阅读说明：本技术 一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统 (Outdoor water quality online automatic monitoring system for surface water or pollution source ) 是由 张健 施元 于 2020-05-25 设计创作，主要内容包括：本发明涉及水质监测系统,具体涉及一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统,包括保温机柜,保温机柜内部固定安装有工控主机、工控主板、水质主板以及与工控主板相连的电控单元,保温机柜内部设有试剂存储单元、试剂盒、超声波驱动器、水质留样单元,保温机柜内底部安装有空气压缩单元,保温机柜内部固定安装有水质分析单元、多参数测量单元以及用于选择连通水质分析单元、多参数测量单元的管路单元；本发明提供的技术方案能够有效克服现有技术所存在的集成度较低、不具有自清洗功能的缺陷。(The invention relates to a water quality monitoring system, in particular to an outdoor water quality online automatic monitoring system for surface water or a pollution source, which comprises a heat preservation cabinet, wherein an industrial control host, an industrial control mainboard, a water quality mainboard and an electric control unit connected with the industrial control mainboard are fixedly arranged in the heat preservation cabinet; the technical scheme provided by the invention can effectively overcome the defects of low integration level and no self-cleaning function in the prior art.)

一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统

技术领域

本发明涉及水质监测系统，具体涉及一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统。

背景技术

水质监测是测定水体中污染物的种类、各类污染物的浓度及变化趋势，评价水质状况的过程。水质监测范围广泛，包括未被污染和已受污染的天然水(江、河、湖、海和地下水)及各种工业排水等。

主要监测项目可分为两大类：一类是反映水质状况的综合指标，如温度、色度、电导率、BOD、COD、氨氮、总磷、总氮、浊度、PH、溶解氧等项目；另一类是一些有毒物质，如酚、氰、砷、铅、铬、镉、汞和有机农药等。为了客观评价江河和海洋的水质状况，除上述监测项目外，有时还需进行流速和流量的测定。

水质在线自动监测仪是运用现代传感器技术、自动测量技术、自动控制电路技术、计算机应用技术、网络通信技术组成的一个综合在线自动监测设备。

目前，市场上的水质在线自动监测仪的结构复杂，各部件零散设置，集成度较差，使得现场运维人员操作繁琐、拆卸维护不便，许多零部件无法通用。

发明内容

(一)解决的技术问题

针对现有技术所存在的上述缺点，本发明提供了一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统，能够有效克服现有技术所存在的集成度较低、不具有自清洗功能的缺陷。

(二)技术方案

为实现以上目的，本发明通过以下技术方案予以实现：

一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统，包括保温机柜，所述保温机柜内部固定安装有工控主机、工控主板、水质主板以及与工控主板相连的电控单元，所述保温机柜内部设有试剂存储单元、试剂盒、超声波驱动器、水质留样单元，所述保温机柜内底部安装有空气压缩单元；

所述保温机柜内部固定安装有水质分析单元、多参数测量单元以及用于选择连通水质分析单元、多参数测量单元的管路单元。

优选地，所述水质分析单元包括安装板，所述安装板上固定安装有红外计量组件、多通阀、消解组件、比色组件；

所述红外计量组件与多通阀相连，所述多通阀通过高压分离阀与消解组件相连。

优选地，所述比色组件上设有比色盖，所述高压分离阀通过分离阀支架固定于安装板上，所述多通阀上设有指示板；

所述红外计量组件包括用于抽取液体的蠕动泵，所述蠕动泵与驱动器相连。

优选地，所述多参数测量单元包括多参数水箱和沉砂箱，所述多参数水箱上设有多参数探头、取样阀、上水弯头，所述沉砂箱上设有不锈钢接头、超声波清洗探头、液位传感器、高精度过滤器、水样杯；

所述多参数探头上设有探头清洗装置，所述探头清洗装置与空气压缩单元相连，所述超声波清洗探头与超声波驱动器相连对多参数水箱、高精度过滤器、水样杯清洗。

优选地，所述多参数水箱上设有多参数盖板，所述沉砂箱上设有沉砂箱盖板，所述多参数盖板、沉砂箱盖板上均安装有盖板提手。

优选地，所述管路单元包括管路安装板、管配件、超声波除藻探头、手动球阀、全自动阀门、取样泵、水样接头，所述超声波除藻探头与超声波驱动器相连；

所述管路安装板上固定安装有多参数测量单元中的多参数水箱、沉砂箱。

优选地，所述取样泵连接于沉砂箱、多参数测量单元中的水样杯之间，所述安装板上设有通风风扇。

优选地，所述保温机柜内部设有用于不间断供电的UPS电源，所述保温机柜内部设有用于为电控单元、水质主板供电的电源单元。

优选地，所述保温机柜上铰接有转门，所述转门上设有与工控主机相连的工控机显示屏，所述保温机柜上还安装有机柜空调、监控单元。

优选地，所述保温机柜内底部还安装有纯水桶、废液桶。

(三)有益效果

与现有技术相比，本发明所提供的一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统，采用模块化、智能化设计，实现测量模块的集中控制，自动化控制检测与清洗，探头清洗装置采用水气混合清洗，清洗效果更佳；超声波清洗探头对多参数水箱、高精度过滤器、水样杯进行超声波清洗，使得清洗更彻底；超声波除藻探头完成对管路单元的除藻清洗，能够消除水样泥沙漂浮物对水质分析单元的影响。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明中保温机柜示意图；

图2为本发明保温机柜内部结构示意图；

图3为本发明保温机柜内部结构示意图；

图4为本发明保温机柜内部结构示意图；

图5为本发明图3中水质分析单元结构示意图；

图6为本发明图5中安装板背面结构示意图；

图7为本发明图3中多参数测量单元结构示意图；

图8为本发明图7俯视结构示意图；

图9为本发明图7俯视结构示意图；

图10为本发明图3中管路单元结构示意图；

图11为本发明图10中管路安装板背面结构示意图；

图12为本发明控制系统工作流程图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

一种用于地表水或污染源的户外水质在线自动监测系统，如图1至图11所示，包括保温机柜1，保温机柜1内部固定安装有工控主机4、工控主板5、水质主板20以及与工控主板5相连的电控单元6，保温机柜1内部设有试剂存储单元9、试剂盒11、超声波驱动器10、水质留样单元12，保温机柜1内底部安装有空气压缩单元15；

保温机柜1内部固定安装有水质分析单元16、多参数测量单元17以及用于选择连通水质分析单元16、多参数测量单元17的管路单元18。

保温机柜1内部设有用于不间断供电的UPS电源8，保温机柜1内部设有用于为电控单元6、水质主板20供电的电源单元7。

保温机柜1上铰接有转门，转门上设有与工控主机4相连的工控机显示屏19，保温机柜1上还安装有机柜空调2、监控单元3。

保温机柜1内底部还安装有纯水桶13、废液桶14。

通过工控主机4、工控机显示屏19，满足对监测系统相关流程的操作和信息查询；通过监控单元3满足对监测现场的监控录像，对户外监测系统进行监控和保护。

水质分析单元16包括安装板1603，安装板1603上固定安装有红外计量组件1609、多通阀1611、消解组件1601、比色组件1602；

红外计量组件1609与多通阀1611相连，多通阀1611通过高压分离阀1612与消解组件1601相连。

比色组件1602上设有比色盖1604，高压分离阀1612通过分离阀支架1605固定于安装板1603上，多通阀1611上设有指示板1606；

红外计量组件1609包括用于抽取液体的蠕动泵1607，蠕动泵1607与驱动器1610相连。

多参数测量单元17包括多参数水箱1701和沉砂箱1708，多参数水箱1701上设有多参数探头1706、取样阀1702、上水弯头1713，沉砂箱1708上设有不锈钢接头1704、超声波清洗探头1705、液位传感器1709、高精度过滤器1710、水样杯1714；

多参数探头1706上设有探头清洗装置1707，探头清洗装置1707与空气压缩单元15相连，超声波清洗探头1705与超声波驱动器10相连对多参数水箱1701、高精度过滤器1710、水样杯1714清洗。

多参数水箱1701上设有多参数盖板1711，沉砂箱1708上设有沉砂箱盖板1712，多参数盖板1711、沉砂箱盖板1712上均安装有盖板提手1703。

探头清洗装置1707采用水气混合清洗，清洗效果更佳；超声波清洗探头1705对多参数水箱1701、高精度过滤器1710、水样杯1714进行超声波清洗，使得清洗更彻底，为测量单元的长期稳定工作提供可靠保证；通过水箱内集成的液位传感器1709实现对水位高度的实时监测，为多参数测量单元17和超声波清洗提供反馈。

管路单元18包括管路安装板1801、管配件1803、超声波除藻探头1804、手动球阀1805、全自动阀门1806、取样泵1807、水样接头1808，超声波除藻探头1804与超声波驱动器10相连；

管路安装板1801上固定安装有多参数测量单元17中的多参数水箱1701、沉砂箱1708。

取样泵1807连接于沉砂箱1708、多参数测量单元17中的水样杯1714之间，安装板1801上设有通风风扇1802。

通过全自动阀门1806分别开启两个采水管路实现使用原水的管路自清洗、管路单元18的现场采水以及多参数测量单元17的测试，通过超声波除藻探头1804完成对管路单元18的除藻清洗，防止长期运行造成藻类滋生及管道内部污物附着。

管路单元18设计有分压管路，通过手动球阀1805可灵活调整管道流量，使监测系统适应不同参数的现场。

工控主板5控制现场水泵及其一备一用两个管路的全自动阀门1806开启，采水泵上水，空气压缩单元15将高压气体压入采水管，进行水气混合清洗管路。待上水结束后，关闭采水泵及全自动阀门1806。

开启空气压缩单元15上的全自动阀门，将高压气体引入探头清洗装置1707，完成对多参数探头1706的清洗，再关闭空气压缩单元15上的全自动阀门。开启多参数水箱1701上的全自动阀门，水箱排空后关闭。

开启采水泵及其全自动阀门1806，将多参数水箱1701和沉砂箱1708上满水，再开启多参数水箱1701上的全自动阀门1806，排空多参数水箱1701。由超声波驱动器10开启超声波清洗探头1705，同时开启空气压缩单元15上的全自动阀门，将高压气体引入高精度过滤器1710。清洗结束后，开启沉砂箱1708上的全自动阀门，排空沉砂箱1708。

开启采水泵及其全自动阀门1806，现场水样润洗多参数水箱1701和沉砂箱1708一段时间后，关闭水箱上的全自动阀门，持续一段时间上水，为多参数水箱1701提供测试水样，完成多参数数据的测量。

启动取样泵1807，将沉砂箱1708经过沉淀的水样持续泵入水样杯1714中，由水质分析单元16从水样杯1714中取水检测。

关闭现场采水泵和取样泵1807，检测结束后，判断是否需要留样。需要留样时启动水质留样单元12和取样泵1807，直到留样流程结束。

开启多参数水箱1701上的全自动阀门，排空多参数水箱1701后，由超声波驱动器10开启超声波清洗探头1705，同时开启空气压缩单元15上的全自动阀门，将高压气体引入高精度过滤器1710。清洗结束后，开启沉砂箱1708和水样杯1714上的全自动阀门，排空沉砂箱1708和水样杯1714。

开启现场采水泵及其全自动阀门，由超声波驱动器10开启超声波除藻探头1804，开启空气压缩单元15上的全自动阀门，对管路进行清洗及除藻。

关闭多参数水箱1701上的全自动阀门，液位传感器1709响应后关闭现场采水泵，关闭沉砂箱1708和水样杯1714上的全自动阀门。

如图12所示，本申请技术方案中的控制系统是基于STM32和Arm分工协作的。STM32专注于在线自动监测系统的外围接口驱动控制，采用STM32F103系列里面配置非常强大的STM32F103VET6作为MCU，直接操控着整个系统一切外设的工作与否。

Arm用于整个系统的流程控制，基于Arm+Linux+Qt的控制核心，采用ArmA7系列中NXPMCIMX6G2CVM05A型嵌入式处理器，工作于528MHz主频，配置256MBDDR3运行内存及1GBNANDFLASH数据存储空间，用于存储引导程序、Linux内核程序、根文件系统、应用程序以及应用数据和配置。

通过MCIMX6G2CVM05A上的RGB控制器接口，控制10.1寸LCD电容显示触控屏，分辨率高达1280*800，为系统提供一个可视化的操作平台，为良好的用户体验奠定了基础。

本发明技术方案中，通过STM32和Arm的协同控制，相互间通过RS422传输通讯，对外提供RS232/RS485通讯、一个USB接口、一个USB_wifi接口、一路D/A输出、一路百兆以太网端口。其中，RS232/RS485用于与上位机输出通讯；USB接口用于连接外部存储设备(如U盘)进行系统升级维护等；USB_wifi接口用于连接无线wifi模块、USB打印机等进行数据打印或上传，D/A输出接口用于将测量结果转换成4～20mA电流输出；以太网端口用于连接局域网等扩展使用。

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不会使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。