一种集水质检测与漂浮物监测一体装置的制作方法

本实用新型属于水质检测技术领域，尤其涉及一种集水质检测与漂浮物监测一体装置。

背景技术：

水污染是一个非常复杂的过程，具有过程缓慢、隐蔽和治理难度大的特点。一旦受到污染，很难消除污染的影响，即使其污染源彻底切断，也得满十几年、几十年甚至更长时间才能使水质复原。最有效的控制水污染的办法是在水质量发生恶化之前，及早地提出预告和报警，便于有关部门提前采取有效的防治措施，减缓或者彻底消除对水源的污染，因此对水体的监测是必不可少的。

水质监测系统是以在线自动分析仪器为核心，运用现代传感技术、自动测量技术、自动控制技术、计算机应用技术以及相关的专用分析软件和通信网络组成的一个综合性的在线自动监测体系。

现在常用的水质监测系统，仅仅是水质各项指标监测，仅能观测到水体质量信息，而水面漂浮物对于水体质量有很大影响，单一的水质指标数据监测不能够完整的反映出水体的整体监控。

技术实现要素：

本实用新型要解决的技术问题是提出一种集水质检测与漂浮物监测一体装置，以克服现有技术中水质检测系统无法兼顾漂浮物监测和水质指标监测的技术问题。

为实现上述目的，本实用新型提出的技术方案是：

一种集水质检测与漂浮物监测一体装置，在河道或大面积水域上设置若干监控单元，若干监控单元均通过太阳能电池板和蓄电池供电，若干监控单元与数据库系统和显示装置连接；每个监控单元均包括一个主节点及与主节点连接的若干个分节点；所述主节点包括水质检测装置和漂浮物监测装置，水质检测装置包括stm32单片机和与stm32单片机连接的浊度传感器、ph值传感器、温度传感器和tds传感器，各种传感器通过传感器通道与待测水源接触；所述漂浮物监测装置包括摄像头，摄像头连接树莓派；所述stm32单片机连接gps模块，所述stm32单片机通过zigbee通讯模块连接树莓派；所述分节点包括水质检测装置，分节点水质检测装置的stm32单片机通过zigbee通讯模块与主节点的树莓派连接；树莓派通过nb-iot通讯模块连接数据库系统，数据库系统连接远程终端；树莓派连接上位机显示装置。

进一步的，所述数据库系统包括云端服务器和pc；所述远程终端为手机，手机和云端服务器无线连接。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果是：

目前存在的水质监测系统大多只能通过人为使用传统单一的检测仪器实地检测水源地水质的基本参数。本实用新型所设计的水源地监测系统在此基础上，采用usb摄像头模块从监控摄像机所捕捉的序列图像中检测有漂浮物的存在；通过传输媒介树莓派raspberrypi3b+，采用nb-iot窄带蜂窝物联网通讯模块，改进了之前的gprs数据传输功能，节约了设计成本；采用太阳能供电系统，符合绿色发展理念；定时向云端发送数据，实时监测水源最新情况，当出现异常漂浮物时，及时向云端发送数据，提醒工作人员及时清理水面漂浮物，避免多次污染；相比于传统监测系统，系统采用远程移动终端app随时随地获取水质信息，更加具有时效性。

附图说明

图1是本实用新型整体结构示意图；

图2是本实用新型整体结构示意框图；

图3是本实用新型一个主节点的连接示意图。

图中，1-数据库系统，2-nb-iot通讯模块，3-太阳能电池板，4-摄像头，5-传感器管道，6-水源。

具体实施方式

下面通过具体实施方式结合附图对本实用新型作进一步详细说明。其中不同实施方式中类似元件采用了相关联的类似的元件标号。在以下的实施方式中，很多细节描述是为了使得本申请能被更好的理解。然而，本领域技术人员可以毫不费力的认识到，其中部分特征在不同情况下是可以省略的，或者可以由其他元件、材料、方法所替代。

本实用新型的工作原理是：stm32单片机结合传感器对水质浊度、ph值、水温、tds值等各项参数进行实时监测，并通过zigbee无线通信将数据传到树莓派，树莓派结合采用摄像头对水面漂浮物的监测与识别图片数据通过nb-iot窄带通讯将数据定时发送到云端，实现数据共享，若出现异常漂浮物情况，通过gps模块发送位置信息，可查询具体污染的地理位置，及时进行处理与保护。最终实现集水质信息检测、水面漂浮物识别等功能于一体的远程监测系统，能够实时高效地进行数据传输，实现数据共享，及时实施清理，更有利于水源的合理保护。

实施例：

参见图1，的一种集水质检测与漂浮物监测一体装置，在河道或大面积水域上设置若干监控单元，若干监控单元均通过各自的太阳能电池板3和蓄电池供电，若干监控单元与数据库系统1和显示装置连接；每个监控单元均包括一个主节点及与主节点连接的若干个分节点；主节点包括水质检测装置和漂浮物监测装置，水质检测装置包括stm32单片机和与stm32单片机连接的浊度传感器、ph值传感器、温度传感器和tds传感器，浊度传感器，检测范围0％-3.5％(0-4550ntu)，误差范围±5％f*s；tds传感器，检测范围0-1000ppm，误差范围±10％f.s.(25℃)；ph传感器，检测范围0-14；温度传感器，检测范围0-100℃；各种传感器通过传感器管道5与待测水源6接触；漂浮物监测装置包括摄像头4，摄像头4连接树莓派，该摄像头4具有高灵敏度，低电压等优点适用于嵌入式开发，支持图像缩放、平移和窗口设置，可输出jpg图像数据。基于机器学习的摄像头4拍摄相邻帧差分对比及运动检测得出变化值，当变化值达到响应阈值则有漂浮物，控制摄像头4进行自动拍照并且上传照片数据、水域位置信息，从而远程监控并及时处理；stm32单片机连接gps模块，stm32单片机通过zigbee通讯模块连接树莓派；

分节点同样包括水质检测装置，水质检测装置包括stm32单片机和与stm32单片机连接的浊度传感器、ph值传感器、温度传感器和tds传感，分节点水质检测装置的stm32单片机通过zigbee通讯模块与主节点的树莓派连接；

树莓派通过nb-iot通讯模块2连接数据库系统1，数据库系统1包括云端服务器和pc，pc具有漂浮物图像深度处理、实时监控、数据对比和指令控制功能，云端服务器通过无线网络连接远程终端，远程终端为手机，可实时监控整个装置的运行监控实况；树莓派连接上位机显示装置，上位机显示由qt的gui用户界面设计得。

漂浮物图像处理技术由opencv库结合python编程对漂浮物图像滤波、二值化、分割处理得到最优阈值，判断是否出现漂浮物。

数据传输模块包括两部分，一部分是stm32与树莓派间的zigbee串口通信，支持1000米内数据无线传送且丢包率低。一部分是基于nb-iot的物联网通信，实时把数据传送到云端，随时随地在任何可联网设备上以网页形式监控及处理。

供电模块采用太阳能板输出电压经过降压稳压处理为蓄电池充电，精确计算各部分需要供电电压及电流，蓄电池输出电压进行降压处理，为处理器、传感器、通讯模块、显示屏幕等供电。

显示装置分为现场用户界面显示及远程网页监控显示，用户界面采用基于qt的gui用户界面的设计，使用c++编程，设计出可现场看到摄像头4拍摄画面、该主节点的位置信息、该水域段各个分节点的水质信息及检测到的漂浮物照片等。网页显示采用基于php的网页设计，使用python编程把各项水质数据及图片数据加入数据库中，并联合php网页编程清晰条理的显示在网页中。

对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型所属原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。