CN106211364A - 一种基于主次节点式组网的海洋水质实时监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于主次节点式组网的海洋水质实时监测系统，包括监测中心、主传感器节点和次传感器节点，主传感器节点有五个，一个布置在传感器网络中心、另外四个构成矩形，分布在传感器网络靠外的位置；每个传感器节点，均包括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。pH值传感器模块包括PH计主体(1)和与其相连的电极球泡(3)，在PH计主体(1)连接有电极球泡(3)的一端设置有超声波辐射平板(4)和超声波单元(2)，超声波辐射平板(4)位于电极球泡周围。本发明可降低功耗，保证传感器装置可以长期稳定工作。

Description

一种基于主次节点式组网的海洋水质实时监测系统

技术领域

该发明涉及海洋水质监测领域，尤其涉及海洋水质监测网络领域。

背景技术

自20世纪50年代以来，随着各国社会生产力和科学技术的迅猛发展，海洋受到了来自各方面不同程度的污染和破坏，日益严重的污染给人类的生存和发展带来了极为不利的后果。据不完全统计，人类每年向海洋倾倒约1000吨石油,10000吨汞，这些有毒物质大多分布在我国浅海水域，使海洋生物受到污染，威胁着人类的健康。

为了对海洋环境更好的进行监测与保护，同时对于海洋环境污染事件能够及时预警，及时采取治理措施，海洋水质监测技术迅速发展，从最早的海边现场取样到乘坐船只到达取样点现场取样，再到现在利用无线通讯技术和传感器技术自动进行水质监测，水质监测技术朝着小型化、集成化和网络化不断进步。

现有集成传感器不仅可以独立采集水质参数，还可以众多集成传感器通过自组网的方式协同监测一片海域。但是由于每个集成传感器电池能量都是有限的，电量耗尽后又不便于补充电量，所以如何降低组网后的功耗是一个重要课题。

另外，在海水的环境下，传感器装置能否长期稳定工作是装置能否广泛应用的重要前提。作为传感器部分的重要组成，pH计前端球泡却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

本发明的目的是提供一种能够降低整体网络功耗，并可以保证个传感器节点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：

一种基于主次节点式组网的海洋水质实时监测系统，包括监测中心、主传感器节点和次传感器节点，其特征在于，在由次传感器节点和主传感器节点共同构成的一个传感器网络中，主传感器节点有五个，一个布置在传感器网络中心、另外四个构成矩形，分布在传感器网络靠外的位置，在主传感器节点辐射范围内的次传感器节点均能够将采集到的信息传送给主传感器节点；

每个传感器节点，包括主传感器节点和次传感器节点，均包括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、无线通讯模块，其中，

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；

pH值传感器模块包括PH计主体(1)和与其相连的电极球泡(3)，其特征在于，在PH计主体(1)连接有电极球泡(3)的一端设置有超声波辐射平板(4)和超声波单元(2)，超声波辐射平板(4)位于电极球泡周围，用于使得超声波单元(2)生成的超声波在电极球泡(3)表面附近形成震荡。

本发明的海洋水质实时监测系统，采用主次节点式组网，能够降低系统功耗。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为一个传感器节点的电路原理框图；

图2是pH传感器的结构示意图；

图3是pH传感器的局部放大示意图；

图4为本发明采用的组网方式示意图。

1 pH计主体；2超声波单元；3电极球泡；4超声波辐射平板；

5主传感器节点 6次传感器节点

具体实施方式

图1是一个传感器节点的电路原理框图。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、稳压电路和电源；

传感器节点采集水质信息并通过无线信号向外传输；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；电源通过稳压电路为主控芯片提供电能；无线通讯模块可以接收其他节点传来的信息和发送本传感器装置采集到的信息。

图2为pH值传感器模块，即pH计，的结构示意图，pH计包括pH计主体1、超声波单元2、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。

如图4所示为集成传感器组网方式示意图，在由众多传感器装置组成的传感器网络中设置5个主传感器节点5，主传感器节点5具有10倍于次传感器节点6的电量，并且可以后续人工更换电池。次传感器节点采集到海水参数信息后或者收到上一节点的信息后，向距离自己最近的主传感器节点5方向传递信息，经由其他更靠近主传感器节点5的次传感器节点6路由，最终传递给主传感器节点5，最终由主传感器节点5直接将信息一并传送给监测中心(主机)。

Claims (1)

1.一种基于主次节点式组网的海洋水质实时监测系统，包括监测中心、主传感器节点和次传感器节点，其特征在于，在由次传感器节点和主传感器节点共同构成的一个传感器网络中，主传感器节点有五个，一个布置在传感器网络中心、另外四个构成矩形，分布在传感器网络靠外的位置，在主传感器节点辐射范围内的次传感器节点均能够将采集到的信息传送给主传感器节点；

每个传感器节点，包括主传感器节点和次传感器节点，均包括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、无线通讯模块，其中，

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；

pH值传感器模块包括PH计主体(1)和与其相连的电极球泡(3)，其特征在于，在PH计主体(1)连接有电极球泡(3)的一端设置有超声波辐射平板(4)和超声波单元(2)，超声波辐射平板(4)位于电极球泡周围，用于使得超声波单元(2)生成的超声波在电极球泡(3)表面附近形成震荡。