一种水质样品采集检测系统及其数据传输方法与流程

本发明属于数据传输，尤其涉及一种水质样品采集检测系统及其数据传输方法。

背景技术：

1、水是人类生活和生存的重要资源之一，目前社会和经济发展导致的水污染和水质退化，已成为我们最主要的环境问题之一。近年来，水污染的事件时有发生。为了预防突发性污染事件的产生，有必要采用先进的水质分析技术来实现对水质的检测，同时能实时显示水质检测结果，当水质发生污染事，能及时预警预报。目前国内外常用的水质预警系统主要为基于常规理化分析方法的水质预警系统，能够直接分析测定水环境内的有毒有害物质或浓度，但是往往具有滞后性，需要一定的时间。

2、现有技术中公开了部分数据传输技术领域的发明专利，其中申请号为cn201210336973.3的发明专利，公开了一种水质检测分析系统及水质检测分析方法，该检测分析方法是获取污水处理站中单项水质指标的实测值，并与标准值进行对比；根据比较结果分别计算平均腐蚀速率、细菌类指标、ph值以及其他单项水质指标的达标率，再计算出综合达标率以及污水处理站以上级别单位水质指标的综合达标率；该检测分析系统是与本方法配套使用的系统；本发明可线性表征水质超标程度，并能准确反映出污水经处理后的水质达标程度，有利于污水的管理；且本发明可以表征不同类型的水质指标对水质达标率的影响，计算方法更符合科学依据；该技术方案还可以表征上级单位污水达标率的整体情况，有利于油田污水站的改造、管理及加药量设计，提高了油田生产的经济效益。

3、现有技术中的水质样品采集检测系统及其数据传输方法在运用的过程中仍存在一些不足之处，在使用传感设备对水质进行采样检测的过程中，大都有采集频率过低的缺陷，导致低频变化信号的传输精度较低。

4、基于此，本发明设计了一种水质样品采集检测系统及其数据传输方法，以解决上述问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于：为了解决现有技术中的水质样品采集检测系统及其数据传输方法在运用的过程中仍存在一些不足之处，在使用传感设备对水质进行采样检测的过程中，大都有采集频率过低的缺陷，导致低频变化信号的传输精度较低的问题，而提出的一种水质样品采集检测系统及其数据传输方法。

2、为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：

3、一种水质样品采集检测系统，包括传感模块，所述传感模块的输出端与信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与a/d转换电路的输入端电性连接，所述a/d转换电路的输出端与微处理器的输入端电性连接，所述微处理器的输出端与wifi模块的输入端电性连接，所述微处理器通过wifi模块无线连接有pc机，所述pc机的输出端与报警模块的输入端电性连接；

4、所述微处理器的输入端与电源模块的输出端电信连接；

5、传感模块，所述传感模块包括温度传感模块、ph值传感模块、电导率传感模块和溶解氧检测模块。

6、作为上述技术方案的进一步描述：

7、所述传感模块带温度补偿功能，用于调整采集的水质ph值参数。

8、作为上述技术方案的进一步描述：

9、所述传感模块的监测参数包括水温、ph值、电导率、溶解氧、流速、流量、硝酸根、cod和toc。

10、一种水质样品采集检测数据传输方法，水质样品采集检测数据传输方法包括：

11、利用高阶低阻的数字电位器对信号放大电路进行增益和零位调整，并结合小波阈值去噪算法将个体差异相对较大的传感模块的输出信号自适应调整；

12、根据传感模块监测信号波动频率以及信号在频段上的能量分布特点，将传感模块采集到的各种参数，分为低频变化信号和高频变化信号；

13、通过pc机设定的采样频率对低频变化信号进行采样；

14、通过pc机硬件设施支持的最高采样频率对高频变化信号进行采样。

15、作为上述技术方案的进一步描述：

16、所述小波阈值去噪的过程包括：

17、对传感模块输出信号进行小波分解，选取适合的小波基和分解尺度对小波进行s层分解；

18、对经过s层分解处理后的信号的阈值进行处理，所述阈值处理包括阈值和阈值函数，用于分离信号中的噪声以及有效信号小波系数的门限值，接着对小波做出量化处理，而量化规则视为阈值函数；

19、对经过阈值处理的信号进行小波重构处理，对量化之后的小波系数进行重构，获得重构信号，即去噪后的信号。

20、作为上述技术方案的进一步描述：

21、所述小波阈值去噪算法中设一维观测信号如式：

22、

23、式中sign()为符号函数，μ为调节因子，μ的大小可调节阈值处理后的估计值与阈值处理前的各尺度下的wjk之间存在的恒定偏差。

24、作为上述技术方案的进一步描述：

25、所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，采用傅里叶变换对低频变化信号进行处理，获得低频变化信号的频带分量和残余分量；

26、接着采用灰色模型和神经网络对获得的低频变化信号的频带分量和残余分量进行分析；

27、最后通过傅里叶逆变换获得低频变化信号分析结果，并进行低频变化信号传输精度的测试。

28、作为上述技术方案的进一步描述：

29、所述采用灰色模型和神经网络对获得的低频变化信号的频带分量和残余分量进行分析的时，pc机的射频前端对周围的无线电信号进行扫描，捕捉与wifi模块自身发出的射频信号，并将wifi模块射频信号进行预处理，送入构建的神经网络中进行分析和识别。

30、作为上述技术方案的进一步描述：

31、所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，低频变化信号幅值的变化值超过所述幅值变化阈值时，提高所述实际采样频率进行所述高频变化信号的后续采样。

32、作为上述技术方案的进一步描述：

33、所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，低频变化信号幅值的变化值未超过所述幅值变化阈值时，降低所述实际采样频率进行所述高频变化信号的后续采样。

34、综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：

35、本发明中，利用wifi技术传输水质的ph值、电导率、溶解氧、流速、流量、硝酸根、cod、toc和水温，并实时将检测结果传输至pc机显示，pc机能够判断市政供水管道水质ph值是否在合格范围内，若是检测结果超出合格范围，则控制报警模块及时通知市政供水管道管理人员及时维护处理，先对传感模块输出的信号进行自适应调整，能够使其线性放大输出区间稳定，亦具备可扩展的数字输出，实现对传感模块输出信号的实时记录及便捷现场校准，然后通过对传感模块输出的信号进行小波阈值去噪处理，能够在传输的过程中消除噪声的干扰，能够对低频变化信号进行快速分析，对低频变化信号的传输精度进行分析，改善低频变化信号的传输精度，且具有较强的鲁棒性和环境抗干扰能力，有利于进一步提升低频变化信号的传输精度。

技术特征：

1.一种水质样品采集检测系统，包括传感模块，其特征在于，所述传感模块的输出端与信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与a/d转换电路的输入端电性连接，所述a/d转换电路的输出端与微处理器的输入端电性连接，所述微处理器的输出端与wifi模块的输入端电性连接，所述微处理器通过wifi模块无线连接有pc机，所述pc机的输出端与报警模块的输入端电性连接；

2.根据权利要求1所述的一种水质样品采集检测系统，其特征在于，所述传感模块带温度补偿功能，用于调整采集的水质ph值参数。

3.根据权利要求2所述的一种水质样品采集检测系统，其特征在于，所述传感模块的监测参数包括水温、ph值、电导率、溶解氧、流速、流量、硝酸根、cod和toc。

4.一种根据权利要求1-3任意一项所述的水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，水质样品采集检测数据传输方法包括：

5.根据权利要求4所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述小波阈值去噪的过程包括：

6.根据权利要求5所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述小波阈值去噪算法中设一维观测信号如式：

7.根据权利要求4所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，采用傅里叶变换对低频变化信号进行处理，获得低频变化信号的频带分量和残余分量；

8.根据权利要求7所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述采用灰色模型和神经网络对获得的低频变化信号的频带分量和残余分量进行分析的时，pc机的射频前端对周围的无线电信号进行扫描，捕捉与wifi模块自身发出的射频信号，并将wifi模块射频信号进行预处理，送入构建的神经网络中进行分析和识别。

9.根据权利要求4所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，低频变化信号幅值的变化值超过所述幅值变化阈值时，提高所述实际采样频率进行所述高频变化信号的后续采样。

10.根据权利要求9所述的一种水质样品采集检测数据传输方法，其特征在于，所述pc机通过设定采样频率对低频变化信号进行采样时，低频变化信号幅值的变化值未超过所述幅值变化阈值时，降低所述实际采样频率进行所述高频变化信号的后续采样。

技术总结
本发明公开了一种水质样品采集检测系统及其数据传输方法，属于数据传输技术领域，包括传感模块，所述传感模块的输出端与信号放大电路的输入端电性连接，所述信号放大电路的输出端与A/D转换电路的输入端电性连接，A/D转换电路的输出端与微处理器的输入端电性连接，微处理器的输出端与WiFi模块的输入端电性连接。本发明中，实现对传感模块输出信号的实时记录及便捷现场校准，然后通过对传感模块输出的信号进行小波阈值去噪处理，能够在传输的过程中消除噪声的干扰，能够对低频变化信号进行快速分析，对低频变化信号的传输精度进行分析，改善低频变化信号的传输精度，且具有较强的鲁棒性和环境抗干扰能力，有利于进一步提升低频变化信号的传输精度。

技术研发人员：潘莹
受保护的技术使用者：深圳美波科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/1/15