基于物联网的水质监测系统的制作方法

1.本发明涉及一种水质监测系统，尤其涉及一种基于物联网的水质监测系统。


背景技术：

2.随着人们的环保意识的增强以及淡水资源的紧缺，人们逐渐对淡水的水质的关注度日益提高，比如对淡水河流、淡水湖泊以及对淡水蓄水池等的水质监测就显得极为重要。
3.现有技术中，对于水质的监测一般采用人工方式，通过相应的技术人员定时定点采样，然后进行水质分析，得到相应的数据，这种方式存在数据的连续性低，而且效率低，还存在漏检的风险。随着技术的发展，人们逐渐采用在线监测方式，即采用传感器对水质进行监测并实施上传相应的数据，但是，现有的监测系统则存在稳定性差，尤其是在于系统中各器件的供电稳定性差，不能保证数据实时稳定的传输。
4.因此，为了解决上述技术问题，亟需提出一种新的技术手段进行解决。


技术实现要素：

5.有鉴于此，本发明旨在于提供一种基于物联网的水质监测系统以解决上述技术问题。
6.本发明提供的一种基于物联网的水质监测系统，包括传感器模块、控制处理模块、无线传输模块、供电模块以及远程监控模块；
7.所述传感器模块用于检测水质参数并将参数传输至控制处理模块，所述控制处理模块的输入端连接于传感器模块，所述控制处理模块通过无线传输模块与远程监控模块通信连接，所述供电模块向传感器模块、控制处理模块以及无线传输模块供电；
8.所述供电模块包括整流电流、滤波电路、供电控制电路、稳压模块、充电控制电路以及蓄电池；
9.所述整流电流的输入端连接于市电，整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端连接于供电控制电路的第一输入端，所述供电控制电路的输出端连接于稳压模块，所述稳压模块的输出端向传感器模块、控制处理模块以及无线传输模块；
10.所述蓄电池的正极连接于供电控制电路的第二输入端，所述充电控制电路的电源端连接于供电控制电路的输出端，充电控制电路的输出端连接于蓄电池的正极，所述充电控制电路与控制处理模块通信连接。
11.进一步，所述供电控制电路包括第一控制电路和第二控制电路；
12.所述第一控制电路的输入端为供电控制电路的第一输入端，所述供电控制电路的输出端连接于稳压模块的输入端，所述第二控制电路的输入端为供电控制电路的第二输入端，第二供电控制电路的输出端连接于稳压模块的输入端和充电控制电路的输入端；
13.第二控制电路的控制输出端连接于第一控制电路的控制输入端，第二控制电路的第一控制输入端连接于第一控制电路的输出端，第二控制电路的第二控制端连接于控制处理模块的控制输出端。
14.进一步，所述第一控制电路包括pmos管q1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、可控硅q2、三极管q3、三极管q4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、齐纳二极管d1以及二极管d2；
15.pmos管q1的源极作为第一供电控制电路的输入端，pmos管q1的漏极与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极作为第一控制电路的输出端；
16.pmos管q1的源极通过电阻r7连接于pmos管q1的栅极，pmos管q1的栅极通过电阻r8连接于三极管q3的集电极，三极管q3的发射极接地，电阻r6的一端连接于pmos管q1的源极，电阻r6的另一端连接于三极管q4的集电极，三极管q4的基极作为第一控制电路的控制输入端，三极管q4的集电极通过电阻r9连接于三极管q3的基极；电容c1的一端连接于pmos管q4的源极，电容c1的另一端连接于电阻r9和三极管q4的集电极之间的公共连接点，电阻r9和三极管q4的集电极之间的公共连接点通过电容c2接地，三极管q4的基极通过电容c3接地；
17.电阻r1的一端连接于pmos管q1的源极，电阻r1的另一端与齐纳二极管d1的负极连接，齐纳二极管d1的正极通过电阻r3和电容c4并联后接地，齐纳二极管d1的正极通过电阻r2连接于可控硅q1的控制极，可控硅q1的正极通过电阻r4连接于pmos管q1的源极，可控硅q2的负极通过电阻r5连接于三极管q4的基极。
18.进一步，所述第二控制电路包括nmos管q8、电阻r15、电阻r10、电阻r14、电阻r13、电阻r12、电阻r11、电阻r17、三极管q5、三极管q6、二极管d5、二极管d6、二极管d3以及二极管d4；
19.nmos管q8的漏极作为第二控制电路的输入端连接于蓄电池的正极，nmos管q8的源极连接于二极管d5的正极，二极管d5的负极作为第二控制电路的输出端；
20.电阻r15的一端连接于nmos管q8的漏极，电阻r15的另一端连接于三极管q5的发射极，nmos管q8的栅极通过电阻r11和电阻r12串联后接地，电阻r11和电阻r12之间的公共连接点连接于三极管q5的集电极，三极管q5的基极通过电阻r14连接于三极管q5的发射极，三极管q5的基极连接于二极管d6的负极，二极管d6的正极连接于电阻r13的一端，电阻r13的另一端作为第二控制电路的第一控制输入端连接于第一控制电路的输出端，三极管q6的集电极连接于三极管q5的发射极，三极管q6的发射极接地，三极管q6的基极连接于电阻r17的一端，电阻r17的另一端作为第二控制电路的第二控制输入端连接于控制处理模块；其中，三极管q5为p型三极管；
21.电阻r10的一端连接于nmos管的源极，电阻r10的另一端连接于二极管d3的正极，二极管d3的负极连接于二极管d4的正极，二极管d4的负极作为第二控制电路的控制输出端。
22.进一步，所述第二控制电路还包括防反接电路，所述防反接电路包括电阻r18、电阻r16、发光二极管led1以及p型的三极管q7；
23.三极管q7的发射极连接于地，三极管q7的基极通过电阻r18连接于nmos管q8的漏极，三极管q7的集电极通过电阻r16连接于发光二极管led1的正极，发光二极管led1的负极连接于二极管d4的正极。
24.进一步，所述控制处理模块包括单片机、定位电路、存储器以及预处理电路；
25.所述预处理电路的输入端连接于传感器模块的输出端，所述预处理电路的输出端连接于单片机的输入端，所述定位电路与单片机连接，所述存储器与单片机连接，所述单片
机通过无线传输模块与远程监控模块通信连接。
26.进一步，所述无线传输模块为lora模块、zigbee模块、uwb模块以及5g模块中的任一种。
27.进一步，所述远程监控模块包括监控主机、存储服务器以及触控显示器，所述监控主机通过无线传输模块与单片机通信连接，所述监控主机与存储服务器和触控显示器通信连接。
28.本发明的有益效果:通过本发明，能够对目标淡水水域的水质进行在线监测，无需传统的人工方式，效率高，准确性好，而且基于无线传输模块组成的物联网，无需复杂的线路布置，能够保证数据传输的准确性，方便使用。
29.另一方面，本发明采用市电与蓄电池组成的冗余电源的方式进行供电，而且在市电供电断电时无缝切换至蓄电池供电状态，确保数据传输的连续性，为水质分析、处理提供准确的数据支持，而且在蓄电池供电状态能够对市电供电进行锁定，当市电断电故障排除确认后才能够切换回市电供电，防止误动，确保系统的可靠性以及安全性。
附图说明
30.下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述：
31.图1为本发明的结构的示意图。
32.图2为本发明的供电控制电路的原理图。
具体实施方式
33.以下结合说明书附图对本发明做出进一步详细说明：
34.本发明提供的一种基于物联网的水质监测系统，包括传感器模块、控制处理模块、无线传输模块、供电模块以及远程监控模块；
35.所述传感器模块用于检测水质参数并将参数传输至控制处理模块，所述控制处理模块的输入端连接于传感器模块，所述控制处理模块通过无线传输模块与远程监控模块通信连接，所述供电模块向传感器模块、控制处理模块以及无线传输模块供电；
36.所述供电模块包括整流电流、滤波电路、供电控制电路、稳压模块、充电控制电路以及蓄电池；
37.所述整流电流的输入端连接于市电，整流电路的输出端与滤波电路的输入端连接，滤波电路的输出端连接于供电控制电路的第一输入端，所述供电控制电路的输出端连接于稳压模块，所述稳压模块的输出端向传感器模块、控制处理模块以及无线传输模块；当然，在实际使用中，为了确保器件用电安全，在整流电路与滤波电路之间设置限压限流电阻，整流电路采用现有的二极管组成的全桥式整流电路，滤波电路采用现有的rc滤波电路(具有滤波作用，电容具有削峰作用，电阻还能够起到一定的限压限流作用)；充电控制电路采用现有的电池管理电路，蓄电池采用锂电池，能量密度高，寿命长，稳定性好，充电控制电路采用现有的锂电池管理电路，比如cn3768充电管理芯片；稳压模块采用现有的稳压电路，当然，稳压模块中的稳压电路可以不止为一个，根据后续的用电器件的额定电压选择，比如说：传感器模块需要9v供电，单片机需要5v供电，无线通信模块需要5v供电，那么就可以采用lm7809和lm7805两个芯片顺次连接，从而输出9v和5v直流电向不同的器件供电。
38.所述蓄电池的正极连接于供电控制电路的第二输入端，所述充电控制电路的电源端连接于供电控制电路的输出端，充电控制电路的输出端连接于蓄电池的正极，所述充电控制电路与控制处理模块通信连接；其中，传感器模块采用现有的总有机碳传感器(即toc传感器)、电导率传感器、ph值传感器以及orp传感器等，当然，为了对水体中的悬浮物等进行监测，还可以设置高清的ccd摄像头(当然，采用现有的防水的ccd摄像头)，ccd摄像头直接与控制处理模块连接，通过上述结构，能够对目标淡水水域的水质进行在线监测，无需传统的人工方式，效率高，准确性好，而且基于无线传输模块组成的物联网，无需复杂的线路布置，能够保证数据传输的准确性，方便使用。
39.另一方面，本发明采用市电与蓄电池组成的冗余电源的方式进行供电，而且在市电供电断电时无缝切换至蓄电池供电状态，确保数据传输的连续性，为水质分析、处理提供准确的数据支持，而且在蓄电池供电状态能够对市电供电进行锁定，当市电断电故障排除确认后才能够切换回市电供电，防止误动，确保系统的可靠性以及安全性。
40.本实施例中，所述供电控制电路包括第一控制电路和第二控制电路；
41.所述第一控制电路的输入端为供电控制电路的第一输入端，所述供电控制电路的输出端连接于稳压模块的输入端，所述第二控制电路的输入端为供电控制电路的第二输入端，第二供电控制电路的输出端连接于稳压模块的输入端和充电控制电路的输入端；
42.第二控制电路的控制输出端连接于第一控制电路的控制输入端，第二控制电路的第一控制输入端连接于第一控制电路的输出端，第二控制电路的第二控制端连接于控制处理模块的控制输出端。
43.具体地：所述第一控制电路包括pmos管q1、电阻r1、电阻r2、电阻r3、电阻r4、电阻r5、电阻r6、电阻r7、电阻r8、电阻r9、可控硅q2、三极管q3、三极管q4、电容c1、电容c2、电容c3、电容c4、齐纳二极管d1以及二极管d2；
44.pmos管q1的源极作为第一供电控制电路的输入端，pmos管q1的漏极与二极管d2的正极连接，二极管d2的负极作为第一控制电路的输出端；
45.pmos管q1的源极通过电阻r7连接于pmos管q1的栅极，pmos管q1的栅极通过电阻r8连接于三极管q3的集电极，三极管q3的发射极接地，电阻r6的一端连接于pmos管q1的源极，电阻r6的另一端连接于三极管q4的集电极，三极管q4的基极作为第一控制电路的控制输入端，三极管q4的集电极通过电阻r9连接于三极管q3的基极；电容c1的一端连接于pmos管q4的源极，电容c1的另一端连接于电阻r9和三极管q4的集电极之间的公共连接点，电阻r9和三极管q4的集电极之间的公共连接点通过电容c2接地，三极管q4的基极通过电容c3接地；
46.电阻r1的一端连接于pmos管q1的源极，电阻r1的另一端与齐纳二极管d1的负极连接，齐纳二极管d1的正极通过电阻r3和电容c4并联后接地，齐纳二极管d1的正极通过电阻r2连接于可控硅q1的控制极，可控硅q1的正极通过电阻r4连接于pmos管q1的源极，可控硅q2的负极通过电阻r5连接于三极管q4的基极。
47.所述第二控制电路包括nmos管q8、电阻r15、电阻r10、电阻r14、电阻r13、电阻r12、电阻r11、电阻r17、三极管q5、三极管q6、二极管d5、二极管d6、二极管d3以及二极管d4；
48.nmos管q8的漏极作为第二控制电路的输入端连接于蓄电池的正极，nmos管q8的源极连接于二极管d5的正极，二极管d5的负极作为第二控制电路的输出端；
49.电阻r15的一端连接于nmos管q8的漏极，电阻r15的另一端连接于三极管q5的发射
极，nmos管q8的栅极通过电阻r11和电阻r12串联后接地，电阻r11和电阻r12之间的公共连接点连接于三极管q5的集电极，三极管q5的基极通过电阻r14连接于三极管q5的发射极，三极管q5的基极连接于二极管d6的负极，二极管d6的正极连接于电阻r13的一端，电阻r13的另一端作为第二控制电路的第一控制输入端连接于第一控制电路的输出端，三极管q6的集电极连接于三极管q5的发射极，三极管q6的发射极接地，三极管q6的基极连接于电阻r17的一端，电阻r17的另一端作为第二控制电路的第二控制输入端连接于控制处理模块；其中，三极管q5为p型三极管；
50.电阻r10的一端连接于nmos管的源极，电阻r10的另一端连接于二极管d3的正极，二极管d3的负极连接于二极管d4的正极，二极管d4的负极作为第二控制电路的控制输出端。
51.所述第二控制电路还包括防反接电路，所述防反接电路包括电阻r18、电阻r16、发光二极管led1以及p型的三极管q7；
52.三极管q7的发射极连接于地，三极管q7的基极通过电阻r18连接于nmos管q8的漏极，三极管q7的集电极通过电阻r16连接于发光二极管led1的正极，发光二极管led1的负极连接于二极管d4的正极。
53.其中，第一控制电路中还包括光耦g1和电阻r19,光耦g1的发光二极管的正极电阻r11和电阻r12之间的公共连接点，光耦g1的发光二极管的负极接地，光耦g1的光敏三极管的发射极接地，光耦g1的光敏三极管的集电极连接于电阻r19的一端，电阻r19的另一端作为第二控制电路的检测输出端连接于单片机，当市电供电时，由于nmos管q8不导通，光耦g1截止，此时，电阻r19与单片机连接的端子的电平v_de为高电平，当蓄电池供电时，此时，光耦g1导通，电阻r19与单片机连接的端子的电平v_de为低电平，表明市电供电故障，此时，单片机向监控主机上传告警信息，该报警信息包括定位模块输出的位置信息，工作人员根据该告警信息进行相应的维护，当故障排除后，通过监控主机向单片机发送指令，单片机向三极管q6输出高电平，从而使得蓄电池供电停止，切换至市电供电。
54.下面对上述的电路原理说明：
55.当整流电路接入市电后，通过电容c1和电容c2进行延时，该延时为r1、d1、r3、可控硅q2组成的过压控制电路进行过压检测提供时间，当电压正常时，三极管q3导通，q4截止，从而pmos管q1导通，向后续的稳压模块供电；由于此时第一控制模块具有输出，那么使得三极管q5的基极电压高压发射电压，三极管q5截止，从而使得nmos管q8截止，蓄电池不供电，而且也不消耗自身电量(自放电除外)；当市电过压，此时齐纳二极管d1导通，从而使得可控硅q2导通，进而使得三极管q4导通，三极管q3截止，pmos管q1截止，市电停止供电，或者市电直接断电，二极管d2的负极同样无输出，此时三极管q5的基极电压低于发射极电压，三极管q5反向偏置且导通，nmos管q8导通，从而由市电切换至蓄电池供电状态，当nmos管q8导通后，通过r10、d3、d4向三极管q4输出一个电压，使得三极管q4保持导通，从而对市电供电进行锁定，为市电的故障排除提供充足时间，只有当市电故障排除后通过单片机向三极管q6输出一个高电平，从而使得三极管q5截止，nmos管q8截止，恢复至市电供电。
56.防反接电路用于对系统进行保护，当蓄电池正接时，三极管q7的基极电压高于发射极电压，三极管q7截止，当蓄电池反接，那么三极管q7的发射极电压高于基极电压，三极管q7导通，从而通过电阻r16、发光二极管led1、二极管d4以及电容c3形成回路，发光二极管
led1进行反接预警，并且此时保持市电也不供电，防止市电供电时充电控制芯片会误动作，确保安全。
57.本实施例中，所述控制处理模块包括单片机、定位电路、存储器以及预处理电路；
58.所述预处理电路的输入端连接于传感器模块的输出端，所述预处理电路的输出端连接于单片机的输入端，所述定位电路与单片机连接，所述存储器与单片机连接，所述单片机通过无线传输模块与远程监控模块通信连接，其中，单片机采用现有的单片机，比如stm32系列单片机，定位电路采用gps定位电路或者北斗定位电路，用于对当前监测点的位置进行电位，利于后续分析，预处理电路采用现有的顺次连接的放大、滤波以及ad转换电路(即模数转换电路)。
59.本实施例中，所述无线传输模块为lora模块、zigbee模块、uwb模块以及5g模块中的任一种，当然，还可以采用现有的其他无线传输模块。
60.本实施例中，所述远程监控模块包括监控主机、存储服务器以及触控显示器，所述监控主机通过无线传输模块与单片机通信连接，所述监控主机与存储服务器和触控显示器通信连接。
61.最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。