一种农田沟渠TOC或浊度监测装置的制作方法

本发明涉及对沟渠的监测，特别是涉及一种农田沟渠TOC或浊度监测装置。

背景技术：

在农业生产活动中，氮素和磷素等营养物质、农药重金属与农村畜禽粪等有机或无机污染物质，通过农田的地表径流和农田渗漏，形成的众多水环境污染问题已尤为突出。为避免污染物伴随雨水大量进入收纳水体，对农田排水沟渠水体的检测变得十分重要，特别是对农田沟渠的总有机碳(Total Organic Carbon，简称TOC)含量、浊度含量的检测。

目前，国内外常用测量TOC或浊度监测的原理主要有透射光法、反射光法和透射光-散射光法三种测量方式，但采用三种测量方法测量TOC含量、浊度含量的监测装置普遍存在LED发光强度漂移、体积大、功耗高、无法及时更换供电电源等问题，针对上述存在的不足，如何克服上述不足，是目前农田沟渠监测急需解决的问题。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种农田沟渠TOC或浊度监测装置，克服了传统监测装置的LED发光强度易发生漂移的问题，提高了检测精度。

为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

一种农田沟渠TOC或浊度监测装置，包括：微控制器、显示模块及检测模块；所述检测模块包括：

发射单元，用于发射一路混合光信号；

第一检测单元，对应所述发射单元设置，用于检测所述发射单元发射的混合光信号的光强度，生成第一检测信号；

转换单元，对应所述发射单元设置，用于在所述混合光信号穿过样品池中的待检测液和滤光片后进行转换处理获得与所述混合光信号成90度角的反射光信号；所述滤光片为TOC滤光片或浊度滤光片；

第二检测单元，对应所述转换单元设置，用于检测所述反射光信号的光强度，生成第二检测信号；

所述微控制器与所述发射单元连接，用于控制所述发射单元发射所述混合光信号；所述微控制器还分别连接所述第一检测单元、所述第二检测单元及显示模块；用于根据所述第一检测单元的第一检测信号及所述第二检测单元的第二检测信号确定样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值，并将样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值与设定值相比较，将比较后的结果发送至所述显示模块进行显示。

可选的，所述检测模块还包括温度补偿单元；所述温度补偿单元，分别对应所述转换单元、所述发射单元设置，所述温度补偿单元用于将所述发射单元发出的混合光信号进行补偿后发送至所述第一检测单元，以及将所述转换单元发出的反射光信号进行补偿后发送至所述第二检测单元。

可选的，所述发射单元具体包括：

恒流驱动子单元，与所述微控制器连接，用于在所述微控制器的控制下产生恒定电流；

发光子单元，与所述恒流驱动子单元连接，用于在所述恒定电流的驱动下发射一路混合光信号，所述混合光信号由多路不同波段的平行光信号混合而成。

可选的，所述第一检测模块包括：

第一光电探测子单元，对应所述发射单元设置，用于检测所述发射单元发射的混合光信号的光强度获得第一光强度；

第一前级放大子单元，与所述第一光电探测子单元连接，用于放大第一光强度获得第一前级光强度放大信号；

第一带通滤波子单元，与所述第一前级放大子单元连接，用于滤除第一前级光强度放大信号中的干扰信号获得第一光强度滤波信号；

第一后级放大子单元，分别与第一带通滤波子单元和微控制器相连接，用于将第一光强度滤波信号放大后获得的第一检测信号传送给微控制器。

可选的，所述第二检测单元包括：

第二光电探测子单元，对应所述转换单元设置，用于检测所述反射光信号的光强度获得第二光强度；

第二前级放大子单元，与所述第二光电探测子单元连接，用于放大第二光强度获得第二前级光强度放大信号；

第二带通滤波子单元，与所述第二前级放大子单元连接，用于滤除第二前级光强度放大信号中的干扰信号获得第二光强度滤波信号；

第二后级放大子单元，分别与第二带通滤波子单元和微控制器相连接，用于将第二光强度滤波信号放大后获得的第二检测信号传送给微控制器。

可选的，还包括移动通讯模块；所述移动通讯模块，与所述微控制器和上位机连接，所述微控制器通过所述移动通讯模块将样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值上传给上位机。

可选的，还包括电源模块；所述电源模块，分别与所述微控制器、所述检测模块、所述移动通讯模块连接，所述电源模块用于给所述微控制器、所述检测模块、所述移动通讯模块提供电能。

可选的，还包括太阳能电池板；所述太阳能电池板，与所述电源模块连接，所述太阳能电池板采用光伏阵列最大功率点跟踪技术为所述电源模块提供电能。

可选的，所述微控制器为STM321L151单片机。

根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：

1、分别对所述混合光信号和与所述反射光信号进行检测获得所述第一检测信号和所述第二检测信号，然后将所述第一检测信号和所述第二检测信号进行逻辑比较，克服了传统监测装置LED发光强度漂移对测量结果的影响，提高了检测精度。

2、本发明可以通过自动改变滤光片选择测量水体TOC含量或者浊度含量。

3、太阳能电池板采用光伏阵列最大功率点跟踪技术为电源模块提供电能，提高了太阳能的利用率，同时还可以长时间放置在被检测区域，克服了传统更换电池的复杂性。

4、采用STM32L151芯片与检测电路相结合有效的降低了监测装置的体积和功耗。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例的农田沟渠TOC或浊度监测装置总体结构框图；

图2为本发明实施例的农田沟渠TOC或浊度监测装置中检测模块局部电路图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，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，都属于本发明保护的范围。

本发明的目的是提供一种农田沟渠TOC或浊度监测装置，克服了传统监测装置的LED发光强度易发生漂移的问题，提高了检测精度。

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1为本发明实施例的农田沟渠TOC或浊度监测装置总体结构框图，图2为本发明实施例的农田沟渠TOC或浊度监测装置中检测模块局部电路图，详见图1和图2所示，图1中虚线箭头表示光信号传输的方向，代表各模块之间为对应放置，图中的实线箭头表示电路模块之间的连接。所述农田沟渠TOC或浊度监测装置包括微控制器10、检测模块20、电源模块30、移动通讯模块40、显示模块50、太阳能电池板60。微控制器10分别与所述检测模块20、所述电源模块30、所述移动通讯模块40、所述显示模块50、所述太阳能电池板60相连接。

所述微控制器10采用STM32L151芯片代替传统的8051单片机，有效的克服了传统精度低、内存小、反应速度慢的问题。

所述检测模块20与所述微控制器10连接，用于将检测的数据直接传递给所述微控制器10。所述检测模块20包括发射单元201、第一检测单元202、转换单元203、第二检测单元204、温度补偿单元205。

所述发射单元201用于发射一路混合光信号；所述发射单元201包括恒流驱动子单元2011、发光子单元2012。

所述恒流驱动子单元2011与所述微控制器10连接，用于在所述微控制器10的控制下产生恒定电流，发光二极管的发光强度由驱动电流决定。所述恒流驱动子单元2011包括数字模拟转换电路和多路恒流驱动电路。所述恒流驱动子单元2011具有精度高、性能稳定的特点，所以采用所述恒流驱动子单元2011驱动发光单元可有效地提高测量精度。

图2给出了MAX5223数字模拟转换电路和由两个LMH6613运算放大器组成的两路恒流驱动电路，两路恒流驱动电路用于产生两种不同功率的恒定电流，本发明还可以采用其他的数字模拟转换电路和多路恒流驱动电路组成所述恒流驱动子单元2011。

所述发光子单元2012与所述恒流驱动子单元2011连接，用于在恒定电流的驱动下发射一路混合光信号，所述混合光信号由多路不同波段的平行光信号混合而成。所述发光子单元2012由两极三极管与多路发光电路组成，一条恒流驱动电路驱动一条发光电路，恒流驱动电路的路数与发光电路的路数相等，并且是一一对应的，两极三极管由所述微控制器10直接驱动控制，用于提升开关管的速度，多路发光电路用于产生不同波段的平行光，将多路不同波段平行光混合成一路混合光信号。该监测装置将多组不同波段的平行光混合成一路混合光信号作为发射光源。在仪器测量时，被测液体中可能混杂有多种物质，如果出现对测量使用的波特特别敏感的物质，则会导致反射光强度发生非正常变化，使用多个波段的平行光组成的混合光信号可有效防止发生非正常变化，克服了传统监测装置的LED发光强度易发生漂移的问题，提高了检测精度和抗干扰性能。

图2中给出了所述发光子单元2012由两级三极管和两路发光电路组成，所述微控制器10直接生成10KHZ脉冲驱动两级三极管，每路发光电路均由两个发光二极管串联组成，两路恒流驱动电路产生两路不同功率的恒定电流，分别驱动两路发光电路产生两路不同波段的平行光，将两路平行光混合成一路混合光信号，本发明还可以设计其他路数发光电路产生多种不同波段的平行光混合构成一路混合光信号。

所述第一检测单元202对应所述发射单元201设置，用于检测所述发射单元发射的混合光信号的光强度，生成第一检测信号。所述第一检测单元202包括第一光电探测子单元2021、第一前级放大子单元2022、第一带通滤波子单元2023、第一后级放大子单元2024。

所述第一光电探测子单元2021对应所述发射单元201设置，用于根据混合光信号生成第一光强度；所述第一前级放大子单元2022与所述第一光电探测子单元2021连接，用于放大第一光强度获得第一前级光强度放大信号；所述第一带通滤波子单元2023与所述第一前级放大子单元2022连接，用于滤除第一前级光强度放大信号中的干扰信号获得第一光强度滤波信号；所述第一后级放大子单元2024分别与所述第一带通滤波子单元2023和所述微控制器10相连接，用于将第一光强度滤波信号放大后获得的第一检测信号传送给所述微控制器10。

所述转换单元203对应所述发射单元201设置，用于在混合光信号穿过样品池和滤光片后进行转换处理获得90度角的反射光信号，所述滤光片为TOC滤光片或浊度滤光片。

所述第二检测单元204对应所述转换单元203设置，用于检测所述反射光信号的光强度，生成第二检测信号；第二检测单元204包括第二光电探测子单元2041、第二前级放大子单元2042、第二带通滤波子单元2043、第二后级放大子单元2044。

所述第二光电探测子单元2041对应所述转换单元203设置，用于根据反射光信号转换成第二光强度；所述第二前级放大子单元2042与所述第二光电探测子单元2041连接，用于放大第二光强度获得第二前级光强度放大信号；所述第二带通滤波子单元2043与所述第二前级放大子单元2042连接，用于滤除第二前级光强度放大信号中的干扰信号获得第二光强度滤波信号；所述第二后级放大子单元2044分别与所述第二带通滤波子单元2043和所述微控制器10相连接，用于将第二光强度滤波信号放大后获得的第二检测信号传送给所述微控制器10。

所述温度补偿单元205分别对应所述转换单元203、所述发射单元201设置，所述温度补偿单元205用于将所述发射单元201发出的混合光信号进行补偿后发送至所述第一检测单元202，以及将所述转换单元203发出的反射光信号进行补偿后发送至所述第二检测单元204。常规的电路光信号易受其他设备温度的变化而产生漂移，从而降低测量精度。为了避免光信号发生漂移，所以本发明在接收光信号时设计了所述温度补偿单元205，从而提高测量精度，所述温度补偿单元205为可选电路。

所述电源模块30分别与所述检测模块20、所述微控制器10、所述移动通讯模块40连接，用于为各模块提供电能。

所述太阳能电池板60与所述电源模块连接，所述太阳能电池板采用光伏阵列最大功率点跟踪技术为所述电源模块30提供电能。本发明采用了最大功率点跟踪技术为所述电源模块30提供电能，提高了太阳能的利用率，同时还可以长时间放置在被检测区域，克服了传统更换电池的复杂性。

所述移动通讯模块40与所述微控制器10和上位机连接，所述微控制器10通过所述移动通讯模块将样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值上传给上位机。

所述显示模块50用于将待检测的TOC检测值或浊度检测值与设定的基值比较，将比较的结果通过所述显示模块50进行显示输出。

第一检测信号经过所述微控制器10内的模数转换器后确定第一检测值，第二检测信号经过所述微控制器10内的模数转换器后确定第二检测值，将第一检测值、第二检测值进行逻辑比较，并将比较后的光强度数值通过内部程序转换成样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值，将样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值与设定的基值进行比较，当TOC检测值或浊度检测值小于或等于设定的基值时，所述显示模块50显示绿灯亮，代表水质正常，当TOC检测值大于设定的基值时，所述显示模块50显示红灯亮，代表TOC超标，当浊度检测值大于设定的基值时，所述显示模块50显示黄灯亮，代表浊度超标，最后将比较的结果通过所述显示模块50进行显示输出，同时将样品池中的待检测液的TOC检测值或浊度检测值通过所述移动通讯模块40上传给与其匹配的上位机。

本发明的实施例并不受上述实施例的限制，如改变发射单元201、第一检测单元202、第二检测单元204、温度补偿单元205、转换单元203，在未背离本发明的实质性内容和原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式与技术方案，都属于在本发明的保护范围之内。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。