进行定期的监测、读数操作，必须依靠人工进行，耗费大量人力资源，不能实时的针对水质健康进行监测，或者监测精度有待提高，因此亟需高精度水质PH实时监测系统。

技术实现思路

[0003](一)要解决的技术问题
[0004]基于上述问题，本技术提供一种高精度水质PH实时监测系统，解决水质PH不能实时自动监测，或监测精度有待提高的问题，实现水质PH实时自动监测，具有自动标定和温度补偿功能，自动标定采用硬件标定的方式提高标定效率，且提高PH监测的精度。
[0005](二)技术方案
[0006]基于上述的技术问题，本技术提供一种高精度水质PH实时监测系统，包括采集模块、信号处理模块、显示器模块、供电模块和无线传输模块，所述采集模块包括PH监测与放大模块和温度传感器，所述PH监测与放大模块包括PH电极输出模块和PH放大标定模块，所述PH放大标定模块包括同相放大器和电压跟随器；所述信号处理模块包括具备ADC模块的微控制单元MCU；所述无线传输模块包括RS485通讯模块、数据传输单元DTU和云平台；
[0007]所述同相放大器连接PH电极输出模块的正极，所述电压跟随器连接PH电极输出模块的负极，同相放大器连接所述ADC模块，温度传感器连接所述ADC模块，所述MCU分别连接显示器模块和RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接DTU，所述DTU连接云平台，所述供电模块分别转换后连接所述RS485通讯模块的模拟区、RS485通讯模块的数字区、MCU、电压跟随器、同相放大器和显示器模块。
[0008]进一步的，所述PH监测与放大模块还包括隔离运放模块，所述同相放大器经隔离运放模块后连接所述ADC模块。
[0009]进一步的，所述MCU还具有FLASH模块，所述FLASH模块与所述ADC模块、MCU均连接，用于存储PH值数据以及进行PH值数据的SPI交互传输。
[0010]进一步的，所述供电模块包括电池或外接电源、通过所述电池或外接电源转换得到的降压电源芯片、LDO2模块、LDO1模块和稳压源，所述降压电源芯片连接RS485模块的模拟区，所述LDO2模块连接MCU、显示器模块和RS485模块的数字区，所述LDO1模块连接同相放大器，所述稳压源连接电压跟随器。
[0011]进一步的，所述电池或外接电源连接所述降压电源芯片和LDO1模块，所述LDO1模块连接稳压源，所述降压电源芯片和LDO2模块通过DCDC隔离模块连接，所述DCDC隔离模块用于RS485模块模拟区和数字区的隔离。
[0012]进一步的，所述电池或外接电源提供12V电压，所述降压电源芯片的型号为
LX1509
‑
5.0V，降压转换为5V电压，所述LDO1模块的型号为AMS1117
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5.0V，降压转换为5V电压，LDO2模块的型号为AMS1117
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3.3V，降压转换为3.3V电压，所述稳压源的型号为TL431，降压转换为2.5V电压，所述DCDC隔离模块的型号为B0505S。
[0013]进一步的，所述RS485通讯模块的型号为ISO3082DWR，所述MCU的型号为stm32f103RD，提供3个12位采样精度的ADC模块，所述显示器模块为OLED显示器，所述同相放大器和电压跟随器为同一放大器的不同部分，所述同一放大器的型号为TLC4502。
[0014]进一步的，所述温度传感器的型号为DS18B20，所述隔离运放模块的型号为HCPL
‑
7840。
[0015]进一步的，所述RS485通讯模块的RE和DE两个使能引脚均连接保护电阻，所述RS485通讯模块的RE和DE两个使能引脚均外部连接一个MOS开关管的漏极，所述MOS开关管的源极接地，所述MOS开关管的栅极为发送数据的引脚TXD连接MCU，所述RS485通讯模块的R引脚为接收数据的引脚RXD连接MCU。
[0016]进一步的，所述同一放大器的同相输入端一连接所述PH电极输出模块的正极PH+，反向输入端一连接电阻R11的一端，电阻R11的另一端接地，输出端一通过电阻R10连接所述电阻R11的一端，输出端一连接电阻R8的一端，电阻R8的另一端连接电阻R9的一端和电容C30的一端，电阻R9的另一端和电容C30的另一端接地，正电源端连接所述LD01和电容C29的一端，电容C29的另一端接地，负电源端接地，正向输入端二连接电位器RP1的中间引脚和负极、电阻R7的一端和电容C31的一端，电阻R7的另一端和电容C31的另一端接地，电位器RP1的正极连接所述稳压源，反向输入端二和输出端二均连接所述PH电极输出模块的负极PH
‑
。
[0017](三)有益效果
[0018]本技术的上述技术方案具有如下优点：
[0019](1)本技术公开的系统能实现水质PH的实时监测，能监测温度以便进行温度补偿，且通过同相放大器和电压跟随器，采用硬件的方式实现针对监测的PH电压信号进行标定，无需编程标定算法，减轻程序运算工作量，有利于提高监测效率；
[0020](2)本技术的MCU中的ADC模块为12位采样精度，内部VREF参考电压值3.3V情况下，理想情况下最多达到0.805mV的识别精度，输入信号最大3.3V其转换精度大约为0.02FS％，其换算成PH精度为0.003416的精度，因此，本技术的采样精度较高，且隔离运放模块外部输出引脚串联了一个反向稳压二极管其外部进行了3.3V供电以及DGND连接，从而保证隔离运放模块的输出电压永远在0
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3.3V的输出，保证其不超过ADC模块的参考电压，进一步保证了PH值的采样精度；
[0021](3)本技术的RS485通讯模块的数字区在RE#和DE两个使能引脚通过保护电阻连接，实现输入和输出过程的错开工作，有利于保证通讯精度；且DCDC隔离模块实现RS485通讯模块的模拟区和数字区的隔离，从而使得RS485信号的干扰可能性降低，进一步保证通讯精度；
[0022](4)本技术的监测系统采用了一个特殊的RS485通讯模块的工作机制，巧妙运用了MOS管的开关特性，实现只需要控制MOS管的高低电平实现数据的上传，以及该系统以上电能自动精选数据的接收，使得本监测系统更加结构简单。
附图说明
[0023]通过参考附图会更加清楚的理解本技术的特征和优点，附图是示意性的而不应理解为对本技术进行任何限制，在附图中：
[0024]图1为本技术实施例高精度水质PH实时监测系统的结构示意图；
[0025]图2为本技术实施例的PH放大标定模块的连接示意图；
[0026]图3为本技术实施例的PH电极测量的连接示意图；本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，包括采集模块、信号处理模块、显示器模块、供电模块和无线传输模块，所述采集模块包括PH监测与放大模块和温度传感器，所述PH监测与放大模块包括PH电极输出模块和PH放大标定模块，所述PH放大标定模块包括同相放大器和电压跟随器；所述信号处理模块包括具备ADC模块的微控制单元MCU；所述无线传输模块包括RS485通讯模块、数据传输单元DTU和云平台；所述同相放大器连接PH电极输出模块的正极，所述电压跟随器连接PH电极输出模块的负极，同相放大器连接所述ADC模块，温度传感器连接所述ADC模块，所述MCU分别连接显示器模块和RS485通讯模块，所述RS485通讯模块连接DTU，所述DTU连接云平台，所述供电模块分别转换后连接所述RS485通讯模块的模拟区、RS485通讯模块的数字区、MCU、电压跟随器、同相放大器和显示器模块。2.根据权利要求1所述的高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，所述PH监测与放大模块还包括隔离运放模块，所述同相放大器经隔离运放模块后连接所述ADC模块。3.根据权利要求1所述的高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，所述MCU还具有FLASH模块，所述FLASH模块与所述ADC模块、MCU均连接，用于存储PH值数据以及进行PH值数据的SPI交互传输。4.根据权利要求1所述的高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，所述供电模块包括电池或外接电源、通过所述电池或外接电源转换得到的降压电源芯片、LDO2模块、LDO1模块和稳压源，所述降压电源芯片连接RS485模块的模拟区，所述LDO2模块连接MCU、显示器模块和RS485模块的数字区，所述LDO1模块连接同相放大器，所述稳压源连接电压跟随器。5.根据权利要求4所述的高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，所述电池或外接电源连接所述降压电源芯片和LDO1模块，所述LDO1模块连接稳压源，所述降压电源芯片和LDO2模块通过DCDC隔离模块连接，所述DCDC隔离模块用于RS485模块模拟区和数字区的隔离。6.根据权利要求5所述的高精度水质PH实时监测系统，其特征在于，所述电池或外接电源提供12V电压，所述降压电源芯片的型号为LX1509
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【专利技术属性】
技术研发人员：童志峰，刘懿辉，徐艳召，杨振，苏平，尹堃，
申请(专利权)人：中大智能科技股份有限公司，
类型：新型
国别省市：