本发明涉及一种监控设备，特别是涉及一种自动增氧监控设备。
背景技术：
当前提出大力发展国产化设计产品，所以根据国内用户的需求，过程自动化和工况监控设备的应用越来越广，为了达到节能、省时省力、提高生产效率的要求，需对设备进行自动化控制。目前多数此类产品主要功能是显示、采集处理、按键，继电器输出、通信和控制单元组成。
当前此类产品通常都是传感器和控制单元通过RS-485通信方式，当传输距离比较远数据量比较大的时候就不适用了。
技术实现要素：
鉴于以上所述现有技术的缺点，本发明的目的在于提供一种自动增氧监控设备，用于解决现有技术中远程大数据快速传输的问题。
为实现上述目的及其他相关目的，本发明提供一种自动增氧监控设备，该设备包括：传感器部分、主机监控部分和执行机构部分；
所述传感器部分通过长距离的线缆把被测装置的含氧量信号传递给主机监控部分；
所述主机监控部分安装于应用现场，对传感器部分传过来的模拟信号进行采集处理并显示；同时，在设置参数超范围后，对增氧机及泵机进行控制；所述主机监控部分还可以将采集信息和控制信息传递至远程监控设备；
所述执行机构部分根据主机的参数设置情况和控制信息进行相应的动作。
优选地，所述主机监控部分包括极化电压电路、信号采集电路、信号处理电路、A/D转换电路、控制单元、继电器模块、通信模块和控制执行机构模块；
所述极化电压电路连接于信号采集电路的前端；
所述信号采集电路用于采集被测装置的溶解氧信号和温度信号；
所述信号处理电路连接于信号采集电路的后端，对信号采集电路采集的溶解氧信号和温度信号进行处理；
所述A/D转换电路将信号处理路的输出电压信号按线性比例关系转换成数字信号输入至控制单元；
所述控制单元接收变换后的溶解氧信号和温度信号，根据溶解氧信号和温度信号以及设置的溶解氧阈值信号和温度阈值信号，对增氧泵进行控制；
所述继电器模块根据控制单元发出的控制信息控制增氧机与泵机的起停；
所述通信模块连接控制单元与远程监控设备，控制单元将传感器部分采集的信号与控制单元发出的控制信号传递至远程监控设备；
所述控制执行机构模块用于对执行机构进行控制。
优选地，所述信号采集电路包括溶解氧信号采集电路和温度信号采集电路；
所述溶解氧信号采集电路包括第一滤波电路、第一差动放大电路和第一零点电位抬高电路，所述第一滤波电路对采集的溶解氧信号进行滤波，抑制共、串模干扰信号；所述第一差动放大电路对滤波后的溶解氧信号进行放大；所述第一零点电位抬高电路；
所述温度信号采集电路包括第二滤波电路、第二差动放大电路和第二零点电位抬高电路，所述第二滤波电路对采集的温度信号进和滤波，抑制共、串模干扰信号；所述第二差动放大电路对滤波后的温度信号进行放大；所述第二零点电位抬高电路。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的完成掉电存储功能的存储模块。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的显示电路。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的按键模块。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的报警模块。
优选地，所述通信模块为485通信、以太网通信或光纤通信。
如上所述，本发明的一种自动增氧监控设备，具有以下有益效果：本发明采用通过光纤通信方式，在距离比较远、数据量比较大的情况，用户只需要添加一个标配的光纤转换模块即可，这种方式就解决了数据量大和距离比较远的情况下应用。本发明可以根据应用情况可以选配，方便用户应用选择。
附图说明
图1显示为本发明的一种自动增氧监控设备示意图；
图2显示为本发明的一种自动增氧监控设备的主机监控部分示意图；
图3显示为本发明的一种自动增氧监控设备的极化电压的电路图；
图4显示为本发明的一种自动增氧监控设备的溶解氧信号采集电路的电路图；
图5显示为本发明的一种自动增氧监控设备的温度信号采集电路的电路图；
图6显示为本发明的一种自动增氧监控设备的A/D转换电路的电路图；
图7显示为本发明的一种自动增氧监控设备的控制单元的电路图；
图8显示为本发明的一种自动增氧监控设备的继电器模块电路图；
图9显示为本发明的一种自动增氧监控设备的通信模块电路图，其中a表示RS485通信方式，b表示以太网通信方式，c表示光纤通信方式；
图10显示为本发明的一种自动增氧监控设备的存储模块的电路图；
图11显示为本发明的一种自动增氧监控设备的显示电路的电路图；
图12显示为本发明的一种自动增氧监控设备的按键模块的电路图；
图13显示为本发明的一种自动增氧监控设备的报警模块的电路图；
图14显示为本发明的一种自动增氧监控设备的电源模块的其中一种电路图，其中a为电源处理电路的电路图，b为数字模块的电路图；
图15显示为本发明的一种自动增氧监控设备的电源模块的另一种电路图。
具体实施方式
以下通过特定的具体实例说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点与功效。本发明还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本发明的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。
需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本发明的基本构想，遂图式中仅显示与本发明中有关的组件而非按照实际实施时的组件数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各组件的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其组件布局型态也可能更为复杂。
请参阅图1，本发明提供一种自动增氧监控设备，该设备包括传感器部分、主机监控部分和执行机构部分；
所述传感器部分通过长距离的线缆把被测装置的含氧量信号传递给主机监控部分；
所述主机监控部分安装于应用现场，对传感器部分传过来的模拟信号进行采集处理并显示；同时，在设置参数超范围后，对增氧机及泵机进行控制(例如：起动增氧泵、停机、定时的控制搅拌装置、声报警等)；所述主机监控部分还可以通过RS485、以太网或光纤等多种通信方式将采集信息和控制信息传递至远程监控设备；
所述执行机构部分根据主机的参数设置情况和控制信息进行相应的动作。主要是对采集上来的信号，通过处理后到CPU，CPU中央处理单元，根据用户或初始设定值对比，然后对执行机构进行控制。例如：氧传感器检测当前氧气含量比设定值低限还小，那中央处理单元就把控制增氧机的继电器线圈得电，继电器输出控制增氧机启动，进行补养。所谓执行机构就是继电器和接触器等设备，他们跟增氧机或冲刷泵连接。
本发明加强了对工农业生产设备的管理和生产工作，给农业和工业生产节能，生产效率等方面都有很大的提高，本发明主要是对小信号的采集转换处理以及远程大数据快速传输问题进行。
具体地，如图2所示，所述主机监控部分包括电源模块、极化电压电路、信号采集电路、信号处理电路、A/D转换电路、控制单元(单片机)、继电器模块、通信模块和控制执行机构模块；
如图3所示，所述极化电压电路连接于信号采集电路的前端。极化电压就是给传感器提供的一个极化电压，因为传感器是电化学原理，传感器正常工作条件，必须得提供一个极化电压，这样传感器电极才能正常工作，测量出空气或水中的氧气含量。
所述的极化电压电路输入是5V DC，经D16转换为2.5V，然后通过一个电位器RT6，再经电压跟随器输出0.7—1.2V电压做为传感器的极化电压。
如图4、5所示，具体地，所述信号采集电路用于采集被测装置的溶解氧信号和温度信号；所述信号处理电路连接于信号采集电路的后端，对信号采集电路采集的溶解氧信号和温度信号进行处理。
由于溶解氧传感器输出的电压信号非常微弱，温度传感器输出的电压也非常微弱。欲用单片机实现对输出数据的采集和处理，因此必须先对传感器输出的电压信号不失真地放大许多倍。本发明采用高精度集成四运放，它具有低噪声、零点漂移小、漏电流典型值小到1PA等特点。
因此，针对溶解氧传感器和温度传感器输出电压微弱的特点，本实施例采用以下电路对两传感器的输出进行处理。因此，所述溶解氧信号采集电路包括第一滤波电路、第一差动放大电路和第一零点电位抬高电路，所述第一滤波电路对采集的溶解氧信号进行滤波，抑制共、串模干扰信号；所述第一差动放大电路对滤波后的溶解氧信号进行放大；所述第一零点电位抬高电路。
所述温度信号采集电路包括第二滤波电路、第二差动放大电路和第二零点电位抬高电路，所述第二滤波电路对采集的温度信号进和滤波，抑制共、串模干扰信号；所述第二差动放大电路对滤波后的温度信号进行放大；所述第二零点电位抬高电路。
在本实施例中，温度信号采集电路采用桥路方式采集温度信号；采用差动电路对信号进行放大，以达到AD采集范围；采用有源滤波器有效抑制共、串模干扰信号；采用有零点电位抬高处理。零点抬高，就是在电路输入是零时，由于器件自身性能和温度等会有零点漂移现象，所以加这个电路就是为了调节零点作用。
桥式采集电路：电桥的优点是高稳定度的直流电源易于获得，电桥调节平衡电路简单，传感器至测量仪表的连接导线的分布参数影响小等。
差动电路：一般放大电路都具有零点漂移、抗共模干扰能力差、温度漂移等缺点，采用差分放大电路抑制零点漂移，减小共模干扰等优点，取代了一般的耦合放大电路。
有源滤波器：具有高度可控性和快速响应性，可滤出多种谐波，与无源滤波相比效果明显好很多。
零点抬高电路：就是在电路输入是零时，由于器件自身性能和温度等会有零点漂移现象，所以加这个电路就是为了调节零点作用，应用上灵活，可以简单的通过调节电路参数就可以调节零点输出。
所述A/D转换电路将信号处理路的输出电压信号按线性比例关系转换成数字信号输入至控制单元。
A/D转换即模数转换，是将一定的输入电压信号按线性的比例关系转换成数字信号,当输入电压变化时，输出也跟随变化。实现A/D转换有很多的集成芯片可以利用，其中ADS1252U是一款性能价格比较高的芯片,是一种目前十分常用的A/D转换器,在整个工作温度范围内和5V电源电压下都有极高的精度。ADS1252U(30)具有低噪声、动态范围宽、线性度好、数字分辨率可达24位、变换精度高。
当有多通道采集输入时还可用模拟开关进行分时切换处理。
在本发明中，AD转换器选用TI公司推出的24位ADS1252转换器，其最大采样码制可达16777216码；采集速达最大可达40kHz；简易的数字接口电路，AD转换器选用基准为2.5V。具体地A/D转换电路如轮廓图6所示。
如图7所示，所述控制单元接收变换后的溶解氧信号和温度信号，根据溶解氧信号和温度信号以及设置的溶解氧阈值信号和温度阈值信号，对增氧泵进行控制。
本实施例中，控制单元采用单片机，所使用的单片机选用STM32F107VBT6(10)内核为CortexTM-M3CPU，电源范围在2.0—3.6V，主频高达72MHz，它是一种高性能32-bit微控制器。存储器：128K字节FLASH，64K字节的SRAM；时钟3到25MHz晶体振荡器；2个12位ADC转换器；多达55个高速I/O；多达10个定时器；串行两线调试(SWD)通信接口：2个I2C接口；3个SPI接口；5个异步串行接口；1个USB2.0接口1路以太网接口；2路CAN总线接口。
优选地，所述继电器模块根据控制单元发出的控制信息控制增氧机与泵机的起停，具体电路如图8所示。
所述通信模块连接控制单元与远程监控设备，控制单元将传感器部分采集的信号与发出的控制信号传递至远程监控设备。
具体地，通信模块包括485通信(图9a)、以太网通信(图9b)或光纤通信(图9c)。
采用485的通信方式，其通信速度可达9600bps，可选用SN65HVD06D做485通信驱动芯片，而且由于485通信输出端有ESD保护措施，因此，485的通信方式可靠。
光纤通信是一个单独的配置模块，很方便用户远程通信时配置这个模块即可应用。本实施例可采用光纤的通信方式。
所述控制执行机构模块用于对执行机构进行控制；
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的完成掉电存储功能的存储模块，具体电路如图10所示。
存储模块主要完成掉电存储的功能，在系统突然掉电后能够保存已设置的开机限值和关机限值，保证数据不至于丢失。本实施例选用AT24C02，AT24C02等系列为较为典型的串行EEPROM，简称I2C总线式串行器件，AT24C02串行器件不仅占用很少的资源和I/O线，而且体积大大缩小，AT24C02同时具有工作电源宽,抗干扰能力强,功耗低,数据不易丢失和支持在线编程。I2C总线是一种用于IC器件之间连接的二线总线，它通过SDA串行数据线及SCL串行时钟线两根线在连到总线上的器件之间传送信息。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的显示电路，具体电路如图11所示。主要有三个窗口，一个是氧气含量低限值，一个是氧气含量高限值，还有一个是温度显示。
本发明选用移位寄存器4094做扫描共阳极数码管的段选；共阳极数码管的位选也是选用移位寄存器4094扫描，加三极管增强驱动能力。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的按键模块，具体电路如图12所示。I/O口线判断按键操作，无操作按键时，I/O口线为高，当操作按键时，I/O口线为低；按键操作使用RC滤波电路，防止按键误动作。
优选地，所述主机监控部分还包括与控制单元连接的报警模块，具体电路如图13所示。
在本发明中，所述电源模块为用电单元，包括了两种方式。
方式一，电源模块的电路图如图14所示。
电源输入端选用压敏电阻串接气体放电管接到大地、共感线圈、高频电容抑制抑制群脉冲干扰、共、串模干扰信号，选用保险丝做电源短路保护电路。
数字部分电源模块选用广州金升阳公司DC/DC电源模块。输入电压范围5V。输出端采用LC滤波电路，输出电源电压3.3V，输出电流400mA。
数字部分电源主要给单片机、存储模块、485通信、显示模块、继电器输出电路等部分供电。
模拟部分电源主要给模拟采集电路、转速电路、AD转换模块、AD基准电路、传感器供电电路等部分供电。
方式二，电源模块的电路图如图15所示。
综上所述，本发明的一种自动增氧监控设备，包括：传感器部分、主机监控部分和执行机构部分；所述传感器部分通过长距离的线缆把被测装置的含氧量信号传递给主机监控部分；所述主机监控部分安装于应用现场，对传感器部分传过来的模拟信号进行采集处理并显示；同时，在设置参数超范围后，对增氧机及泵机进行控制；所述主机监控部分还可以将采集信息和控制信息传递至远程监控设备；所述执行机构部分根据主机的参数设置情况和控制信息进行相应的动作。所以，本发明有效克服了现有技术中的种种缺点而具高度产业利用价值。
本发明实现了农业和工业生产节能，生产效率等方面都有很大的提高，本发明主要是对小信号的采集转换处理以及远程大数据快速传输问题进行。
本发明采用通过光纤通信方式，在距离比较远、数据量比较大的情况，用户只需要添加一个标配的光纤转换模块即可，这种方式就解决了数据量大和距离比较远的情况下应用。并且本发明是可以根据应用情况可以选配的，方便用户应用选择。
上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何熟悉此技术的人士皆可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰或改变。因此，举凡所属技术领域中具有通常知识者在未脱离本发明所揭示的精神与技术思想下所完成的一切等效修饰或改变，仍应由本发明的权利要求所涵盖。