多通道水质监测系统及其监测方法与流程

本申请涉及一种水质监测系统及其监测方法，尤其涉及一种多通道水质监测系统及其监测方法。

背景技术：

随着污染的日趋严重，安全用水已经成为一个全社会都在关注的热点问题。作为安全用水的一个重要环节。水质监测正逐渐从实验室走向人们的日常生活中。国内外水质在线监测设备迅速发展，传感器种类繁多，各类传感器的供电电压与输出信号均不统一，而且水质监测的应用场景往往用于户外的监测地表水、城市供水的水源取水口的水质、城市供水管网出厂水与管网末梢水水质，用电与供电的矛盾日益突出，低功耗已成为在线设备的基本要求。

技术实现要素：

有鉴于此，本申请所要解决的技术问题为无法通过习知方式解决。习知水质监测设备装置以单参数为主，一个测量电极配套一台分析仪；多参数监测系统即把多套单参数监测系统整合到一个柜体，体积大，集成度低，虽然数据能在同一画面显示，但是传感器的参数设置还需要通过各个分析仪操作，操作繁琐，可扩展性差，监测点布置的局限性较多。

为了解决上述问题，本申请提供一种多通道水质监测系统，其特征在于，其包含水样流通采集模组、接线模组与控制模组。水样流通采集模组，其包含输水管路、水样流通腔体、排水管与多个水质参数采集传感单元，所述输水管路与所述排水管分别连通于水样流通腔体，所述多个水质参数采集传感单元分别斜向穿设于所述水样流通腔体；接线模组，其包含多个传感单元接口与触控屏幕接口，所述触控屏幕接口耦接于所述多个传感单元接口，所述多个水质参数采集传感单元分别对应于所述多个传感单元接口；以及控制模组，其电性连接于所述接线模组，所述控制模组包含主控制单元、通讯信号处理单元、数据储存单元、数据传输单元与电源单元，所述主控制单元分别电性连接于所述通讯信号处理单元、所述数据储存单元、所述数据传输单元与所述电源单元。

根据本申请的一实施方式，上述的所述水样流通腔体的侧壁为多个螺纹穿孔，所述多个螺纹穿孔皆为40°到50°的斜向孔洞，所述多个水质参数采集传感单元分别螺设于所述多个螺纹穿孔。

根据本申请的一实施方式，上述的更包含清洁模组，所述清洁模组包含驱动单元与清洁单元，所述驱动单元位于所述水样流通腔体上，所述清洁单元位于所述水样流通腔体内，所述驱动单元驱动所述清洁单元，排污水管路具有排污水管与排污水电磁阀，所述排污水电磁阀设置于所述排污水管，排污水管路的一端连通于所述水样流通腔体的底部。

根据本申请的一实施方式，上述的所述控制模组分别电性连接于5v(伏特)可控电压、12v(伏特)可控电压与24v(伏特)可控电压。

根据本申请的一实施方式，上述的更包含多个模拟电流信号接口与多个模拟电压信号接口，其中所述多个模拟电流信号接口的电流变送单元的电流量为4到20ma(毫安)，所述多个模拟电压信号接口的电压变送单元的电压为0到5v(伏特)。

根据本申请的一实施方式，上述的所述数据传输单元更包含网路传输功能与全球定位功能，所述网路传输功能的网路为gprs网路或cdma网路。

根据本申请的一实施方式，上述的更包含嵌入式触控屏幕，所述嵌入式触控屏幕连接于所述触控萤幕接口，所述嵌入式触控屏幕具有显示实时数据、历史数据、报警设置、异常记录、操作记录、日常报表、权限管理、设备参数设置和设备标定。

本申请提供一种如如权利要求1所述的多通道水质监测系统的监测方法，其特征在于，其步骤包含：水注满于所述水样流通腔体内；排出所述水样流通腔体内的水，进行水样流通；根据设定的所述多个水质参数采集传感单元和采样频率以控制所述电源单元的供电，进而控制所述多个水质参数采集传感单元对水质进行采样；若判断采样值未超出设定值，则重复上述步骤，进行正常巡检采样，若判断所述采样值超出所述设定值，则发出警报并进行第二次采样；以及若判断第二次采样值未超出所述设定值，则恢复到上述步骤的判断，若判断所述第二次采样值超出所述设定值，则自动切换到连续采样模式，并同时透过所述数据传输单元传输通知至用户端。

根据本申请的一实施方式，上述的所述设定值为水的溶氧量、ph值、温度、余氯、浊度或电导的安全范围数值。

根据本申请的一实施方式，上述的所述智能型低功耗多通道水质监测系统的监测超出工作时间，则清洁模组会自动清洗所述水样流通腔体内部与所述多个水质参数采集传感单元的感测端，其中所述工作时间为24小时。

通过此种多通道水质监测系统及其监测方法，该监测系统提供多通道，易扩展，集成度高，并可根据应用场景选择合适的传感单元组合，自定义水质多参数监测。又，监测系统于待机模式与工作模式下进行有选择性的供电，大幅降低功耗。另外，智能模式下的监测方式，于降低功耗的同时，并不会影响到水质监测的可靠性。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施方式及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1其为本申请的多通道水质监测系统的示意图；

图2其为本申请的多通道水质监测系统的控制模组与接线模组连接的示意图；

图3其为本申请的多通道水质监测系统的接线模组与外部设备连接的示意图；以及

图4其为本申请的多通道水质监测方法的步骤流程图。

具体实施方式

以下将以图式揭露本申请的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，这些实务上的细节不应用以限制本申请。也就是说，在本申请的部分实施方式中，这些实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些习知惯用的结构与组件在图式中将以简单的示意的方式绘示的。

请参阅图1，其为本申请的多通道水质监测系统的示意图。如图所示，本申请提供一种多通道水质监测系统1，其可用于在线监控并检测水质，且使用智能型的系统能有效降低功耗，并不对于电耗产生太大负担。于本实施方式中，多通道水质监测系统1包含水样流通采集模组11、接线模组13与控制模组15。

承上所述，水样流通采集模组11包含输水管路111、水样流通腔体113、排水管115与多个水质参数采集传感单元117。输水管路111具有输水管1111与输水电磁阀1113，输水电磁阀1113设置于输水管路1111。输水管路1111的一端连通于水样流通腔体113的底部一侧。排水管115的一端连通于水样流通腔体113的顶端。水样流通腔体113的侧壁具有多个螺纹穿孔，多个螺纹穿孔为斜向穿孔，其连通于水样流通腔体113的内部。多个螺纹穿孔的倾斜角度介于40°到50°间，多个水质参数采集传感单元117分别螺设于多个螺纹穿孔，使多个水质参数采集传感单元117的感测端位于水样流通腔体113的内部。于本实施方式中，多个螺纹穿孔的倾斜角度为45°。

请参阅图2和图3，其为本申请的多通道水质监测系统的控制模组与接线模组连接的示意图与接线模组与外部设备连接的示意图。如图所示，接线模组13(即i/o接线扩展板)包含多个传感单元接口131(即485电路接口)与触控屏幕接口133，多个传感单元接口131耦接于触控屏幕接口133，换言之，多个传感单元接口131接收讯号后，其讯号传输于触控屏幕接口133。多个水质参数采集传感单元117分别连接于多个传感单元接口131。其中嵌入式触控屏幕134于屏幕上显示实时数据、历史数据、报警设置(如在测量值超过报警限值时触发声光报警等)、异常记录、操作记录、日常报表、权限管理、设备参数设置和设备标定(如传感单元标定等)。上述实时数据和历史数据除了数据展示外还有曲线展示。设备参数设置除了对传感单元采样通道与采样周期进行设置与修正外，还可以对数据传输单元(即dtu)进行网际协议(即ip)和端口号的设置。

又，当嵌入式触控屏幕134外接储存碟时，其会定时将数据导入储存碟。考虑到因网络中断导致远程服务器数据不完整的问题，可设置定时将当天历史数据一次性上传。水质参数采集传感单元117是根据自身规格选择合适的传感单元接口131与供电电源接口。水质参数采集传感单元117可侦测溶氧量、ph值、温度、余氯、浊度与电导等等。

多通道水质监测系统1更包含多个模拟电流信号接口171与多个模拟电压信号接口173。模拟电流信号接口171电性连接电流变送单元172，而电流变送单元172电性连接模拟传感单元探头1721。电流变送单元172供电于模拟传感单元探头1721,而模拟传感单元探头1721采集到微小信号进行放大和转换，进而输出4ma到20ma(毫安)的标准电流信号，模拟电流输入接口171已选通的方式将个接口的信号依次输入到主控单元151的接线模组13，而后通过内部的通信信号处理单元153(即内建的模数转换器,adc),将模拟信号转换为数字信号。另外，模拟电压信号接口173电性连接电压变送单元174，而电压变送单元174电性连接模拟传感单元探头1741。电压变送单元174供电于模拟传感单元探头1741，而模拟传感单元探头1741同样采集到微小信号进行放大和转换，进而输出超过0v到5v(伏特)间的标准电压信号，模拟电压输入接口173已相同于上述模拟电流信号接口171叙述的方式将模拟信号转换为数字信号，故不再赘述。

又，控制模组15电性连接于接线模组13，控制模组15包含主控制单元151、通讯信号处理单元153、数据储存单元155、数据传输单元157与电源单元159，主控制单元151分别电性连接于通讯信号处理单元153、数据储存单元155、数据传输单元157与电源单元159。

于本实施方式中，多通道水质监测系统1的控制模组15分别电性连接于5v(伏特)、12v(伏特)与24v(伏特)三种的可控电压。即主控制单元151可将市电或电源单元159(如36v的电池)转换成上述三种5v、12v、24v的可控电压给系统本身和外部设备供电。多通道水质监测系统1提供4路24v的可控电源、20路12v的可控电源与4路5v的可控电源。其中多通道水质监测系统1可选择使用市电或36v蓄电池供电，当在无外部电源补给的情况下，蓄电池可支持多通道水质监测系统1正常工作时长超过两周。

再者，于本实施方式中，多通道水质监测系统1为了能够有效的运用电能，并且降低功耗，所以除了主控制单元151的rtc电路以外的所有供电电路均可控制。主控制单元151选择stm32f103vet6单片机为主控芯片。通讯信号处理单元153(如485通讯电路)以max13487为通讯芯片。数据传输单元157(即dtu)可通过移动、联通或电信卡的数据网络与远程服务器通讯，除了收发水质参数采集信息外，数据传输单元157具有定位功能，其可通过基站定位、gps或北斗导航系统获取监测装置的位置信息，其通过网络上传至远程服务器。其中数据传输单元157更包含网路传输功能与全球定位功能，网路传输功能的网路为gprs网路或cdma网路。

请一并参阅图4，其为本申请的多通道水质监测方法的步骤流程图。如图所示，于本实施方式中，用户根据环境安装多通道水质监测系统1，并且通过嵌入式触控屏幕134进行多个水质参数采集传感单元117的采样通道、采样参数和采样周期进行设定，并且对对数据传输单元157参数进行配置，同时设定各水质采样参数的报警限值。用户(即监控端)使用多通道水质监测系统1进行以下步骤，于步骤s1：水注满于水样流通腔体113内。先将输水管路111的输水电磁阀1113打开，水由输水管1111输入于水样流通腔体113内，并且水填满水样流通腔体113。

于步骤s3：当前一步骤s1将水填满水样流通腔体113内后，输水管1111持续输水，而水由水样流通腔体113顶端的排水管115排出，如此水样流通采集模组11进行水样流通。

于步骤s5：根据设定的多个水质参数采集传感单元117和采样频率以控制电源单元159的供电，进而控制多个水质参数采集传感单元117对水进行采样。其中在正常情况下，主控制单元151根据设定的采样周期控制电源单元159定时给嵌入式触控屏幕134和多个水质参数采集传感单元117供电，除采样周期时间外，其余时间均仅保留主控制单元151供电。多个水质参数采集传感单元117采集到的采样数据发送至嵌入式触控屏幕134和数据传输单元157，并且采样数据通过数据传输单元157远传至远程服务器。

于步骤s7：若判断采样值未超出设定值，则重复上述步骤s5，进行正常巡检采样。若判断采样值超出设定值，则发出警报并进行第二次水质采样。其中设定值为水的溶氧量、ph值、温度、余氯、浊度或电导的安全范围数值，换言之，当水的采样值落于此范围内，则水质并未出现异样，若水的采样值超出此范围，则水质受到影响改变。其中正常巡检采样为间歇性的启动多个水质参数采集传感单元117。多个水质参数采集传感单元117进行检测时，才会启动监测。多个水质参数采集传感单元117不进行检测时，则停止启动监测。如此可降低电能功耗。

于步骤s9：若判断第二次采样值未超出设定值，则恢复到上述步骤s7的判断。若判断第二次采样值超出设定值，则自动切换到连续采样模式，并同时透过数据传输单元157传输警报至远端。换言之，采样值的检测判断会依据是否连续两次的采样值超出设定值，若第二次采样值为正常值，则重新计数，即计数清零，并且恢复到正常巡检采样。若连续两次检测的采样值超出设定值，则切换到连续采样模式，以对于水质马上进行持续性的监测。上述方式是为了避免意外导致暂时系的水质采样值变化，故，采取连续式检测的采样值超出设定值，才进行持续性的监测。

承上所述，当连续两次采集的采样值数据超过设定值(即水质数据的正常范围)后，自动切换为连续采样模式，异常参数对应的水质参数采集传感单元117由主控制单元151控制电源单元159持续供电，将数据存入数据储存单元(如eeprom)，同时触发本地报警装置并且通过数据传输单元157进行远程报警信息推送。维护人员到达现场后，可通过嵌入式触控屏幕134查看具体报警信息。当采集参数采样值恢复至设定值(即水质数据的正常范围)以内，关闭本地报警装置，同时通过数据传输单元157发送报警解除信息，自动切换至正常巡检模式。

另外，本实施方式中，多通道水质监测系统1更包含清洁模组18，清洁模组18包含驱动单元181与清洁单元183，驱动单元181位于水样流通腔体113上，清洁单元183位于水样流通腔体113内，驱动单元181驱动清洁单元183。排污水管路19具有排污水管191与排污水电磁阀193，排污水电磁阀193设置于排污水管191，排污水管路19的一端连通于水样流通腔体113的底部。其中驱动单元181为减速步进机，清洁单元183为连杆与毛刷组合，毛刷设置于连杆，减速步进机驱动连杆进而带动毛刷转动，而毛刷刷洗水样流通腔体113的内部。

承上所述，当智能型低功耗多通道水质监测系统1的监测超出工作时间(如24小时)，则清洁模组18会自动清洗水样流通腔体113内部与多个水质参数采集传感单元117的感测端进行清洗，然后打开排污水电磁阀193，将清洗后的污水排空。并且控制输水电磁阀1113和排污水电磁阀193开关对水样流通腔体113进行多次冲洗。

本实施方式提供一种多通道水质监测系统及其监控方法，其包含水样流通采集模组、接线模组与控制模组。于本实施方式的多通道水质监测系统具有多通道，易扩展，集成度高等优势，且可根据应用场景选择合适的组合，自定义水质多参数监测。在多通道水质监测系统的待机模式下，仅主控制单元的rtc电路耗电，其他内部单元和外部设备均可切断电源供应，极大的降低了待机功耗。多通道水质监测系统的工作模式下，亦可有选择性的供电，降低不必要的功耗。另外，多通道水质监测系统可自动切换定时巡检和连续采样两种模式，在降低功耗的同时，不影响水质监测的实时性。同时支持数据传输单元与数据储存单元，在因某些原因与服务器断开连接时，亦能保证数据的完整性。

上述说明示出并描述了本发明的若干优选实施方式，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施方式的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。