CN109324165A - 水质在线监测装置及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种水质在线监测装置，风光互补供电设备、监测终端盒、水质监测传感器组件、支撑部及线缆，其中，所述支撑部用于固定所述风光互补供电设备与所述监测终端盒，所述风光互补供电设备与所述监测终端盒电连接，所述水质监测传感器组件与所述监测终端盒通过线缆连接，所述监测终端盒通过调节线缆长度，从而控制所述水质监测传感器组件在目标水域的深度。本发明还提供一种水质在线监测系统，包括所述水质在线监测装置与云数据中心。利用本发明实施例，可在无电网供电情况下长期运行，节能环保，且水质监测传感器组件可以获取水下不同深度的连续数据，获取更全面的监测数据。

Description

水质在线监测装置及系统

技术领域

本发明涉及多参数水质分析领域，尤其涉及一种水质在线监测装置、水质在线监测系统。

背景技术

本部分旨在为权利要求书中陈述的本发明的实施方式提供背景或上下文。此处的描述不因为包括在本部分中就承认是现有技术。

水质监测是指对水中的各类物质进行统一的定时或不定时的检测，检测和测定水体中污染物的种类、浓度及变化趋势。其目的是准确、及时、全面地反映水质现状及发展趋势，为水环境管理、污染源控制、环境规划、水产养殖等提供科学依据。目前国内的水质监测采用的技术形态主要包括人工取样分析、站房式水质监测站、水质监测浮标等。人工取样、化学分析的监测方式，耗时费力、精度不高、即时性差，并且需要专业人员进行操作。站房式水质自动监测站选址难度大，建设周期长，手续繁杂，对于工作的环境要求高，维护费用高。浮标监测系统不能获取水下不同的深度的长期连续的数据，而且它的浮体一般位于水面上，没有很好的安全性和隐蔽性。

随着国家对于环保的重视力度的不断加大，以及水产养殖行业的不断发展，市场迫切地需要高精度、高稳定性和可靠性、低成本、适合国内情况的水质监测设备和远程无线水质自动监测系统。通过采用水质信息智能感知、可靠传输、智能信息处理、智能控制等物联网技术实现对水质参数的实时监控，已经成为发展趋势。

发明内容

鉴于此，有必要提供一种水质在线监测装置、水质在线监测系统，使得水质监测更加智能化，减小人力物力成本，监测数据无线发出，为水质分析物联网和大数据分析提供良好的基础。

本发明实施例一方面提供一种水质在线监测装置，所述水质在线监测装置包括：风光互补供电设备、监测终端盒、水质监测传感器组件、支撑部、线缆，其中，所述支撑部用于固定所述风光互补供电设备与所述监测终端盒，所述风光互补供电设备与所述监测终端盒电连接，所述水质监测传感器组件与所述监测终端盒通过线缆连接，所述监测终端盒通过调节线缆长度，从而控制所述水质监测传感器组件在目标水域的深度。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测装置中，所述风光互补供电设备包括太阳能发电装置、风力发电装置与蓄电装置，其中，所述风力发电装置、太阳能发电装置与监测终端盒设置在支撑部上，所述蓄电装置安装在所述支撑部所在地面下方。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测装置中，所述监测终端盒包括调节线缆长度的电机、齿轮与控制器，其中，所述控制器与所述电机电连接，所述电机上固定安装有齿轮，所述控制器启动电机，所述电机带动齿轮旋转，并通过齿轮控制所述线缆的长度，从而控制所述水质监测传感器组件在目标水域的深度。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测装置中，所述水质监测传感器组件上设有多个接口，所述接口用于连接水质监测传感器。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测装置中，，所述水质监测传感器包括化学需氧量传感器、余氯传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、浊度传感器、温度传感器、盐度传感器、氨氮传感器、氧化还原电位传感器中的一种或多种。

本发明实施例再一方面提供一种水质在线监测系统，所述水质在线监测系统包括云数据中心与上述任一项的水质在线监测装置，所述监测终端盒包括风光互补控制器、电能变换单元、数据采集与继电控制单元、无线传输单元，所述云数据中心与所述无线传输单元连接，其中，所述风光互补控制器分别与所述太阳能发电装置、风力发电装置连接、蓄电装置，所述风光互补控制器用于控制所述风光互补供电设备工作，对所述蓄电装置起到过充保护作用。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测系统中，所述云数据中心通过所述无线传输单元对接收到的水质在线监测装置的数据进行分析与保存，所述云数据中心与用户终端连接，所述云数据中心通过接收所述用户终端发送的用户指令控制所述水质在线监测系统。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测系统中，所述电能变换单元分别与所述风光互补控制器、所述数据采集与继电控制单元、无线传输单元连接，所述数据采集与继电控制单元和所述水质监测传感器组件连接，所述电能变换单元包括电压转换模块与电路保护模块，其中，所述电压转换模块用于将所述蓄电装置的输入电压进行转换，为数据采集与继电控制单元、无线传输单元、各个水质监测传感器提供相应的电压，所述电路保护模块包括过流保护、过压保护、过热保护、空载保护以及短路保护。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测系统中，所述数据采集与继电控制单元包括模拟量输入模块、数字量输出模块、协议转换模块，其中，所述模拟量输入模块用于采集系统运行环境参数，所述环境参数包括温度、湿度、烟雾浓度，所述数字量输出模块用于实现控制各个水质监测传感器的开/关，所述协议转换模块用于与所述无线传输单元连接并进行信号传输。

进一步的，在本发明实施例提供的上述水质在线监测系统中，一个所述云数据中心与多个所述水质在线监测装置连接。

本发明实施例基于智能水质监测传感器、无线通信、自动控制等技术，提供了一种水质在线监测装置及系统。所述水质在线监测装置及系统应用场景多为野外地域广阔没有电力供应又难以布线的区域，因此系统采用长期电力自供应的风光互补供电方式，保证在无电网供电情况下长期稳定运行。相比于岸基站房式监测点灵活性更高，相比于水质监测浮标更安全可靠。利用本发明实施例，可以在指定水域布放智能在线水质监测传感器实现全天候不间断实时监测针对性水质参数，监测数据通过无线方式传输至后台数据中心进行处理。相比于岸基站房式监测站和人工取样，水质参数原位监测精确度更高。且水质监测传感器可以获取水下不同深度的连续数据，获取更全面的监测数据。利用本发明实施例还可进行多点组网建设，建立点对多点的监测网络，通过可视化界面进行数据展示，当水质参数监测值超出正常范围时进行报警，可进行历史数据查看，并具备监测数据的统计和分析功能。相比于传统监测站点的点对点数据传输，多点无线式综合平台可以对监测区域实现网络式覆盖。

附图说明

图1为本发明实施例提供的水质在线监测装置示意图。

图2为本发明实施例提供的水质在线监测系统示意图。

图3为本发明实施例提供的水质在线监测系统多点组网拓扑图。

主要元件符号说明

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明实施例的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施方式中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明实施例，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明实施例保护的范围。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明实施例的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本发明实施例。

请参阅图1，图1为本发明实施例提供的水质在线监测装置示意图，所述水质在线监测装置10包括风光互补供电设备110、监测终端盒120、水质监测传感器组件130、支撑部140、线缆150，所述风光互补供电设备110与所述监测终端盒120电连接，所述水质监测传感器组件130与所述监测终端盒120通过线缆150连接，所述支撑部140用于固定所述风光互补供电设备110与所述监测终端盒120。在一实施方式中，所述线缆150为传感器线缆。所述风光互补供电设备110提供一种风光互补供电模式，用于保障所述系统在无电网供电情况下，可以利用风能与太阳能进行电力自供应。所述监测终端盒120为所述系统提供电能变换与数据流转，具体的，将系统的输入电压进行转换，从而为所述监测终端盒120内部各个单元以及所述水质监测传感器组件130提供相应的供电电压。所述水质监测传感器组件130可以布放于目标水域中，对目标水域进行长期、连续、实时监测，从而得出目标水域水质情况。所述线缆150与所述水质监测传感器组件130相连，通过调节所述线缆150的长度，可以控制所述水质监测传感器组件130在目标水域的水深情况。

在本实施方式中，所述风光互补供电设备110包括风力发电装置1102、太阳能发电装置1101以及蓄电装置1103。所述风力发电装置1102、太阳能发电装置1101与所述监测终端盒120分别安装在所述支撑部140的上，所述太阳能发电装置1101、所述风力发电装置1102以及所述监测终端盒120在所述支撑部140上的安装顺序不作限定，在一实施例中，所述风力发电装置1102可以在支撑部140的最上方，所述太阳能发电装置1101可以在所述风力发电装置1102的下方，所述监测终端盒120可以在所述太阳能发电装置1101的下方。所述蓄电装置1103安装在所述支撑部140附近的地面下方。所述蓄电装置1103外壳表面设有防水外壳，设置防水外壳便于对蓄电装置1103进行保护。将所述蓄电装置1103单独放置在地面下方，可以方便后续维护与更换，同时也能避免外界各种环境对蓄电装置1103的损坏，从而延长蓄电装置1103的使用寿命。

在其他实施方式中，所述风光互补供电设备110除了包括风力发电装置1102、太阳能发电装置1101以及蓄电装置1103外，还可以包括市电供电装置，通过对市电供电装置提供的市电电压进行转换，为所述水质在线监测装置10中需要用电处理的设备提供相应的供电电压，并实现输入输出隔离及输出稳压，保证用电设备的稳定工作。可以理解的是，在野外地域广阔没有电力供应又难以布线的区域，优先选择通过太阳能发电装置1101以及风力发电装置1102进行供电。在城市等其他市电供电方便的区域，可以根据实际情况选择合适的供电方式。采用两类供电装置(分别为市电供电装置与自然供电装置，其中，所述自然供电装置可以包括风力发电装置及太阳能发电装置)，以适应不同环境的安装，使得供电需求不再单一化。

所述监测终端盒120上设置至少一天线31，通过天线31、基站32与卫星33之间的相互配合，进行数据传输处理。

在本实施方式中，所述水质监测传感器组件130上设有多个接口，所述接口用于连接水质监测传感器，所述接口可以进行拓展操作。所述水质监测传感器组件130中包含多个水质监测传感器，可配备的水质监测传感器可以包括化学需氧量传感器、余氯传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、浊度传感器、温度传感器、盐度传感器、氨氮传感器、氧化还原电位传感器一种或者多种，所述水质监测传感器的选取可以根据实际情况进行设定，本实施例对此不做限定。所述水质监测传感器的输出信号均为串口Rs485信号。所述水质监测传感器组件130与所述监测终端盒120通过线缆150连接。

所述水质监测传感器组件130安装在水面下，且通过线缆150与所述监测终端盒120进行连接，所述监测终端盒120内设置有电机、齿轮、控制器等装置用于调节线缆150的长度。具体在本实施方式中，所述控制器与电机电连接，所述电机上固定安装有齿轮。在一实施方式中，所述控制器可以通过接收用户指令启动电机，所述电机带动齿轮旋转，并通过齿轮控制线缆150的长度，从而控制所述水质监测传感器组件130在水下的深度。在另一实施方式中，所述控制器还可以根据系统预先设置的不同水深，调节线缆150的长度进行水质监测。利用本发明实施例能够获取水下不同的深度的长期连续数据，以实现多层次的水质检测，且所述水质监测传感器组件130放置在水底，具有较好的安全性和隐蔽性。在本发明其他实施方式中，所述调节线缆150长度的装置，如电机、齿轮、控制器等还可以设置于一专用装置，如盒体中。在其他实施方式中，所述调节线缆150长度的装置不限于本实施方式中提到的电机、齿轮、控制器的组合。

请参阅图2，图2为本发明实施例提供的水质在线监测系统示意图，所述水质在线监测系统1包括所述水质在线监测装置10与云数据中心20。所述风光互补供电设备110与所述监测终端盒120电连接，所述水质监测传感器组件130与所述监测终端盒120通过线缆150连接。所述风光互补供电设备110提供一种风光互补供电模式，用于保障所述系统在无电网供电情况下，可以利用风能与太阳能进行电力自供应。所述监测终端盒120为所述系统提供电能变换与数据流转，具体的，将系统的输入电压进行转换，从而为所述监测终端盒120内部各个单元以及所述水质监测传感器组件130提供相应的供电电压。所述水质监测传感器组件130可以布放于目标水域中，对目标水域进行长期、连续、实时监测，从而得出目标水域水质情况。

所述风光互补供电设备110包括太阳能发电装置1101、风力发电装置1102及蓄电装置1103。太阳能发电装置1101和风力发电装置1102分别将太阳能和风能转换为电能，送往蓄电装置1103中存储起来，蓄电装置1103是所述水质在线监测装置10的供电电源。

所述监测终端盒120是所述水质在线监测系统1进行电能变换和数据流转的中枢平台，主要包括风光互补控制器1201、电能变换单元1202、数据采集与继电控制单元1203和无线传输单元1204。其中，所述太阳能发电装置1101与所述风力发电装置1102均与所述风光互补控制器1201连接，所述蓄电装置1103与所述风光互补控制器1201连接。所述风光互补控制器1201具有电池反接、光伏电池反接保护功能，两路负载过流、短路告警保护功能，两路负载多重控制模式：光控、时控、全开放功能，电池过充和过放告警保护功能，两路负载不同电压下保护功能，光伏输入端防雷保护功能，蓄电池温度补偿功能。所述风光互补控制器1201用来控制风光互补供电设备110的工作，并对电能储存至蓄电装置1103起到过充电保护作用，有效延长蓄电装置1103的使用寿命。具体的，所述风光互补控制器1201可以通过检测蓄电装置1103的剩余容量状态来控制太阳能发电装置1101与风力发电装置1102的开关。例如，若所述风光互补控制器1201检测到所述蓄电装置1103的电量处于饱和状态，则所述风光互补控制器1201可以控制断开与所述风力发电装置1102与所述太阳能发电装置1101中的一个或多个的连接。

所述电能变换单元1202与所述风光互补控制器1201连接，所述电能变换单元1202与所述数据采集与继电控制单元1203、无线传输单元1204连接。所述数据采集与继电控制单元1203与所述水质监测传感器组件130连接。所述无线传输单元1204与所述云数据中心连接。所述电能变换单元1202用于实现电压转换和电路保护功能，包括电压转换模块和电路保护模块。所述电压转换模块将输入电压进行转换，为数据采集与继电控制单元1203、无线传输单元1204、各个水质监测传感器等用电设备提供相应的供电电压，并实现输入输出隔离及输出稳压，保证用电设备的稳定工作。所述电路保护模块用来防止电路中的不稳定因素对电路以及用电设备产生不利影响，所述电路保护模块的功能可以包括：过流保护、过压保护、过热保护、空载保护、短路保护等。

所述数据采集与继电控制单元1203包括模拟量输入模块、数字量输出模块、协议转换模块。其中，所述模拟量输入模块用于采集环境参数，所述环境参数可以包括温度、湿度、烟雾浓度。所述数字量输出模块用于控制所述水质监测传感器组件130的开/关。所述协议转换模块用于将水质监测传感器组件130返回的串口Rs485信号转成以太网信号，再通过网线接到无线传输单元1204，实现串口到以太网的协议转换，从而使得数据采集与继电控制单元1203通过无线网络通道与云数据中心20进行信息交互。

所述无线传输单元1204与所述云数据中心20连接，所述云数据中心20与所述用户终端39(所述用户终端39可以包括计算机客户端36及手机客户端37)连接。所述无线传输单元1204用于建立一条从无线传输模块到云数据中心20的无线VPN通信链路。具体的，所述VPN通信链路的建立方式包括：在云数据中心20上建立VPN服务端，在无线传输模块上建立计算机客户端36；建立完成后，无线传输模块上的计算机客户端36自动登录至云数据中心20的VPN服务端，并可实现双向通信。所述无线传输模块支持GPRS、CDMA 2000、TD-SCDMA、WCDMA等2G/3G移动网络技术以及LTE 4G网络、HSPA+3.5G网络，采用嵌入式操作系统，针对无线网络带宽的不稳定性、延时较大等特点进行优化设计，可提供高速可靠的路由及数据传输功能。

所述云数据中心20是综合运用大数据基础构架建立的云端水质观测数据的同步、流转和分析的数字化运营平台，可进行大范围综合监测节点的大数据应用分析及管理。所述水质在线监测装置10的数据可以通过无线VPN通信链路由无线传输模块传送至云服务器，云服务器上的接收处理软件对数据进行解析处理后将数据存储至云数据库。用户还可在电脑、手机等用户终端39通过登录客户端软件或用户网站的方式实时查看监测数据。利用用户终端39可以实现监测数据实时显示、历史数据查看、参数异常报警等功能。可以理解的是，用户可以通过所述用户终端39发出指令，依次通过云数据中心20与无线传输单元1204的作用，从而达到对所述水质在线监测系统1的控制(例如，可以根据用户指令，通过调节线缆150的长度控制水质监测传感器组件130在目标水域的水深，从而完成对目标水域不同深度的水质测量)。

请参阅图3，图3为本发明实施例提供的水质在线监测系统多点组网拓扑图，图3显示了n个所述水质在线监测装置10，图3中仅示例性的显示了所述水质在线监测装置10中的监测终端盒120与水质监测传感器组件130，n个所述水质在线监测装置10可以通过GPRS/3G/4G等无线网络与所述云数据中心20进行通信连接，也即一个云数据中心20可以对应多个水质在线监测装置10，所述云数据中心20对水质在线监测装置10采集到的数据进行存储、管理和推送。其中，所述云数据中心20与交换机34连接，所述交换机34用于连接所述云数据中心20与所述用户终端39，所述交换机34与防火墙35连接，所述防火墙35与用户终端39连接，所述防火墙35用于保护网络，防止重要数据泄露。所述云数据中心20还可以将数据传输给短信Modem38，继而通过短信Modem38将数据传输至手机客户端37，所述短信Modem38用于收发数据。用户可在电脑、手机等用户终端39通过登录客户端软件或用户网站的方式实时查看监测数据。所述用户终端39可以实现监测数据实时显示、历史数据查看、参数异常报警等功能。

本发明实施例基于智能水质监测传感器、无线通信、自动控制等技术，提供了一种水质在线监测系统1以及水质在线监测装置10。所述水质在线监测系统1与水质在线监测装置10应用场景多为野外地域广阔没有电力供应又难以布线的区域，因此水质在线监测系统1与水质在线监测装置10采用长期电力自供应的风光互补供电方式，保证在无电网供电情况下长期稳定运行。相比于岸基站32房式监测点灵活性更高，相比于水质监测浮标更安全可靠。利用本发明实施例，可以在指定水域布放智能水质监测传感器组件130实现全天候不间断实时监测针对性水质参数，监测数据通过无线方式传输至后台数据中心进行处理。相比于岸基站32房式监测站和人工取样，水质参数原位监测精确度更高。利用本发明实施例还可进行多点组网建设，建立点对多点的监测网络，通过可视化界面进行数据展示，当水质参数监测值超出正常范围时进行报警，可进行历史数据查看，并具备监测数据的统计和分析功能。相比于传统监测站点的点对点数据传输，多点无线式综合平台可以对监测区域实现网络式覆盖，获取更全面的监测数据。

本技术领域的普通技术人员应当认识到，以上的实施方式仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围的内，对以上实施方式所作的适当改变和变化都落在本发明要求保护的范围的内。

Claims (10)

1.一种水质在线监测装置，其特征在于，所述水质在线监测装置包括：风光互补供电设备、监测终端盒、水质监测传感器组件、支撑部及线缆，其中，所述支撑部用于固定所述风光互补供电设备与所述监测终端盒，所述风光互补供电设备与所述监测终端盒电连接，所述水质监测传感器组件与所述监测终端盒通过线缆连接，所述监测终端盒通过调节线缆长度，从而控制所述水质监测传感器组件在目标水域的深度。

2.根据权利要求1所述的水质在线监测装置，其特征在于，所述风光互补供电设备包括太阳能发电装置、风力发电装置与蓄电装置，其中，所述风力发电装置、太阳能发电装置与监测终端盒设置在支撑部上，所述蓄电装置安装在所述支撑部所在地面下方。

3.根据权利要求1所述的水质在线监测装置，其特征在于，所述监测终端盒包括调节线缆长度的电机、齿轮与控制器，其中，所述控制器与所述电机电连接，所述电机上固定安装有齿轮，所述控制器启动电机，所述电机带动齿轮旋转，并通过齿轮控制所述线缆的长度，从而控制所述水质监测传感器组件在目标水域的深度。

4.根据权利要求3所述的水质在线监测装置，其特征在于，所述水质监测传感器组件上设有多个接口，所述接口用于连接水质监测传感器。

5.根据权利要求4所述的水质在线监测装置，其特征在于，所述水质监测传感器包括化学需氧量传感器、余氯传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、浊度传感器、温度传感器、盐度传感器、氨氮传感器、氧化还原电位传感器中的一种或多种。

6.一种水质在线监测系统，其特征在于，所述水质在线监测系统包括云数据中心与权利要求1-5任一项所述的水质在线监测装置，所述监测终端盒包括风光互补控制器、电能变换单元、数据采集与继电控制单元、无线传输单元，所述云数据中心与所述无线传输单元连接，其中，所述风光互补控制器分别与所述太阳能发电装置、风力发电装置、蓄电装置连接，所述风光互补控制器用于控制所述风光互补供电设备工作，对所述蓄电装置起到过充保护作用。

7.根据权利要求6所述的水质在线监测系统，其特征在于，所述云数据中心通过所述无线传输单元对接收到的水质在线监测装置的数据进行分析与保存，所述云数据中心与用户终端连接，所述云数据中心通过接收所述用户终端发送的用户指令控制所述水质在线监测系统。

8.根据权利要求7所述的水质在线监测系统，其特征在于，所述电能变换单元分别与所述风光互补控制器、所述数据采集与继电控制单元、无线传输单元连接，所述数据采集与继电控制单元电连接于所述水质监测传感器组件，所述电能变换单元包括电压转换模块与电路保护模块，其中，所述电压转换模块用于将所述蓄电装置的输入电压进行转换，为数据采集与继电控制单元、无线传输单元、各个水质监测传感器提供相应的电压，所述电路保护模块包括过流保护、过压保护、过热保护、空载保护以及短路保护。

9.根据权利要求8所述的水质在线监测系统，其特征在于，所述数据采集与继电控制单元包括模拟量输入模块、数字量输出模块、协议转换模块，其中，所述模拟量输入模块用于采集系统运行环境参数，所述环境参数包括温度、湿度、烟雾浓度，所述数字量输出模块用于实现控制各个水质监测传感器的开/关，所述协议转换模块用于与所述无线传输单元连接并进行信号传输。

10.根据权利要求9所述的水质在线监测系统，其特征在于，一个所述云数据中心与多个所述水质在线监测装置连接。