一种基于STM32的三电极自来水余氯在线监测系统

一种基于stm32的三电极自来水余氯在线监测系统
技术领域
1.本实用新型涉及自来水水质监测领域，具体是一种基于stm32的三电极自来水余氯在线监测系统。


背景技术：

2.水质监测是饮用自来水管网水及二次供水水质安全性重要的工作基础和技术支撑，准确、及时、可靠的水质监测数据是饮用水安全依法行政的基础。水质监测要满足饮用水保护监督管理的需要，必须加快现代化和自动化建设步伐，提高水质监测信息采集能力，所以建设水质自动监测站是一种趋势。针对客观环境运用物理、生物或化学的现代科技手段，间断地或连续地对水体污物及其有关的组成成份鉴定和测试，通过仪器的检测或实验进行定性、定量和系统的描述，做出正确的环境质量评价称作水质监测。
3.余氯，作为一种有效的杀菌消毒手段，被世界上超过80％的水厂使用着。市政自来水中必须保持一定量的余氯，以确保饮用水的微生物指标安全。余氯作为自来水消毒剂，余氯的存在具有必要性和重要性，它可以实现对微生物反复抑制，在水遇到新的污染源的情况下，能继续杀菌，防止水被再次乃至多次污染，同时自来水余氯浓度也是自来水水质监测重要的一个参数。根据2006年国家颁布的《生活饮用水卫生标准》(gb5749-2006)规定，氯气及游离氯的制剂与水的接触时间不应低于30min，集中式给水出厂水的游离性余氯含量不低于0.3mg/l，管网末梢水不得低于0.05mg/l。当生活日常自来水中的余氯含量过高时，会和水中其他物质发生化学反应，生成对人类健康不利的化合物；如果水中余氯含量过低，水中的微生物细菌得不到有效的消灭，同样有害于人类健康。
4.近年来，随着经济社会发展和人民生活水平不断提高，国家卫生局也对生活用水指标监管力度不断加强。许多年以来，我国自来水余氯监测工作主要以人工现场采样、实验室仪器为主，但在线监测系统与数据远程传输环节还很薄弱，因此在线余氯监测系统在监测和控制饮用水安全方面发挥着重要的社会应用价值。目前，我国城镇为了实时监测用水水质指标，计划在自来水厂、二次供水站、管网末梢装备大量余氯在线监测仪，并将数据实时公示出来。为了更好地管控各类生活用水指标，余氯在线监测系统需要实现快速、准确、稳定地实时监测出自来水余氯含量。


技术实现要素：

5.本实用新型的目的在于对自来水厂、二次供水站、管网末梢水余氯含量采用流通式在线监测，实现盟测数据远程传输至pc端、手机客户端，以此达到在线实时监测目的。并且具备传感器校准、设备彩色屏幕数据显示、pc端下发操作指令、余氯自动温度补偿、传感器电极自动清洁等功能。其中三电极体系结构的余氯传感器能够快速、准确、稳定地实时监测出水中余氯含量。
6.为实现上述目的，本实用新型采取以下技术方案来实现：
7.一种基于stm32的三电极自来水余氯在线监测系统，其中包括cortex-m内核主机
微处理器、stc89c52从机微处理器、rs485通信模块、nb物联网通信模块、串口界面显示屏、温度补偿电路、正常采集/自动清洁模块、信号转换模块、swd烧录模块、量程选择电路、a/d转换电路、指示灯，其特征在于所述cortex-m内核主机微处理器采用意法半导体stm32f103系列32位微控制器，主要控制和处理其外围连接设备；所述stc89c52从机微处理器连接余氯ad转换电路、温度补偿电路以及rs485收发器；所述rs485通信模块连接主机微处理器和从机微处理器，实现主机和从机之间数据通信；所述nb物联网通信模块包含移远bc28通信模块、接收信号天线、中国电信nb物联网卡；所述串口界面显示屏通过串口与主机微处理器连接，实现采集读取值以及相关信息实时显示；所述温度补偿电路用来采集水温值，实现对余氯信号值的温度补偿；所述正常采集/自动清洁模块用来连接三电极余氯电极棒以及主机微处理器，实现正常采集模式和自动清洁模式之间的切换；所述信号转换模块主要包含运算放大电路，反馈电路等，将电流信号转换为电压信号；所述swd烧录模块与主机微处理器连接，用来软件仿真调试和烧录程序，并留四针接口；所述量程选择电路与主机微处理器连接，用来不同范围量程的切换；所述a/d转换电路将模拟信号转换为数字信号；所述指示灯与主机微处理器连接，用来提示正常采集模式和自动清洁模式。
8.作为本实用新型进一步的方案：所述cortex-m内核主机微处理器还能完成取指令、执行指令、外界存储器和逻辑部件交换信息等操作、连接程序下载口实现软件程序烧录、接收远程app升级包以实现软件版本升级。
9.作为本实用新型进一步的方案：所述stc89c52从机微处理器用来接收和处理主机下发指令、对采集信号值滤波算法处理。
10.作为本实用新型进一步的方案：所述rs485通信模块选用adm2483隔离型收发器，采用modbus-rtu通信协议实现主机和从机之间的通信。
11.作为本实用新型进一步的方案：所述移远bc28物联网通信模块通过uart串口与主机微处理器连接、与中国电信物联网卡采用spi通信方式、并且连接天线来增强信号接收。
12.作为本实用新型进一步的方案：所述串口界面显示屏采用北京迪文科技有限公司logo串口指令彩色显示屏。
13.作为本实用新型进一步的方案：所述温度补偿电路温度传感器采用pt100温度探头，默认25℃为余氯温度补偿基准值。
14.作为本实用新型进一步的方案：所述正常采集/自动清洁模块由主机微处理器来操作adg451开关转换器来决定正常采集模式或自动清洁模式。
15.作为本实用新型进一步的方案：所述量程选择电路采用ad5280数字电位器，主机微处理器通过iic通信协议对其选择不同的量程。
16.作为本实用新型进一步的方案：所述指示灯采用led发光二极管，在正常采集模式下为常亮，在自动清洁模式下为每隔一秒闪烁一次。
17.本实用新型的优点和积极效果是：
18.1、本实用新型实现了余氯在线监测仪能够快速、准确、稳定地实时监测出自来水余氯含量，并且监测数据还可以实时远程传输至pc端、手机客户端，满足实时监测目的。
19.2、本实用新型使用了恒压式余氯三电极探头，与传统膜法渗透式探头相比具有测试稳定、使用寿命长、维护周期短的优点。
20.3、本实用新型能够实现余氯电极自动清洁功能，并且清洁周期可根据使用环境来
设置，基本可实现无人值守，大大降低了维护成本，节省了一定的人力物力。
附图说明
21.图1是本实用新型的系统总体结构框图；
22.图2是nb物联网通信模块连接示意图；
23.图3是正常采集/自动清洁模式方案流程图；
24.图4是rs485主从通信控制方案流程图；
具体实施方式
25.下面结合具体实施方式对本专利的技术方案作进一步详细地说明。
26.本实用新型实施例1，如图1所示：本实用新型提供一种基于stm32的三电极自来水余氯在线监测系统，其中包括所述cortex-m内核主机微处理器、stc89c52从机微处理器、rs485通信模块、nb物联网通信模块、串口界面显示屏、温度补偿电路、正常采集/自动清洁模块、信号转换模块、量程选择电路、a/d转换电路、指示灯、swd烧录模块。其特征在于所述正常采集/自动清洁模块由三电极余氯传感器、开关转换器、及运算放大电路组成，在正常采集模式下，余氯电极与水中余氯发生电化学反应产生微弱电流信号；在自动清洁模式下，余氯电极对电极与工作电极产生电压差，通过电解水在电极产生气泡来达到自动清洁目的；清洁时间结束后由自动清洁模式切换至正常采集模式，并且正常采集时指示灯常亮，自动清洁时指示灯常每间隔一秒闪烁一次；量程选择电路用来根据使用环境下余氯浓度大小选择合适的余氯值量程范围；信号转换模块将电极产生的微弱电流信号信号经过运算放大电路转换成电压信号；a/d转换电路将电压信号转换成数字信号，通过iic协议将数字信号传输给从机微处理器；温度补偿电路的pt100温度传感器将采集到的温度信号传输给从机微处理器；stc89c52从机微处理器将数字信号换算成对应的余氯信号值，再用温度信号值对余氯信号值进行温度补偿，换算得到最终的余氯值；rs485通信模块通过modbus协议将余氯值发送给主机，并且将主机下发的指令传送给从机；串口界面显示屏将余氯值、温度值等信息实时显示出来；nb物联网通信模块将余氯值等相关数据信息实时发送至pc端、手机客户端；cortex-m内核主机微处理器主要控制和处理其外围连接设备的通信、软件远程升级程序等。
27.本实用新型实施例2，如图2所示：本实用新型提供的nb-iot通信模块通过串口与主机微处理器连接，实现与主机之间的通信；并且nb-iot通信模块与sim卡(中国电信物联网卡)通过spi接口连接，实现业务联网功能，这样就可以在pc端或手机客户端远程监测数据，可用pc端通过私有coap协议给设备发送相关操作指令，cortex-m内核主机微处理器收到指令后，便控制外设执行相关操作指令，以达到远程控制目的；其中nb-iot通信模块外接天线可以根据所在区域覆盖nb信号的强弱来选取。
28.本实用新型实施例3，如图3所示：设备上电后，stc89c52从机微处理器不停扫描查询是主机下发的modbus-rtu指令。如果主机没有下发自动清洁指令，那么led指示灯常亮，代表余氯电极正在余氯信号值正常采集读取中，串口显示屏正常显示余氯采集值和水温值；如果主机下发自动清洁指令，led指示灯开始闪烁，代表余氯电极进入自动清洁模式，系统开始进入清洁时间倒计时。此时串口显示屏停止显示余氯采集值和水温值，余氯电极对
电极与工作电极产生电压差，通过电解水在电极表面产生气泡，气泡会随着水流冲走电极表面附着物，达到自动清洁目的。当到达设定的清洁时间时，系统软件复位重新进入余氯信号值正常采集模式，如此反复。
29.本实用新型实施例4，如图4所示：cortex-m内核主机微处理器通过modbus-rtu通信协议下发指令来呼叫从机，从机收到指令后开始解析和crc校验，如果校验正确，从机给主机返回应答指令，然后主机将从机应答指令中把数据解析出来，并将解析的数据换算成对应真实的余氯值(单位：mg/l)和温度值(单位：℃)，最后在串口显示屏实时显示。
30.以上对本实用新型具体实施作了详细说明，本实用新型并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本实用新型的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本实用新型保护的范围。