專利名稱：無線電導(dǎo)率傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種傳感器，特別是涉及一種無線電導(dǎo)率傳感器。
背景技術(shù)：
隨著我國經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，各類工礦企業(yè)建設(shè)速度加快，江河流域及各種水體污染時(shí)有發(fā)生，環(huán)境保護(hù)已是社會發(fā)展的重要課題。水質(zhì)監(jiān)測是環(huán)境保護(hù)、預(yù)警的關(guān)鍵依據(jù)，監(jiān)測和控制影響水體環(huán)境的水質(zhì)參數(shù)具有重大的理論和現(xiàn)實(shí)意義。水的電導(dǎo)率反映了其所含無機(jī)酸、堿、鹽的量，且受溫度的影響，該指標(biāo)常用于推測水中離子的總濃度或含鹽量。因此水質(zhì)電導(dǎo)率間接反映了水體中各類電解質(zhì)的濃度，它是水質(zhì)監(jiān)測中常規(guī)監(jiān)測參數(shù)之一，因而電導(dǎo)率監(jiān)測設(shè)備在國內(nèi)的應(yīng)用已很廣泛。但是電導(dǎo)率監(jiān)測設(shè)備目前主要應(yīng)用在工礦企業(yè)、水廠或城市內(nèi)河中等地方，以手持式人工觀測設(shè)備為主，在線監(jiān)測設(shè)備也在逐步推廣應(yīng)用之中。隨著國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，提供環(huán)境污染或環(huán)境預(yù)報(bào)及時(shí)，在各江河流域、湖泊、海洋等水體中建立水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)已非常必要。然而，在廣闊的江河流域、湖泊、海洋等水體中應(yīng)用在線電導(dǎo)率監(jiān)測設(shè)備遇到了長距離供電及數(shù)據(jù)傳輸、安裝布線等困難，難以快速形成廣闊區(qū)域的監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)。另一方面，現(xiàn)在各種移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)已基本覆蓋我們整個(gè)國土的各個(gè)角落，為利用移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)通信提供了可能。目前市場上應(yīng)用的在線式電導(dǎo)率儀主要采用有線數(shù)據(jù)傳輸方式，其缺點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸距離較為有限，采集數(shù)據(jù)不能直接傳輸?shù)竭h(yuǎn)程監(jiān)測中心或數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)，需要另外增加有線或無線通信中繼(如含GPRS無線通信模塊的遠(yuǎn)程通信中繼器)才能實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)遠(yuǎn)距離傳輸；另外也出現(xiàn)了基于Zigbee無線電導(dǎo)率傳感器，其缺點(diǎn)是無線數(shù)據(jù)傳輸距離短，需要大量的傳感器節(jié)點(diǎn)才能形成一個(gè)數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)。因此，現(xiàn)有的電導(dǎo)率傳感器在廣闊江河流域、湖泊、海洋等各類水體應(yīng)用時(shí)，不能快速地構(gòu)建起不間斷遠(yuǎn)程監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，建設(shè)成本較高，維護(hù)難度大。
發(fā)明內(nèi)容針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本實(shí)用新型的目的在于，提供一種無線電導(dǎo)率傳感器，將無線通信模塊與傳感器直接集成到一體，形成一個(gè)結(jié)構(gòu)簡單、體積小的無線電導(dǎo)率傳感器，實(shí)現(xiàn)了測量數(shù)據(jù)直接遠(yuǎn)程傳輸?shù)礁鱾€(gè)數(shù)據(jù)采集站點(diǎn)或監(jiān)測中心，解決了電導(dǎo)率傳感器在江河流域、湖泊、海洋等各類水體的數(shù)據(jù)不能直接遠(yuǎn)程傳輸問題，可在廣闊區(qū)域快速地建立起不間斷監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，為環(huán)境報(bào)告和環(huán)境污染預(yù)警提供了可靠依據(jù)；另外，由于不需要布線、不需要通信中繼，不需要其他相關(guān)傳感器節(jié)點(diǎn)即可獨(dú)立實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)傳輸，因此建設(shè)成本低、后期維護(hù)簡單。為解決上述技術(shù)問題，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:一種無線電導(dǎo)率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，其特征在于:所述外殼的上方固定安裝有一天線保護(hù)罩，所述天線保護(hù)罩內(nèi)設(shè)有一天線；所述外殼內(nèi)設(shè)有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側(cè)設(shè)有電極和溫度探頭接口，另一側(cè)設(shè)有電源與有線通信接口。進(jìn)一步的技術(shù)方案是:所述的變送器模塊包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導(dǎo)率測量電路、補(bǔ)償溫度測量電路、時(shí)鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，所述的串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與所述的無線通信模塊相連接。所述的電導(dǎo)率測量電路通過電纜連接電極探頭，所述的補(bǔ)償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。所述變送器模塊的下部設(shè)有變送器模塊固定座。所述的電極和溫度探頭接口通過電纜與集成一體的電極和溫度探頭相連接，所述的電極和溫度探頭接口與所述變送器模塊上的相應(yīng)接口相連接。所述的電源與有線通信接口處設(shè)有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接。在所述天線保護(hù)罩與所述外殼之間的相互連接處及所述外殼與所述安裝底座之間的相互連接處分別設(shè)有防水圈。所述電極和溫度探頭接口、所述電源與有線通信接口均為防水接頭。所述外殼的材質(zhì)為不銹鋼。所述的無線通信模塊為GPRS、GSM或CDMA無線通信模塊。本實(shí)用新型的有益效果是:由于采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以充分利用現(xiàn)有的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)，實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、直接地傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站。建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時(shí)，僅需到監(jiān)測點(diǎn)安裝相應(yīng)傳感器及其太陽能電池和蓄電池即可，不需要長距離布線，不需要額外的通信中繼的安裝調(diào)試，加快了廣擴(kuò)區(qū)域內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度，同時(shí)降低了建設(shè)成本；后期發(fā)生故障時(shí)僅需要更換相應(yīng)的故障傳感器即可，維護(hù)簡單。

圖1是本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型的電路原理框圖；圖3是本實(shí)用新型的電源控制流程圖。
具體實(shí)施方式
為進(jìn)一步揭示本實(shí)用新型的技術(shù)方案，
以下結(jié)合附圖詳細(xì)說明本實(shí)用新型的實(shí)施方式:如圖1所示，一種無線電導(dǎo)率傳感器，包括一安裝底座9和固定于安裝底座9上的不銹鋼外殼4，外殼4采用不銹鋼材料，具備較好的抗銹蝕能力，適于長期在野外使用。外殼4的上方固定安裝有一天線保護(hù)罩2，天線保護(hù)罩2內(nèi)設(shè)有一天線I。天線保護(hù)罩2采用工程塑料制造，具有塑性好，強(qiáng)度高的特點(diǎn)，將天線I放置在天線保護(hù)罩2內(nèi)，保護(hù)天線免受外力損壞。外殼4內(nèi)設(shè)有GPRS無線通信模塊3和與GPRS無線通信模塊3相連接的變送器模塊5，GPRS無線通信模塊3與所述天線I相連接；變送器模塊5的下部設(shè)有變送器模塊固定座7。外殼4的一側(cè)設(shè)有電極和溫度探頭接口 8，另一側(cè)設(shè)有電源與有線通信接口 6。電極和溫度探頭接口 8通過高強(qiáng)度柔性電纜與集成一體的電極和溫度探頭10相連接，且電極和溫度探頭接口 8與變送器模塊5上的相應(yīng)接口相連接。電源與有線通信接口 6處設(shè)有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，由外部太陽能電池及蓄電池供電，能夠長期在線監(jiān)測；另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接，有線通信接口對外提供RS485接口，支持標(biāo)準(zhǔn)SD1-12協(xié)議，便于安裝調(diào)試或維護(hù)工作。本實(shí)用新型整體進(jìn)行了防水設(shè)計(jì)，如在天線保護(hù)罩2與外殼4之間、在外殼4與安裝底座9之間的相互連接處均采用防水圈進(jìn)行防水，電極和溫度探頭接口 8和電源與有線通信接口 6均采用防水接頭，使傳感器電子部分防水等級達(dá)到IP67，電極和溫度探頭接口 8采用全密封一體化成型工藝，防水等級達(dá)到IP68，使傳感器能夠長期在室外使用，傳感器電極和溫度探頭10可以長期安裝到江河、湖泊、海洋等水體中進(jìn)行測量。在傳感器測量時(shí)，變送器模塊5開啟電導(dǎo)率及溫度測量電路電源，進(jìn)行電導(dǎo)率及水體溫度測量，然后將測量數(shù)據(jù)通過GPRS無線通信模塊3直接傳送到遠(yuǎn)程監(jiān)測數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心，實(shí)現(xiàn)廣域組網(wǎng)監(jiān)測。如圖2所示，傳感器的電子部分由變送器模塊5和GPRS無線通信模塊3兩個(gè)模塊組成。變送器模塊5包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導(dǎo)率測量電路、補(bǔ)償溫度測量電路、時(shí)鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與GPRS無線通信模塊3相連接。電導(dǎo)率測量電路通過電纜連接電極探頭，補(bǔ)償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。微控制器是整個(gè)傳感器的核心，其負(fù)責(zé)電導(dǎo)率測量的驅(qū)動(dòng)信號產(chǎn)生、檔位控制、信息處理、溫度補(bǔ)償測量、溫度補(bǔ)償處理等工作，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的發(fā)送和遠(yuǎn)程命令的處理，控制傳感器各部分電路的供電，以達(dá)到最佳節(jié)能及準(zhǔn)確測量。電導(dǎo)率測量電路和電極探頭構(gòu)成電導(dǎo)率傳感與測量核心部分，其采用阻抗掃描測量技術(shù)，負(fù)責(zé)將電導(dǎo)率信號轉(zhuǎn)化為電壓信號，經(jīng)過采樣后計(jì)算出電導(dǎo)率。阻抗掃描技術(shù)的應(yīng)用，電導(dǎo)率探頭的引線可以較長，便于將電導(dǎo)率探頭放置于任何深度的測量點(diǎn)位，使用非常方便。由于電導(dǎo)率受水體溫度影響很大，必須對所測得的電導(dǎo)率進(jìn)行溫度補(bǔ)償，因此傳感器設(shè)計(jì)了溫度補(bǔ)償電路和溫度探頭，其溫度測量精度可達(dá)到±0.rc，從而可以準(zhǔn)確補(bǔ)償溫度引起的電導(dǎo)率誤差。時(shí)鐘電路可定時(shí)喚醒微處理器，啟動(dòng)一次測量任務(wù)。電源控制電路可以接受微處理器的控制信號，給不同部分電路供電或關(guān)閉電源，最大化的節(jié)省電源，使傳感器在配置適當(dāng)?shù)奶柲茈姵睾托铍姵丶纯砷L期在線測量。微控制通過串口/RS232轉(zhuǎn)換電路實(shí)現(xiàn)與GPRS通信模塊的信息交換。微控制發(fā)出測量數(shù)據(jù)、傳感器狀態(tài)等信息，經(jīng)串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路傳給GPRS通信模塊，最終由GPRS通信模塊通過移動(dòng)通信平臺將信息發(fā)送到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及控制中心；反之，遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心也可將相關(guān)指令通過移動(dòng)通信平臺將信息發(fā)送到GPRS通信模塊，再由微控制器獲取，并執(zhí)行，從而實(shí)現(xiàn)信息雙向傳遞，達(dá)到遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集及傳感器控制的目的。在進(jìn)行電導(dǎo)率測量時(shí)，傳感器附近不能有強(qiáng)電磁干擾，并且要實(shí)現(xiàn)傳感器長期在野外在線測量，要求傳感器能耗低。為此本傳感器設(shè)計(jì)一套電源控制管理方案，來實(shí)現(xiàn)低功耗測量和降低測量時(shí)的電磁干擾，其控制流程如圖3所示。當(dāng)?shù)皆O(shè)定測量時(shí)間時(shí)，時(shí)鐘電路自動(dòng)發(fā)出喚醒信號，喚醒微處理器；微處理器被喚醒后，首先給電導(dǎo)率測量電路和補(bǔ)償溫度測量電路供電，然后測量電導(dǎo)率和液體溫度，經(jīng)過信號處理獲得經(jīng)過溫度補(bǔ)償后的電導(dǎo)率測值；然后關(guān)閉電導(dǎo)率測量電路和補(bǔ)償溫度測量電路電源，并給GPRS通信模塊供電，通過GPRS通信模塊，采取自報(bào)方式將測量數(shù)據(jù)發(fā)送給遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)采集站或監(jiān)測中心，實(shí)現(xiàn)定時(shí)測量；之后，GPRS通信模塊延時(shí)等待一段時(shí)間(5 10分鐘)，接收遠(yuǎn)程命令，并執(zhí)行相關(guān)命令，完成各遠(yuǎn)程命令后，關(guān)閉GPRS通信模塊電源，并將微處理器置于掉電模式，整個(gè)傳感器處于低功耗(功耗小于IOOuA)狀態(tài)。這種分時(shí)復(fù)用電源的電源控制方式不僅實(shí)現(xiàn)了節(jié)能，而且在電導(dǎo)率測量時(shí)因未給GPRS通信模塊供電，其處于關(guān)機(jī)狀態(tài)，因此移動(dòng)通信電磁輻射不會對電導(dǎo)率測量造成干擾，確保電導(dǎo)率測值的正確性。本實(shí)用新型的無線數(shù)據(jù)遠(yuǎn)程傳輸不僅限于使用GPRS無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)，還可以使用GSM、CDMA等無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)實(shí)現(xiàn)。不論采用哪一種基于移動(dòng)通信數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)采集數(shù)據(jù)無線直接遠(yuǎn)程傳輸，均在本專利保護(hù)范圍內(nèi)。以上通過對所列實(shí)施方式的介紹，闡述了本實(shí)用新型的基本構(gòu)思和基本原理。但本實(shí)用新型絕不限于上述所列實(shí)施方式，凡是基于本實(shí)用新型的技術(shù)方案所作的等同變化、改進(jìn)及故意變劣等行為，均應(yīng)屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求1.一種無線電導(dǎo)率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，其特征在于:所述外殼的上方固定安裝有一天線保護(hù)罩，所述天線保護(hù)罩內(nèi)設(shè)有一天線；所述外殼內(nèi)設(shè)有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側(cè)設(shè)有電極和溫度探頭接口，另一側(cè)設(shè)有電源與有線通信接口。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述的變送器模塊包括微控制器和分別與微控制器相連接的電導(dǎo)率測量電路、補(bǔ)償溫度測量電路、時(shí)鐘電路、電源控制電路、串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路和RS485通信電路，所述的串口 /RS232轉(zhuǎn)換電路與所述的無線通信模塊相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述的電導(dǎo)率測量電路通過電纜連接電極探頭，所述的補(bǔ)償溫度測量電路通過電纜連接溫度探頭。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述變送器模塊的下部設(shè)有變送器模塊固定座。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述的電極和溫度探頭接口通過電纜與集成一體的電極和溫度探頭相連接，所述的電極和溫度探頭接口與所述變送器模塊上的相應(yīng)接口相連接。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述的電源與有線通信接口處設(shè)有4根接口線，其中兩根線作為電源接口線與外部的太陽能電池及蓄電池相連接，另外兩根線作為通信接口線與RS485通信電路相連接。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:在所述天線保護(hù)罩與所述外殼之間的相互連接處及所述外殼與所述安裝底座之間的相互連接處分別設(shè)有防水圈。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述電極和溫度探頭接口、所述電源與有線通信接口均為防水接頭。
9.根據(jù)權(quán)利要求1-8中任一所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述外殼的材質(zhì)為不銹鋼。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線電導(dǎo)率傳感器，其特征在于:所述的無線通信模塊為GPRS、GSM或CDMA無線通信模塊。
專利摘要本實(shí)用新型公開了一種無線電導(dǎo)率傳感器，包括一安裝底座和固定于安裝底座上的外殼，所述外殼的上方固定安裝有一天線保護(hù)罩，所述天線保護(hù)罩內(nèi)設(shè)有一天線；所述外殼內(nèi)設(shè)有無線通信模塊和與無線通信模塊相連接的變送器模塊，所述無線通信模塊與所述天線相連接；所述外殼的一側(cè)設(shè)有電極和溫度探頭接口，另一側(cè)設(shè)有電源與有線通信接口。本實(shí)用新型采用無線數(shù)據(jù)傳輸技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)電導(dǎo)率監(jiān)測數(shù)據(jù)穩(wěn)定、可靠、直接地傳輸?shù)奖O(jiān)測中心站，建立監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)時(shí)，僅需到監(jiān)測點(diǎn)安裝相應(yīng)傳感器及其太陽能電池和蓄電池即可，加快了廣擴(kuò)區(qū)域內(nèi)水質(zhì)監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)的建設(shè)速度，同時(shí)降低了建設(shè)成本，后期維護(hù)簡單。
文檔編號G08C17/02GK203054089SQ201220630938
公開日2013年7月10日 申請日期2012年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月26日
發(fā)明者羅孝兵, 盧欣春, 李學(xué)勝, 藍(lán)彥, 華濤, 李桂平, 袁穎華 申請人:國網(wǎng)電力科學(xué)研究院, 南京南瑞集團(tuán)公司, 國家電網(wǎng)公司