CN107831201B - 一种可自供电的水质监测预警装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可自供电的水质监测预警装置及方法，其中装置应用于运输水产品的水箱中，包括微生物燃料电池模块和预警模块，其中：微生物燃料电池模块，用于将水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；预警模块，用于收集电能并采集电压信号，当电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置及方法，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，同时能够降低水箱中有机污染物的含量，从而对水箱中的水质进行优化，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

Description

一种可自供电的水质监测预警装置及方法

技术领域

本发明涉及水产品运输水质监测技术领域，更具体地，涉及一种可自供电的水质监测预警装置及方法。

背景技术

有水运输是目前国内外水产品活体运输的主要方式，具有运输水体体积大、鱼体装载量少、存活率低和成本高等特点。一般来讲，水产品在长途运输中的保活过程中，对运输箱中水质的要求较高，但是往往由于在运输途中，活体水产品自身的排泄物和外界的粉尘等对运输水箱内水质的污染，会致使运输箱水质的逐渐变差，甚至导致水产品死亡，而对于同类的水产品而言，活体的价格要高于死亡的水产品。因此，对运输水箱内的水质进行实时监测，及时做出预警，对减少损失、降低成本有着重要的意义。

目前，在水产品实际物流运输中，由于运输车厢内环境狭小、无持续光源，不适于使用太阳能电池或长时间使用外接电源进行供能。另外，运输过程中携带大功率的电池作为监测装置的供能设备，不仅会有一定的供能时间限制，而且会占用较多运输空间，增加一定的运输成本。

发明内容

本发明为了克服现有技术中水产品运输监测装置存在供能时间限制，且占用运输空间，导致运输成本高的问题，提出一种可自供电的水质监测预警装置及方法。

一方面，本发明提供一种可自供电的水质监测预警装置，应用于运输水产品的水箱中，包括微生物燃料电池模块和预警模块，其中：

所述微生物燃料电池模块，用于将所述水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；

所述预警模块，用于收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。

优选地，所述微生物燃料电池模块包括多个微生物燃料电池，多个微生物燃料电池串联且平行放置于一个漂浮平板上，并通过O形圈进行密封。

优选地，所述微生物燃料电池的阳极为半开放式，所述阳极上接种活性细菌。

优选地，所述阳极上接种的活性细菌为混合菌。

优选地，所述预警模块包括能量采集器、控制电路和预警单元，其中：

所述能量采集器，用于收集所述电能，对所述电能进行升压处理，并将升压处理后的所述电能传输至所述控制电路；

所述控制电路，用于存储升压处理后的所述电能，并采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，将所述电能传输至所述预警单元；

所述预警单元，用于接收所述电能，并发出预警信号。

优选地，所述能量采集器的类型根据所述微生物燃料电池的个数进行设置。

优选地，所述控制电路包括超级电容器和电压比较器，其中：

所述超级电容器，用于存储升压处理后的所述电能；

所述电压比较器，用于采集所述电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，使所述超级电容器放电，并将所述电能传输至所述预警单元。

一方面，本发明提供一种可自供电的水质监测预警方法，包括：

S1，当水箱中有机污染物的浓度达到特定浓度时，利用微生物燃料电池模块将水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；

S2，利用预警模块收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。

优选地，所述步骤S2之前还包括：预先设定所述水箱中有机污染物的浓度阈值，根据所述浓度阈值预先确定所述电压阈值。

优选地，所述步骤S2进一步包括：

S21，利用能量采集器采集所述电能，对所述电能进行升压处理,并将升压处理后的所述电能传输至控制电路；

S22，利用电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到超级电容器的充电电压时，使所述超级电容器存储升压处理后的所述电能；

S23，利用所述电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，使所述超级电容器放电，并将所述电能传输至预警单元；

S24，利用所述预警单元发出预警信号；

其中，所述电压阈值预先根据所述浓度阈值进行确定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置及方法，通过在运输水产品的水箱中设置微生物燃料电池模块，利用微生物氧化分解水箱中的有机污染物，将其化学能转化为电能，并将电能提供给预警模块，使得预警模块能够实时监测水质并进行预警，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，同时能够降低水箱中有机污染物的含量，从而对水箱中的水质进行优化，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

附图说明

图1为本发明实施例的一种可自供电的水质监测预警装置的整体结构示意图；

图2为本发明实施例的一种可自供电的水质监测预警方法的整体流程示意图；

图3为图2中步骤S2的细化流程示意图；

附图标记说明：

1、阳极；2、阴极；3、离子交换膜；4、浮块；5、漂浮平板；

6、RFID无线通信单元；7、二极管；8、蜂鸣器。

具体实施方式

下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

本发明提供一种可自供电的水质监测预警装置，应用于运输水产品的水箱中，包括微生物燃料电池模块和预警模块，其中：所述微生物燃料电池模块，用于将所述水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；所述预警模块，用于收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。

具体地，在水产品有水运输的过程中，随着运输时间的延长，水箱内水产品活体的自身排泄物逐渐积累，且多以无机盐为主，同时水产品活体的消化系统排出的食物残渣被细菌分解，从而导致水箱中的水质变差，造成水体富营养化，滋生各种病原菌，对水产品的保活会产生一定的影响。有鉴于此，本实施例中，在运输水产品的水箱中设置可自供电的水质监测预警装置，所述可自供电的水质监测预警装置包括微生物燃料电池模块和预警模块，其中：

所述微生物燃料电池模块包括微生物燃料电池，微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。本实施例中，当水箱中的有机污染物的含量达到一定浓度时，微生物燃料电池模块能够将水箱中的有机污染物进行分解，从而将有机污染物中的化学能直接转化成电能，有效降低了水箱中有机污染物的含量，以使得水箱中的水质得到优化，并最终将产生的电能传输至预警模块。

所述预警模块首先收集所述微生物燃料电池模块产生的电能，并不断存储收集的电能。其中，电能被存储在控制电路中，与此同时，控制电路中形成了电压。采集控制电路中的电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号，提醒相关人员，以实现对水箱中水质的监测与预警。其中，电压阈值与水质中有机污染物的浓度相关，本实施例中，预先设定了有机污染物浓度的阈值，并根据不同有机污染物浓度下产生的电压信号的大小，预先确定了电压阈值。有机污染物浓度和电路中电压的大小关系可以根据多次试验结果，绘制有机污染物浓度和电压的耦合变化关系曲线进行确定，此外，还可以通过其他方式进行确定，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，通过在运输水产品的水箱中设置微生物燃料电池模块，利用微生物氧化分解水箱中的有机污染物，将其化学能转化为电能，并将电能提供给预警模块，使得预警模块能够实时监测水质并进行预警，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，同时能够降低水箱中有机污染物的含量，从而对水箱中的水质进行优化，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，所述微生物燃料电池模块包括多个微生物燃料电池，多个微生物燃料电池串联且平行放置于一个漂浮平板上，并通过O形圈进行密封。

具体地，图1为本发明实施例的一种可自供电的水质监测预警装置的整体结构示意图，如图1所示，本实施例中采用四个微生物燃料电池串联平行放置，每个微生物燃料电池包括阳极1、阴极2和离子交换膜3。其中，离子交换膜3为PEM陶瓷离子交换膜，呈中空圆柱结构；阳极1采用石墨材料，缠绕在离子交换膜3圆柱结构的外部，其上接种活性细菌以形成微生物膜，进而可与外界有机污染物流体直接接触，并进行生物氧化作用产生电能；阴极2为金属片，在流体中与阳极1通过离子交换膜3进行阴阳离子交换。此外，本实施例中，微生物燃料电池的数量可以根据实际需求进行设置，阳极1、阴极2和离子交换膜3的具体材质与结构也可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。

进一步地，所有微生物燃料电池均放置在一个漂浮平板5上，漂浮平板5的主要材质为丙烯酸树脂，漂浮平板5的两端分别设置一个浮块4，浮块4由聚苯乙烯材料构成，从而通过浮块4使得漂浮平板5一直浮于水面之上，进而使得所有微生物燃料电池可以始终处于与流体接触状态。由此，所有微生物燃料电池的阳极1能够充分接触水箱中的水质，使得阳极1上的微生物膜能够充分进行氧化降解作用。同时，所有微生物燃料电池通过O形圈进行密封，以对微生物燃料电池进行有效保护，其中O形圈由防水橡胶材料构成。此外，本实施例中，浮块4、漂浮平板5和O形圈的材质可以根据实际需求进行设置，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，通过在微生物燃料电池模块中设置多个微生物燃料电池，使得水质中的有机污染物在多个微生物燃料电池的作用下能够最大程度地被分解；同时通过将多个微生物燃料电池串联且平行放置于一个漂浮平板上，使得微生物燃料电池能够充分接触水箱中的水质，有利于微生物燃料电池对水质中的有机污染物充分进行氧化降解作用；此外，通过O形圈对微生物燃料电池进行密封，实现了对微生物燃料电池的有效保护。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，如图1所示，所述微生物燃料电池的阳极1为半开放式，所述阳极1上接种活性细菌。

具体地，微生物燃料电池的基本工作原理是:在阳极室厌氧环境下，有机物在微生物作用下分解并释放出电子和质子，电子依靠合适的电子传递介体在生物组分和阳极之间进行有效传递，并通过外电路传递到阴极形成电流，而质子通过质子交换膜传递到阴极，氧化剂在阴极得到电子被还原与质子结合成水。本实施例中，微生物燃料电池的阳极1为半开放式，使得阳极1能够与水质中的有机污染物充分接触，同时阳极1上接种活性细菌，从而在阳极1上形成生物氧化薄膜。由此，在阳极1与水质中的有机污染物充分接触的条件下，阳极1的生物氧化薄膜能够充分利用水质中的有机污染物产生能量，以对水箱中的水质进行充分优化。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，通过将微生物燃料电池的阳极设计为半开放式，并在阳极上接种活性细菌，从而使得阳极能够与水质中的有机污染物充分接触，进而使得阳极形成的生物氧化薄膜能够充分利用水质中的有机污染物产生能量，以对水箱中的水质进行充分优化。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，所述阳极上接种的活性细菌为混合菌。

具体地，微生物燃料电池的启动过程实际上是活性细菌在电极上附着、繁殖，并同时产电的过程。所以，活性细菌种类及数量是其主要影响要素。本实施例中，阳极上接种的活性细菌为混合菌，能够实现在不同氧气浓度下对水质中的有机污染物，如氨氮离子等进行氧化降解。同时，本实施例中，为实现水质监测预警装置的自供电特性，配制微生物燃料电池反应器培养基，并在4℃下连续6天进行接种，同时外部连接一上拉电阻以实现微生物燃料电池的冷启动。相对于纯菌的微生物燃料电池的前期菌种培养和富集，混合菌微生物燃料电池的启动不仅省时且节约成本，而且混合菌抗环境冲击能力强，可利用基质范围广，同时可以发挥菌群间的协同作用，可有效增强微生物燃料电池运行的稳定性，同时还能有效提高微生物燃料电池的产电效率。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，通过在微生物燃料电池的阳极接种混合菌，能够实现在不同氧气浓度下对水质中的有机污染物进行氧化降解，且混合菌微生物燃料电池的启动不仅省时且节约成本，同时还可有效增强微生物燃料电池运行的稳定性，并有效提高微生物燃料电池的产电效率。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，所述预警模块包括能量采集器、控制电路和预警单元，其中：所述能量采集器，用于收集所述电能，对所述电能进行升压处理，并将升压处理后的所述电能传输至所述控制电路；所述控制电路，用于存储升压处理后的所述电能，并采集所述电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，将所述电能传输至所述预警单元；所述预警单元，用于接收所述电能，并发出预警信号。

具体地，本实施例中，微生物燃料电池产生的电能由一个能量采集器进行收集，同时，由于有机污染物在微生物作用下分解产生的电能一般比较微弱，因此产生的电能通常需要进行升压后才能被有效利用，本实施例中，能量采集器收集电能后，进一步对采集的电能进行升压处理，并最终将升压处理后的电能传输至控制电路。其中，能量采集器可以选用型号为美国德州仪器公司生产的BQ25504，此外，也可以选用其他能量采集器，此处不做具体限定。

控制电路接收能量采集器传输的升压处理后的电能并进行存储，同时不断采集电压信号，以使得在预设的电压范围内，不断地对电能进行存储。当电压信号达到电压阈值时，控制电路停止存储电能，并将电能传输至预警单元。本实施例中，预先设定了有机污染物浓度的阈值，并根据不同有机污染物浓度下产生的电能的大小，预先确定了电压阈值。有机污染物浓度和产生的电压大小的关系可以根据多次试验结果，绘制有机污染物浓度和电压的耦合变化关系曲线进行确定，此外，还可以通过其他方式进行确定，此处不做具体限定。

预警单元接收控制电路传输的电能，并发出预警信号。如图1所示，本实施例中，预警单元包括RFID无线通信单元6、二极管7和蜂鸣器8，其中，当水质中的有机污染物浓度达到浓度阈值，以使得微生物燃料电池产生的电能达到电能阈值，进而使得传输至预警单元的电能达到电能阈值时，RFID无线通信单元6能够根据电路中传导的高电平向监测平台发送预警信号，同时二极管7发出光亮预警信号，以及蜂鸣器8发出声音预警信号。此外，还可以根据实际需要设置其他具备预警功能的装置，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，预警模块通过能量采集器采集微生物燃料电池产生的电能，并将产生的电能传输至控制电路，控制电路存储电能并对电压信号进行采集，当电压信号达到电压阈值时，控制预警单元发出预警信号，从而能够实时监测水质并进行预警，有利于及时有效地获得水质信息。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，所述能量采集器的类型根据所述微生物燃料电池的个数进行设置。

具体地，在实际水产品运输的水箱中，水质中有机污染物的浓度存在差异，因此可以根据水质中有机污染物浓度的不同，设置不同数量的微生物燃料电池，最大程度地对水质中的有机污染物进行分解，同时不同数量的微生物燃料电池所产生的电能不同，因而可以设置不同类型的能量采集器，以最大程度地对微生物燃料电池所产生的电能进行采集，进而能够对微生物燃料电池所产生的电能进行充分利用。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，根据微生物燃料电池的个数设置能量采集器的类型，以最大程度地对微生物燃料电池所产生的微弱电能进行采集，进而能够对微生物燃料电池所产生的电能进行充分利用。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警装置，所述控制电路包括超级电容器和电压比较器，其中：所述超级电容器，用于存储升压处理后的所述电能；所述电压比较器，用于采集所述电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，使所述超级电容器放电，并最后将所述电能传输至所述预警单元。

具体地，能量采集器将采集的能量经过升压处理后传输至控制电路，当控制电路中的电压信号达到超级电容器充电电压时，控制电路中的超级电容器对升压处理后的电能进行存储，当控制电路中的电压信号还未达到电压阈值时，超级电容器一直处于充电状态。同时，控制电路中还包括电压比较器，所述电压比较器为滞回电压比较器，电压比较器采集控制电路中的电压信号，当控制电路中的电压信号达到电压阈值时，通过电压比较器使得超级电容器开始放电，并将电能传输至预警单元，进而使得预警单元发出预警信号。进一步地，控制电路中可以接入负载电阻，以实现对整个控制电路的稳压控制。此外，控制电路还可以有其他实现对能量采集器采集的电能进行控制的方式，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置，控制电路通过超级电容器存储升压处理后的电能，且当控制电路中的电压达到电压阈值时，通过电压比较器使得超级电容器放电，并将电能传输至预警单元，进而使得预警单元发出预警信号，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

图2为本发明实施例的一种可自供电的水质监测预警方法的整体流程示意图，如图2所示，本发明提供一种可自供电的水质监测预警方法，包括：S1，当水箱中有机污染物的浓度达到特定浓度时，利用微生物燃料电池模块将水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；S2，利用预警模块收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。

具体地，本实施例的方法应用于上述任一实施例的装置中，在水产品有水运输的过程中，随着运输时间的延长，水箱内水产品活体的自身排泄物逐渐积累，且多以无机盐为主，同时水产品活体的消化系统排出的食物残渣被细菌分解，从而导致水箱中的水质变差，造成水体富营养化，滋生各种病原菌，对水产品的保活会产生一定的影响。有鉴于此，本实施例中，在运输水产品的水箱中设置可自供电的水质监测预警装置，所述装置进行可自供电的水质监测预警的方法包括：

当水箱中有机污染物的浓度达到特定浓度时，利用可自供电的水质监测预警装置中的微生物燃料电池模块将水箱中的有机污染物进行分解，其中，微生物燃料电池模块包括微生物燃料电池，微生物燃料电池是一种利用微生物将有机物中的化学能直接转化成电能的装置。所述特定浓度为微生物燃料电池进行氧化还原反应所需的有机污染物的最小浓度，特定浓度的大小与所使用的微生物燃料电池相关，此处不做具体限定。由此，本实施例中通过微生物燃料电池模块将水箱中的有机污染物的化学能直接转化成电能，有效降低了水箱中有机污染物的含量，以使得水箱中的水质得到优化，并最终将产生的电能传输至水质监测装置中的预警模块。其中，微生物燃料电池的个数可以根据水箱中有机污染物的浓度进行设置，此处不做具体限定。

进一步地，预警模块首先收集微生物燃料电池模块产生的电能，并不断存储采集的电能。其中，电能被存储在控制电路中，与此同时，采集控制电路中的电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号，提醒相关人员，以实现对水箱中水质的监测与预警。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警方法，通过在运输水产品的水箱中设置微生物燃料电池模块，利用微生物氧化分解水箱中的有机污染物，将其化学能转化为电能，并将电能提供给预警模块，使得预警模块能够实时监测水质并进行预警，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，同时能够降低水箱中有机污染物的含量，从而对水箱中的水质进行优化，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警方法，所述步骤S2之前还包括：预先设定所述水箱中有机物污染的浓度阈值，根据所述浓度阈值预先确定所述电压阈值。

具体地，在实际进行水质监测预警的过程中，在预警模块采集微生物燃料电池模块产生的电能之前，应预先确定预警模块的工作电压，并由此确定控制电路中的电压阈值，控制电路中电压的大小与水箱中有机污染物的浓度相关，本实施例中，预先设定了有机污染物浓度的阈值，并根据不同有机污染物浓度下产生的电压的大小，预先确定了控制电路中的电压阈值。有机污染物浓度和产生的电压大小的关系可以根据多次试验结果，绘制有机污染物浓度和电压的耦合变化关系曲线进行确定，此外，还可以通过其他方式进行确定，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警方法，通过预先设定水箱中有机污染物的浓度阈值，并根据浓度阈值预先确定控制电路中的电压阈值，从而实现当水箱中有机污染物的浓度达到浓度阈值时，发出预警信号，有效实现了对水箱中水质的实时监测与预警。

基于上述任一实施例，提供一种可自供电的水质监测预警方法，如图3所示，所述步骤S2进一步包括：

S21，利用能量采集器采集所述电能，对所述电能进行升压处理,并将升压处理后的所述电能传输至控制电路；

S22，利用电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到超级电容器的充电电压时，使所述超级电容器存储升压处理后的所述电能；

S23，利用所述电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，使所述超级电容器放电，并将所述电能传输至预警单元；

S24，利用所述预警单元发出预警信号；

其中，所述电压阈值预先根据所述浓度阈值进行确定。

具体地，本实施例的方法应用于上述任一实施例的装置中，所述装置中的预警模块在实际工作时，首先通过预警模块中的能量采集器对微生物燃料电池模块产生的电能进行收集，同时，由于有机污染物在微生物作用下分解产生的电能一般比较微弱，因此产生的电能通常需要进行升压后才能被有效利用，本实施例中，能量采集器采集电能后，进一步对采集的电能进行升压处理，并最终将升压处理后的电能传输至预警模块中的控制电路。其中，能量采集器可以选用型号为美国德州仪器公司生产的BQ25504，此外，也可以选用其他能量采集器，此处不做具体限定。

进一步地，控制电路接收能量采集器传输的升压处理后的电能，与此同时，控制电路中形成了电压。利用控制电路中的电压比较器采集控制电路中的电压信号，当控制电路中的电压信号达到超级电容器的充电电压时，通过电压比较器的作用使得超级电容器处于充电状态，从而将电能存储在超级电容器中；当控制电路中的电压信号还未达到电压阈值时，超级电容器一直处于充电状态。

进一步地，利用控制电路中的电压比较器采集控制电路中的电压信号，当控制电路中的电压信号达到电压阈值时，通过电压比较器使得超级电容器开始放电，并将电能传输至预警单元。同时，控制电路中可以接入负载电阻，以实现对整个控制电路的稳压控制。此外，控制电路还可以有其他实现对能量采集器采集的电能进行控制的方式，此处不做具体限定。

最后，预警单元接收控制电路传输的电能，并在电能的作用下发出预警信号。本实施例中，预警单元包括RFID无线通信单元、二极管和蜂鸣器，此外，还可以根据实际需要设置其他具备预警功能的装置，此处不做具体限定。

此外，在实际进行水质监测预警的过程中，在判断控制电路中的的电压是否达到电压阈值之前，应预先确定电压阈值，电压阈值与水质中有机污染物的浓度相关，本实施例中，预先设定了有机污染物浓度的阈值，并根据不同有机污染物浓度下产生的电能的大小以及电能与电压的关系，预先确定了电压阈值。有机污染物浓度和控制电路中的电压的关系可以根据多次试验结果，绘制有机污染物浓度和电压的耦合变化关系曲线进行确定，此外，还可以通过其他方式进行确定，此处不做具体限定。

本发明提供的一种可自供电的水质监测预警方法，预警模块通过能量采集器采集微生物燃料电池模块产生的电能并进行升压处理，再将升压处理后的电能存储在控制电路中的超级电容器中，当控制电路中的电压达到电压阈值时，通过控制电路中的电压比较器使超级电容器放电，并将电能传输至预警单元发出预警信号，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

综上所述，本发明提供的一种可自供电的水质监测预警装置及方法，通过在运输水产品的水箱中设置微生物燃料电池模块，利用微生物氧化分解水箱中的有机污染物，将其化学能转化为电能，并将电能提供给预警模块，使得预警模块能够实时监测水质并进行预警，不需要外接电源就可以完成水质监测，并及时有效地获得水质信息，同时能够降低水箱中有机污染物的含量，从而对水箱中的水质进行优化，克服了在运输环境中不易长时间使用外接电源的限制，并一定程度上降低了运输成本。

最后，本申请的方法仅为较佳的实施方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种可自供电的水质监测预警装置，应用于运输水产品的水箱中，其特征在于，包括微生物燃料电池模块和预警模块，其中：

所述微生物燃料电池模块，用于将所述水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；

配置微生物燃料电池反应器培养基，并在4°C下连续6天进行接种，同时外部连接一上拉电阻以实现微生物燃料电池的冷启动；

所述预警模块，用于收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号；

所述微生物燃料电池模块包括多个微生物燃料电池，多个微生物燃料电池串联且平行放置于一个漂浮平板上，并通过O形圈进行密封；

所述微生物燃料电池的阳极为半开放式，所述阳极上接种活性细菌，所述阳极上接种的活性细菌为混合菌；

所述预警模块包括能量采集器、控制电路和预警单元，其中：

所述能量采集器，用于收集所述电能，对所述电能进行升压处理，并将升压处理后的所述电能传输至所述控制电路；

所述控制电路，用于存储升压处理后的所述电能，并采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，将所述电能传输至所述预警单元；

所述预警单元，用于接收所述电能，并发出预警信号。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述能量采集器的类型根据所述微生物燃料电池的个数进行设置。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述控制电路包括超级电容器和电压比较器，其中：

所述超级电容器，用于存储升压处理后的所述电能；

所述电压比较器，用于采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，使所述超级电容器放电，并将所述电能传输至所述预警单元。

4.一种基于权利要求1-3任一所述的装置的可自供电的水质监测预警方法，其特征在于，包括：

S1，当水箱中有机污染物的浓度达到特定浓度时，利用微生物燃料电池模块将水箱中的有机污染物进行分解并产生电能；

S2，利用预警模块收集所述电能并采集电压信号，当所述电压信号达到电压阈值时，发出预警信号。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述步骤S2之前还包括：预先设定所述水箱中有机污染物的浓度阈值，根据所述浓度阈值预先确定所述电压阈值。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤S2进一步包括：

S21，利用能量采集器采集所述电能，对所述电能进行升压处理,并将升压处理后的所述电能传输至控制电路；

S22，利用电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到超级电容器的充电电压时，使所述超级电容器存储升压处理后的所述电能；

S23，利用所述电压比较器采集所述电压信号，当所述电压信号达到所述电压阈值时，使所述超级电容器放电，并将所述电能传输至预警单元；

S24，利用所述预警单元发出预警信号；

其中，所述电压阈值预先根据所述浓度阈值进行确定。

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