一种矿井水数据采集系统的制作方法

本发明涉及物联网，具体为一种矿井水数据采集系统。

背景技术：

1、随着矿山企业的不断发展，现有的信息化和自动化系统已经难以满足矿山企业的生产需要。矿山物联网概念的提出，可以解决现有矿山企业的信息化、自动化难题，实现矿山企业的全面感知、智能控制和综合管理，在一定程度上解决现有产品只流于表面主体功能需求，而细节方面较差的问题。矿山物联网是将矿山地理、地质、矿山建设、矿山生态等综合信息全面数字化，将感知技术、传输技术、信息处理、智能计算和现代控制技术等与现代采矿及矿物加工技术紧密结合，并将矿山全部人员、设备和环境信息纳入，以构成矿山中人与人、人与物、物与物相连的网络，动态详尽的描述并控制矿山安全生产与运营的全过程，智能感知矿山数据，实现矿山系统的全面智能控制。矿山物联网是一套庞大的产品体系，而矿井水的数据采集在其中是不可或缺的一部分。现有技术目前存在的缺点：矿井水信息采集不能及时有效地传输至信号系统中，无法可靠的实现信息互联互通，实时共享的优势。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题在于：解决矿井水信息采集不能及时有效地传输至信号系统中，无法可靠的实现信息互联互通的问题。

2、为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

3、一种矿井水数据采集系统，一种矿井水数据采集系统，其特征在于，包括数据传输模块(100)以及与数据传输模块(100)通信连接的浊度采集模块(210)、流量采集模块(220)、cod采集模块(230)、氨氮采集模块(240)、ph采集模块(250)、第一接口模块(310)、第二接口模块(320)、第三接口模块(330)和供电模块(400)；

4、其中，供电模块(400)包括供电模块本体(u4)、第一供电电容(c6)、第二供电电容(c7)、第三供电电容(c8)和供电按钮(k1)；第一供电电容(c6)和第二供电电容(c7)并联，其一端接电源和供电模块本体(u4)的第四引脚，其另一端接地；供电模块本体(u4)的第二引脚与其第四引脚连接，其第三引脚与第三供电电容(c8)的一端连接后并与供电按钮(k1)的第二引脚通信连接，并接电源，其第一引脚与第三供电电容(c8)的另一端通信连接后并接地。

5、在本发明的一实施例中，浊度采集模块(210)包括光电二极管(ls1)、第一浊度电阻(r3)和第二浊度电阻(r4)；第一浊度电阻(r3)的一端与光电二极管(ls1)的负极通信连接，另一端接电源；光电二极管(ls1)的正极接地；第二浊度电阻(r4)的一端与第一浊度电阻(r3)的一端和光电二极管(ls1)的负极通信连接，另一端与数据传输模块(100)的第三引脚通信连接。

6、在本发明的一实施例中，流量采集模块(220)包括超声波发射模块(221)和超声波接收模块(222)，超声波接收模块(222)接收超声波发射模块(221)发出的超声波回波信号；超声波发射模块(221)包括变压器(t1)、第一二极管(d1)、第二二极管(d2)、超声波发射探头(uw1)、晶体管(bj)、第一流量电阻(r5)、第二流量电阻(r6)、第三流量电阻(r7)、第四流量电阻(r8)和流量电容(c9)；第一流量电阻(r5)的一端接电源，另一端与变压器(t1)输入侧的第一引脚通信连接，第二流量电阻(r6)与流量电容(c9)并联，且一端与变压器(t1)输入侧的第一引脚通信连接，另一端接地；晶体管(bj)的漏极与变压器(t1)输入侧的第二引脚通信连接，源极接地，栅极与第三流量电阻(r7)串接后与数据传输模块(100)的第四十一引脚通信连接；第一二极管(d1)和第二二极管(d2)并联后，其一端与变压器(t1)输出侧的第四引脚通信连接，另一端与第四流量电阻(r8)的一端通信连接；第四流量电阻(r8)的另一端与变压器(t1)输出侧的第三引脚通信连接；超声波发射探头(uw1)与第四流量电阻(r8)并联，且与变压器(t1)输出侧的第三引脚的连接端接地。

7、在本发明的一实施例中，超声波接收模块(222)包括第一运算放大器(a1)、第二运算放大器(a2)、超声波接收探头(uw2)、第三二极管(d3)、第四二极管(d4)、第五流量电阻(r9)、第六流量电阻(r10)、第七流量电阻(r11)、流量模块第八电阻(r12)、第九流量电阻(r13)、第十流量电阻(r14)和第十一流量电阻(r15)；超声波接收探头(uw2)与第三二极管(d3)和第四二极管(d4)并联；第五流量电阻(r9)的一端与第四二极管(d4)的一端通信连接，另一端与第一运算放大器(a1)的反相输入端通信连接；第六流量电阻(r10)的一端与第四二极管(d4)的另一端通信连接，另一端与第一运算放大器(a1)的同相输入端通信连接；第七流量电阻(r11)的两端分别与第一运算放大器(a1)的反相输入端和输出端通信连接；流量模块第八电阻(r12)的一端与第一运算放大器(a1)的同相输入端通信连接，另一端接地；第九流量电阻(r13)的两端分别与第一运算放大器(a1)的输出端和第二运算放大器(a2)的反相输入端通信连接；第十流量电阻(r14)的一端与第二运算放大器(a2)的同相输入端通信连接，另一端接地；第十一流量电阻(r15)的两端分别与第二运算放大器(a2)的反相输入端和输出端通信连接；第二运算放大器(a2)的输出端与数据传输模块(100)的第四十二引脚通信连接。

8、在本发明的一实施例中，cod采集模块(230)包括第三运算放大器(a3)、第四运算放大器(a4)、稳压二极管(d5)、滑动电阻(rp1)、溶解氧调第一电阻(r16)、溶解氧调第二电阻(r17)、溶解氧调第三电阻(r21)、溶解氧调第四电阻(r22)、溶解氧调第五电阻(r19)、溶解氧调第六电阻(r18)、溶解氧调第七电阻(r20)、溶解氧调第一电容(c10)和溶解氧调第二电容(c11)；溶解氧调第一电阻(r16)的一端接电源，另一端依次与溶解氧调第二电阻(r17)和滑动电阻(rp1)通信连接后接地；稳压二极管(d5)的阴极与溶解氧调第一电阻(r16)的另一端通信连接，阳极接地；溶解氧调第一电容(c10)和溶解氧调第三电阻(r21)并联后，其两端分别与第三运算放大器(a3)的反相输入端和输出端通信连接；溶解氧调第五电阻(r19)的一端与第三运算放大器(a3)的同相输入端通信连接，另一端接地；溶解氧调第六电阻(r18)的两端分别与第三运算放大器(a3)的输出端和第四运算放大器(a4)的反相输入端通信连接；溶解氧调第二电容(c11)和溶解氧调第四电阻(r22)并联后其两端分别与第四运算放大器(a4)的反相输入端和输出端通信练级；溶解氧调第七电阻(r20)的一端与第四运算放大器(a4)的同相输入端通信连接，另一端接地；第四运算放大器(a4)的输出端与数据传输模块(100)的第四十二引脚通信连接。

9、在本发明的一实施例中，氨氮采集模块(240)的包括第五运算放大器(a5)、第六运算放大器(a6)、第七运算放大器(a7)、第八运算放大器(a8)、第九运算放大器(a9)、第一氨氮电阻(r27)、第二氨氮电阻(r25)、第三氨氮电阻(r28)、第四氨氮电阻(r23)、第五氨氮电阻(r26)、第六氨氮电阻(r24)和氨氮滑动电阻(rp2)；第五运算放大器(a5)的反相输入端和其输出端连接，且其输出端还与第六运算放大器(a6)的反相输入端通信连接，其同相输入端与信号输入端子(ina)连接；第一氨氮电阻(r27)的两端分别与第六运算放大器(a6)的同相输入端和输出端通信连接；氨氮滑动电阻(rp2)的一端与第六运算放大器(a6)的同相输入端通信连接，另一端与第八运算放大器(a8)的反相输入端通信连接，第三氨氮电阻(r28)的两端分别与氨氮滑动电阻(rp2)的滑动端和第八运算放大器(a8)的输出端通信连接；第七运算放大器(a7)的反相输入端和其输出端连接，且其输出端还与第八运算放大器(a8)的同相输入端通信连接，其同相输入端与信号输入端子(inb)连接；第二氨氮电阻(r25)的两端分别与第六运算放大器(a6)的输出端和第九运算放大器(a9)的反相输入端以及第五氨氮电阻(r26)的一端通信连接，且第五氨氮电阻(r26)的另一端与第九运算放大器(a9)的输出端通信连接，以及第九运算放大器(a9)的输出端还与数据传输模块(100)的第四十二引脚通信连接；第四氨氮电阻(r23)两端分别与第八运算放大器(a8)的输出端和第九运算放大器(a9)的同相输入端通信连接；第六氨氮电阻(r24)的一端与第九运算放大器(a9)的同相输入端通信连接，另一端接地。

10、在本发明的一实施例中，ph采集模块(250)包括第十运算放大器(a10)、第十一运算放大器(a11)、第十二运算放大器(a12)、第一酸碱电阻(r35)、第二酸碱电阻(r36)、第三酸碱电阻(r29)、第四酸碱电阻(r30)、第五酸碱电阻(r31)、第六酸碱电阻(r32)、第七酸碱电阻(r33)、第八酸碱电阻(r34)、第一酸碱电容(c12)、第二酸碱电容(c13)、酸碱滑动电阻(rp3)和酸碱模块稳压管(d6)；第十运算放大器(a10)的反相输入端与其输出端连接，且第二酸碱电阻(r36)的两端分别与其输出端和第十一运算放大器(a11)的同相输入端通信连接，以及第十运算放大器(a10)的同相输入端与其同相输入端与信号输入端子(vin1)连接；第三酸碱电阻(r29)与酸碱滑动电阻(rp3)串联后再与第一酸碱电容(c12)并联，并联后其一端与第一酸碱电阻(r35)的一端和第十一运算放大器(a11)的反相输入端通信连接，另一端与第十一运算放大器(a11)的输出端通信连接；第一酸碱电阻(r35)的另一端接地；第二酸碱电容(c13)和第八酸碱电阻(r34)并联后两端分别与第十二运算放大器(a12)的反相输入端和其输出端连接，且输出端与数据传输模块(100)的第四十二引脚通信连接；第四酸碱电阻(r30)分别与第十一运算放大器(a11)的输出端和第十二运算放大器(a12)的反相输入端通信连接；第六酸碱电阻(r32)的一端接电源；第五酸碱电阻(r31)和第七酸碱电阻(r33)的连接端还与第十二运算放大器(a12)的同相输入端通信连接，其第七酸碱电阻(r33)与酸碱模块稳压管(d6)阴极连接，第五酸碱电阻(r31)还与第六酸碱电阻(r32)的另一端和第六酸碱电阻(r32)的另一端通信连接。

11、在本发明的一实施例中，第一接口模块(310)包括第一接口模块本体(u1)、数据接口连接器(idc)、第一接口电容(c1)、第二接口电容(c2)、第三接口电容(c3)和第四接口电容(c4)；第一接口电容(c1)的两端分别与第一接口模块本体(u1)的第四引脚和第五引脚通信连接，第二接口电容(c2)的两端分别与第一接口模块本体(u1)的第一和第三引脚通信连接；第三接口电容(c3)的两端分别与第一接口模块本体(u1)的第十六引脚和第二引脚通信连接，且第二引脚接电源；数据接口连接器(idc)的第一和第三引脚分别与第一接口模块本体(u1)的第十四和第十三引脚通信连接，其数据接口连接器(idc)的第五、第十和第十一引脚接地；第四接口电容(c4)的两端分别与第一接口模块本体(u1)的第十五和第六引脚通信连接，且第一接口模块本体(u1)的第十五引脚接地，第十一和第十二引脚分别与数据传输模块(100)的第六十六和第六十五引脚通信连接。

12、在本发明的一实施例中，第二接口模块(320)包括第二接口模块本体(u2)、第一接口电阻(r1)和第一插针连接器(j1)；第一插针连接器(j1)的第一和第二引脚分别与第一接口电阻(r1)的两端连接后，再与第二接口模块本体(u2)的第七和第六引脚通信连接；第二接口模块本体(u2)的第一和第四引脚分别与数据传输模块(100)的第二十四和二十五引脚通信连接，以及其第二、第三和第五引脚接地，第八引脚接电源。

13、在本发明的一实施例中，第三接口模块(330)包括第三接口模块本体(u3)、第二接口电阻(r2)、第二插针连接器(j2)和第五接口电容(c5)；第二插针连接器(j2)的第一和第二引脚分别与第二接口电阻(r2)两端连接后，再与第三接口模块本体(u3)的第七和第六引脚通信连接；第三接口模块本体(u3)的第二和第三引脚分别与数据传输模块(100)的第四十四和第四十五引脚通信连接，且其一引脚与第五接口电容(c5)的一端连接后并接电源，其第八引脚与第五接口电容(c5)的另一端连接后并接地，以及其第四引脚也接地。

14、与现有技术相比，本发明的有益效果是：

15、1、在浊度采集模块中，ls端口与数据传输模块通信连接，测得第一浊度电阻的电压，根据串联分压原理，获得光电二极管的电压大小，从而测得浊度值。

16、2、在流量采集模块中，利用数据传输模块自身的d/a和定时器产生的400khz方波信号，以进行功率放大后去激励给超声波发射探头。超声波接收探头接收超声波回波信号，利用第一运算放大器和第二运算放大器对超声波回波信号进行放大，超声波在水流中传播，不同流速下，超声波发射探头发出信号和超声波接收探头接收的信号，会有时间差别，从而测量出水流的流速。再通过第二运算放大器的输出端与数据传输模块通信连接，对测量的流量数据传输给数据传输模块。

17、3、cod采集模块中，稳压二极管、滑动电阻、溶解氧调第一电阻和溶解氧调第二电阻组成电压跟随器，滑动滑动电阻的滑动端，使得溶解氧阴极和阳极电位差为0.7v，保证溶解氧电极正常工作。第三运算放大器将溶解氧输出电流转换为电压，第四运算放大器用于将第三运算放大器输出的电压进行反相放大和滤波，其输出端口与数据传输模块通信连接。

18、4、在氨氮采集模块中，其用于信号采集的前置放大器采用输入阻抗较高的第五运算放大器和第七运算放大器进行阻抗匹配，再通过第六运算放大器、第八运算放大器和第九运算放大器构成差分放大电路进行i/v转换以及电压程控可变倍数放大，并减少测试的误差，其输出端口与数据传输模块端口相连接。

19、5、在ph采集模块中，采用3级放大电路：第一级是将信号输入端子与第十运算放大器的同相输入端连接，第十运算放大器为电压跟随器，提高输入阻抗,并让隔离前级与后级之间互不影响。第二级是通过第十一运算放大器将第十运算放大器输出信号滤波放大.第三级是通过第十二运算放大器将第十一运算放大器输出信号放大,放大后正常的电压在0～3.3v之间，以满足a/d转换器正常转换，其输出端口与数据传输模块端口相连接。

20、6、在第一接口模块和第二接口模块中，使用数据传输模块自带的uart串口进行通信。通过第一接口模块本体将3.3v逻辑电平转换为第一接口模块的逻辑电平进行传输，从而达到通信的目的。第二接口模块同样采用第二接口模块本体进行逻辑电平的转换。为了保证第三接口模块在传输过程中能够不受影响，通过第二接口电阻，其并置于第三接口模块本体和和终端第二插针连接器之间，确保正常收发数据，同时也避免高速信号产生反射波和畸变，实现本地和异地之间的数据共享，使得采集数据可以安全可靠的接入第三方信息平台，互联互通，打破信息孤岛现象。