CN106131861A - 一种由自洁式pH计自组网实现的蜂窝状水质监测网络 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种由自洁式pH计自组网实现的蜂窝状水质监测网络，包括监测中心、主pH计节点和次pH计节点，次pH计节点在行列方向上均呈直线排布，间距相等；众多次pH计节点所在区域被划分为一个个正六边形区域，正六边形区域平行对边的距离为pH计节点最大传输距离的两倍，主pH计节点位于每个正方形区域中心，在主pH计节点辐射范围内的次pH计节点均能够将采集到的信息传送给主pH计节点；每个pH计节点，包括pH计主体、与其相连的电极球泡、主控芯片和通讯模块，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单元，超声波辐射平板位于电极球泡周围。本发明实现了对一片海洋水域水质的长期连续监测。

Description

一种由自洁式pH计自组网实现的蜂窝状水质监测网络

技术领域

该发明涉及海洋水质实时监测领域，尤其涉及海水pH值实时监测装置及组网方案领域。

背景技术

为了更好的对海洋环境污染进行监测，同时对海洋环境污染事件能够提前预警，众多研究机构与公司致力于海洋水质监测技术的探索。由于海水的pH值是海水最重要的理化指标之一，所以对于pH值的监测技术发展迅速。

目前，在对海水单点pH值进行无线实时监测的基础上，为了完成对一定区域范围内海水pH值的全面监测，又发展出了pH值无线自组网实时监测技术。当众多的pH计装置分布于监测区域时，如何组网才能最大限度节省pH计装置电池电量也就成为一个重要课题。另外，在海水的环境下，pH计装置能否长期稳定工作是其能否广泛应用的重要前提，pH计前端球泡极易被海水中的微生物和其他污染物所附着而失效。

发明内容

本发明的目的在于提供一种可以节省主pH计节点配置，并能使得各个pH计节点可以长期稳定工作的海洋水质实时监测系统。本发明的技术方案如下：

一种由自洁式pH计自组网实现的蜂窝状水质监测网络，包括监测中心、主pH计节点和次pH计节点，次pH计节点在行列方向上均呈直线排布，间距相等；其特征在于，众多次pH计节点所在区域被划分为一个个正六边形区域，正六边形区域平行对边的距离为pH计节点最大传输距离的两倍，主pH计节点位于每个正方形区域中心，在主pH计节点辐射范围内的次pH计节点均能够将采集到的信息传送给主pH计节点；

每个pH计节点，包括主pH计节点和次pH计节点，均包括pH计主体、与其相连的电极球泡、主控芯片和通讯模块，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单元，超声波辐射平板位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波单元生成的超声波在电极球泡表面附近形成震荡；pH计主体采集的pH值信息被送入主控芯片；所述通讯模块能够与附近其他pH计节点组网。

本发明的水质监测网络，优化组网方案，使众多pH计节点以蜂窝状优化方案组网，利用较少的节点即可实现对相同面积水域的水质进行全面监测，从而节约系统成本，提高经济效益。同时，通过对现有pH 计进行改进，使其具有自清洁功能，保证传感器装置可以长期稳定工作。

附图说明

图1是pH计装置的整体电路原理框图；

图2是pH计的结构示意图；

图3是pH计的局部放大示意图；

图4是传统组网方案示意图；

图5是蜂窝状组网方案示意图。

附图标记说明如下：

1pH计主体；2超声波单元；3pH计电极球泡；4超声波辐射平板；

5常规矩形组网方式中主pH计节点；6常规矩形组网方式中主pH计节点的辐射范围；7常规矩形组网方式中次pH计节点；8蜂窝状组网方式中主pH计节点；9蜂窝状组网方式中主pH计节点的辐射范围；6蜂窝状组网方式中次pH计节点

具体实施方式

图1所示为pH计装置的整体电路原理框图。pH计装置包括pH计部分和主控部分。pH计部分包括pH计；主控部分包括主控芯片、通讯模块、稳压电路和电源。所述主控芯片控制pH计部分的pH计采集待测溶液pH值信息；所述通讯模块可以发射和接收信号，与附近其他节点组网，将水质信息传导监测中心；所述电源通过所述稳压电路为主控芯片提供能量。

图2是pH计的结构示意图，pH计包括pH计主体1、超声波单元2、pH计电极球泡3和超声波辐射平板4。pH计主体1内部为含饱和AgCl的3mol/L kcl缓冲溶液，pH值为4。正常情况下，待测溶液中的H离子可以通过pH计电极球泡3进入到pH计主体1内部，pH计主体1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pH计电极球泡3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1靠近电极球泡3的位置固定有超声波单元2。超声波单元2包括超声波发生器和超声波换能器，本发明采用的发射超声波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4。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，每个传感器节点的信号发射和接收最大距离为150米。

参见图3，超声波单元2产生超声波信号，并通过超声波辐射平板4的发射，对pH计电极球泡3表 面附近的溶液进行震荡，使其球泡3表面的污染物脱离，释放H离子通道，使pH计恢复灵敏。

图4所示为常规矩形pH计装置组网方式，次pH计节点在行列方向上均呈直线排布，间距相等。众多次pH计节点被划分为一个个正方形区域，正方形区域的边长为pH计节点最大传输距离的两倍。位于每个正方形区域中的主pH计节点的辐射半径为150米，在主pH计节点辐射范围内的次pH计节点都可以将采集到的信息传送给主pH计节点。根据理论计算可以得知主pH计节点的辐射范围占正方形区域的比例为78％，即约有78％的次pH计节点可以将信息传输给最近的主pH计节点，该种组网方式的有效率为78％。

图5所示为蜂窝状pH计装置组网方式，次pH计节点在行列方向上均呈直线排布，间距相等。众多次pH计节点被划分为一个个正六边形区域，正六边形区域平行对边的距离为pH计节点最大传输距离的两倍。位于每个正方形区域中的主pH计节点的辐射半径为150米，在主pH计节点辐射范围内的次pH计节点都可以将采集到的信息传送给主pH计节点。根据理论计算可以得知主pH计节点的辐射范围占正方形区域的比例为91％，即约有91％的次pH计节点可以将信息传输给最近的主pH计节点，该种组网方式的有效率为91％。

Claims (1)

1.一种由自洁式pH计自组网实现的蜂窝状水质监测网络，包括监测中心、主pH计节点和次pH计节点，次pH计节点在行列方向上均呈直线排布，间距相等；其特征在于，众多次pH计节点所在区域被划分为一个个正六边形区域，正六边形区域平行对边的距离为pH计节点最大传输距离的两倍，主pH计节点位于每个正方形区域中心，在主pH计节点辐射范围内的次pH计节点均能够将采集到的信息传送给主pH计节点；每个pH计节点，包括主pH计节点和次pH计节点，均包括pH计主体、与其相连的电极球泡、主控芯片和通讯模块，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单元，超声波辐射平板位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波单元生成的超声波在电极球泡表面附近形成震荡；pH计主体采集的pH值信息被送入主控芯片；所述通讯模块能够与附近其他pH计节点组网。