CN106568917A - 一种基于zigbee无线自组网的PH值监测系统 - Google Patents

一种基于zigbee无线自组网的PH值监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于zigbee无线自组网的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，在浊度达到阈值时，排出KCL标准样液池8内废液，后又释放KCL补充液。本发明可以长期监测大片水域。

Description

一种基于zigbee无线自组网的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复合电极装置及其自组网监测方式。
背景技术
海洋中所蕴藏的资源远大于陆地，海洋中蕴藏着大量的水资源，生物资源，矿产资源等。我国拥有300万平方公里的海洋国土，随着我国国力的提升，对海洋资源的开发利用将会决定国家未来的经济走势。海水水质的变化对海洋资源的开发有重要的影响。对海水水质的监测可以使得人类可以对海洋环境进行预测，减少资源开发的风险。其中海水的PH值是海水水质的一项重要的衡量指标。
但是目前的PH监测系统存在以下两个问题：第一，现有的PH计电极在海洋环境下易受污染，且装置在远离陆地的环境中难以人工清洗与自我校准，导致PH计在工作一段时间后测量出现误差；第二，现有的PH值监测系统，无法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：
一种基于zigbee无线自组网的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1、固定于机械臂1前端的PH复合电极22、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1用于将PH复合电极22置于待测液体池12内或将其抬高，PH复合电极22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22进行清洗，经过清洗的PH复合电极22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；
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为本发明采用的PH复合电极装置的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
如图所示：1、机械臂；2、通信天线；3、数据储存及ZigBee通信模块；4、中央控制模块；5、蓄电池；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、PH复合电极；23、ZigBee网络；24、系统中继传输模块；25、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，电极保养模块和清水采集模块。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，供电模块包括充电接口(未画出)和蓄电池5。通过充电接口为蓄电池5充电，保证整个系统的供能。需采集海水PH值数据时，由作业船只携带其到待测海域，将改装置放入海中对海水PH进行监测。监测作业完成后，由作业船只将PH复合电极装置收回，为装置进行再次充电以备下次使用。
如图1所示，PH值采集模块包括机械臂1、PH复合电极22、待测溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH复合电极22由机械臂1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4。水泵10工作，排出海水。机械臂1将PH复合电极抬高，水泵19工作，引出清水冲洗复合电极。机械臂1再将PH复合电极22移至KCL标准样液池8中。完成对PH复合电极的保养。
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标准样液池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收集顶部太阳照射带来的热量并传导至蓄海水池17，海水蒸发，遇冷凝板20凝结为液体，由于冷凝板20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，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，该装置通过充电接口为供电模块提供电能，中央控制模块控制机械臂运作，利用PH复合电极收集待测海域PH值信息，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复合电极装置的自动清洗与保养。
如图5所示，23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，24为系统中继传输模块，由远及近排向岸边方向，25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。
当系统电量不足时，再为系统充电，实现系统持续运行。由于ZigBee功耗较低，故充电频率不必很高。

Claims (1)

1.一种基于zigbee无线自组网的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(1)、固定于机械臂(1)前端的PH复合电极(22)、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(1)用于将PH复合电极(22)置于待测液体池(12)内或将其抬高，PH复合电极(22)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(22)进行清洗，经过清洗的PH复合电极(22)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；
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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