一种污泥实时监测装置的制作方法

本实用新型属于监测领域，具体涉及一种污泥实时监测装置。

背景技术：

目前淤泥泥位监测装置主要以超声波方式进行测量其中有以下一些不足有：1.当水面有漂有活性泥或者有其他杂质阻挡会导致测量结果出现较大误差。2.当夏季绿藻快速生长时，绿藻会附着在传感器上，导致无法测量。3.传统的超声波传感器无法通过APP远程实时查看，同时也无法显示统计池中泥位的历史变化情况。此次申请的污泥实时监测装置专利，通过光电原理以及物联网技术克服了以上所有问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种污泥实时监测装置，实现对污泥的实时监测和对相关设备的自动控制。

本实用新型是通过以下技术方案实现的：

一种污泥实时监测装置，包括：输入电源、5V电源电路、降压可调电源电路、3.3V稳压电路、下位单片机、上位单片机、USB转串口电路；

所述降压可调电源电路、5V电源电路、3.3V稳压电路分别与输入电源连接；5V电源电路分别给下位单片机和上位单片机供电；

所述下位单片机和上位单片机分别与一个USB转串口电路、一个3.3V稳压电路连接；

下位单片机将接收到的传感器数据通过串口发送到上位单片机，上位单片通过串口接收下位单片机数据，并发送到服务器；同时上位单片机和下位单片机通过串口相互获取对方工作状态。

所述5V电源电路分别与第一单片机、第二单片机、W5100网卡模块、W5500网卡模块、GSM模块、12864液晶模块、水下传感器连接。

所述5V电源电路包括：LM2596-5.0开关稳压芯片、47Uh-68uH电感L2、220Uf-470Uf电容C8和C9、二极管D4、5V USB接口以及发光二极管LED1；

LM2596-5.0稳压芯片的引脚1与12V输入电压连接，引脚2与47Uh-68uH电感L2的一端连接，引脚2同时与二极管D4的负极连接，引脚3与地线连接，引脚4与47Uh-68uH电感L2的另一端连接后分别接入5V电压输出接口、5VUSB接口和水下传感器电源接口的正极，引脚5与地线连接；

所述二极管D4的正极与地线连接，所述5V电压输出接口、5VUSB接口和水下传感器电源接口的负极分别与地线连接，电阻R5的一端与12V输入电压连接，另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极与地线连接，470μf的电容C8的正极与12V输入电压连接，负极与地线连接，220μf的电容C9的正极与LM2596-5.0稳压芯片的引脚4连接，负极与地线连接。

所述降压可调电源电路包括：LM2596-ADJ开关稳压芯片、47Uh-68uH电感L1、220Uf-470Uf电容C2、C3、二极管D1、可调电源USB接口、DC电源输入端子J1、电位器以及LED指示灯；

所述LM2596-ADJ开关电源芯片的引脚1与DC电源输入端子J1连接，引脚2与47Uh-68uH电感L1的一端连接，同时与二极管D1的负极连接，引脚3、引脚5均与地线连接，引脚4与电容C1的负极连接，47Uh-68uH电感L1的另一端与电容C3的正极连接，电阻R1与电容C1并联，电容C1的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与地线连接，电容C3的正极与电感的另一端连接、负极与地线连接，电容C4的正极分别与可调电源USB接口的正极、可调电源输出接口的正极连接，可调电源USB接口的负极、可调电源输出接口的负极与地线连接，二极管D2的正极与地线连接，电阻R4的一端与DC电源输入端子J1连接，另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极与地线连接，电容C2的正极与DC电源输入端子J1连接，负极与地线连接。

所述3.3V稳压电源电路包括AMS1117-3.3稳压芯片U2、104瓷片滤波电容C10、C11；

所述AMS1117-3.3稳压芯片U2的IN端口与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，OUT端口与3.3V输出的正极连接，ADJ端口接地线，0.1μf的104瓷片滤波电容C10的正极与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，负极与地线连接，电阻R7的一端与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，另一端与发光二极管LED0的正极连接，发光二极管LED0的负极与地线连接，0.1μf的104瓷片滤波电容C 11的正极与AMS1117-3.3稳压芯片的OUT端口连接，负极与地线连接；3.3V输出的负极与地线连接。

所述上位单片机、下位单片机分别包括ATmega328P芯片、晶振电路、AD转换输入接口、W5100/W5500网卡、GSM/串口WIFI模块、单片机复位电路、液晶显示器、系统自重启电路、水泵控制电路、LED及紫外灯控制电路；

所述ATmega328P芯片通过其引脚PD0、PD1的串口接收下位单片机传过来的数据，或直接通过8路AD采样引脚PC0至引脚PC7实现对8路传感器模拟信号的采集；

所述单片机复位电路包括按键复位电路，同时通过引脚PD5控制继电器来控制系统的复位；

所述ATmega328P芯片的引脚PD6、引脚PD7与GSM模块或串口WIFI模块连接，或者用于串口通信；引脚PD2与LED继电器连接，控制LED或紫外灯的亮灭；引脚PD3、引脚PB0、引脚PB1与12864液晶显示器连接；引脚PB2、引脚PB3、引脚PB4、引脚PB5与W5100/W5500网卡板进行通讯。

所述污泥实时监测装置进一步包括USB转串口电路，其与5V电源电路连接，所述USB转串口电路包括CH340G芯片和晶振电路，实现USB与上位单片机、下位单片机的串口之间的通讯；所述CH340G芯片的引脚2、引脚3为信号的发送和接收引脚；所述晶振电路包括两个22Pf电容和晶振。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：该电路为整个系统提供了电源，同时提供了一个可调电源以备使用，实现了通过单片机模数转换口来采集传感器的数据，同时控制通讯模块(W5100/W5500网卡模块/GSM模块/WiFi模块/zigbee模块/lora模块/蓝牙模块)将数据上传到服务器上，通过控制继电器实现了系统联网异常自重启恢复功能、紫外/白光LED定时开关功能和水泵的手动、远程控制、定时冲洗功能。

附图说明

图1本实用新型污泥实时监测装置中的电源电路

图2本实用新型污泥实时监测装置中的可调电压电源电路

图3本实用新型污泥实时监测装置中的3.3V稳压电源电路

图4本实用新型污泥实时监测装置中的单片机控制电路

图5本实用新型污泥实时监测装置中的USB转串口电路

图6本实用新型污泥实时监测装置的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型作进一步详细描述：

一种污泥实时监测装置，如图6所示，包括：5V电源电路2、1-12V降压可调电源电路3、下位单片机5和上位单片机6。系统输入12V电压作为系统输入电源1、同时通过两个5.08mm端子为紫外及LED灯条供电，降压可调电源电路3、5V电源电路2同时与输入电源1连接；下位单片机5和上位单片机6分别与一个USB转串口电路7、一个3.3V稳压电路4连接。

所述5V电源电路包括：LM2596-5.0开关稳压芯片、47Uh-68uH电感L2、220Uf-470Uf电容C8和C9、二极管D4、5V USB接口以及发光二极管LED1。电路原理如图1所示，12V电压通过适配器引入，220Uf-470Uf电容C8和47Uh-68uH电感L2连接LM2596-5.0开关稳压芯片，发光二极管LED1通过电阻限流。该电路为单片机系统、W5100网卡模块、W5500网卡模块、GSM模块、12864液晶模块、水下传感器供电。

具体来说，LM2596-5.0稳压芯片的引脚1与12V输入电压，引脚2与47Uh-68uH电感L2的一端连接，引脚2同时与二极管D4的负极连接，引脚3与地线连接、引脚4与47Uh-68uH电感L2的另一端连接后分别接入5V电压输出接口、5VUSB接口和水下传感器电源接口的正极，引脚5与地线连接；所述二极管D4的正极与地线连接，所述5V电压输出接口、5VUSB接口和水下传感器电源接口的负极分别与地线连接，电阻R5的一端与12V输入电压连接，另一端与发光二极管LED1的正极连接，发光二极管LED1的负极与地线连接，470μf的电容C8的正极与12V输入电压连接，负极与地线连接，220μf的电容C9的正极与LM2596-5.0稳压芯片的引脚4连接，负极与地线连接。

9V可调电压电源电路包括：LM2596-ADJ开关稳压芯片、47Uh-68uH电感L1、220Uf-470Uf电容C2、C3、二极管D1、可调电源USB接口、DC电源输入端子J1、电位器以及LED指示灯。电路原理如图2所示，该电路主要提供一个灵活的可调电源，在该系统中可以为路由器提供电源也可为LED和紫外LED提供电源。

具体来说，LM2596-ADJ开关电源芯片的引脚1与DC电源输入端子J1连接，引脚2与47Uh-68uH电感L1的一端连接，同时与二极管D1的负极连接，引脚3、引脚5均与地线连接，引脚4与电容C1的负极连接，47Uh-68uH电感L1的另一端与电容C3的正极连接，电阻R1与电容C1并联，电容C1的负极与电阻R3的一端连接，电阻R3的另一端与地线连接，电容C3的正极与电感的另一端连接、负极与地线连接，电容C4的正极分别与可调电源USB接口的正极、可调电源输出接口的正极连接，可调电源USB接口的负极、可调电源输出接口的负极与地线连接，二极管D2的正极与地线连接，电阻R4的一端与DC电源输入端子J1连接，另一端与发光二极管D4的正极连接，发光二极管D4的负极与地线连接，电容C2的正极与DC电源输入端子J1连接，负极与地线连接。

3.3V稳压电源电路包括AMS1117-3.3稳压芯片U2、104瓷片滤波电容C10、C11。输入电压由图1中的5V稳压电路提供，电路原理如图3所示，该电路主要为单片机系统以及拓展的传感器提供电源。

具体来说，AMS1117-3.3稳压芯片U2的IN端口与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，OUT端口与3.3V输出的正极连接，ADJ端口接地线，0.1μf的104瓷片滤波电容C10的正极与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，负极与地线连接，电阻R7的一端与所述5V电源电路的5V电压输出接口连接，另一端与发光二极管LED0的正极连接，发光二极管LED0的负极与地线连接，0.1μf的104瓷片滤波电容C 11的正极与AMS1117-3.3稳压芯片的OUT端口连接，负极与地线连接；3.3V输出的负极与地线连接。

单片机包括ATmega328P芯片、晶振电路、AD转换输入接口、W5100/W5500网卡、GSM/串口WIFI模块、单片机复位电路、液晶显示器、系统自重启电路、水泵控制电路、LED及紫外灯控制电路。

电路原理如图4所示，具体如下：ATmega328P芯片通过其引脚PD0、PD1的串口接收下位机传过来的数据，或直接通过8路AD采样引脚PC0至引脚PC7实现对8路传感器模拟信号的采集；

所述单片机复位电路包括按键复位电路，同时通过引脚PD5控制继电器来控制系统的复位；

引脚PD6、引脚PD7与GSM模块或串口WIFI模块连接，或者用于串口通信。引脚PD2与LED继电器连接，可以控制LED或紫外灯的亮灭。

引脚PD3、引脚PB0、引脚PB1与12864液晶显示器连接；

引脚PB2、引脚PB3、引脚PB4、引脚PB5与W5100/W5500网卡板进行通讯。

USB转串口电路由CH340G芯片、晶振电路实现了USB与单片机串口之间的通讯，既可以通过该电路对单片机烧写程序也可以通过USB查看串口打印出来的信息，电路原理如图5所示，USB接口P13作为信号通信接口，为防止电流过大电路中加入了熔丝F1，1K电阻R9与LED3串联为电源指示灯。CH340G芯片的引脚2、3为信号的发送和接收引脚。103电容C18为对地滤波电容。两个22Pf电容C16和C17以及晶振构成了晶振电路。104电容为5V电源滤波电容C12。电路的5V电源由图1中的5V稳压电路提供。

该系统采用双单片机的方案，两个单片机完全相同(如图4所示)，一个单片机用于向服务器传输数据，另一个单片机从服务器获取泥位数据并显示。两个单片机可相互独立运行，最大限度保证了系统的稳定性。该系统创造性的加入了通过继电器来控制单片机的复位引脚，当系统无法正常向服务器发送数据时，单片机会控制复位引脚实现系统的自动复位。电路通过串口使两个单片机相互通信，实现了下位单片机将接收到的传感器数据通过串口发送到上位单片机，上位单片通过串口接收下位单片机数据，通过通讯模块发送到服务器。同时两个单片机通过串口可相互获取对方工作状态，如有异常会控制复位继电器，使系统重新启动。保证系统长期稳定运行。

上述技术方案只是本实用新型的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本实用新型公开了原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本实用新型上述具体实施例所描述的结构，因此前面描述的只是优选的，而并不具有限制性的意义。