CN105866372A - 由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测装置，包括海岸监测中心、信号中继站和多个传感器节点；每个传感器节点包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和无线通讯模块。所述的pH值传感器模块包括pH计主体和与其相连的电极球泡，在pH计主体连接有电极球泡的一端设置有超声波辐射平板和超声波模块，超声波辐射平板位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波模块生成的超声波在电极球泡表面附近形成震荡。本发明可实现对一片海洋水域的长期连续监测。

Description

由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测装置

技术领域

该发明涉及海洋水质监测领域，尤其涉及用于海洋水质实时在线监测的传感与通讯集成装置设计领域。

背景技术

伴随着经济的快速发展，人们越来越意识到海洋生态健康，不仅仅是水质干净，海面看上去好看，更重要的是要关注整个大的海洋生态系统，要维护它的健康。近年来，海洋环境监测事业被国家高度重视，格外强调发展预警海洋灾害、监测海洋环境所急需的高技术。随着物联网的兴起，为提高我国海洋环境监测水平提供了强有力的技术支撑，基于物联网的海洋环境监测系统更易实现监测数据与信息的实时性、长期性、可靠性、网络化、智能化等功能需求，因而更具较高科研与实践价值，这必将改变我国现有的海洋环境监测状况。

现有海洋水质传感器集成系统无法长时间在海洋环境下长期连续工作，其中最主要的原因就是传感器的灵敏度下降甚至失效，尤其是pH值传感器，极易被海水中的污染物污染造成失效。

另外，目前海水水质监测一般是先开船到达待检测水域，再将传感器系统放入水中或者取样上船开始检测，这种方式费时费力而且能够监测的范围十分有限。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足，提供一种可以可以长期连续的对海水进行监测的海洋水质实时监测系统。本发明通过实现pH传感器的自清洁功能，使其可以长期连续的对海水进行监测，同时通过无线数据传输的方式，将传感器系统采集到的数据实时传回监测中心。技术方案如下：

一种由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测装置，包括海岸监测中心、信号中继站和多个传感器节点，其中，

海岸监测中心包括服务器和显示屏幕，服务器用来处理从各个传感器节点传回的数据，并对海水污染及水质变化进行预测，信号中继站用于保证信号从监测区域可靠地传回海岸监测中心；每个传感器节点包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和无线通讯模块。

浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值；各个传感器采集的数据被送入主控芯片；

所述的pH值传感器模块包括pH计主体和与其相连的电极球泡，在pH计主体连接有电极球泡的一端设置有超声波辐射平板和超声波模块，超声波辐射平板位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波模块生成的超声波在电极球泡表面附近形成震荡。

本发明通过实现pH传感器的自清洁功能，使其可以长期连续的对海水水质进行监测，同时可以利用无线传输的方式，将传感器采集到的水质信息实时传回监测中心，监测中心可以实时掌握所监测区域内的水质状况。

附图说明

图1是系统数据传输整体示意图；

图2是传感器系统的电路原理框图；

图3是pH传感器模块的示意图；

图4是pH传感器模块的局部放大示意图。

1海岸监测中心；2信号中继站；3传感器节点；

4pH计主体；5超声波单元；6电极球泡；7辐射平板

具体实施方式

参见图1和图2，本发明提供的由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测系统，包括海岸监测中心1、信号中继站2和传感器节点3。海洋水质传感器网络包括众多所述传感器节点3；所述传感器节点3包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、信号放大电路、AD转换电路、存储单元、主控芯片、稳压电路、无线通讯模块和太阳能供电模块；所述信号中继站2用于保证信号可以从监测区域传回所述海岸监测中心1；所述海岸监测中心1包括大型服务器和显示屏幕，大型服务器用来处理传感器传回的海量数据，并对海水污染及水质变化进行预测；显示屏幕为工作人员提供可视化窗口。

所述传感器节点3采集水质信息并通过无线信号向临近节点传输，经由临近节点路由和所述信号中继站2路由最终传输到所述海岸监测中心1；浊度传感器模块通过浊度传感器将浊度数据传回控制主板；温度传感器模块通过温度传感器将环境温度数据传回控制主板；信号放大电路可以采集传感器模块产生的微弱信号并加以放大和滤波，输出至AD转换电路将模拟信号转换为数字信号；主控芯片接收到AD转换电路传输的数字信号后，将数据存储在存储单元中；无线通讯模块包括ZigBee芯片、功率放大器和天线；ZigBee芯片部分采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片，内部带有MCU芯片和无线收发器；功率放大器采用SKY65336，它最大可以支持20dbm的功率放大功能；天线负责信号的发射和接收。

图3为pH值传感器模块(pH计)的结构示意图，pH计包括pH计主体4、超声波单元5、电极球泡6和超声波辐射平板7。pH计主体4内部为含饱和AgCl的3mol/Lkcl缓冲溶液，pH值为7。正常情况下，待测溶液中的H离子可以通过电极球泡6进入到pH计主体4内部，pH计主体4内部的电极会检测到电位变化，从而得出待测溶液的pH值。当电极球泡6表面被待测溶液污染时，H离子通道会被堵塞，pH计便检测不到电位变化，即无法正确检测pH值。

本发明在pH计主体4靠近电极球泡6的位置固定有超声波单元5。超声波单元5包括超声波发生器和超声波换能器。本发明采用的辐射天线为平板天线，由两个相对的平板构成，称之为辐射平板7。超声波发生器包括振荡器、电源、放大器和匹配器。超声波发生器用来产生超声频电能，在超声波发生器中，振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定功率输出，通过匹配器进行阻抗匹配并通过功放输出。

参见图4，超声波单元5产生超声波信号，并通过超声波辐射平板7的发射，对电极球泡6表面附近的溶液进行震荡，使其球泡6表面的污染物脱离，释放H离子通道，使pH计恢复灵敏。

Claims (1)

1.一种由集成传感器与通讯模块组成的海洋水质实时监测装置，包括海岸监测中心、信号中继站和多个传感器节点，其中，

海岸监测中心包括服务器和显示屏幕，服务器用来处理从各个传感器节点传回的数据，并对海水污染及水质变化进行预测，信号中继站用于保证信号从监测区域可靠地传回海岸监测中心；每个传感器节点包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和无线通讯模块。

浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值；各个传感器采集的数据被送入主控芯片；

所述的pH值传感器模块包括pH计主体和与其相连的电极球泡，在pH计主体连接有电极球泡的一端设置有超声波辐射平板和超声波模块，超声波辐射平板位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波模块生成的超声波在电极球泡表面附近形成震荡。