本發(fā)明涉及水質(zhì)檢測(cè)領(lǐng)域，特別是涉及一種基于北斗的便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀。

背景技術(shù)：

水質(zhì)檢測(cè)，就是檢測(cè)水體中的物理、化學(xué)和微生物指標(biāo)，監(jiān)測(cè)各種污染物的濃度和變化趨勢(shì)以評(píng)價(jià)水質(zhì)狀況，其檢測(cè)范圍包括了工農(nóng)業(yè)用水、生活排水和未被污染的天然水體，應(yīng)用需求十分廣泛。傳統(tǒng)的水質(zhì)檢測(cè)實(shí)驗(yàn)室或者水質(zhì)檢測(cè)車能進(jìn)行比較全面的水質(zhì)檢測(cè)，但是利用這些手段進(jìn)行水質(zhì)檢測(cè)有著無法實(shí)現(xiàn)水質(zhì)現(xiàn)場(chǎng)分析，或者成本高昂的局限，在交通、通信條件不好的地區(qū)進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)也有很大難度。因此，研究檢測(cè)功能好、成本低、適用范圍廣的便攜式水質(zhì)檢測(cè)儀器十分重要。

中國北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)可在全球范圍內(nèi)全天候、全天時(shí)為各類用戶提供高精度、高可靠的定位、導(dǎo)航、授時(shí)服務(wù)，并具備短報(bào)文通信能力。在缺乏一般無線通信條件的環(huán)境下，利用北斗衛(wèi)星進(jìn)行短報(bào)文通信是最佳的選擇。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種基于北斗的便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀，用于確定水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的定位信息，進(jìn)行水體水質(zhì)的原位檢測(cè)，并利用北斗衛(wèi)星的短報(bào)文通信功能實(shí)時(shí)傳輸水質(zhì)檢測(cè)數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)的控制指令。

一種基于北斗的便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀，包括：傳感器模塊、觀測(cè)儀主體、上位機(jī)；

所述的傳感器模塊，包括多個(gè)水質(zhì)檢測(cè)傳感器，用于采集檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將所得的信息發(fā)送給信號(hào)調(diào)理模塊；

觀測(cè)儀主體包括信號(hào)調(diào)理模塊、基于stm32的嵌入式控制模塊、存儲(chǔ)單元、北斗收發(fā)模塊、電源模塊；

所述的信號(hào)調(diào)理模塊，包括模擬和數(shù)字接口，用于處理模擬和數(shù)字式的水質(zhì)傳感器所采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給基于stm32的嵌入式控制模塊；

所述的基于stm32的嵌入式控制模塊，用于接收信號(hào)調(diào)理模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)及北斗收發(fā)模塊發(fā)送的定位數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)控制指令，將接收的數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)單元中，并對(duì)計(jì)算機(jī)控制指令做出響應(yīng)；采集完畢，將保存在存儲(chǔ)單元中的數(shù)據(jù)調(diào)整為符合北斗通信協(xié)議的數(shù)據(jù)格式后發(fā)送給北斗收發(fā)模塊；

所述的北斗收發(fā)模塊，包括北斗rdss模塊、北斗通信卡和北斗通信天線，用于接收由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位功能獲取水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)和來自計(jì)算機(jī)的控制指令，將所接收的信息發(fā)送給基于stm32的嵌入式控制模塊；同時(shí)也接收來自基于stm32的嵌入式控制模塊的信息，并將接收的信息發(fā)送給北斗收發(fā)機(jī)；

所述的電源模塊，用于為傳感器模塊、信號(hào)調(diào)理模塊、基于stm32的嵌入式控制模塊、存儲(chǔ)單元、北斗收發(fā)模塊提供電能；

所述的上位機(jī)包括北斗收發(fā)機(jī)和計(jì)算機(jī)；

所述的北斗收發(fā)機(jī)，包括北斗rdss模塊、北斗通信卡和北斗通信天線，用于接收北斗收發(fā)模塊發(fā)送的數(shù)據(jù)并發(fā)送給計(jì)算機(jī)，也用于將接收計(jì)算機(jī)的控制命令并發(fā)送給北斗收發(fā)模塊。

所述的傳感器模塊與觀測(cè)儀主體通過可插拔式接線端子相連，可根據(jù)具體檢測(cè)需要選擇不同的傳感器模塊。

所述的水質(zhì)信息根據(jù)選擇的傳感器模塊的不同可包含檢測(cè)點(diǎn)的水溫、ph值、溶解氧、電導(dǎo)率等信息。

所述的信號(hào)調(diào)理模塊針對(duì)模擬式傳感器提供adc轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電平；對(duì)傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波、電壓變換處理，并提供基本的輸入保護(hù)功能(限制輸入電壓不超過極限)，以使其調(diào)理后的電壓水平適合stm32主控板的adc輸入范圍(典型值為3.3v以內(nèi))；針對(duì)數(shù)字式傳感器提供串口通信接口，利用電平轉(zhuǎn)換芯片(如max232/max485)實(shí)現(xiàn)rs232/rs485電平到stm32端的ttl電平的轉(zhuǎn)換。

所述的數(shù)據(jù)格式可根據(jù)用戶需要進(jìn)行定義。

所述的存儲(chǔ)單元采用sd卡，用于保存水質(zhì)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)，采用6線制的sd方式與基于stm32的嵌入式控制模塊相連接，并采用sdhc協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)，傳輸速率高。

優(yōu)選地，所述的存儲(chǔ)單元為容量32g的大容量sd卡，采用sdhc協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)卡容量最大為32g。

采用北斗rdss系統(tǒng)三類非加密用戶卡，最快每分鐘傳輸一次短報(bào)文，報(bào)文長度78.5b。這個(gè)數(shù)據(jù)發(fā)送頻率遠(yuǎn)小于傳感器的數(shù)據(jù)采集頻率，為了數(shù)據(jù)分析需求將大量數(shù)據(jù)保存于水質(zhì)觀測(cè)儀本地的存儲(chǔ)單元中。

除了電源與地接口之外，北斗收發(fā)模塊需要與北斗用戶卡連接，通過sim接口，與stm32之間通過串口連接。本發(fā)明采用北斗rdss系統(tǒng)三類非加密用戶卡。

本發(fā)明采用性能優(yōu)異的stm32系列微處理器作為主控芯片，它具有豐富的io、adc、中斷以及內(nèi)部dma資源等，時(shí)鐘頻率也足夠快，功耗較低，性價(jià)比高，能夠很好地滿足便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀的功能需求；采用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位功能獲取水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)，在獲取檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)之后本地備份了定位數(shù)據(jù)與水質(zhì)數(shù)據(jù)，并利用北斗短報(bào)文功能將數(shù)據(jù)傳輸給計(jì)算機(jī)，實(shí)現(xiàn)水質(zhì)的實(shí)時(shí)在線檢測(cè)；也可以通過短報(bào)文的方式傳輸對(duì)便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀的控制指令，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)觀測(cè)儀的遠(yuǎn)程控制。

本發(fā)明在滿足常規(guī)水質(zhì)檢測(cè)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀的雙向通信和遠(yuǎn)程控制；同時(shí)能夠克服一般通信條件不足的限制，適用范圍廣。

附圖說明

圖1是基于北斗的便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀的原理圖；

圖2是本發(fā)明在實(shí)現(xiàn)時(shí)的原理圖。

圖中的數(shù)字表示：

1-傳感器模塊；2-信號(hào)調(diào)理模塊；3-基于stm32的嵌入式控制模塊；4-存儲(chǔ)單元；5-北斗收發(fā)模塊；6-電源模塊；7-觀測(cè)儀主體；8-北斗收發(fā)機(jī)；9-計(jì)算機(jī)。

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖及實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)說明。當(dāng)然，實(shí)施例僅用于說明本發(fā)明而不用于限制本發(fā)明的范圍。

如圖1、2所示，本發(fā)明的基于北斗的便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀包括傳感器模塊1；由信號(hào)調(diào)理模塊2；基于stm32的嵌入式控制模塊3；存儲(chǔ)單元4；北斗收發(fā)模塊5；電源模塊6封裝成的觀測(cè)儀主體7；北斗收發(fā)機(jī)8；計(jì)算機(jī)9。

傳感器模塊1，包括多個(gè)水質(zhì)檢測(cè)傳感器，用于采集檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將所得的信息發(fā)送給信號(hào)調(diào)理模塊2。

傳感器模塊1與觀測(cè)儀主體7采用可插拔的電連接方式。

信號(hào)調(diào)理模塊2，包括模擬和數(shù)字接口，用于處理模擬和數(shù)字式的水質(zhì)檢測(cè)傳感器所采集的水質(zhì)數(shù)據(jù)，并將處理后的數(shù)據(jù)發(fā)送給基于stm32的嵌入式控制模塊3。

信號(hào)調(diào)理模塊2針對(duì)模擬式傳感器提供adc轉(zhuǎn)換的基準(zhǔn)電平；對(duì)傳感器采集的模擬信號(hào)進(jìn)行濾波、電壓變換處理，并提供基本的輸入保護(hù)功能，限制輸入電壓不超過極限，以使其調(diào)理后的電壓水平適合stm32主控板的adc輸入范圍，典型值為3.3v以內(nèi)；針對(duì)數(shù)字式傳感器提供串口通信接口，利用電平轉(zhuǎn)換芯片，如max232或max485，實(shí)現(xiàn)rs232/rs485電平到stm32端的ttl電平的轉(zhuǎn)換。

基于stm32的嵌入式控制模塊3，用于接收信號(hào)調(diào)理模塊2發(fā)送的數(shù)據(jù)及北斗收發(fā)模塊5發(fā)送的定位數(shù)據(jù)和計(jì)算機(jī)9的控制指令，將接收的數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)保存在存儲(chǔ)單元4中，并對(duì)計(jì)算機(jī)9的控制指令做出響應(yīng)；采集完畢，將保存在存儲(chǔ)單元4中的數(shù)據(jù)調(diào)整為根據(jù)用戶需要定義的，符合北斗用戶數(shù)據(jù)接口協(xié)議4.0的數(shù)據(jù)格式后發(fā)送給北斗收發(fā)模塊5。

存儲(chǔ)單元4為容量32g的sd卡，用于保存水質(zhì)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù),，采用6線制的sd方式與嵌入式控制模塊3相連接，并采用sdhc協(xié)議傳輸數(shù)據(jù)。

北斗收發(fā)模塊5和北斗收發(fā)機(jī)8，均包括北斗rdss模塊、北斗通信卡和北斗通信天線，北斗收發(fā)模塊5用于接收由北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的導(dǎo)航定位功能獲取水質(zhì)檢測(cè)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)和來自計(jì)算機(jī)9的控制指令，將所接收的信息發(fā)送給基于stm32的嵌入式控制模塊3；同時(shí)也接收來自基于stm32的嵌入式控制模塊3的信息，并將接收的信息發(fā)送給北斗收發(fā)機(jī)8；北斗收發(fā)機(jī)8，用于接收北斗收發(fā)模塊5發(fā)送的數(shù)據(jù)并發(fā)送給計(jì)算機(jī)9，也用于將接收計(jì)算機(jī)9的控制命令并發(fā)送給北斗收發(fā)模塊5。

電源模塊6，用于為傳感器模塊1、信號(hào)調(diào)理模塊2、基于stm32的嵌入式控制模塊3、存儲(chǔ)單元4、北斗收發(fā)模塊5提供電能。

本發(fā)明在使用時(shí)具體包含如下步驟：

第一步：將便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀主體7和多個(gè)水質(zhì)檢測(cè)傳感器5可靠連接后，開啟水質(zhì)觀測(cè)儀并將其放置于水質(zhì)待測(cè)點(diǎn)；

第二步：多個(gè)水質(zhì)檢測(cè)傳感器采集水質(zhì)數(shù)據(jù)，信號(hào)調(diào)理模塊2對(duì)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行調(diào)理，便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀主體7中的基于stm32的嵌入式控制模塊3獲取由信號(hào)調(diào)理模塊2處理過的水質(zhì)數(shù)據(jù)，另一方面，基于stm32的嵌入式控制模塊3還以串口的方式通過北斗收發(fā)模塊5獲取水質(zhì)觀測(cè)儀的北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的定位數(shù)據(jù)；

第三步：基于stm32的嵌入式控制模塊3將第二步中獲取的水質(zhì)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)保存于大容量sd卡存儲(chǔ)單元4中，另一方面，基于stm32的嵌入式控制模塊3通過北斗收發(fā)模塊5將這些數(shù)據(jù)以北斗衛(wèi)星短報(bào)文的方式傳輸至北斗收發(fā)機(jī)8；同時(shí)，基于stm32的嵌入式控制模塊3也從北斗收發(fā)模塊5中接收來自于計(jì)算機(jī)9的控制指令以做出響應(yīng)；

第四步：計(jì)算機(jī)9獲取北斗收發(fā)機(jī)8接收到數(shù)據(jù)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理與存儲(chǔ)；必要時(shí)，計(jì)算機(jī)9可以通過北斗收發(fā)機(jī)8向便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀主體7發(fā)送短報(bào)文指令；否則返回第二步，直至任務(wù)結(jié)束。

本發(fā)明利用水質(zhì)檢測(cè)傳感器獲取檢測(cè)點(diǎn)的水質(zhì)數(shù)據(jù)并利用信號(hào)調(diào)理模塊進(jìn)行處理，利用北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)獲取檢測(cè)點(diǎn)的定位數(shù)據(jù)，在觀測(cè)儀內(nèi)部進(jìn)行數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過北斗衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)的短報(bào)文通信功能將水質(zhì)數(shù)據(jù)和定位數(shù)據(jù)發(fā)送至北斗收發(fā)機(jī)，最終傳輸至計(jì)算機(jī)中以供數(shù)據(jù)處理分析，計(jì)算機(jī)也可以通過短報(bào)文的方式遠(yuǎn)程控制便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀，在滿足常規(guī)水質(zhì)檢測(cè)需求的同時(shí)，實(shí)現(xiàn)了計(jì)算機(jī)與便攜式水質(zhì)觀測(cè)儀的雙向通信和遠(yuǎn)程控制；同時(shí)能夠克服一般通信條件不足的限制，適用范圍廣。

以上結(jié)合附圖實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了詳細(xì)說明，實(shí)施例中的某些細(xì)節(jié)不應(yīng)構(gòu)成對(duì)本發(fā)明的限定，凡依上述構(gòu)思所作的類似改變，應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。