基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置论文和设计-马俊

全文摘要

本实用新型提供了一种基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，包括监测装置本体、上位机、控制模块、SD存储模块、LCD显示模块、转换电路、电源模块、通信模块和采集模块，采集模块用于实时采集水环境因子参数；转换电路用于将水环境因子参数转换成电信号，SD存储模块用于存储数据，控制模块用于对监测数据进行处理得到监测结果，并将结果实时显示在LCD显示模块上，以及将监测结果通过通信模块发送到上位机，电源模块用于为控制模块提供工作电源。本实用新型可以将水环境因子的监测情况实时显示出来，并设置了锂电池供电模块和太阳能供电模块的双电池替换系统，两种电源交替使用，更加节省资源。

主设计要求

1.基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，包括监测装置本体(8)、上位机(1)、控制模块(5)、SD存储模块(2)、LCD显示模块(4)、转换电路(6)，其特征在于，还包括电源模块、通信模块(3)和采集模块(7)，所述采集模块(7)与转换电路(6)的输入端连接，所述采集模块(7)用于实时采集水环境因子参数；所述转换电路(6)的输出端与控制模块(5)连接，所述转换电路(6)用于将采集到的水环境因子参数转换成电信号；所述SD存储模块(2)通过控制模块(5)的SPI接口与控制模块(5)连接，所述SD存储模块(2)用于存储经控制模块(5)处理后的数据，所述控制模块通过通信模块(3)与上位机(1)通信连接，所述控制模块(5)用于对水环境因子参数转换完成后的电信号进行数据处理得到水环境因子的监测结果，并将结果实时显示在LCD显示模块(4)上，以及将监测结果通过通信模块(3)发送到上位机(1)，由上位机(1)对监测结果进行储存分析，所述电源模块与控制模块(5)连接，用于为控制模块(5)提供工作电源。

设计方案

2.根据权利要求1所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，所述电源模块包括锂电池供电模块、太阳能供电模块和电源管理模块，所述锂电池供电模块、太阳能供电模块与电源管理模块的输入端连接，所述电源管理模块的输出端与控制模块(5)连接，所述电源管理模块对锂电池供电模块和太阳能供电模块的输出电压进行电压转换得到控制模块(5)的正常工作电压。

3.根据权利要求1所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，采集模块(7)包括流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器，所述流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器均与转换电路(6)连接，所述流速传感器用于监测水环境的流速，图像采集传感器用于监测采集水环境的实时图像参数，水环境因子监测传感器用于监测水环境因子参数。

4.根据权利要求3所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，所述水环境因子监测传感器包括温度传感器、pH传感器、浑浊度传感器。

5.根据权利要求1所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，所述控制模块(5)采用MSP430单片机。

6.根据权利要求1所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，所述通信模块(3)采用SIM900A模块。

7.根据权利要求1所述的基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，其特征在于，所述LCD显示模块(4)使用LCD12864显示屏。

设计说明书

技术领域

本实用新型属于水环境监测技术领域，具体涉及一种基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置。

背景技术

目前存在的智能水质监测仪器还未普遍的应用于实际中，大多数测量还需要依靠人工才能实现，而且如何保证监测仪器在任何天气都可以不受影响的使用也是智能水质监测仪器方面很重要的。

青海省三江源地区是青藏高原腹地，属于典型的高原大陆性气候特点，具有显著的高寒缺氧、气候恶劣、光辐射强、昼夜温差大、气候复杂多变、自然环境恶劣、灾害频繁等。加之受自然条件的限制，天然草地植株低矮、稀疏。针对当前高寒高海拔地区水环境监测技术相对欠缺，现存的水环境因子监测设备不能实时获取水环境因子的变化情况，而且监测设备使用电源单一，对资源造成浪费，也不利于在天气恶劣的情况下对水环境因子参数进行监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术的不足，提供一种基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，该监测装置可以将水环境因子的监测情况实时显示出来，适用于各种环境下的监测，可推广应用。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：

基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，包括监测装置本体、上位机、控制模块、SD存储模块、LCD显示模块、转换电路、电源模块、通信模块和采集模块，所述采集模块与转换电路的输入端连接，所述采集模块用于实时采集水环境因子参数；所述转换电路的输出端与控制模块连接，所述转换电路用于将采集到的水环境因子参数转换成电信号；所述SD存储模块通过控制模块的SPI接口与控制模块连接，所述SD存储模块用于存储经控制模块处理后的数据，所述控制模块通过通信模块与上位机通信连接，所述控制模块用于对水环境因子参数转换完成后的电信号进行数据处理得到水环境因子的监测结果，并将结果实时显示在LCD显示模块上，以及将监测结果通过通信模块发送到上位机，由上位机对监测结果进行储存分析，所述电源模块与控制模块连接，用于为控制模块提供工作电源。

优选的，所述电源模块包括锂电池供电模块、太阳能供电模块和电源管理模块，所述锂电池供电模块、太阳能供电模块与电源管理模块的输入端连接，所述电源管理模块的输出端与控制模块连接，所述电源管理模块对锂电池供电模块和太阳能供电模块的输出电压进行电压转换得到控制模块的正常工作电压，锂电池供电模块和太阳能供电模块的双供电系统，可以确保无论什么天气情况下都可以准确无误地监测水环境因子参数。

进一步的，采集模块包括流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器，所述流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器均与转换电路连接，所述流速传感器用于监测水环境的流速，图像采集传感器用于监测水环境的实时图像，水环境因子监测传感器用于监测水环境因子参数。

更进一步的，所述水环境因子监测传感器包括温度传感器、pH传感器和浑浊度传感器，分别用于监测水的温度、pH值以及浑浊程度。

优选的，所述控制模块采用MSP430单片机，该单片机功耗低，具有精简指令集，且系统工作稳定，具有丰富的片内外设，强大的处理数据能力，可以及时稳定地处理水环境监测因子的结果，该单片机可以有效降低监测装置的功耗，提高装置的使用时间。

优选的，所述通信模块采用SIM900A模块，为低功耗广域网，具备更强的通信能力，能够克服高海拔地区信号弱或者无信号的问题，保障监测装置的正常通信，低功耗实现水环境监测过程中各种数据的高速传输。

MSP430单片机与SIM900A通信模块的使用，可以实现本实用新型的休眠电流在20μA以下，更加省电。

优选的，所述LCD显示模块使用LCD12864显示屏，能够实时观察到测试到的水环境因子参数。

本实用新型与现有技术相比具有以下有益效果：

1、本实用新型可以将水环境因子的监测情况实时显示在LCD显示屏上，方便研究人员观察统计数据。

2、本实用新型设置了锂电池供电模块和太阳能供电模块的双电池替换系统，可以在天气恶劣的情况下使用锂电池供电，天气晴朗的情况下使用太阳能供电，两种电源交替使用，更加节省资源。

3、本实用新型中采用了图像采集传感器，可以监测水环境的实时图像，并且采用监测装置本体与分析数据用的上位机分离的方式，可以使研究人员在低海拔地区就可以得到监测结果，大大节省了人力，使用更加方便。

4、本实用新型采用的MSP430单片机可以有效降低监测装置的功耗，可以提高监测装置的使用时间。

5、本实用新型采用的通信模块为低功耗局域网的SIM900通信模块，具备更强的通信能力，能够克服高海拔地区信号弱或无信号的问题，可以保证监测装置与基站的正常通信。

6、本实用新型可以实现监测装置的休眠电流在20μA以下，可以保证该监测装置在不使用时不会消耗过多的电能，成本更低更省电。

附图说明

图1是本实用新型的结构框图示意图；

图2是本实用新型的电路连接原理示意图；

附图标记说明：

1—上位机； 2—SD存储模块； 3—通信模块；

4—LCD显示模块； 5—控制模块； 6—转换电路；

7—采集模块； 8—监测装置本体。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型作进一步详细说明。

如图1和图2所示，本实用新型包括监测装置本体8、上位机1、控制模块5、SD存储模块2、LCD显示模块4、转换电路6、电源模块、通信模块3和采集模块7，采集模块7与转换电路6的输入端连接，采集模块7用于实时采集水环境因子参数，采集模块7包括流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器，流速传感器、图像采集传感器和水环境因子监测传感器均与转换电路6连接，流速传感器用于监测水环境的流速，图像采集传感器用于监测采集水环境的实时图像，水环境因子监测传感器用于监测水环境因子参数，水环境因子监测传感器包括温度传感器、pH传感器和浑浊度传感器，分别用于监测水的温度、pH值以及浑浊程度；转换电路6的输出端与控制模块5连接，转换电路6用于将采集到的水环境因子参数转换成电信号；SD存储模块2通过控制模块5的SPI接口与控制模块5连接，SD存储模块2用于存储经控制模块5处理后的数据，控制模块5通过通信模块3与上位机1通信连接，控制模块5用于对水环境因子参数转换完成后的电信号进行数据处理得到水环境因子的监测结果，并将结果实时显示在LCD显示模块4上，以及将监测结果通过通信模块3发送到上位机1，由上位机1对监测结果进行储存分析，电源模块与控制模块5连接，用于为控制模块5提供工作电源，电源模块包括锂电池供电模块、太阳能供电模块和电源管理模块，锂电池供电模块、太阳能供电模块与电源管理模块的输入端连接，电源管理模块的输出端与控制模块5连接，电源管理模块对锂电池供电模块和太阳能供电模块的输出电压进行电压转换得到控制模块5的正常工作电压，锂电池供电模块和太阳能供电模块的双供电系统，可以确保无论什么天气情况下都可以准确无误地监测水环境因子参数。

其中，上位机1包括LabVIEW软件平台，可以对水环境因子检测结果进行储存分析，控制模块5采用MSP430单片机，该单片机功耗低，具有精简指令集，且系统工作稳定，具有丰富的片内外设，强大的处理数据能力，可以及时稳定地处理水环境监测因子的结果，并且功耗低还可以提高监测装置的使用时间；通信模块3采用SIM900A模块，备更强的通信能力，能够克服高海拔地区信号弱或无信号的问题，可以保证监测装置与基站的正常通信，低功耗实现水环境监测过程中各种数据的高速传输，通过MSP430和SIM900A两个低功耗模块，可以实现监测装置的休眠电流在20μA以下，可以保证该监测装置在不使用时不会消耗过多的电能，LCD显示模块4使用LCD12864显示屏，能够实时观察到测试到的水环境因子参数，另外，本实用新型采用流速流量采集传感器作为流速传感器，OV7670摄像头作为图像采集传感器，温度传感器型号为QT18B20，pH传感器采用pH复合电极传感器，浑浊度传感器采用生厂商LOGOELE生产的D080浑浊度传感器。

本实用新型的工作原理如下：

基于嵌入式的高寒高海拔地区智能水环境因子监测装置，通过采集模块7实时采集水的流速、水面实时图像、温度、pH值以及浑浊程度，采集模块7通过转换电路6将采集到的各种数据信息传送给控制模块5，由控制模块5对采集到的数据进行处理得到水环境因子监测结果，控制模块5将水环境因子监测结果通过通信模块3传送到上位机1，由上位机1对水环境因子监测结果进行分析储存，控制模块5也将水环境因子监测结果传送到LCD显示模块4，通过显示屏实时显示水环境因子监测结果，此外，控制模块5还将处理得到的水环境因子监测结果传送到SD存储模块2上进行数据存储。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制。凡是根据实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

设计图

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