CN106383145A - 一种具备无线充电技术的自组网ph值监测系统 - Google Patents

一种具备无线充电技术的自组网ph值监测系统 Download PDF

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邹强
苏奇
巩金浩
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Abstract

本发明涉及一种具备无线充电技术的自组网PH值监测系统，包括若干个PH复合电极装置、系统中继传输模块和岸边数据接收装置，每个PH复合电极装置被视为一个传感器节点，每个PH复合电极装置，包括供电模块、中央控制模块，PH值采集模块、ZigBee通信模块、电极保养模块和清水采集模块。电极保养模块包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、浊度传感器7、KCL标准样液池8、排污水泵9，浊度传感器7用于检测KCL标准样液池8内的标准样液受污染程度，排出KCL标准样液池8内废液，位于KCL标准样液池8上方的KCL补充液容器21底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液。本发明可以长期监测大片水域。

Description

一种具备无线充电技术的自组网PH值监测系统
技术领域
该发明涉及海水PH值监测领域，尤其涉及具有自洁与保养功能的PH复合电极及其无线供能方式。
背景技术
海洋拥有及其丰富的资源，对海洋的开发与利用对国家的经济发展具有重要意义。近年来，我国加大了对海洋资源的开发和利用，但是海洋环境的多变性是制约海洋资源开发的重要因素，因此对于海洋环境的数据指标的监测显得尤为重要，通过监测我们可以预知海洋环境的变化从而更高效的开发海洋资源。
PH值是海水水质监测过程中是最重要的指标之一，但现有PH值监测装置存在以下问题：第一，海水水质监测是一个长期连续的过程，现有PH复合电极如果长时间浸泡在海水中，电极前端玻璃球泡表面容易被海水中的杂质覆盖，影响对海水PH值数据采集的准确性。第二，在大规模海洋监测中，装置没有电源续航设备因此无法长期工作，可以通过增加无线充电技术可以解决装置无法长时间续航的问题。第三，现有PH值测量装置难以协同完成对大片海域的PH值监测任务。
发明内容
本发明的目的是提供一种具有自洁功能，能够在大片海域协同完成海洋PH值监测任务的PH值监测系统。本发明的技术方案如下：
一种具备无线充电技术的自组网PH值监测系统，包括若干个PH复合电极装置、系统中继传输模块和岸边数据接收装置，每个PH复合电极装置被视为一个传感器节点，其特征在于，
每个PH复合电极装置，包括供电模块、中央控制模块，PH值采集模块、ZigBee通信模块、电极保养模块和清水采集模块，其中，
PH值采集模块包括机械臂2、固定于机械臂2前端的PH复合电极1、待测溶液池12、进样水泵11、排样水泵10、冲洗水泵19，其中，进样水泵11用于将海水抽吸入待测溶液池12，排样水泵10用于将海水排出待测液体池12；机械臂2用于将PH复合电极1置于待测液体池12内或将其抬高，PH复合电极1测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵抽吸抽吸清水并对抬高的PH复合电极1进行清洗，经过清洗的PH复合电极1被移至电极保养模块的KCL标准样液池8中；
电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、浊度传感器7、KCL标准样液池8、排污水泵9，浊度传感器7用于检测KCL标准样液池8内的标准样液受污染程度，中心控制模块在浊度达到阈值时，控制排污水泵9工作，排出KCL标准样液池8内废液，位于KCL标准样液池8上方的KCL补充液容器21底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液；
清水采集模块包括导热硅胶16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位计13、进水泵14、调节水泵15和冷凝板20，进水泵14用于抽吸海水进入蓄海水池17；导热硅胶16的主体作为蓄海水池17的侧壁，与其内海水直接接触；导热硅胶16还与太阳能光伏板2连接，用于吸收热量；蓄海水池17的上部斜向固定有冷凝板20，冷凝板20将蒸发的海水凝结为液体，并将凝结的液体引流入蓄清水池18中；液位计13用于监测蓄清水池18内水量，其采集的信息被送入中心控制模块，中心控制模块在清水量达到最大阈值后，调节水泵15开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，；当清水达到最小阈值，进水泵14工作；
供电模块包括无线充电接收线圈3和蓄电池4，无线充电接收线圈3接收外部电磁波并将其转化为电能传输到蓄电池4中；
ZigBee通信模块，PH值采集模块采集到的数据通过该模块向外无线传输，利用ZigBee的自组网特性，PH值采集模块采集到的数据通过组网互相点对点传输，再经过系统中继传输模块传向岸边数据接收装置。
附图说明
图1为传感器装置箱体的剖面图
图2为PH复合电极清洁与保养的细节图
图3为该装置的原理框图
图4为全过程的流程图
图5为数据传输示意图
1、PH复合电极；2、机械臂；3、无线充电接收线圈；4、蓄电池；5、中央控制模块；6、泡沫；7、浊度传感器；8、KCL标准样液池；9、10、11、14、15、19、均为水泵(未画出水管)；12、待测液体池13、液位计；16、导热硅胶；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金属制成的冷凝板；21、带有电磁阀门的KCL补充液容器；22、数据储存及ZigBee通信模块；23、通信天线；24、ZigBee网络；25、系统中继传输模块；26、岸边数据接收装置
具体实施方式
本发明的PH值监测系统，由若干个独立工作的PH复合电极装置、系统中继传输模块、岸边数据接收装置构成，每个PH复合电极装置视为一个传感器节点。图1是PH复合电极装置的结构示意图，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块，ZigBee通信模块。下面将结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。
如图1所示，PH值采集模块包括机械臂2、PH复合电极1、待测溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH复合电极1由机械臂2控制进入待测液体池12，水泵11工作，海水进入待测液体池12，测得PH值传输至中央控制模块5。水泵10工作，排出海水。机械臂2将PH复合电极1抬高，水泵19工作，引出清水冲洗复合电极。机械臂2再将PH复合电极1移至KCL溶液池8中。
如图2，为电极保养模块细节图，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、浊度传感器7、KCL溶液池8、水泵9。海水中含微生物，水藻，工业废液等杂质，浊度传感器7即可检测标准样液受污染程度。浊度达到阈值时，KCL标准液已被污染，须更换。水泵9工作，排出废液。KCL补充液容器21底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液。实现了KCL标准液的更新。
如图1，右侧清水采集模块包括导热硅胶16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位计13、水泵14、水泵15和冷凝板20。水泵14工作，海水进入蓄海水池17。导热硅胶16连接顶层泡沫6吸收热量，海水蒸发，遇冷凝板20凝结为液体，由于冷凝板20与泡沫板6同角度倾斜，具有引流作用，凝结的清水流入蓄清水池18中。液位计13监测水量，清水量达到最大阈值后，水泵15开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，确保海水不会在箱体内结晶和污染。当清水达到最小阈值，水泵14工作，重复上述过程。
如图1，供电模块包括无线充电接收线圈3和蓄电池4。在固定范围海域内，由船只携带无线充电发送装置释放电磁波，范围内所有的装置中的无线充电接收线圈接收电磁波并将其转化为电能传输到蓄电池4中，因此可以实现大范围充电，使得装置可以继续工作。
如图1，数据储存及ZigBee通信模块保证了数据的存储和短距离传输，ZigBee的自组网特性使得整个系统可以高效地实时监测大片海域的海水质量。
如图3所示，该装置通过中央控制模块控制机械臂2运作，利用PH复合电极1收集信息，将信息通过中央控制模块进行处理，并存储于数据存储模块中；利用浊度传感器和液位计收集数据，上传至中央控制模块分析KCL标准样液污染度和清水量是否达到阈值，并控制水泵和电磁阀门及时做出反应，完成了清水的自动采集和KCL溶液的自动更换，实现PH复合电极1装置的自动清洗与保养。
如图5所示，24为单个ZigBee网络，由一个主传感器节点和多个次传感器节点构成，置于远离岸边的一片海域中，25为系统中继传输模块，由远及近排向岸边方向，26为岸边数据接收装置。利用ZigBee的自组网特性，首先单个模块的数据可以通过组网互相点对点传输，最终传入网中央的系统中继传输模块，远离岸边的中继传输模块利用4G传输系统，每12小时一次，将大量数据传向更靠近岸边的下一级传输模块，再传向更接近岸边的中继传输模块，以此类推，直到这些数据被传给岸边数据接收装置。

Claims (1)

1.一种具备无线充电技术的自组网PH值监测系统，包括若干个PH复合电极装置、系统中继传输模块和岸边数据接收装置，每个PH复合电极装置被视为一个传感器节点，其特征在于，
每个PH复合电极装置，包括供电模块、中央控制模块，PH值采集模块、ZigBee通信模块、电极保养模块和清水采集模块。其中，
PH值采集模块包括机械臂(2)、固定于机械臂(2)前端的PH复合电极(1)、待测溶液池(12)、进样水泵(11)、排样水泵(10)、冲洗水泵(19)，其中，进样水泵(11)用于将海水抽吸入待测溶液池(12)，排样水泵(10)用于将海水排出待测液体池(12)；机械臂(2)用于将PH复合电极(1)置于待测液体池(12)内或将其抬高，PH复合电极(1)测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵抽吸抽吸清水并对抬高的PH复合电极(1)进行清洗，经过清洗的PH复合电极(1)被移至电极保养模块的KCL标准样液池(8)中；
电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器(21)、浊度传感器(7)、KCL标准样液池(8)、排污水泵(9)，浊度传感器(7)用于检测KCL标准样液池(8)内的标准样液受污染程度，中心控制模块在浊度达到阈值时，控制排污水泵(9)工作，排出KCL标准样液池(8)内废液，位于KCL标准样液池(8)上方的KCL补充液容器(21)底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液；
清水采集模块包括导热硅胶(16)、蓄海水池(17)、蓄清水池(18)、液位计(13)、进水泵(14)、调节水泵(15)和冷凝板(20)，进水泵(14)用于抽吸海水进入蓄海水池(17)；导热硅胶(16)的主体作为蓄海水池(17)的侧壁，与其内海水直接接触；导热硅胶(16)还与太阳能光伏板(2)连接，用于吸收热量；蓄海水池(17)的上部斜向固定有冷凝板(20)，冷凝板(20)将蒸发的海水凝结为液体，并将凝结的液体引流入蓄清水池(18)中；液位计(13)用于监测蓄清水池(18)内水量，其采集的信息被送入中心控制模块，中心控制模块在清水量达到最大阈值后，调节水泵(15)开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，；当清水达到最小阈值，进水泵(14)工作；
供电模块包括无线充电接收线圈(3)和蓄电池(4)，无线充电接收线圈(3)接收外部电磁波并将其转化为电能传输到蓄电池(4)中；
ZigBee通信模块，PH值采集模块采集到的数据通过该模块向外无线传输，利用ZigBee的自组网特性，PH值采集模块采集到的数据通过组网互相点对点传输，再经过系统中继传输模块传向岸边数据接收装置。
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