CN109115968B - 基于物联网的智能环境监测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供基于物联网的智能环境监测装置，由电源和采集模块组成，采集模块包括：主机、气压传感器、水质监测装置、显示器、无线电通信模块、定位模块；水质监测装置包括上方设有信号发射器的浮体，浮体内设有信号采集处理装置和蓄电池，浮体下方连接有水质传感器，水质传感器侧方设有清洗装置。本发明的装置利用物联网对太湖环境监测，监测数据精准性高，监测装置不易损坏，还可对监测数据进行收集、处理并决策，实现太湖环境状况预警。

Description

基于物联网的智能环境监测装置

技术领域

本发明属于环境监测设备技术领域，具体涉及一种基于物联网的智能环境监测装置。

背景技术

目前，随着人们对海洋资源的勘探利用以及海洋渔业的发展，对海洋的污染更加严重。在水质监测中，浮标是一种常见的观测工具，能够安置在海洋指定位置或随波逐流，并利用物联网实现监测数据实时采集处理，但海面上船只或其他漂浮物容易对浮标造成冲击导致浮标损坏，减少浮标的使用寿命甚至直接报废，严重影响水环境监测工作的顺利进行；同时海洋中生物众多，浮游生物等易附着或吸附在浮标上的监测传感器，影响数据的正常收集，降低水环境的监测准确率。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用物联网对太湖环境监测，监测数据精准性高，监测装置不易损坏，还可对监测数据进行收集、处理并决策，实现太湖环境状况预警的基于物联网的智能环境监测装置。

本发明为实现上述目的所采取的技术方案为：基于物联网的智能环境监测装置，由电源和采集模块组成，采集模块包括：

主机：用于数据接收、处理、传输，数据处理结果决策和发送操作指令；

气压传感器、水质监测装置：用于检测环境气压和水质及信息传输；

显示器：用于显示主机数据处理结果；

无线电通信模块：用于向云端服务器发生地理位置信息数据及接收主机发送的操作信息；

定位模块：用于气压传感器和水质监测装置的地理位置定位；

水质监测装置包括上方设有信号发射器的浮体，浮体内设有信号采集处理装置和蓄电池，浮体下方连接有水质传感器，水质传感器侧方设有清洗装置。利用物联网技术对分布在太湖环境中的气压传感器和水质监测装置的信息进行采集及数据处理，由主机对收集的数据进行处理并根据处理结果进行决策，判断所监测环境质量，对于环境质量过低的监测区域发出报警第一时间提醒人员对相应监测区域采取相关措施，降低太湖环境损害，并且所设计的水质监测装置上设有清洗装置有效避免浮游生物对水质监测数据的影响提高监测数据精准性，同时延长水质监测装置的使用寿命。

作为优选，主机与气压传感器或水质监测装置或显示器或无线电通信模块或定位模块之间的连接方式包括缆线连接或无线电连接或光耦合连接。实现主机对各模块、监测器等数据收集与传送，或发送控制指令。

作为优选，浮体侧方设有平衡板，平衡板上表面为弧面状。浮体定点放置或随机漂浮在海面上，海面的波浪可能会导致浮体翻转无法对监测区域水质进行检测，通过在浮体侧方连接平衡板可增强浮体在海面的稳定性，同时平衡板上表面的弧面状可降低海浪对浮体的冲击，有效降低海浪对浮体的冲击损伤。

作为优选，浮体上方固定连接有支撑架，支撑架侧方固定连接有光伏板，支撑架上端连接有信号发射器。设置光伏板为水质监测装置提供电能，无需定期对水质监测装置充电，设有的支撑架提高信号发射器与水面的高度差，避免海水对信号发射器的正常工作造成影响。

作为优选，水质传感器竖直设置在浮体下方，水质传感器上端部与浮体密封连接，浮体下部侧方环绕设置有用于保护水质传感器的防护架，防护架通过轴承与清洗装置下部连接。通过水质传感器对监测区域的水质进行监测，将水质传感器与浮体密封连接可防止水体进入浮体内部对其内部器件的损坏，设有的防护架可避免漂浮物、海洋生物对水质传感器的损伤，有益于保证水质传感器的正常工作并延长其使用寿命。

作为优选，防护架与轴承之间还设有中空的缓冲块，缓冲块上下端设有通孔。缓冲块的材质选择具有一定弹性和韧性的材质，例如橡胶、铝等，缓冲块的结构设计可在水质监测装置受到物体冲击时，由缓冲块及内部存在的水体吸收冲击力并利用上下的通孔将缓冲块内的水体挤压出缓冲体吸收大量的冲击力防止水质传感器受到冲击损伤，当冲击力消失后水体由通孔进入缓冲块内为下一次冲击作准备。

作为优选，清洗装置包括通过轴承连接于浮体下方水质传感器上的旋转环，旋转环侧方均设有旋转叶，旋转环下表面由圆心至外依次设有竖直设置的清洗杆和挡板，清洗杆与挡板之间连接有弹性绳，清洗杆表面均布有毛刷。清洗杆与旋转环为滑动连接，当水流从浮体下方流过通过旋转叶带动旋转环转动，同时由于水流的作用增大弹性绳的长度使清洗杆接近水质传感器表面，旋转环旋转的同时带动挡板与清洗杆旋转，清洗杆表面的毛刷对水质传感器表面清洗，而挡板可降低浮游生物与水质传感器接触，避免浮游生物附着同时挡板可防止物体撞击水质传感器，采用上述设计的清洗装置可随水流波动对水质传感器进行清洗，提高水质监测精准性，无需外加动力即可实现清洁操作，在水流冲击时才对水质传感器进行清洁，无水流冲击弹性绳使清洗杆远离水质传感器有效降低了毛刷对水质传感器表面的磨损。

作为优选，挡板与轴承内圈对应配合连接，挡板表面均布有流通孔，流通孔进水口处设有倒角且上方设有防护罩，防护罩上开设有与流通孔对应的开口，流通孔出水口处连接有滤网。水流在通过挡板的过程中首先与防护罩接触，水流进入防护罩内时由于防护罩的开口的设置加大了进入防护罩内水流的水压，水流进入流通孔后水压得到释放冲击滤网，滤网的网孔设置进一步增大水流流速对清洗杆形成冲击力，促使清洗杆与水质检测器表面接触充分毛刷的清洗效果极大提升，水质传感器表面粗糙度减小，光洁度增大，浮游生物难以附着，同时冲击的水流对水质监测器表面具有冲洗效果，有效提高水质传感器对水质监测的精准性。

基于物联网的智能环境监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：启动主机，记录主机启动时间；

步骤S2：主机发送操作指令启动气压传感器采集气压数据；

步骤S3：主机发送操作指令启动水质传感器采集水质数据；

步骤S4：主机接收并处理气压传感器、水质传感器采集的气压、水质数据 ，对数据处理结果决策，将气压、水质数据发送至云端服务器，并存储数据文件；

步骤S5：主机将处理完成的气压、水质数据传输显示器进行显示。

与现有技术相比，本发明的有益效果为：利用物联网技术对分布在太湖环境中的气压传感器和水质监测装置的信息进行采集及数据处理，由主机对收集的数据进行处理并根据处理结果进行决策，判断所监测环境质量，对于环境质量过低的监测区域发出报警第一时间提醒人员对相应监测区域采取相关措施，降低太湖环境损害。

本发明采用了上述技术方案提供的基于物联网的智能环境监测装置，弥补了现有技术的不足，设计合理，操作方便。

附图说明

图1为本发明基于物联网的智能环境监测装置的结构框图；

图2为本发明基于物联网的智能环境监测方法实施例的流程框图；

图3为水质监测装置结构示意图；

图4为水质监测装置剖视图；

图5为图4中A部放大图；

图6为缓冲块剖视图。

附图标记说明：100.电源；200.采集模块；1.浮体；1a.平衡板；1b.光伏板；1c.支撑架；2.信号发射器；3.信号采集处理装置；4.水质传感器；5.蓄电池；6.旋转环；6a.旋转叶；7.挡板；7a.流通孔；7b.防护罩；7c.滤网；8.清洗杆；8a.毛刷；8b.弹性绳；9.缓冲块；9a.通孔；10.轴承；11.防护架。

具体实施方式

以下结合实施例和附图对本发明作进一步详细描述：

实施例1：

如图1、2所示，基于物联网的智能环境监测装置，由电源100和采集模块200组成，采集模块包括：

主机：用于数据接收、处理、传输，数据处理结果决策和发送操作指令；

气压传感器、水质监测装置：用于检测环境气压和水质及信息传输；

显示器：用于显示主机数据处理结果；

无线电通信模块：用于向云端服务器发生地理位置信息数据及接收主机发送的操作信息；

定位模块：用于气压传感器和水质监测装置的地理位置定位；

基于物联网的智能环境监测方法，包括以下步骤：

步骤S1：启动主机，记录主机启动时间；

步骤S2：主机发送操作指令启动指定区域的气压传感器采集气压数据，气压传感器将采集数据传送至主机；

步骤S3：主机发送操作指令启动水质监测装置采集水质数据，水质监测装置将采集的水中数据传送至主机；

步骤S4：主机接收并处理气压传感器、水质监测装置采集的气压、水质数据 ，对数据处理结果决策，将气压、水质数据发送至云端服务器，并存储数据文件；

步骤S5：主机将处理完成的气压、水质数据、决策结构传输显示器进行显示。

本发明利用物联网技术对分布在太湖环境中的气压传感器和水质监测装置的信息进行采集及数据处理，由主机对收集的数据进行处理并根据处理结果进行决策，判断所监测环境质量，对于环境质量过低的监测区域发出报警第一时间提醒人员对相应监测区域采取相关措施，降低太湖环境损害。

实施例2：

如图3-6所示，本实施例在实施例1的基础上进一步优化方案为：水质监测装置包括上方设有信号发射器2的浮体1，浮体1内设有信号采集处理装置3和蓄电池5，浮体1下方连接有水质传感器4，水质传感器4侧方设有清洗装置。并且所设计的水质监测装置上设有清洗装置有效避免浮游生物对水质监测数据的影响提高监测数据精准性，同时延长水质监测装置的使用寿命。

主机与气压传感器或水质监测装置或显示器或无线电通信模块或定位模块之间的连接方式包括缆线连接或无线电连接或光耦合连接。实现主机对各模块、监测器等数据收集与传送，或发送控制指令。

浮体1侧方设有平衡板1a，平衡板1a上表面为弧面状。浮体1定点放置或随机漂浮在海面上，海面的波浪可能会导致浮体1翻转无法对监测区域水质进行检测，通过在浮体1侧方连接平衡板1a可增强浮体1在海面的稳定性，同时平衡板1a上表面的弧面状可降低海浪对浮体1的冲击，有效降低海浪对浮体1的冲击损伤。

浮体1上方固定连接有支撑架1c，支撑架1c侧方固定连接有光伏板1b，支撑架1c上端连接有信号发射器2。设置光伏板1b为水质监测装置提供电能，无需定期对水质监测装置充电，设有的支撑架1c提高信号发射器2与水面的高度差，避免海水对信号发射器2的正常工作造成影响。

水质传感器4竖直设置在浮体1下方，水质传感器4上端部与浮体1密封连接，浮体1下部侧方环绕设置有用于保护水质传感器4的防护架11，防护架11通过轴承10与清洗装置下部连接。通过水质传感器4对监测区域的水质进行监测，将水质传感器4与浮体1密封连接可防止水体进入浮体1内部对其内部器件的损坏，设有的防护架11可避免漂浮物、海洋生物对水质传感器4的损伤，有益于保证水质传感器4的正常工作并延长其使用寿命。

防护架11与轴承10之间还设有中空的缓冲块9，缓冲块9上下端设有通孔9a。缓冲块9的材质选择具有一定弹性和韧性的材质，例如橡胶、铝等，缓冲块9的结构设计可在水质监测装置受到物体冲击时，由缓冲块9及内部存在的水体吸收冲击力并利用上下的通孔9a将缓冲块9内的水体挤压出缓冲体9吸收大量的冲击力防止水质传感器4受到冲击损伤，当冲击力消失后水体由通孔9a进入缓冲块9内为下一次冲击作准备。

清洗装置包括通过轴承10连接于浮体1下方水质传感器4上的旋转环6，旋转环6侧方均设有旋转叶6a，旋转环6下表面由圆心至外依次设有竖直设置的清洗杆8和挡板7，清洗杆8与挡板7之间连接有弹性绳8b，清洗杆8表面均布有毛刷8a。清洗杆8与旋转环6为滑动连接，当水流从浮体1下方流过通过旋转叶6a带动旋转环6转动，同时由于水流的作用增大弹性绳8b的长度使清洗杆8接近水质传感器4表面，旋转环6旋转的同时带动挡板7与清洗杆8旋转，清洗杆8表面的毛刷对水质传感器4表面清洗，而挡板7可降低浮游生物与水质传感器4接触，避免浮游生物附着同时挡板7可防止物体撞击水质传感器4，采用上述设计的清洗装置可随水流波动对水质传感器4进行清洗，提高水质监测精准性，无需外加动力即可实现清洁操作，在水流冲击时才对水质传感器4进行清洁，无水流冲击弹性绳8b使清洗杆8远离水质传感器4有效降低了毛刷对水质传感器4表面的磨损。

挡板7与轴承10内圈对应配合连接，挡板7表面均布有流通孔7a，流通孔7a进水口处设有倒角且上方设有防护罩7b，防护罩7b上开设有与流通孔7a对应的开口，流通孔7a出水口处连接有滤网7c。水流在通过挡板7的过程中首先与防护罩7b接触，水流进入防护罩7b内时由于防护罩7b的开口的设置加大了进入防护罩7b内水流的水压，水流进入流通孔7a后水压得到释放冲击滤网7c，滤网7c的网孔设置进一步增大水流流速对清洗杆8形成冲击力，促使清洗杆8与水质检测器4表面接触充分毛刷的清洗效果极大提升，水质传感器4表面粗糙度减小，光洁度增大，浮游生物难以附着，同时冲击的水流对水质监测器4表面具有冲洗效果，有效提高水质传感器4对水质监测的精准性。

实际应用：

利用本发明的装置对监测水域进行赤潮预报警；

赤潮发生的因素：（1）水质指标是否超过临界值；（2）水质指标是否有迅速增加或下降的趋势。

在主机内进行设定：当监测区域水质的叶绿素a为20μg/L、溶解氧饱和度为110%、pH值为8.2时进行预报警；

将本发明的气压传感器、水质监测装置分别投放在20个监测水域，可实现间隔15min获得气压数据，间隔1h获得水质数据，在赤潮高发期的5-7月内，采用本发明的装置对监测水域赤潮预警准确性高达80%。

本发明的基于物联网的智能环境监测装置不仅限于对水域进行赤潮进行预警，还可以在水环境综合治理、水体富营养化预警等方面应用。

上述实施例中的常规技术为本领域技术人员所知晓的现有技术，在此不作详细叙述。

以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此，所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.基于物联网的智能环境监测装置，由电源（100）和采集模块（200）组成，所述的采集

模块包括：

主机：用于数据接收、处理、传输，数据处理结果决策和发送操作指令；气压传感器、水质监测装置：用于检测环境气压和水质及信息传输；

显示器：用于显示主机数据处理结果；

无线电通信模块：用于向云端服务器发送地理位置信息数据及接收主机发送的操作指令；

定位模块：用于气压传感器和水质监测装置的地理位置定位；

其特征在于：所述水质监测装置包括上方设有信号发射器（2）的浮体（1），所述的浮体（1）内设有信号采集处理装置（3）和蓄电池（5），所述的浮体（1）下方连接有水质传感器（4），所述的水质传感器（4）侧方设有清洗装置；

所述的水质传感器（4）竖直设置在浮体（1）下方，水质传感器（4）上端部与浮体（1）密封连接，所述的浮体（1）下部侧方环绕设置有用于保护水质传感器（4）的防护架（11），所述防护架（11）通过轴承（10）与清洗装置下部连接；

所述的防护架（11）与轴承（10）之间还设有中空的缓冲块（9），所述的缓冲块（9）上下端设有通孔（9a）；所述缓冲块（9）的材质选择具有一定弹性和韧性的材质；

所述的清洗装置包括通过轴承（10）连接于浮体（1）下方水质传感器（4）上的旋转环（6），所述旋转环（6）侧方均设有旋转叶（6a），所述的旋转环（6）下表面由圆心至外依次设有竖直设置的清洗杆（8）和挡板（7），所述的清洗杆（8）与挡板（7）之间连接有弹性绳（8b），所述的清洗杆（8）表面均布有毛刷（8a）；

所述的挡板（7）与轴承（10）内圈对应配合连接，所述的挡板（7）表面均布有流通孔（7a），流通孔（7a）进水口处设有倒角且上方设有防护罩（7b），所述防护罩（7b）上开设有与流通孔（7a）对应的开口，所述的流通孔（7a）出水口处连接有滤网（7c）。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的智能环境监测装置，其特征在于：所述的主机与所述的气压传感器或水质监测装置或显示器或无线电通信模块或定位模块之间的连接方式包括缆线连接或无线电连接或光耦合连接。

3.根据权利要求1所述的基于物联网的智能环境监测装置，其特征在于：所述的浮体（1）侧方设有平衡板（1a），所述的平衡板（1a）上表面为弧面状。

4.根据权利要求1所述的基于物联网的智能环境监测装置，其特征在于：所述的浮体（1）上方固定连接有支撑架（1c），所述的支撑架（1c）侧方固定连接有光伏板（1b），所述的支撑架（1c）上端连接有信号发射器（2）。

5.根据权利要求1所述的基于物联网的智能环境监测装置的监测方法，其特征在于包括以下步骤：

步骤S1：启动主机，记录主机启动时间；

步骤S2：主机发送操作指令启动气压传感器采集气压数据；

步骤S3：主机发送操作指令启动水质监测装置采集水质数据；

步骤S4：主机接收并处理所述的气压传感器、水质监测装置采集的气压、水质数据，对数据处理结果决策，将气压、水质数据发送至云端服务器，并存储数据文件；

步骤S5：主机将处理完成的气压、水质数据传输显示器进行显示。

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