[发明专利]一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统及监测分析方法

权利要求书

1.一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统，其特征在于：包括上位机部分、GPRS无线通讯模块、下位机部分和电源模块，上位机部分和下位机部分通过GPRS无线通讯模块连接，其中：

下位机用于控制采集不同浓度范围的待测试剂参数；下位机部分包括主控单片机、数据采集部分以及SD卡数据存储部分，其中，主控单片机包括控制单元、晶振、外部RTC和Zigbee主模块，数据采集部分包括多个子采集部分，每个子采集部分均包括EEPROM模块、子监测板模块、Zigbee子模块和双通道分光光度器，双通道分光光度器采集相应浓度范围的待测试剂参数传输给子监测板模块，同时EEPROM模块与子监测板模块双向连接，子监测板模块输出与Zigbee子模块的输入连接，Zigbee子模块的输出通过Zigbee主模块与控制单元连接，控制单元对接收到的数据进行处理后存储至SD卡数据动态存取部分，并通过GPRS无线通信模块传输给上位机部分；同时晶振和外部RTC为控制单元提供频率和时钟信号；

双通道分光光度器包括紫外光源1、紫外光源2、硅光电池1、硅光电池2、试管固定装置、光度器固定底座和光路通断开关，其中，试管固定装置固定在光度器固定底座上，装有待测试剂的试管放置在试管固定装置内，所述光路通断开关设置于试管固定装置内壁，两个紫外光源与两个硅光电池1分为两组，硅光电池与紫外光源相对放置，分别置于双通道分光光度器两侧；光路通断开关用来开闭双通道分光光度器内对应光路，紫外光源通过双通道分光光度器照射到待测试剂上，硅光电池用来接收吸光度的微弱模拟电流信号；

GPRS无线通讯模块用于将下位机输出的数据上传至上位机部分；

上位机部分将接收到的数据进行分析处理，并进行显示；

电源模块为下位机部分和GPRS无线通讯模块提供电能。

2.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统，其特征在于：子监测板模块包括子控制单元、子晶振、子外部RTC、信号调理放大电路和双通道ADC数据采集模块，双通道分光光度器采集的数据信号经过信号调理放大电路和双通道ADC数据采集模块传送到子控制单元EEPROM数据缓存模块缓存，然后通过Zigbee子模块通讯连接将数据传送到主控单片机，经过控制单元的数据分拣、归类处理后通过GPRS无线通讯模块传送到上位机，上位机对数据进行分析处理，并通过GUI界面显示，同时有选择的将数据存储到主控单片机的SD卡内。

3.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统，其特征在于：GPRS无线通讯模块包括SIM900模块和SIM卡连接模块，SIM900模块与下位机部分的主控单片机之间通过串口进行数据传输，由电压放大模块供电，通过GPRS网络与Internet上的上位机建立连接，将采集到的数据通过天线发送给上位机；所述SIM卡连接模块与SIM900模块电连接，由SIM900模块经过电压调理电路供电。

4.根据权利要求1所述的一种基于聚类算法的多点水质监测分析系统，其特征在于：上位机部分包括Labview界面设计部分及Python数据处理部分，上位机部分通过Labview设计GUI界面，借助内部接口函数调用Python完成样本数据处理，所述样本数据是由多个测量得到的待测试剂参数组成的数据集，并随着新的待测试剂参数的加入，此数据集是动态可变的。

5.一种权利要求1-4任一项所述的基于聚类算法的多点水质监测分析系统的监测分析方法，其特征在于，包括：

(1)下位机部分通过主控单片机控制数据采集部分内的各个子采集部分协同完成多点水质监测数据采集；子采集部分的子监测板针对不同的待测试剂通过控制PWM波的频率使得紫外光源发出不同强度和波段的紫外光，主控单片机通过Zigbee主模块分别与各个Zigbee子模块建立连接，从而进一步将控制单元接收到的上位机的指令转化为相应操作指令通过Zigbee主模块传输到各子采集部分，Zigbee主模块采用并行收发指令的方式同时与多个Zigbee子模块建立连接、收发指令，从而有选择地采集多点水质监测数据；

(2)下位机部分采集的数据通过GPRS无线通讯模块上传至上位机部分；

(3)上位机部分通过内部接口函数调用Python函数采用聚类算法完成样本数据处理，并通过Labview设计GUI界面进行显示。