一种基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置的制作方法

本实用新型涉及一种基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置，属于水环境保护领域。

背景技术：

随着社会的快速发张，人民越来越重视对环境的保护，尤其是水污染，这些受污染的水不但不能被人饮用，甚至无法进行生物活动。据调查显示，中国90%的河流水域均受到污染，从化工污染、农业污染、生活污染等均侵害着本就稀缺的水资源，因此保护水资源尤为重要。如何对受污染水域进行实时监测一直受技术制约，同时有效地缓解水污染也是一个难题。

建立基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置，同时还需要考虑基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置的构成及构成之间的连接问题。

技术实现要素：

本实用新型提供了一种基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置，以用于有效地清理河流中的漂浮垃圾，及通过该装置对pH、水质浊度、电量、地理位置信息进行实时监测。

本实用新型的技术方案是：一种基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置，包括垃圾收集装置1、水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、ZigBee通信模块5和电压转换电路7；

垃圾收集装置1，用于对水中的漂浮物进行回收；

水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4，用于分别将采集的水质pH信息、水质浊度信息、地理位置信息传输给ZigBee通信模块5，通过ZigBee通信模块5将信息传输至后台；

电压转换电路7，用于电压转换，输出稳定的电压进行供电。

还包括位于垃圾收集装置1内的电池电量检测电路6，通过电池电量检测电路6将检测的电量信息传输给ZigBee通信模块5，通过ZigBee通信模块5将信息传输至后台。

所述垃圾收集装置1包括进水口8、卡槽9、可更换滤网10、滤水池11、水泵12、导线13、手提杆18；

所述漏斗形的进水口8作为水和漂浮物的进口，在进水口8下方设有卡槽9，通过卡槽9卡置可更换滤网10，通过可更换滤网10分离水和漂浮物，滤水池11位于可更换滤网10的下方且包裹可更换滤网10，滤水池11中的水通过水泵12排出装置外，水泵12通过导线13连接电源供电，竖直设置的手提杆18与滤水池11连接，手提杆18内封装水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、ZigBee通信模块5、电压转换电路7，水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、电压转换电路7通过导线13连接ZigBee通信模块5。

还包括水平设置的支撑连杆17，支撑连杆17一端与手提杆18连接，支撑连杆17另一端固定在外物上，用于固定垃圾收集装置1。

所述水质pH值检测电路2包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2、C3，滑动变阻器RP1、RP2，四个放大器CA3140：放大器CA3140-A、放大器CA3140-B、放大器CA3140-C、放大器CA3140-D，pH检测探头14；

其中，外置于垃圾收集装置1上的pH检测探头14作为整个电路的输入，pH检测探头14接电容C1的一端和放大器CA3140-A的3号管脚，电容C1的另一端接地，放大器CA3140-A的2号管脚反接放大器CA3140-A的5号管脚，放大器CA3140-A的1号管脚接5V电压，放大器CA3140-A的4号管脚接地，放大器CA3140-A的5号管脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2和电容C2的一端，电阻R2的另一端接电容C3的一端和放大器CA3140-B的3号管脚，放大器CA3140-B的2号管脚和5号管脚与电容C2的另一端一起接放大器CA3140-C的3号管脚，放大器CA3140-C的2号管脚接滑动变阻器RP1的滑动端，放大器CA3140-C的5号管脚接电阻R4和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接滑动变阻器RP1的一端，滑动变阻器RP1的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R5的另一端接放大器CA3140-D的3号管脚和电阻R6的一端，放大器CA3140-D的2号管脚接滑动变阻器RP2的滑动端，滑动变阻器RP2的两端分别接电阻R7和电阻R8的一端，电阻R7的另一端接5V电压，电阻R8的另一端接地，放大器CA3140-D的5号管脚接电阻R6的另一端且同时作为信号输出口接ZigBee通信模块5。

所述水质浊度检测电路3包括电阻R9、R10、R11、R12、R13，场效应管Q1，三极管Q2，滑动变阻器RP3，电容C4，LED灯，水质浊度检测探头15；

其中，外置于垃圾收集装置1上的水质浊度检测探头15作为整个电路的输入，水质浊度检测探头15的1号接口接滑动变阻器RP3的一端，滑动变阻器RP3的滑动端接电阻R9和电阻R11的一端，滑动变阻器RP3的另一端接场效应管Q1的基极和电阻R10的一端，电阻R9的另一端接电阻R12一端、LED灯正极、电容C4的一端，同时接5V电压，电阻R12接场效应管Q1的集电极和电阻R13的一端，场效应管Q1的发射极接水质浊度检测探头15的2号管脚，电阻R13的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接电阻R14的一端，电阻R10、电阻R11、电阻R14、电容C4的另一端共同接地，三极管Q2的集电极接LED灯的负极，同时作为信号输出口接ZigBee通信模块5。

所述GPS定位电路4包括芯片EM411、两个反相器74LS04；

其中，芯片EM411的3号管脚TX接反向器74LS04的输入端，反向器74LS04的输出端接另一个反相器74LS04，另一个反相器74LS04的输出端接ZigBee通信模块5，芯片EM411的4号管脚RX接ZigBee通信模块5，芯片EM411的1号管脚和5号管脚共同接地，芯片EM411的2号管脚接5V电压。

所述ZigBee通信模块5包括电容C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13，电阻R17、R18，晶振Y1、Y2，芯片CC253016；

其中，芯片CC253016管脚XOSC_Q1和XOSC_Q2分别接晶振Y2的一端，之后分别接电容C10和电容C11的一端，电容C10和电容C11的另一端共同接地，芯片CC253016管脚P2.3和P2.4分别接晶振Y1的一端，之后分别接电容C6和电容C7的一端，电容C6和电容C7的另一端共同接地，芯片CC253016管脚RESET接电容C13和电阻R18的一端，电容C13的另一端接5V电压，电阻R18的另一端接地，芯片CC253016管脚RBLAS接电阻R17的一端，电阻R17的另一端接地，芯片CC253016管脚AVDD6和DVDD1共同接电容C8的一端且与管脚AVDD1-AVDD5共同接的电路相连，相连电路接电容C9的一端和3.3V电压，电容C8及电容C9的另一端接地，芯片CC253016管脚DVDD2接电容C12的一端，电容C12的另一端接地，芯片CC253016管脚DCOUPL接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，CC2530的管脚P1.0接水质pH值检测电路2的信号输出口，CC2530的管脚P1.1接水质浊度检测电路3的信号输出口，芯片CC253016的管脚P1.4接GPS定位电路4中反相器74LS04的输出端，芯片CC253016的管脚P1.5接GPS定位电路4中芯片EM411的4号管脚RX。

所述电池电量检测电路6包括电阻R15、R16，二极管D1，芯片LM232；

其中，电压源的正极接电阻R15的一端和芯片LM232的4号管脚，电阻R15的另一端接芯片LM232的3号管脚，电压源的负极接电阻R16的一端和二极管D1的正极，之后接地，二极管D的负极接芯片LM232的3号管脚，电阻R16的另一端接芯片LM232的2号管脚，芯片LM232的5号管脚接地，芯片LM232的1号管脚作为输出接ZigBee通信模块5中芯片CC253016的管脚P1.3。

所述电压转换电路7包括变压器，整流桥，芯片LM7805，电容C14、C15，电感L1，二极管D2；

其中，变压器入口接24V电压，通过变压器后变成5V电压，变压器的输出端上端接整流桥的3号接口，变压器的输出端下端接整流桥的4号接口，整流桥的2号接口接电容C14的一端及芯片LM7805的1号管脚，整流桥的1号接口接电容C14的另一端及芯片LM7805的2号管脚、二极管D2的正极、电容C15的一端，同时还接地，芯片LM7805的3号管脚接二极管D2的负极及电感L1的一端，电感L1另一端接电容C15的另一端，同时作为输出口，输出稳定的5V电压作为电压源。

本实用新型的有益效果是：结构简单，成本低廉，可以有效地清理河流中的漂浮垃圾，并可以对水域的水质实时监控。

附图说明

图1是本实用新型的系统结构框图；

图2是本实用新型的垃圾收集装置设计图；

图3是本实用新型的水质pH值检测电路图；

图4是本实用新型的水质浊度检测电路图；

图5是本实用新型的GPS定位电路图；

图6是本实用新型的ZigBee通信模块电路图；

图7是本实用新型的电池电量检测电路图；

图8是本实用新型的24V电压转5V电压转换电路图；

图中各标号为：1—垃圾收集装置、2—水质pH值检测电路、3—水质浊度检测电路、4—GPS定位电路、5—ZigBee通信模块、6—电池电量检测电路、7—电压转换电路、8—进水口、9—卡槽、10—可更换滤网、11—滤水池、12—水泵、13—导线、14—pH检测探头、15-水质浊度检测探头、16—芯片CC2530、17—支撑连杆、18—手提杆。

具体实施方式

实施例1：如图1-8所示，一种基于ZigBee实时水质监测的嵌入式垃圾回收装置，包括垃圾收集装置1、水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、ZigBee通信模块5和电压转换电路7；

垃圾收集装置1，用于对水中的漂浮物进行回收；

水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4，用于分别将采集的水质pH信息、水质浊度信息、地理位置信息传输给ZigBee通信模块5，通过ZigBee通信模块5将信息传输至后台；

电压转换电路7，用于电压转换，输出稳定的电压进行供电。

进一步地，可以设置还包括位于垃圾收集装置1内的电池电量检测电路6，通过电池电量检测电路6将检测的电量信息传输给ZigBee通信模块5，通过ZigBee通信模块5将信息传输至后台。

进一步地，可以设置所述垃圾收集装置1包括进水口8、卡槽9、可更换滤网10、滤水池11、水泵12、导线13、手提杆18；所述漏斗形的进水口8作为水和漂浮物的进口，在进水口8下方设有卡槽9，通过卡槽9卡置可更换滤网10，通过可更换滤网10分离水和漂浮物，滤水池11位于可更换滤网10的下方且包裹可更换滤网10，滤水池11中的水通过水泵12排出装置外，水泵12通过导线13连接电源供电，竖直设置的手提杆18与滤水池11连接，手提杆18内封装水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、ZigBee通信模块5、电压转换电路7，水质pH值检测电路2、水质浊度检测电路3、GPS定位电路4、电压转换电路7通过导线13连接ZigBee通信模块5。进一步地，还可以设置进水口8为漏斗形，在进水口部分采用弧形设计。

进一步地，可以设置所述垃圾收集装置1还包括水平设置的支撑连杆17，支撑连杆17一端与手提杆18连接，支撑连杆17另一端固定在外物上，用于固定垃圾收集装置1。

进一步地，可以设置所述水质pH值检测电路2包括电阻R1、R2、R3、R4、R5、R6、R7、R8，电容C1、C2、C3，滑动变阻器RP1、RP2，四个放大器CA3140：放大器CA3140-A、放大器CA3140-B、放大器CA3140-C、放大器CA3140-D，pH检测探头14；其中，外置于垃圾收集装置1上的pH检测探头14作为整个电路的输入，pH检测探头14接电容C1的一端和放大器CA3140-A的3号管脚，电容C1的另一端接地，放大器CA3140-A的2号管脚反接放大器CA3140-A的5号管脚，放大器CA3140-A的1号管脚接5V电压，放大器CA3140-A的4号管脚接地，放大器CA3140-A的5号管脚接电阻R1的一端，电阻R1的另一端接电阻R2和电容C2的一端，电阻R2的另一端接电容C3的一端和放大器CA3140-B的3号管脚，放大器CA3140-B的2号管脚和5号管脚与电容C2的另一端一起接放大器CA3140-C的3号管脚，放大器CA3140-C的2号管脚接滑动变阻器RP1的滑动端，放大器CA3140-C的5号管脚接电阻R4和电阻R5的一端，电阻R4的另一端接滑动变阻器RP1的一端，滑动变阻器RP1的另一端接电阻R3的一端，电阻R3的另一端接地，电阻R5的另一端接放大器CA3140-D的3号管脚和电阻R6的一端，放大器CA3140-D的2号管脚接滑动变阻器RP2的滑动端，滑动变阻器RP2的两端分别接电阻R7和电阻R8的一端，电阻R7的另一端接5V电压，电阻R8的另一端接地，放大器CA3140-D的5号管脚接电阻R6的另一端且同时作为信号输出口接ZigBee通信模块5。

进一步地，可以设置所述水质浊度检测电路3包括电阻R9、R10、R11、R12、R13，场效应管Q1，三极管Q2，滑动变阻器RP3，电容C4，LED灯，水质浊度检测探头15；其中，外置于垃圾收集装置1上的水质浊度检测探头15作为整个电路的输入，水质浊度检测探头15的1号接口接滑动变阻器RP3的一端，滑动变阻器RP3的滑动端接电阻R9和电阻R11的一端，滑动变阻器RP3的另一端接场效应管Q1的基极和电阻R10的一端，电阻R9的另一端接电阻R12一端、LED灯正极、电容C4的一端，同时接5V电压，电阻R12接场效应管Q1的集电极和电阻R13的一端，场效应管Q1的发射极接水质浊度检测探头15的2号管脚，电阻R13的另一端接三极管Q2的基极，三极管Q2的发射极接电阻R14的一端，电阻R10、电阻R11、电阻R14、电容C4的另一端共同接地，三极管Q2的集电极接LED灯的负极，同时作为信号输出口接ZigBee通信模块5。

进一步地，可以设置所述GPS定位电路4包括芯片EM411、两个反相器74LS04；其中，芯片EM411的3号管脚TX接反向器74LS04的输入端，反向器74LS04的输出端接另一个反相器74LS04，另一个反相器74LS04的输出端接ZigBee通信模块5，芯片EM411的4号管脚RX接ZigBee通信模块5，芯片EM411的1号管脚和5号管脚共同接地，芯片EM411的2号管脚接5V电压。

进一步地，可以设置所述ZigBee通信模块5包括电容C5、C6、C7、C8、C9、C10、C11、C12、C13，电阻R17、R18，晶振Y1、Y2，芯片CC253016；其中，芯片CC253016管脚XOSC_Q1和XOSC_Q2分别接晶振Y2的一端，之后分别接电容C10和电容C11的一端，电容C10和电容C11的另一端共同接地，芯片CC253016管脚P2.3和P2.4分别接晶振Y1的一端，之后分别接电容C6和电容C7的一端，电容C6和电容C7的另一端共同接地，芯片CC253016管脚RESET接电容C13和电阻R18的一端，电容C13的另一端接5V电压，电阻R18的另一端接地，芯片CC253016管脚RBLAS接电阻R17的一端，电阻R17的另一端接地，芯片CC253016管脚AVDD6和DVDD1共同接电容C8的一端且与管脚AVDD1-AVDD5共同接的电路相连，相连电路接电容C9的一端和3.3V电压，电容C8及电容C9的另一端接地，芯片CC253016管脚DVDD2接电容C12的一端，电容C12的另一端接地，芯片CC253016管脚DCOUPL接电容C5的一端，电容C5的另一端接地，CC2530的管脚P1.0接水质pH值检测电路2的信号输出口，CC2530的管脚P1.1接水质浊度检测电路3的信号输出口，芯片CC253016的管脚P1.4接GPS定位电路4中反相器74LS04的输出端，芯片CC253016的管脚P1.5接GPS定位电路4中芯片EM411的4号管脚RX。

进一步地，可以设置所述电池电量检测电路6包括电阻R15、R16，二极管D1，芯片LM232；其中，电压源的正极接电阻R15的一端和芯片LM232的4号管脚，电阻R15的另一端接芯片LM232的3号管脚，电压源的负极接电阻R16的一端和二极管D1的正极，之后接地，二极管D的负极接芯片LM232的3号管脚，电阻R16的另一端接芯片LM232的2号管脚，芯片LM232的5号管脚接地，芯片LM232的1号管脚作为输出接ZigBee通信模块5中芯片CC253016的管脚P1.3。

进一步地，可以设置所述电压转换电路7包括变压器，整流桥，芯片LM7805，电容C14、C15，电感L1，二极管D2；其中，变压器入口接24V电压，通过变压器后变成5V电压，变压器的输出端上端接整流桥的3号接口，变压器的输出端下端接整流桥的4号接口，整流桥的2号接口接电容C14的一端及芯片LM7805的1号管脚，整流桥的1号接口接电容C14的另一端及芯片LM7805的2号管脚、二极管D2的正极、电容C15的一端，同时还接地，芯片LM7805的3号管脚接二极管D2的负极及电感L1的一端，电感L1另一端接电容C15的另一端，同时作为输出口，输出稳定的5V电压作为电压源。

本实用新型的工作过程是：

将垃圾收集装置置入水中，然后通过支撑连杆17进行固定，使整个装置进水口部分与水平面平齐，通过装置底部的水泵12进行抽水，将水排出，让装置形成一定的漩涡（通过漩涡可以将装置周边的物体吸引过来，同时因为不停地在排水吸水，可以给水面达到换氧的功能，调节水质的同时好增加水内活性），装置内的水位低于水平面，使得周边的漂浮物能够吸入装置内，然后通可更换滤网10进行水物分离，并且该网兜随时可以更换。为了检测垃圾回收装置的工作效果，在装置的手提杆18上的pH检测探头14、水质浊度检测探头15分别检测水质pH信息、水质浊度信息，所检测数据将通过连接的芯片CC2530进行发送，同时在所发送的信号里加入通过GPS定位电路采集的位置信息，通过位置信息可以知道相应区域的水质情况，实现区域的水质动态检测。当装置的电能不够时，电池电量检测电路6中电压比较器LM232可以对电池的实时电压进行比较，电压值即可以判定电池的电量多少，同时在比较器的输出口，将电压信号传至芯片CC2530，通过进行设定值比较，判定是否需要跟换电池，同时将信息传至后台。

其中，关于水质pH值检测电路2用以检测水质的pH值。以pH检测探头14作为整个电路的输入，探头深入水中，接触到水质颗粒浊度信号时会产生一个电势差，通过电路，能够将水质pH酸碱值转变成电压信号，对应的电压值即为pH值，即1.0V-10.0V对于pH值1-10。pH检测探头14接电容C1之后接地形成滤波电路，同时pH检测探头14和放大器CA3140-A的3号管脚组成信号比较电路，之后放大器CA3140-A的5号管脚作为输出端接放大器CA3140-A的2号管脚反向输入端，此时3号正向输入端和反向输入端进行误差比较，保证装置在使用过程中可以进行校准。误差为零时是最佳状态。放大器CA3140-A的1号管脚接5V电压作为供能端，放大器CA3140-A的4号管脚直接接地，当误差为零后，放大器CA3140-A的5号管脚输出有效电压，此时接电阻R1作为保护，之后电阻R1与电阻R2和电容C2组成的低频滤波电路进行连接，电阻R2的另一端接电容C3之后形成滤波电路，同时信号经过传输传至放大器CA3140-B的3号信号输入端管脚，放大器CA3140-B的5号信号输出口接CA3140-B的2号反向输入口，再次通过信号比较器进行比较，CA3140-B的5号管脚接放大器CA3140-C的3号信号输入端管脚，放大器CA3140-C的5号信号输出端管脚接电阻R4，与放大器CA3140-C的2号反向输入端管脚接的滑动变阻器RP1组成信号调节电路，用户可以根据需求进行调节，滑动变阻器RP1接电阻R3，电阻R3作为保护电阻。放大器CA3140-C的5号信号输出端管脚接电阻R5，通过电阻R5传输的信号传至另一放大器CA3140-D的3号信号输入管脚，放大器CA3140-D的2号管脚接滑动变阻器RP2的一端，滑动变阻器RP2的两端分别接电阻R7和电阻R8的一端，电阻R7的另一端接5V电压，电阻R8的另一端接地，此时组成调零电路，可以对pH检测电路进行归零。放大器CA3140-D的5号信号输出端管脚接保护电阻R6，同时作为输出接核心控制器CC2530的I/O口P1.0。

所述水质浊度检测电路3中水质浊度检测探头15作为整个电路的输入，当水质浊度检测探头没有插入水中时，场效应管Q1呈高阻态，回路不同，此时没有信号输出，当水质浊度检测探头插入水中时，会产生一个电势差，不同水质的水，其颗粒含量不同，因此检测的时候，电导率不同，所产生电压不同，当水中的颗粒含量未超标时，产生的电压通过放大比较电路，电压值代表其水质浊度，所得电压信号之后传输到核心控制器CC2530的I/O口P1.1。当浊度超过预设值时，会激发一个触发信号，LED灯会亮起，同时CC2530也会将该警报信号上传。用户每次使用装置之前可以通过滑动变阻器RP3和电阻R9组成的调节电路进行校准，因为在不同环境下的初始值不一样。

所述ZigBee通信模块5作为装置的核心控制器，控制各电路的工作和信号发发送与接收，并与其他模块组成ZigBee网络，信号通过天线进行传输至后台（如：云端服务器）；其中电路中包括两个晶振电路，一个复位电路及保护电路。

上面结合图对本实用新型的具体实施方式作了详细说明，但是本实用新型并不限于上述实施方式，在本领域普通技术人员所具备的知识范围内，还可以在不脱离本实用新型宗旨的前提下作出各种变化。