阅读说明：本技术 一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统 (Multi-parameter water quality online monitoring system with self-cleaning function ) 是由 王刚 李志� 孙晨光 耿同志 许刚 白亚龙 杨凌云 张子惠 于 2019-09-04 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统,该系统包括控制及分析显示模块、水泵、清洗水泵、清洗气泵、三通阀、多位阀、第一导水管、第二导水管、流通槽以及出水管,所述控制及分析显示模块通过控制所述多位阀的阀位切换实现所述水泵、所述第一导水管、所述流通槽、所述第二导水管和所述出水管的连通或实现所述三通阀的出口、所述第二导水管、所述流通槽、所述第一导水管和所述出水管的连通；每个流通槽内设置有水质监测传感器,所述控制及分析显示模块与所述水质监测传感器连接,用于读取所述水质监测传感器输出的水质监测数据信号并进行统计、分析和管理,并通过无线传输模块上传水质监测数据至监控平台。(The invention provides a multi-parameter water quality online monitoring system with a self-cleaning function, which comprises a control and analysis display module, a water pump, a cleaning air pump, a three-way valve, a multi-position valve, a first water guide pipe, a second water guide pipe, a circulation groove and a water outlet pipe, wherein the control and analysis display module realizes the communication of the water pump, the first water guide pipe, the circulation groove, the second water guide pipe and the water outlet pipe or the communication of an outlet of the three-way valve, the second water guide pipe, the circulation groove, the first water guide pipe and the water outlet pipe by controlling the valve position switching of the multi-position valve; and a water quality monitoring sensor is arranged in each circulation groove, and the control and analysis display module is connected with the water quality monitoring sensors and used for reading water quality monitoring data signals output by the water quality monitoring sensors, counting, analyzing and managing the water quality monitoring data signals and uploading the water quality monitoring data to the monitoring platform through the wireless transmission module.)

一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统

技术领域

本发明涉及水质监测领域，具体的说，涉及了一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统。

背景技术

现有市政饮用水水质监测主要靠人工送样和在线检测两种方式，人工送样是指工作人员把水样采集后送到检验机构进行检测，或者检验机构人员带着便携式检测设备到现场取样进行检测，这存在实效性差、成本高等缺点；传统在线检测多采用分离式传感器进行水样监测，如图1所示，各个传感器均需要配置一个表头，占地空间大、成本高且不利于数据的统一管理与处理；并且由于测量过程中，待测水样的流速缓慢，容易在管路和传感器中沉积一定的污垢，需要人员定期清理运维，进一步增加了成本。

为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统，具有低成本、占地空间小且能够统一管理监测数据。

为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统，该系统包括控制及分析显示模块、水泵、清洗水泵、清洗气泵、三通阀、多位阀、第一导水管、第二导水管、多个流通槽以及出水管，

所述清洗水泵和所述清洗气泵分别与所述三通阀的两个进口连接，所述第一导水管和所述第二导水管分别与每一个流通槽连通，所述三通阀的出口、所述出水管、所述第二水管、所述水泵、所述出水管和所述第一导水管分别连接所述多位阀，根据所述多位阀的阀位切换实现所述水泵、所述第一导水管、多个流通槽、所述第二导水管和所述出水管的连通或实现所述三通阀的出口、所述第二导水管、多个流通槽、所述第一导水管和所述出水管的连通；

所述控制及分析显示模块分别与所述水泵、所述清洗水泵、所述清洗气泵、所述三通阀以及所述多位阀连接，以控制所述水泵、所述清洗水泵、所述清洗气泵以及所述三通阀的开闭以及控制所述多位阀的阀位切换；

每个流通槽内均设置有水质监测传感器，所述控制及分析显示模块与所述水质监测传感器连接，用于读取所述水质监测传感器输出的水质监测数据信号并进行统计、分析和管理，并通过无线传输模块上传水质监测数据至监控平台。

基于上述，所述控制及分析显示模块包括主板控制电路、多路信号调理电路、清洗气泵控制电路、水泵控制电路、清洗水泵控制电路、多位阀控制电路、工业电脑一体机、以及供电模块，

所述信号调理电路，用于对所述水质监测传感器输出的水质监测数据信号进行信号调理；

所述主板控制电路通过Sx多芯线连接所述信号调理电路，以采集所述信号调理电路调理过的水质监测数据信号；

所述主板控制电路通过C1多芯控制线连接所述水泵控制电路，以控制所述清洗水泵的开闭；

所述主板控制电路通过C2多芯控制线连接所述清洗气泵控制电路，以控制所述清洗气泵的定时开闭；

所述主板控制电路通过C3多芯控制线连接所述清洗水泵控制电路，以控制所述清洗水泵的定时开闭；

所述主板控制电路通过C4多芯控制线连接所述多位阀控制电路，以控制所述多位阀的阀位切换；

所述主板控制电路通过信号线与所述工业电脑一体机进行控制信号及水质监测数据信号的传输；

所述工业电脑一体机用于输出控制信号以及汇总分析并显示经过信号调理的水质监测数据信号；

所述供电模块分别为所述工业电脑一体机和所述主板控制电路提供12VDC和24VDC。

基于上述，所述水质监测传感器为pH传感器、余氯传感器、溶解氧传感器或电导率传感器，不同的传感器设置在不同的流通槽中。

基于上述，所述信号调理电路包括pH信号调理电路、余氯信号调理电路、溶解氧信号调理电路和电导率信号调理电路，所述pH信号调理电路对应连接所述pH传感器，所述余氯信号调理电路对应连接所述余氯传感器，所述溶解氧信号调理电路对应连接所述溶解氧传感器，所述电导率信号调理电路对应连接所述电导率传感器。

本发明相对现有技术具有突出的实质性特点和显著的进步，具体的说，本发明通过所述控制及显示分析模块实现多种水质监测传感器数据的直接读取，省去了原来的变送器，具有占地空间小、成本低以及方便管理和统计分析水质监测数据的优点；同时采用高压水体对管路或传感器底部进行定期自动清洗，防止污垢在传感器敏感部位以及管路中沉积，进一步减少了人工运维成本以及设备更换成本。

附图说明

图1是传统在线检测采用分离式传感器的结构示意图。

图2是本发明的原理框图。

图3是本发明的控制及分析显示模块的内部原理框图。

图4是本发明的pH调理电路的电路示意图。

图5是本发明的余氯调理电路的电路示意图。

图6是本发明的温度补偿电路的电路示意图

图7是本发明的主板控制电路的电路示意图。

图8是本发明的气泵控制电路的电路示意图。

图9是本发明的多通阀控制电路的主板电路示意图。

图10是本发明的多通阀控制电路的其余电路示意图。

具体实施方式

下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

如图2所示，本发明提供一种具有自清洗功能的多参数水质在线监测系统，该系统包括控制及分析显示模块、水泵、清洗水泵、清洗气泵、三通阀、多位阀、第一导水管、第二导水管、出水管以及多个流通槽，

所述第一导水管和所述第二导水管分别与每个流通槽连通，所述清洗水泵和所述清洗气泵分别与所述三通阀的两个进口连接，所述三通阀的出口、所述出水管、所述第二水管、所述水泵、所述出水管和所述第一导水管分别连接所述多位阀，根据所述多位阀的阀位切换实现所述水泵、所述第一导水管、多个流通槽、所述第二导水管和所述出水管的连通或实现所述三通阀的出口、所述第二导水管、多个流通槽、所述第一导水管和所述出水管的连通；

所述控制及分析显示模块分别与所述水泵、所述清洗水泵、所述清洗气泵、所述三通阀以及所述多位阀连接，以控制所述水泵、所述清洗水泵、所述清洗气泵以及所述三通阀的开闭以及控制所述多位阀的阀位切换；

每个流通槽内设置有水质监测传感器，所述水质监测传感器为pH传感器、余氯传感器、溶解氧传感器或电导率传感器，不同的传感器设置在不同的流通槽中；

所述控制及分析显示模块与所述水质监测传感器连接，用于读取所述水质监测传感器输出的水质监测数据信号并进行统计、分析和管理，并通过无线传输模块上传水质监测数据至监控平台。

本发明提供的多参数水质在线监测系统的工作原理为：

首先定义在所述多位阀为初始状态时，所述水泵和所述第一导水管的连通以及所述出水管与所述第二导水管连通；当所述控制及分析显示模块控制所述多位阀进行阀位切换后，所述出水管和所述第一导水管的连通以及所述三通阀的出口与所述第二导水管连通。

所述控制及分析显示模块控制所述水泵开闭从待测水源开始泵水，所述水泵、所述第一导水管、多个流通槽、所述第二导水管和所述出水管形成待测水样通道，所述流通槽内的水质监测传感器对待测水样进行水质监测；所述控制及分析显示模块通过测量线路直接读取各个水质监测传感器输出的水质监测数据信号，汇总后进行分析处理并展示，并通过所述无线传输模块把水质监测数据信号发送至所述监控平台。待水质监测结束后，所述控制及分析显示模块控制所述水泵关闭。

当所述多参数水质在线监测系统运行一段时间后，会在所述第一导水管、所述第二导水管、多个流通槽以及所述水质监测传感器内会沉积一定污垢，此时通过所述控制及分析显示模块控制所述多位阀进行阀位切换，并控制所述清洗气泵、所述清洗水泵和所述三通阀开闭，所述清洗气泵、所述清洗水泵、所述三通阀、所述第二导水管、多个流通槽、所述第一导水管和所述出水管形成高压清洗通道，以对各个水质监测传感器、各个流通槽、所述第一导水管以及所述第二导水管进行高压水体反清洗。

本发明通过所述控制及显示分析模块实现多种水质监测传感器数据的直接读取，省去了原来的变送器，具有占地空间小、成本低以及方便管理和统计分析水质监测数据的优点；同时采用高压水体对管路或传感器底部进行定期自动清洗，防止污垢在传感器敏感部位以及管路中沉积，进一步减少了人工运维成本以及设备更换成本。

具体的，如图3所示，所述控制及分析显示模块包括主板控制电路、多路信号调理电路、清洗气泵控制电路、水泵控制电路、清洗水泵控制电路、多位阀控制电路、工业电脑一体机以及供电模块，

优选的，所述信号调理电路包括pH信号调理电路、余氯信号调理电路、溶解氧信号调理电路和电导率信号调理电路，所述pH信号调理电路对应连接所述pH传感器，所述余氯信号调理电路对应连接所述余氯传感器，所述溶解氧信号调理电路对应连接所述溶解氧传感器，所述电导率信号调理电路对应连接所述电导率传感器，用于对所述水质监测传感器输出的水质监测数据信号进行信号调理；图4所示为所述pH信号调理电路的电路示意图,所述pH传感器输出的模拟信号经四路运算放大器LMC660转换为数字信号；图5所示为余氯信号调理电路的电路示意图，所述余氯传感器输出的模拟信号经四路运算放大器LMC660转换为数字信号；溶解氧信号调理电路和电导率信号调理电路的电路图类似，这里不再赘述。

优选的，每个流通槽中还设置有温度传感器，每路信号调理电路还对应包括温度补偿电路，如图6所示。

所述主板控制电路通过Sx多芯线连接所述信号调理电路，以采集所述信号调理电路调理过的水质监测数据信号，图7所示为所述主板控制电路的电路示意图，其中，所述主板控制电路采用STM32F410CBT6芯片。

所述主板控制电路通过C1多芯控制线连接所述水泵控制电路，以控制所述水泵的开闭。

所述主板控制电路通过C2多芯控制线连接所述清洗气泵控制电路，以控制所述清洗气泵的定时开闭，图8所示为所述气泵控制电路的电路示意图；所述清洗气泵控制电路包括计时芯片NE555、光耦芯片LTV816、第一MOS管和第二MOS管，所述计时芯片NE555定时输出电平信号给所述第二MOS管的源极，所述第二MOS管的漏极分别通过防击穿二极管和气泵接口连接12V供电电源，所述第二MOS管的栅极连接所述第一MOS管的漏极和所述计时芯片NE555的地引脚，所述光耦芯片LTV816的阴极引脚接收所述主板控制电路输出的控制信号，所述光耦芯片LTV816的发射极引脚连接所述第一MOS管的源极，所述第一MOS管的栅极接地。

所述主板控制电路通过C3多芯控制线连接所述清洗水泵控制电路，以控制所述清洗水泵的开闭。

所述主板控制电路通过C4多芯控制线连接所述多位阀控制电路，以控制所述多位阀的阀位切换，图9所示为所述多位阀控制电路的主板电路示意图，其中所述主板电路采用STM32F410CBT6芯片，所述STM32F410CBT6芯片根据所述主板控制电路的控制信号输出M0-M7信号；图10所示为所述多位阀控制电路的其余电路示意图，具体包括8个光耦芯片LTV816，M0-M7信号中的每一路信号均通过电阻连接一个光耦芯片LTV816的阴极引脚，所述光耦芯片LTV816的阳极连接3.3V供电电源，所述光耦芯片LTV816的集电极连接5Viso电源，所述光耦芯片LTV816的发射极连接通过电阻接地，同时所述光耦芯片LTV816的发射极还连接所述MOS管的源极，所述MOS管的栅极接地；所述MOS管的漏极通过多位阀接口连接12V供电电源。

所述主板控制电路通过信号线与所述工业电脑一体机进行控制信号及水质监测数据信号的传输。

所述工业电脑一体机用于输出控制信号以及汇总分析并显示经过信号调理的水质监测数据信号。

所述供电模块分别为所述工业电脑一体机和所述主板控制电路提供12VDC和24VDC。

最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。