CN107192805A - 一种在线饮用水源水质监测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种在线饮用水源水质监测系统，包含若干监控单元、监控中心和预警中心，若干监控单元通过阿里云与监测中心无线连接，监测中心分析监控单元数据并通过预警中心预警，监控单元包含壳体、天线、数据发送模块、无线能量采集模块、北斗定位模块、生物监测模块、处理器、平衡浮杆和采集电极。本发明采集鱼类活动电位功率谱，为系统判断水体污染提供可靠的依据；利用阿里云大数据整合各点位上传的实时数据，包括位置信息，鱼类实时活动电位功率谱信息，依据处理器预处理的信息等等，能整合数据，分析出污染源头，污染方向，以及预估趋势，为下一步有毒水质的处理及扩散预防提供依据。

Description

一种在线饮用水源水质监测系统
技术领域
本发明涉及一种监测系统，特别是一种在线饮用水源水质监测系统。
背景技术
随着我国综合国力的发展，人民群众对饮用水安全也越来越关注。同时由于国际国内环境的复杂化，为了维持社会稳定也需要对饮用水源进行监测。对水质监测尤其是饮用水源监测来说，最重要的是准确性和及时性。一旦水质出现对人体有害的有毒物质，如果没有得到及时预警，迅速找到污染源头，并阻断传输途径，进行处理。将会对人民生命和财产造成巨大的危害。
目前有很多水质监测系统，不过这些系统无法快速判别水质是否对人体有毒，是否适合人类饮用，或者说是普安段何种对人体有害的物质（神经毒素等）出现在水体中。在[1]中作者提出了一种水质监测系统，该系统漂浮在水面上，利用摄像头拍照，结合传感器判断水质。对于摄像头来说一般在较高的位置才能看出河流污染情况，仅凭在低处拍到的局部照片，一旦光线变强或变暗，照片会存在颜色误差，很难准确判断水质情况。再者，现有水质传感器，可测得的参数主要包括ph值，溶解氧，浊度，氨氮等一些常见的参数，并不能检测出复杂的化学成分，或者是水中污染物经过化学反应产生的新的有毒物质，因而无法判断水质是否对人体有毒。对于饮用水源而言，并不是所有的场所都有理化分析设备，来对水体污染物进行细致的分析。饮用水源监测，最重要的就是要在短时间内判断出是否对人体有害。专利[2]仍然是采用了商用传感器来监测水质，可以监测诸如温度，ph值等一些简单指标，并不适合饮用水源水质监测。另一方面该方案采用太阳能供电，一旦越到持续阴天等光照低的情况，就可能导致能源供给问题出现，影响系统正常工作。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种在线饮用水源水质监测系统，水质监测更加准确充分。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：包含若干监控单元、监控中心和预警中心，若干监控单元通过阿里云与监测中心无线连接，监测中心分析监控单元数据并通过预警中心预警，监控单元包含壳体、天线、数据发送模块、无线能量采集模块、北斗定位模块、生物监测模块、处理器、平衡浮杆和生物电功率频谱采集电极，数据发送模块、无线能量采集模块和北斗定位模块设置在壳体上侧并且数据发送模块、无线能量采集模块和北斗定位模块分别连接一个天线，数据发送模块与处理器连接用于发送监测数据，无线能量采集模块与处理器连接用于无线能量采集为各模块供电，北斗定位模块与处理器连接用于对监控单元进行北斗定位，生物监测模块与处理器连接用于监测水质情况，平衡浮杆水平设置并且固定在壳体侧面，生物监测模块设置在壳体下侧，生物监测模块包含与外界相通的容腔和活体鱼，活体鱼生活在容腔内，生物电功率频谱采集电极固定在生物监测模块下侧。
进一步地，所述活体鱼为斑马鱼或青鳉鱼。
进一步地，所述平衡浮杆为四根，四根平衡浮杆呈十字形固定在壳体四周。
进一步地，所述天线包含超宽带天线和整流电路，所述超宽带天线覆盖的频带范围为0.8GHz-20GHz；
所述超宽带天线为简单槽双极子天线，整体为W×L×H的长方体天线，每个槽由半短轴长为a1、半长轴长为b1的四分之一椭圆和半短轴长为a2、半长轴长为b2的四分之一椭圆以及两四分之一椭圆之间的矩形构成，其中，W为140mm，L为100mm，H为1mm，a1为38mm，b1和b2均为80mm，a2为10mm；天线下端两个槽相对位置设置有两条沿长度方向设置的间隙，间隙宽度g为0.2mm，两条间隙之间天线宽度W1为2mm，槽下侧边沿与天线下侧边沿宽度W2为10mm，槽上侧边与天线上侧边沿宽度W3为 10mm；槽侧边与天线侧边最小宽度W6为2mm；
超宽带天线两个槽内分别设置有枝节，每个枝节包含第一枝节和第二枝节，第一枝节一端与超宽带天线内侧端部连接，第二枝节一端与第一枝节另一端连接；
所述第一枝节由半短轴长为a3、半长轴长为b3的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a4、半长轴长为b4的四分之一椭圆后剩余部分构成，其中，a3为45mm，b3为65mm，a4为44cm，b4为50mm，第一枝节与天线连接端宽度W4为1mm；
所述第二枝节由半径为R的四分之一圆和半短轴长为a5、半长轴长为b5的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a6、半长轴长为b6的四分之一椭圆后剩余部分以及L1×W5的长方形构成，其中，R为15mm，a5为35mm，b5为48mm，a6为20mm，b6为33mm，L1为15.5mm，W5为15mm。
进一步地，所述超宽带天线采集无线射频能量为在线监测系统中的传感器供能，无线射频包含数字集群基站和移动台、CDMA数字蜂窝基站、GSM900/1800、WLAN、WiMAX、TD-SCDMA以及TD-LTE。
进一步地，所述超宽带天线包含上层辐射体和下层介质基板。
进一步地，所述上层辐射体采用铜材质，下层介质基板采用介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。
进一步地，所述整流电路为倍压整流电路，倍压整流电路包含电容C1、C2和二极管D1、D2，超宽带天线输出端一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与二极管D1阴极和二极管D2阳极连接，二极管D2阴极与电容C2一端以及传感器输入端一端连接，超宽带天线输出端另一端与二极管D1阳极、电容C2另一端以及传感器输入端另一端连接。
本发明与现有技术相比，具有以下优点和效果：
1、与传统水质监测系统采用的商业传感器相比，本系统信号采集模块使用一种生物监测鱼类活动电位功率频谱的方法，主要采集鱼类活动电位，为系统判断提供可靠的依据；
2、本系统利用阿里云大数据整合各点位上传的实时数据，包括位置信息，鱼类实时活动电位信息，依据处理器预处理的信息等等，能整合数据，分析出污染源头，污染方向，以及预估趋势，为下一步有毒水质的处理及扩散预防提供依据。
附图说明
图1是本发明的一种在线饮用水源水质监测系统的模块示意图。
图2是本发明的监控单元示意图。
图3是本发明的监控单元俯视图。
图4是本发明的超宽带天线俯视图。
图5是本发明的整流电路的电路图。
具体实施方式
下面结合附图并通过实施例对本发明作进一步的详细说明，以下实施例是对本发明的解释而本发明并不局限于以下实施例。
如图所示，本发明的一种在线饮用水源水质监测系统，包含若干监控单元、监控中心和预警中心，若干监控单元通过阿里云与监测中心无线连接，监测中心分析监控单元数据并通过预警中心预警，监控单元包含壳体1、天线2、数据发送模块3、无线能量采集模块4、北斗定位模块5、生物监测模块6、处理器、平衡浮杆7和生物电功率频谱采集电极8，数据发送模块3、无线能量采集模块4和北斗定位模块5设置在壳体1上侧并且数据发送模块3、无线能量采集模块4和北斗定位模块5分别连接一个天线2，数据发送模块3与处理器连接用于发送监测数据，无线能量采集模块4与处理器连接用于无线能量采集为各模块供电，北斗定位模块5与处理器连接用于对监控单元进行北斗定位，生物监测模块6与处理器连接用于监测水质情况，平衡浮杆7水平设置并且固定在壳体1侧面，生物监测模块6设置在壳体1下侧，生物监测模块6包含与外界相通的容腔和活体鱼，活体鱼生活在容腔内，生物电功率频谱采集电极8固定在生物监测模块6下侧。天线2频段覆盖了无线通信的频段（GSM，LTE等）以及北斗卫星通信的频段（北斗发射1615MHz,北斗接收2492MHz）。
活体鱼为斑马鱼或青鳉鱼。平衡浮杆7为四根，四根平衡浮杆7呈十字形固定在壳体1四周。天线2包含超宽带天线和整流电路，所述超宽带天线覆盖的频带范围为0.8GHz-20GHz；
超宽带天线为简单槽双极子天线，整体为W×L×H的长方体天线，每个槽由半短轴长为a1、半长轴长为b1的四分之一椭圆和半短轴长为a2、半长轴长为b2的四分之一椭圆以及两四分之一椭圆之间的矩形构成，其中，W为140mm，L为100mm，H为1mm，a1为38mm，b1和b2均为80mm，a2为10mm；天线下端两个槽相对位置设置有两条沿长度方向设置的间隙，间隙宽度g为0.2mm，两条间隙之间天线宽度W1为2mm，槽下侧边沿与天线下侧边沿宽度W2为10mm，槽上侧边与天线上侧边沿宽度W3为 10mm；槽侧边与天线侧边最小宽度W6为2mm；
超宽带天线两个槽内分别设置有枝节，每个枝节包含第一枝节和第二枝节，第一枝节一端与超宽带天线内侧端部连接，第二枝节一端与第一枝节另一端连接；
第一枝节由半短轴长为a3、半长轴长为b3的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a4、半长轴长为b4的四分之一椭圆后剩余部分构成，其中，a3为45mm，b3为65mm，a4为44cm，b4为50mm，第一枝节与天线连接端宽度W4为1mm；
第二枝节由半径为R的四分之一圆和半短轴长为a5、半长轴长为b5的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a6、半长轴长为b6的四分之一椭圆后剩余部分以及L1×W5的长方形构成，其中，R为15mm，a5为35mm，b5为48mm，a6为20mm，b6为33mm，L1为15.5mm，W5为15mm。
超宽带天线采集无线射频能量为在线监测系统中的传感器供能，无线射频包含数字集群基站和移动台、CDMA数字蜂窝基站、GSM900/1800、WLAN、WiMAX、TD-SCDMA以及TD-LTE。
超宽带天线包含上层辐射体和下层介质基板。上层辐射体采用铜材质，下层介质基板采用介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。
整流电路为倍压整流电路，倍压整流电路包含电容C1、C2和二极管D1、D2，超宽带天线输出端一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与二极管D1阴极和二极管D2阳极连接，二极管D2阴极与电容C2一端以及传感器输入端一端连接，超宽带天线输出端另一端与二极管D1阳极、电容C2另一端以及传感器输入端另一端连接。
本说明书中所描述的以上内容仅仅是对本发明所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明说明书的内容或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：包含若干监控单元、监控中心和预警中心，若干监控单元通过阿里云与监测中心无线连接，监测中心分析监控单元数据并通过预警中心预警，监控单元包含壳体、天线、数据发送模块、无线能量采集模块、北斗定位模块、生物监测模块、处理器、平衡浮杆和生物电功率频谱采集电极，数据发送模块、无线能量采集模块和北斗定位模块设置在壳体上侧并且数据发送模块、无线能量采集模块和北斗定位模块分别连接一个天线，数据发送模块与处理器连接用于发送监测数据，无线能量采集模块与处理器连接用于无线能量采集为各模块供电，北斗定位模块与处理器连接用于对监控单元进行北斗定位，生物监测模块与处理器连接用于监测水质情况，平衡浮杆水平设置并且固定在壳体侧面，生物监测模块设置在壳体下侧，生物监测模块包含与外界相通的容腔和活体鱼，活体鱼生活在容腔内，生物电功率频谱采集电极固定在生物监测模块下侧。
2.按照权利要求1所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述活体鱼为斑马鱼或青鳉鱼。
3.按照权利要求1所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述平衡浮杆为四根，四根平衡浮杆呈十字形固定在壳体四周。
4.按照权利要求1所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述天线包含超宽带天线和整流电路，所述超宽带天线覆盖的频带范围为0.8GHz-20GHz；
所述超宽带天线为简单槽双极子天线，整体为W×L×H的长方体天线，每个槽由半短轴长为a1、半长轴长为b1的四分之一椭圆和半短轴长为a2、半长轴长为b2的四分之一椭圆以及两四分之一椭圆之间的矩形构成，其中，W为140mm，L为100mm，H为1mm，a1为38mm，b1和b2均为80mm，a2为10mm；天线下端两个槽相对位置设置有两条沿长度方向设置的间隙，间隙宽度g为0.2mm，两条间隙之间天线宽度W1为2mm，槽下侧边沿与天线下侧边沿宽度W2为10mm，槽上侧边与天线上侧边沿宽度W3为 10mm；槽侧边与天线侧边最小宽度W6为2mm；
超宽带天线两个槽内分别设置有枝节，每个枝节包含第一枝节和第二枝节，第一枝节一端与超宽带天线内侧端部连接，第二枝节一端与第一枝节另一端连接；
所述第一枝节由半短轴长为a3、半长轴长为b3的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a4、半长轴长为b4的四分之一椭圆后剩余部分构成，其中，a3为45mm，b3为65mm，a4为44cm，b4为50mm，第一枝节与天线连接端宽度W4为1mm；
所述第二枝节由半径为R的四分之一圆和半短轴长为a5、半长轴长为b5的四分之一椭圆去除同一圆心位置的半短轴长为a6、半长轴长为b6的四分之一椭圆后剩余部分以及L1×W5的长方形构成，其中，R为15mm，a5为35mm，b5为48mm，a6为20mm，b6为33mm，L1为15.5mm，W5为15mm。
5.按照权利要求4所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述超宽带天线采集无线射频能量为在线监测系统中的传感器供能，无线射频包含数字集群基站和移动台、CDMA数字蜂窝基站、GSM900/1800、WLAN、WiMAX、TD-SCDMA以及TD-LTE。
6.按照权利要求4所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述超宽带天线包含上层辐射体和下层介质基板。
7.按照权利要求6所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述上层辐射体采用铜材质，下层介质基板采用介电常数为4.4的FR-4环氧玻璃纤维板。
8.按照权利要求4所述的一种在线饮用水源水质监测系统，其特征在于：所述整流电路为倍压整流电路，倍压整流电路包含电容C1、C2和二极管D1、D2，超宽带天线输出端一端与电容C1一端连接，电容C1另一端与二极管D1阴极和二极管D2阳极连接，二极管D2阴极与电容C2一端以及传感器输入端一端连接，超宽带天线输出端另一端与二极管D1阳极、电容C2另一端以及传感器输入端另一端连接。
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