CN106596884A - 一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置 - Google Patents

一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置 Download PDF

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苏奇
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Abstract

本发明涉及一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块、传感器模块和无线通信模块，其中，电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、样液浊度传感器7、KCL溶液池8和排污水泵9；样液浊度传感器7用于检测KCL溶液池8内的标准样液受污染程度，在浊度达到阈值时，控制排污水泵9工作，排出KCL溶液池8内废液，位于KCL溶液池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；传感器模块包括海水浊度传感器22、海水盐度传感器23、海水温度传感器24和海水溶解氧传感器25。本发明可以长期监测大片水域。

Description

一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置
技术领域
该发明涉及海水水质监测领域，尤其涉及对装置中PH复合电极的清洁保养与数据传输方式的提升。
背景技术
随着陆地资源的逐渐匮乏，海洋的重要性已经不仅体现在为世界的贸易提供重要通道，海洋资源的开发与利用程度更是衡量一个国家综合实力的重要标准。海洋资源的开发利用的前提是要对海洋环境的全方位认知与监测，海洋水质监测便是其中的关键点之一。
海水水质监测需监测海水表层温度、盐度、PH值、溶解氧、浊度等的数据。PH值是海水水质监测过程中是最重要的指标之一，然而，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，堵塞氢离子通道，会影响对海水PH值数据采集的准确性。
现有海洋水质集成监测装置存在如下问题：第一，检测指标单一，无法全面掌握海水水质的多种参数；第二，无法完成PH复合电极的自动自洁与保养功能设计，造成装置无法监测PH值信息；第三，只依靠蓄电池供电，工作时长受限；第四，数据传输仍依靠有线方式，降低了使用灵活性。
所以，一种利用太阳能供电，同时采用无线数据传输技术的海洋水质集成传感器装置尤为必要。
发明内容
本发明的目的是提供一种海洋水质集成传感器装置，以满足海洋环境下传感器节点长期监测的需要。本发明的技术方案如下：
一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块、传感器模块和无线通信模块，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26、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26置于待测液体池12内或将其抬高，PH复合电极26测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵抽吸清水并对抬高的PH复合电极26进行清洗，经过清洗的PH复合电极26被移至电极保养模块的KCL溶液池8中。
电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、样液浊度传感器7、KCL溶液池8和排污水泵9；样液浊度传感器7用于检测KCL溶液池8内的标准样液受污染程度，其采集的信息被送入中心控制模块，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溶液池8内废液，位于KCL溶液池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，控制进水泵14工作；
传感器模块包括海水浊度传感器22、海水盐度传感器23、海水温度传感器24和海水溶解氧传感器25，传感器模块采集的信息被送入中心控制模块5。
无线通信模块包括zigbee模块，PH值采集模块以及传感器模块采集到的数据通过该模块无线传输至控制室。
供电模块包括太阳能光伏板2和蓄电池4。太阳能光伏板2吸收光能转化为电能储存在蓄电池4中为系统供电。
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
1、机械臂；2、太阳能光伏板；3、zigbee模块；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、浊度传感器；23、盐度传感器；24、温度传感器；25、溶解氧传感器；26、PH复合电极；
具体实施方式
图1是本发明的传感器装置的结构示意图，包括供电模块、中央控制模块、无线通信模块、PH值采集模块、传感器模块、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所示，PH值采集模块、包括机械臂1、PH复合电极2、待测溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH复合电极26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5。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26移至KCL溶液池8中。
如图1所示，无线通信模块包括zigbee模块3。PH值采集模块以及传感器模块采集到的数据通过该模块无线传输至作业船只控制室。Zigbee技术在低功耗、低成本和组网能力上具有无可比拟的应用优势。
如图1，传感器模块包括浊度传感器22、盐度传感器23、温度传感器24、溶解氧传感器25、中心控制模块5。由于这些传感器无需清洁保养，故该于箱体底部能直接接触海水即可。传感器收集到数据后上传至中心模块5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连接太阳能光伏板2吸收热量，海水蒸发，遇冷凝板20凝结为液体，由于冷凝板20与光伏板2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，供电模块包括太阳能光伏板2和蓄电池4。太阳能光伏板2吸收光能转化为电能储存在蓄电池4中为系统供电，以保证源源不断的供能。使用太阳能进行供电，既能保护环境、节约资源又极大延长了该装置在海上工作的时间。
如图3所示，该装置通过中央控制模块控制机械臂运作，利用PH值采集模块和传感器模块收集信息，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复合电极装置的自动清洗与保养。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。

Claims (1)

1.一种基于ZigBee技术的无线水质集成传感器装置，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块、传感器模块和无线通信模块。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(26)、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(26)置于待测液体池(12)内或将其抬高，PH复合电极(26)测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵抽吸清水并对抬高的PH复合电极(26)进行清洗，经过清洗的PH复合电极(26)被移至电极保养模块的KCL溶液池(8)中；
电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器(21)、样液浊度传感器(7)、KCL溶液池(8)和排污水泵(9)；样液浊度传感器(7)用于检测KCL溶液池(8)内的标准样液受污染程度，其采集的信息被送入中心控制模块，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溶液池(8)内废液，位于KCL溶液池(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，控制进水泵(14)工作；
传感器模块包括海水浊度传感器(22)、海水盐度传感器(23)、海水温度传感器(24)和海水溶解氧传感器(25)，传感器模块采集的信息被送入中心控制模块(5)；
无线通信模块包括zigbee模块，PH值采集模块以及传感器模块采集到的数据通过该模块无线传输至控制室；
供电模块包括太阳能光伏板(2)和蓄电池(4)。太阳能光伏板(2)吸收光能转化为电能储存在蓄电池(4)中为系统供电。
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