一种水质监测控制系统的制作方法

本实用新型涉及环保水质监测技术领域，具体为一种水质监测控制系统。

背景技术：

我国当前水质监测，主要是监视和测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。监测范围十分广泛，包括未被污染和已受污染的天然水(江、河、湖、海和地下水)及各种各样的工业排水等。主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、浊度、ph值、电导率、悬浮物、溶解氧、化学需氧量和生化需氧量等；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为客观的评价江河和海洋水质的状况，除上述监测项目外，有时需进行流速和流量的测定。

目前缺乏能够实现对源水池水温，浊度，水位的控制，可用于家庭生活中的鱼缸或水产养殖业的智能化水质控制系统。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供能够解决现有技术存在的客观问题的一种水质监测控制系统，实现水系统的自动化控制，可以节约大量人力和物力，在处理的过程中，可以对水进行的循环利用，实现水资源的节约使用，具有很强的实用价值。

为解决上述技术问题，本案一种水质监测控制系统，其特征在于，结构包括控制模块、温度模块、超声波模块、浊度模块、存储模块、显示模块、继电器模块、红外遥控模块、通信模块、上位机、进水泵、排水泵、加热棒；控制模块通过导线分别与温度模块、超声波模块、浊度模块、存储模块、显示模块、继电器模块、红外遥控模块、通信模块连接，通信模块与上位机连接，继电器模块通过导线分别与进水泵，排水泵，加热棒连接。

作为优选，所述温度模块，实现源水池温度监测功能，超声波模块实现源水池水位监测，浊度模块提供源水池浊度信息，控制模块将采集的温度，水位，浊度信息与设置数据进行比较，控制继电器模块，进一步控制进水泵，排水泵，加热棒工作，保证源水池温度，水位，浊度处于设置范围以内。

作为优选，所述存储模块可以实现设置参数的自动保存功能，防止掉电参数丢失，显示模块实时显示温度，水位，浊度的适宜范围以及当前值，实现实时监测数据显示功能；

系统的参数设置，工作界面切换都是由红外遥控模块实现的，红外遥控可以大量节省控制模块接口，并提供无线遥控功能。

作为优选，所述通信模块可以实现将监测数据实时发送给上位机，也可以将上位机命令发送给控制模块，从而操作继电器模块相应设备工作；继电器模块实现该系统对外部设施的控制功能。

该系统通过导线把温度模块，超声波模块，浊度模块与控制模块相连，温度模块将采集的温度数值通过导线发送给控制模块，超声波模块将采集探测数据通过导线发送给控制模块，控制模块通过计算，获得源水池水位高度。浊度模块通过导线将采集的电压值发送给控制模块，控制模块将电压值转换为数字量，经过数据处理进一步转变为浊度数值。控制模块将采集的温度，水位，浊度通过导线发送给显示模块，实时显示源水池水系统各参数当前值，同时控制模块通过串口通信把温度，水位，浊度的值发送通信模块，通信模块按照458通信协议通过导线将各数据发送给上位机，上位机也可通过通信模块向控制模块发送命令，控制继电器模块操作外部设备，实现对源水池的水系统控制功能。该系统的水温适宜范围，水位适宜范围，浊度适宜范围，都是通过红外遥控模块实现设置的，红外遥控模块还可进行工作界面和设置界面，以及手动模式与自动模式的切换，该系统是通过红外线与控制模块通信的，为无线通信。当水系统的参数不在设置的适宜范围以内时，控制模块就会通过导线控制继电器模块从而控制进水泵，排水泵和加热棒工作。该控制系统可以严格实现温度，水位，浊度的控制功能，应用范围广泛，具有较高的实用价值。

附图说明

图1为本实用新型结构关系连接示意总图；

图2为本实用新型控制模块原理图；

图3为本实用新型温度模块原理图；

图4为本实用新型超声波模块原理图；

图5为本实用新型ad转换原理图；

图6为本实用新型存储模块原理图；

图7为本实用新型显示模块原理图；

图8为本实用新型继电器模块原理图；

图9为本实用新型红外遥控模块原理图；

图10为本实用新型红外遥控器操作面板图；

图11为本实用新型通信模块原理图。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请参阅附图，本实用新型实施例中，一种水质监测控制系统，其特征在于，结构包括控制模块（4）通过导线分别与温度模块（1）、超声波模块（2）、浊度模块（3）、存储模块（5）、显示模块（6）、继电器模块（7）、红外遥控模块（11）、通信模块（12）连接，通信模块（12）与上位机（13）连接，继电器模块（7）通过导线分别与进水泵（8），排水泵（9），加热棒（10）连接。

具体实施过程中温度模块（1），实现源水池温度监测功能，超声波模块（2）实现源水池水位监测，浊度模块（3）提供源水池浊度信息，控制模块（4）将采集的温度，水位，浊度信息与设置数据进行比较，控制继电器模块（7），进一步控制进水泵（8），排水泵（9），加热棒（10）工作，保证源水池温度，水位，浊度处于设置范围以内。

具体实施过程中存储模块（5）可以实现设置参数的自动保存功能，防止掉电参数丢失，显示模块（6）实时显示温度，水位，浊度的适宜范围以及当前值，实现实时监测数据显示功能。

具体实施过程中系统的参数设置，工作界面切换都是由红外遥控模块（11）实现的，红外遥控可以大量节省控制模块（4）接口，并提供无线遥控功能。

具体实施过程中通信模块（12）可以实现将监测数据实时发送给上位机（13），也可以将上位机（13）命令发送给控制模块（4），从而操作继电器模块（7）相应设备工作；继电器模块（7）实现该系统对外部设施的控制功能。

实施例2中：

该系统通过导线把温度模块（1），超声波模块（2），浊度模块（3）与控制模块（4）相连，温度模块（1）将采集的温度数值通过导线发送给控制模块（4），超声波模块（2）将采集探测数据通过导线发送给控制模块（4），控制模块（4）通过计算，获得源水池水位高度。浊度模块（3）通过导线将采集的电压值发送个控制模块（4），控制模块（4）将电压值转换为数字量，经过数据处理进一步转变为浊度数值。控制模块（4）将采集的温度，水位，浊度通过导线发送给显示模块（6），实时显示源水池水系统各参数当前值，同时控制模块（4）通过串口通信把温度，水位，浊度的值发送通信模块（12），通信模块（12）按照458通信协议通过导线将各数据发送给上位机（13），上位机（13）也可通过通信模块（12）向控制模块（4）发送命令，控制继电器模块（7）操作外部设备，实现对源水池的水系统控制功能。该系统的水温适宜范围，水位适宜范围，浊度适宜范围，都是通过红外遥控模块（11）实现设置的，红外遥控模块（11）还可进行工作界面和设置界面，以及手动模式与自动模式的切换，该模块是通过红外线与控制模块（4）通信的，为无线通信。当水系统的参数不在设置的适宜范围以内时，控制模块（4）就会通过导线控制继电器模块（7）从而控制进水泵（8），排水泵（9）和加热棒（10）工作。该控制系统可以严格实现温度，水位，浊度的控制功能，应用范围广泛，具有较高的实用价值。

各模块实现功能和结构：

控制模块（4）：通过stc15f2k60s2单片机实现控制功能的stc15f2k60s2单片机是stc生产的单时钟/机器周期(1t)的单片机，是高速/高可靠/低功耗/超强抗干扰的新一代8051单片机，这种单片机价格低廉，编程操作简单，且系统稳定性好，处理能力强。stc15f2k60s2系列工作电压：5.5v-4.5v，片内大容量2048字节的sram，最多可存储60k字节数据，工作频率范围：0mhz-28mhz。本装置工作频率为12mhz。控制摸块（4）实现温度，水位，浊度的采集和转换功能，通过内部数据比较控制继电器模块（7）进一步控制外部设备，实现水系统源水池对水参数的有效控制，同时该模块还将数据发送给显示模块（6），实现水系统个数据的实时显示，该模块还通过通信模块（12）将数据发送给上位机（13），实现远程监控功能。控制模块（4）还可以将设置参数保存到存储模块（5）功能，是该装置的核心部分。

温度模块（1）采用了防水型ds18b20数字温度传感器实现温度采集功能，防水型ds18b20数字温度传感器采用导热性高的密封胶灌封保证了温度传感器的高灵敏性，极小的温度延迟。该温度传感器支持“一线总线”接口(1-wire)，测量温度范围为-55℃-125℃，在-10℃-85℃范围内，精度为士0.5℃场，温度数值直接以“一线总线”的数字方式传输，大大提高了系统的抗干扰性。适合于恶劣环境的现场温度测量。ds18b20数字温度传感器都具有唯一-的编号，温度采集设备通过编号来识别对应的温度传感器。

超声波模块（2）包含超声波探头和探头驱动电路。主要实现测距功能，由控制模块（4）控制发送超声波，采集反射回来的超声波，通过计算获得探头到水面的距离，进一步计算获得源水池水位（测试原理为：超声波设置值减去超声波探头到水面的距离），超声波距离设置值，需要现场测量，该值是超声波探头到源水池底的距离，以毫米为单位，精度1毫米。基本工作原理：(1)采用单片机io口trig触发测距，给最少10us的高电平信号。(2)超声波模块自动发送8个40khz的方波，自动检测是否有信号返回；(3)有信号返回，通过单片机io口echo输出一个高电平，高电平持续的时间就是超声波从发射到返回的时间。测试距离=(高电平时间*声速(340m/s))/2。为了提高测量距离的准确性，超声波探头在安装时要求探头前端5厘米圆周内没有其他物体。

浊度模块（3）：该模块主要实现浊度的采集。采用了龙戈电子的tsw-20浊度模块，该传感器利用光学原理，通过液体溶液中的透光率和散射率来综合判断浊度，由于浊度值是渐变量，通常在动态环境下检测，传感器采集的浊度值，需要外接控制进行ad转换，ad转换有控制模块（4）实现，并换算得到对应环境下的浊度情况，该传感器带防水探头。

存储模块（5）：存储模块通过i2c(iic,inter－integratedcircuit),两线式串行总线与控制模块进行通行，该模块包含eeprom芯片24c02，总容量是256个字节，实现温度适宜范围，浊度适宜范围，水位适宜范围以及超声波设置距离的掉电保存。开机后控制模块通过红外遥控模块（11）在设置界面将温度适宜范围，浊度适宜范围，水位适宜范围以及超声波距离进行设置，设置后自动保存到该模块，防止该系统重启后设置数据的丢失。开机以后控制装置读取存储模块数据并把数据写入设置参数，避免该装置重启后重新设置参数。

显示模块（6）：该模块利用lcd12864液晶实现显示功能，其带中文字库图形点阵式液晶显示，可配合单片机完成中文汉字、英文字符和图形显示，可构成中文人机交互图形界面，模块具有功耗低、显示内容丰富等特点而应用广泛，它是利用液晶经过处理后能改变光线的传播方向，以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背光灯构成画面。其显示分辨率为128x64,内置2m位中文字型rom(cgrom)8192个(16*16点阵)汉字，和16k位半宽字型rom(hcgrom)128个(16*8点阵)ascii字符集，可以显示8x4行16x16点阵的汉字st7920的字型产生ram(cgram)提供用户自定义字符生成(造字)功能，可提供4组16*16点阵的空间。将要显示的字符的编码写到显示ram(ddram)上，硬件从cgrom中选择将要显示的字型显示在屏幕上。绘图ram提供64*32个字节的空间，最多可以控制256*64点阵的二维绘图缓冲空间。具有4位18位并行(适配m6800时序)、2线或3线串行多种接口方式。工作界面手动时显示如下：

第一行：手动范围实时

第二行：水温xx-xxxx

第三行：水位xxx-xxxxxx

第四行：浊度xx-xxxx

工作界面自动时显示如下：

第一行：自动范围实时

第二行：水温xx-xxxx

第三行：水位xxx-xxxxxx

第四行：浊度xx-xxxx

设置界面分为范围设置界面，超声波距离设置界面，显示内容如下：

第一行：范围设置

第二行：水温xx-xxxx

第三行：水位xxx-xxxxxx

第四行：浊度xx-xxxx

第一行：超声波距离设置

第二行：水温xx-xxxx

第三行：水位xxx-xxxxxx

第四行：浊度xx-xxxx

数据设置都是通过红外遥控模块（11）实现的。

继电器模块（7）：该模块由控制模块（4）控制继电器从而控制外围设备工作。继电器模块（7）常开接口最大负载交流250v/10a，直流30v/10a，采用贴片光耦隔离，驱动能力强，性能稳定;触发电流5ma，模块工作电压5v可以直接连接控制模块（4）。本装置水泵为5v直流水泵，加热棒为工作于交流220v/0.3a。继电器模块（7）常开接口最大负载交流250v/10a，在工作现场可以更换220v水泵，使用灵活。

红外遥控模块（11）：红外遥控模块（11）由mini薄红外遥控器和38khz红外接收模块组成mini薄红外遥控器，cr2025环保纽扣电池，容量160man，具有17个功能键，发射距离远可达8米，有效角度:60度，静态电流3-5ua,动态电流3-5ma适合在室内操控多种设备。红外接收模块（11）可接收标准38khz调制的遥控器信号通过对进行编程，即可实现对遥控器信号的解码操作。红外遥控模块（11）式该装置的主要操作部分，红外遥控模块（11）发送红外信号给控制模块（4），控制模块（4）实现解码，并对解码后的命令进行相应操作。该模块的功能是实现对该系统的操作界面切换，工作方式切换，温度，水位，浊度适宜范围设置，手动工作模式下对外围设备的控制以及超声波距离设置，功能说明：

手动模式——在手动模式下，我们可以手动的控制源水池的进水与排水以及对源水池进行加热，通过按红外遥控器上的方向键的左键可进行排水，按ok结束。按右键可进行加水，同样按ok结束。按上键启动加热棒，对源水池进行加热。

自动模式——在自动模式下，无法进行操作。自动模式的参数是通过范围设置模式和超声波设置模式设置的。自动模式可以自动的完成加热、进水与排水。

范围设置模式——在设置1模式下可对温度、浑浊度和水位的设置。进入设置1后，按#可进入设置1。可依此对温度、浑浊度和水位的范围进行设置。设置时，通过遥控器上的方向键进行移动，用遥控器上的数字键直接对数值更改。

设置完后，按*号键，直接退出保存。

超声波设置模式——在超声波设置模式下可对超声波的初始值进行设置（测试原理为：超声波初始值减去超声波到水面的距离），操作方法同范围设置模式。

通信模块（12）：该模块实现控制模块（4）与上位机（13）的通信功能，主要包括sp3485芯片。通信模块（12）数据可以实现传输距离1000米以内通信功能。该模块为选用模块，需要通过更改控制模块（4）电路板上的跳线帽，才可以实现通信功能。开启通信模块（12）后，控制模块（4）每1秒向上位机（13）发送一次当前数值。上位机（13）可以通过通信模块（12）向控制模块（4）发送命令，控制继电器模块（7）从而控制外围设备工作。上位机（13）发送命令优先级高于自动控制命令。即便是自动模式下，上位机（13）也可控制外围设备工作。

工作原理：该装置有两种界面，设置界面（范围设置界面和超声波设置界面）和工作界面。工作界面分为两种工作模式：手动模式和自动模式。设置界面（范围设置界面）主要是进行温度适宜范围，水位适宜范围，浊度适宜范围的设置，设置界面（超声波设置界面）主要是进行超声波距离设置（超声波探头到源水池底的距离）以及手动模式和工作模式的切换，设置结束后，控制模块（4）将设置数据自动保存到存储模块（5）。工作界面实现对源水池温度，水位，浊度的检测并进行控制以及上位机（13）通信。手动模式下该系统提供对温度，水位，浊度实时检测显示，红外遥控器控制进水，排水和加热以及上位机（13）通信功能。自动模式下可以实现对温度，水位，浊度实时检测显示，水温自动控制，水位自动控制，浊度自动控制，以及上位机通信功能。

工作过程：该系统首先利用温度模块，超声波模块，浊度模块对源水池三个参数进行测量发送给控制模块，控制模块将该三个数值发送给显示模块实现实时显示三个参数，控制模块同时会对当前测得的三个参数与设定范围进行比较，控制继电器模块进一步控制外围设备，具体操作如下：当温度数值小于设定温度下限时，控制模块控制继电器模块进一步控制加热棒工作，直到源水池温度到达设定范围上线，加热棒才停止工作。当水位数值小于设定范围下限时，进水泵工作，向源水池注水，直到水位到达设定值上线，进水泵停止工作。当浊度值大于设定范围上限时，排水泵工作，直到浊度小于设定范围下线或水位低于设定范围下线时，排水泵停止工作，如果是在水位低于设定范围下线时排水泵停止工作，进水泵会立即工作向源水池送水，这时如果浊度仍大于设置范围上线，排水泵会继续工作，直到浊度小于设定范围上限。该模式下控制模块会将数值通过通信模块发送个上位机，上位机可以将控制命令发送给控制模块实现对外围设备的控制。

手动模式下：该系统只能显示当前源水池温度数值，水位数值，浊度数值，不会控制外围设备，但可以通过红外遥控器或上位机控制外围设备，该模式下测试数据也会发送给上位机，工作人员可以远程监控，通过上位机发送命令给通信模块,通信模块再将数据发送给控制模块，控制模块控制外围设备工作。从而实现了智能控制功能。

对于本领域技术人员而言，显然本实用新型不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本实用新型的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本实用新型。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本实用新型的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本实用新型内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。