專利名稱：湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統的制作方法
技術領域：
本實用新型屬于水環境治理領域技術，涉及到一種湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統。
背景技術：
在對湖庫水質進行監測、分析與水華預測預警過程中，存在著不能多點布施、不能針對特定水質問題進行系統的智能化分析處理和不能進行遠程監測的難題。
實用新型內容本實用新型的目的是提供一種水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，特別是提供水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統的下位水質信息監測儀表，使其可以實現對影響水體富營養化主要水質參數的采集與無線傳輸。本實用新型采用的技術方案為一種湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，包括下位水質信息監測儀表和上位信息系統，所述下位水質信息監測儀表包括一用于采集水質參數的前端傳感器；一中央處理器，所述中央處理器的第一串行外設接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；—下位無線傳輸模塊，所述中央處理器通過其第二串行外設接口與下位無線傳輸模塊的輸入端通訊連接，所述下位無線傳輸模塊與上位信息系統的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質參數通過下位無線傳輸模塊無線發送至上位信息系統進行分析處理。優選地，所述前端傳感器是采集酸堿度、溶解氧、總氮、總磷、透明度、葉綠素a、電導率、水溫中至少一種水質參數的一組水質傳感器。優選地，所述下位無線傳輸模塊與上位無線傳輸模塊均是基于GPRS的無線傳輸模塊。優選地，所述下位水質信息監測儀表還包括蜂鳴器電路，所述蜂鳴器電路包括一蜂鳴器和一三極管，所述蜂鳴器的正極輸入端與下位水質信息監測儀表的供電電源電路的輸出端電連接，負極輸入端與三極管的集電極電連接，所述三極管的基級經電阻與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發射極直接接地。優選地，所述下位水質信息監測儀表還包括復位電路，所述復位電路包括復位按鍵，供電電源電路的輸出端經第一電阻一支路經電容接地，另一支路經第二電阻和復位按鍵接地，所述電容的高電位點作為復位電路的復位信號輸出端與中央處理器的復位信號輸入端電連接。優選地，所述下位水質信息監測儀表還包括IXD顯示器，所述中央處理器通過其 LPT接口驅動所述IXD顯示器。本實用新型的有益效果為本實用新型的水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統便于監測點的多點布施，并可將從監測點采集到的水質參數實時無線上傳到上位信息系統進行各種分析處理。
圖1為本實用新型所述湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統的實施構成原理示意圖；圖2為圖1中所示下位水質信息監測儀表的結構原理圖；圖3示出了圖2所示下位水質信息監測儀表的蜂鳴器電路；圖4示出了圖2所示下位水質信息監測儀表的復位電路；圖5為圖1中上位信息系統的結構圖。
具體實施方式
如圖1所示，本實用新型的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統包括下位水質信息監測儀表A與上位信息系統B，其中，下位水質信息監測儀表A主要實現對湖庫水質信息的采集、顯示及基于GPRS的無線遠程傳輸功能；上位信息系統B實現水質監測點數據實時顯示、歷史數據查詢、對比，基于綜合營養指數法的水質評價，以及基于小波-神經網絡模型的水華預測預警功能。如圖1和2所示，本實用新型該下位水質信息監測儀表A包括_用于采集水質參數的前端傳感器Al ；，一下位無線傳輸模塊；和一 CPU中央心處理器；一電源轉換模塊。采集水質參數的前端傳感器的輸出端接CPU中央心處理器的第一串行外設圍接口 SPIl ；下位無線傳輸模塊的輸入端接CPU中心央處理器的第二串行外設圍接口 SPI2，以將中央處理器接收到的水質參數通過下位無線傳輸模塊無線發送至上位信息系統B進行分析處理。所述用于采集水質參數的前端傳感器可以是采集酸堿度pH值、溶解氧DO、總氮 TN、總磷TP、透明度SD、葉綠素a(Chl_a)、電導率、水溫的至少一種水質參數的一組水質傳感器，如圖1所示，包括水質傳感器1、2至η。其中的溶解氧DCKDissolved Oxygen)是水體環境質量的一項極其重要的綜合性表觀指標，它直接反映水體受有機物、微生物、藻類等物質污染的程度，在環境水質監測中被廣泛采用，DO值的變化主要由曝氣量所影響，監測DO可以優化調節曝氣量，控制用電量， 進而可以控制污水處理成本。其單位一般表示為“毫克/升”。其中的總氮TN(Total Nitrogen)是指水中各種形態無機和有機氮的總量。包括 、#02-和M/4+等無機氮和蛋白質、氨基酸和有機胺等有機氮，以每升水含氮毫克數計
算。常被用來表示水體受營養物質污染的程度。其中的總磷TP(Total Phosphorus)是指水中各種形態磷的總量。即水樣經消解后將各種形態的磷轉變成正磷酸鹽后測定的結果，其單位一般表示為“毫克/升”。其中的透明度SD是指水體清澈和光線透過的程度。透光越深透明度越大。其中的葉綠素a(Chl_a)是反映水體中浮游植物生物量的綜合指標，是表征水體水華現象及其程度的最重要的指標之一，分析葉綠素a的含量與動態特性，能了解浮游植物生物量狀況及其變化趨勢。該下位水質信息監測儀表還包括如圖3所示的蜂鳴器電路和如圖4所示的復位電
4路，該中央處理器可以采用AVR系列單片機ATMEGA1280或者51系列單片機，如圖2所示， 該中央處理器可通過第三串行外設接口 SPI3與Flash存儲器通訊連接，實現現場數據采集和Flash存儲，通過其LPT接口實現對IXD顯示器的顯示驅動，并可通過其ISP接口實現上位數據下載。該下位水質信息監測儀表還包括供電電源電路，該供電電源電路將輸入的12V電壓轉換為5V電壓輸出，因此，該供電電源電路可提供12V電壓和5V電壓，以為下位水質信息監測儀表的各組成模塊或電路提供工作電壓。另外，該供電電源電路可設置一供電狀態顯示電路，供電電源電路的輸出5V電壓的輸出端經一電阻和一發光二極管接地，則若供電電源電路正常供電，該發光二極管將被點亮，即可以通過發光二極管的亮滅來檢查供電電源電路的電壓轉換芯片是否正常工作， 亮表示工作正常，反之則表示此電壓轉換芯片已損壞。如圖3所示，該蜂鳴器電路包括一蜂鳴器Buzzer和一三極管Q2，該蜂鳴器的正極輸入端接入上述5V電壓，負極輸入端與三極管Q2的集電極電連接，該三極管Q2的基級經電阻R20與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發射極可直接接地。這樣，在中央處理器按照預置的程序需要控制蜂鳴提示時即可在其蜂鳴器控制端口輸出蜂鳴控制信號BELL，該蜂鳴控制信號BELL在圖3所示的電路中應為高電平，使三極管Q2導通，控制蜂鳴器Buzzer 蜂鳴提示。如圖4所示，該復位電路包括復位按鍵RESET，供電電源電路的輸出5V電壓的輸出端經第一電阻R18 —支路經電容C50接地，另一支路經第二電阻R19和復位按鍵RESET接地，該電容C50的高電位點作為復位電路的復位信號輸出端與中央處理器的復位信號輸入端電連接。當操作人員按下復位按鍵RESET時，電容C50將通過由第二電阻R19和復位按鍵 RESET構成的電路放電，將復位信號輸入端的電壓拉低，中央處理器便可根據該低電平有效的復位信號^IT將下位水質信息監測儀表復位。本實用新型的下位水質信息監測儀表具有水質傳感器布點靈活，分布廣泛，數據量穩定，數據傳輸質量要求高和實時性強的特別。下位無線傳輸模塊與上位信息系統B的上位無線傳輸模塊之間采用GPRS遠程無線傳輸方式，適用于間斷的、突發性的或頻繁的、 少量的數據傳輸，也適用于偶爾的大數據量傳輸。由于基于GPRS的無線傳輸方式具有覆蓋地域廣、通信距離遠、網絡可靠性高、穩定性好、通訊成本較低等優點，因此，優選為采用 GPRS遠程無線傳輸方式對水質參數進行實時傳送。上位信息系統B可通過現有的對水質參數進行分析和處理的將實時監測數據和大量歷史數據存儲在數據庫中。可實現水質信息實時顯示，并按時間跨度對歷史信息進行查詢和對比。如圖5所示，上位信息系統B將通過上位無線傳輸模塊獲取的下位水質信息監測儀表采集到的如溫度、電導率、含鹽量、溶解氧、酸堿度等水質參數存儲在SQL數據庫中，通過調用數據庫中的數據，完成水質監測數據分析、水質評價以及水華預測預警等。本實用新型的上位信息系統針對湖庫水體富營養化的特點，采用綜合營養指數法綜合多項水體富營養化參考因素，對水華富營養化程度進行評價和分級評價，所用的模型稱為改進的相關加權營養指數模型，采用普適指數公式直接計算出各因子的權重，應用于營養狀態指數模型。上位信息系統針對湖庫水華產生的特點，利用小波-神經網絡模型實現對葉綠素a最高點的非線性預測，實現對水華的預測預警。上位信息系統的水質監測功能體現在對監測點(布施水質傳感器的位置)數據實時顯示、監測點歷史數據查詢和監測點歷史數據對比等。上位信息系統應用的各種模型可以采用現有的用于分析水質參數的實現相應功能的各種模型，由于該部分并不是本實用新型所要解決的技術問題，在此不再進一步說明。 上述各實施例可在不脫離本實用新型的范圍下加以若干變化，故以上的說明所包含及附圖中所示的結構應視為例示性，而非用以限制本實用新型的申請專利范圍。
權利要求1.一種湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，包括下位水質信息監測儀表和上位信息系統，所述下位水質信息監測儀表包括一用于采集水質參數的前端傳感器；一中央處理器，所述中央處理器的第一串行外設接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；一下位無線傳輸模塊，所述中央處理器通過其第二串行外設接口與下位無線傳輸模塊的輸入端通訊連接，所述下位無線傳輸模塊與上位信息系統的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質參數通過下位無線傳輸模塊無線發送至上位信息系統進行分析處理。
2.根據權利要求1所述的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，所述前端傳感器是采集酸堿度、溶解氧、總氮、總磷、透明度、葉綠素a、電導率、水溫中至少一種水質參數的一組水質傳感器。
3.根據權利要求1所述的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，所述下位無線傳輸模塊與上位無線傳輸模塊均是基于GPRS的無線傳輸模塊。
4.根據權利要求1所述的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，所述下位水質信息監測儀表還包括蜂鳴器電路，所述蜂鳴器電路包括一蜂鳴器和一三極管，所述蜂鳴器的正極輸入端與下位水質信息監測儀表的供電電源電路的輸出端電連接，負極輸入端與三極管的集電極電連接，所述三極管的基級經電阻與中央處理器的蜂鳴控制端口電連接，發射極直接接地。
5.根據權利要求1所述的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，所述下位水質信息監測儀表還包括復位電路，所述復位電路包括復位按鍵，供電電源電路的輸出端經第一電阻一支路經電容接地，另一支路經第二電阻和復位按鍵接地，所述電容的高電位點作為復位電路的復位信號輸出端與中央處理器的復位信號輸入端電連接。
6.根據權利要求1所述的湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，其特征在于，所述下位水質信息監測儀表還包括LCD顯示器，所述中央處理器通過其LPT接口驅動所述IXD顯示器。
專利摘要本實用新型公開了一種湖庫水質遠程監測、分析與水華預測預警智能系統，包括下位水質信息監測儀表和上位信息系統，下位水質信息監測儀表包括用于采集水質參數的前端傳感器；中央處理器，其第一串行外設接口與前端傳感器的輸出端通訊連接；下位無線傳輸模塊，中央處理器通過其第二串行外設接口與其輸入端通訊連接，下位無線傳輸模塊與上位信息系統的上位無線傳輸模塊無線通訊連接，以將中央處理器接收到的水質參數通過下位無線傳輸模塊無線發送至上位信息系統進行分析處理。本實用新型的智能系統便于監測點的多點布施，并可將從監測點采集到的水質參數實時無線上傳到上位信息系統進行各種分析處理。
文檔編號G08C17/02GK202204534SQ201120275330
公開日2012年4月25日 申請日期2011年8月1日 優先權日2011年8月1日
發明者張立轉, 楊斌, 王小藝, 許繼平, 趙藝 申請人:北京金控自動化技術有限公司