CN109489736A - 一种远程多参数水质监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种远程多参数水质监测系统，包括：水质监控中心、传感监测装置和用户终端；所述传感监测装置和所述用户终端分别与所述水质监控中心通信连接；所述传感监测装置包括汇聚节点和多个对水质进行监测的传感器节点，传感器节点采集的水质参数由汇聚节点进行汇聚并发送至所述水质监控中心；所述水质监控中心用于对水质参数进行分析处理，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

Description

一种远程多参数水质监测系统

技术领域

本发明涉及水质监测领域，具体涉及一种远程多参数水质监测系统。

背景技术

传统的水质监测一般是在水边定点进行取样监测，存在严重的缺点，第一，无法全面的监测大面积的水域水质，第二，就是水质监测信息的传递、收集、汇总较为缓慢，无法做到较好的信息统一。

在各类复杂的环境质量监测现场，作业场景具有多样性，在野外无法供电时需要采用太阳能供电的方式，且随着科技的发展，各种分析仪器也在不停的更新，分析仪器产生的数据往往需要重新定制，重复性工作多、开发周期相对较长，这对污水处理、工程规划、数据处理等带来许多不便。随着管理部门对水质监测的效率和效果的要求日益提高，需要有一套相对集中、便于管理的系统将大量的重复性工作转变为用户需求的模式来处理。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术中存在上述缺陷，提供一种相对集中、便于管理的能够将大量的重复性工作转变为用户需求的模式来处理的远程多参数水质监测系统。

根据本发明，提供了一种远程多参数水质监测系统包括：水质监控中心、传感监测装置和用户终端；所述传感监测装置和所述用户终端分别与所述水质监控中心通信连接；所述传感监测装置包括汇聚节点和多个对水质进行监测的传感器节点，传感器节点采集的水质参数由汇聚节点进行汇聚并发送至所述水质监控中心；所述水质监控中心用于对水质参数进行分析处理，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

所述水质监控中心在水质参数超出设定的阈值时判定水质为异常。

优选地，所述水质监控中心包括依次连接的水质参数存储模块、水质参数分析处理模块、异常报警模块，还包括水质参数显示模块，水质参数显示模块分别与水质参数存储模块和水质参数分析处理模块连接。

优选地，多个传感器节点部署于设定的水质监测区域内，而且多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集水质参数的无线传感器网络。

进一步优选地，多个传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构，多个传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定作为簇头的预定数量的传感器节点，并且将除了作为簇头的传感器节点之外的其它传感器节点归属于与其距离最短的一个簇头；传感器节点将采集的水质参数发送至所归属的簇头，簇头对簇内传感器节点发送的水质参数进行融合后发送至汇聚节点。

优选地，水质参数包括：pH值、溶解氧含量、浊度、氧化还原电位ORP、电导率、化学需氧量COD、氨氮含量和透明度中的一种或多种。

优选地，多台水质监控设备通过无线模块连在一起组成网络以形成多台水质监控中心。

优选地，传感器节点包括：COD传感器、ORP传感器、氨氮传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、PH传感器、预留传感器、溢流口、进水口、出水口和清洗口；其中待检测液体从进水口进入传感器节点内部，并且被COD传感器、ORP传感器、氨氮传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、PH传感器、预留传感器分别检测，随后从出水口和溢流口流出，而且清洗口用于使清洗介质通过以进入传感器节点内部以及从传感器节点内部流出。

本发明上述实施例基于无线传感器网络技术提出了远程水质监测系统，能够实时监测到水质参数，监管人员可以远程监测水质信息，可以有效弥补传统技术的缺点，满足水质监测信息化、网络化的要求，同时具有费用低、功耗低、可靠性高、使用方便等优点，可带来强大的经济和社会效益。进一步地，本发明有利地采用基于分簇结构的无线传感器网络采集水质参数，能够降低传感器节点部署的成本以及提高水质参数的传输效率。

附图说明

结合附图，并通过参考下面的详细描述，将会更容易地对本发明有更完整的理解并且更容易地理解其伴随的优点和特征，其中：

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的总体框图。

图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的具体示例的结构示意图。

图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的传感监测装置采用的作为测量单元的传感器节点的结构示意图。

图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的测量操作示例的流程图。

需要说明的是，附图用于说明本发明，而非限制本发明。注意，表示结构的附图可能并非按比例绘制。并且，附图中，相同或者类似的元件标有相同或者类似的标号。

具体实施方式

为了使本发明的内容更加清楚和易懂，下面结合具体实施例和附图对本发明的内容进行详细描述。

图1示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的总体框图。

如图1所示，根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统包括：水质监控中心100、传感监测装置200和用户终端300；所述传感监测装置200和所述用户终端300分别与所述水质监控中心100通信连接(具体可以以有线和/或无线方式进行通信连接)；所述传感监测装置200包括汇聚节点201和多个对水质进行监测的传感器节点202，传感器节点202采集的水质参数由汇聚节点201进行汇聚并发送至所述水质监控中心；所述水质监控中心100用于对水质参数进行分析处理，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

具体地，所述水质监控中心100在水质参数超出设定的阈值时判定水质为异常。

优选地，水质参数包括但不限于：pH值、溶解氧含量、浊度、氧化还原电位ORP、电导率、化学需氧量COD、氨氮含量和透明度中的一种或多种。

优选地，所述水质监控中心100包括依次连接的水质参数存储模块101、水质参数分析处理模块102、异常报警模块103，还包括水质参数显示模块104，水质参数显示模块104分别与水质参数存储模块101和水质参数分析处理模块102连接。

优选地，多个传感器节点部署于设定的水质监测区域内，而且多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集水质参数的无线传感器网络。

进一步优选地，多个传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构，多个传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定作为簇头的预定数量的传感器节点，并且将除了作为簇头的传感器节点之外的其它传感器节点归属于与其距离最短的一个簇头；传感器节点将采集的水质参数发送至所归属的簇头，簇头对簇内传感器节点发送的水质参数进行融合后发送至汇聚节点。

本发明上述实施例基于无线传感器网络技术提出了远程水质监测系统，能够实时监测到水质参数，监管人员可以远程监测水质信息，可以有效弥补传统技术的缺点，满足水质监测信息化、网络化的要求，同时具有费用低、功耗低、可靠性高、使用方便等优点，可带来强大的经济和社会效益。进一步地，本发明有利地采用基于分簇结构的无线传感器网络采集水质参数，能够降低传感器节点部署的成本以及提高水质参数的传输效率。

下面描述各个组成部分的具体示例。

<具体示例>

远程多参数水质监测系统可包含采水供电系统、水质在线监测仪器、系统集成等硬件设备所构成的现场监测系统。远程多参数水质监测系统的现场监测系统可以采用机柜式固定站结构形式。

在具体示例中，远程多参数水质监测系统可以包括：采水单元、配水及预处理单元、测量单元(即，作为测量单元的传感器节点)、控制单元、数据采集及传输单元、辅助单元。以上各组成单元在逻辑上可以分为以下三层：

1.管理层，包含数据采集及传输单元，其功能包括：与控制层设备进行交互，实现对采、配水单元及预处理单元的控制；与测量单元的设备进行交互，实现对数据采集及控制；通过现场的综合布线系统，接受信息中心的宏观调度命令完成远程与现场的交互。

2.控制层，包含控制单元，例如由STM32系统组成，负责对采、配水及预处理单元的控制。

3.设备层，包含由采水单元、配水单元和预处理单元组成的组合部分、测量单元和辅助单元组成的第二部分，组合部分受控制单元控制，按设定逻辑、流程作业，测量单元主体与数据采集单元交互，部分接口通过与控制单元交互；辅助单元根据系统需求可对运行环境进行辅助。

自动监测系统将采水配水单元(需外加水泵)、控制单元、测量单元、数据处理单元和数据传输单元集与一体，整体占地面积大大缩小，外加多种辅助设备延长设备使用寿命，减少设备维护量，形成了一种新型智能水质监控系统。

具体地，图2示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的具体示例的结构示意图。该具体示例包括：太阳能供电系统1、控制单元2、数据采集及传输单元3、采水单元4、配水及预处理单元5、测量单元6以及清洗单元7。当然，所示结构仅仅是一种实施示例。

优选地，远程多参数水质监测系统的数字化传感器包括pH值、溶解氧含量、浊度、氧化还原电位ORP、电导率、化学需氧量COD、氨氮含量和透明度等数十种。所有传感器通过无线模块(例如，RS485)传输。无线模块可以是一个包含ARM系统的操作平台，其可以连接多个探头。多台水质监控设备可以通过无线模块连在一起组成网络以形成水质监控中心。

在具体实施时，可以将远程多参数水质监测系统内部的ARM系统作为整个基站的控制中枢，一方面控制数字化创感器的数据采集与标定；另一方面，下达控制命令给下位机(STM32小型嵌入式系统)，进行设备正常运行的命令。同时，对采集的数据进行分析、处理和存储。

水质监控中心对外输出接口多样化，可以现场利用U盘导出，也可以通过GPRS等通讯设备远程传输。

系统组成精简，管线布置通畅合理，管材选择确保系统能长期有效运行，管道及所有与被测介质接触的部件，允许清洗介质通过而不产生损坏。对所采水样进行相应的预处理，将水样中的某些杂质过滤而又不能改变水样的代表性。

系统及仪器设备抗电磁干扰、避雷装置及电力稳压装置设计合理。自动化程度高，做到自动采样、自动预处理反吹、自动分析和自动清洗以及数据记录和输出等环节的可靠有效。水质多参数测量的安装遵循与水体距离最短原则。整个系统特别是采水系统应采取有效的防冻措施，保证系统在低温下正常稳定运行。

系统功能可配置的功能包括：现场自动控制运行、远程监控、系统自动诊断、故障报警及记录、数据自动采集、处理及传输、停电保护、来电自动恢复、自动反吹清洗。可设定测量方式：自动测量(整点或间隔)、手动单次测量。而且，系统功能可配置有抑制藻类在系统内孳生的功能。

现场采集控制软件可以是安装在远程多参数水质监测系统用来控制设备进行交互，实现对采、配水单元的控制；与测量单元的设备进行交互，实现对分析仪的数据采集及控制的一种软件。软件的主要功能界面包括：主界面(运行状态)、仪器测量、仪器校准、系统维护、系统设置、数据查询等。数据传输通信可以分成无线通信和有线通信，又可以分成公共通道和自建通道。宜优先使用成熟的公共通信通道进行数据传输。有线传输：电脑可通过串口线连接串口调试助手、modscan等读数设备状态与数据。可通过SD卡读取设备存储的数据。

在本发明中，通过设置太阳能电池板，便于为蓄电盒充电，供水质检测仪和无线数传模块使用，通过箱体固定安装，便于装置在野外，通过设置气吹清洗装置，便于仪器设备的长期稳定运行，减少工作人员进行养护和维修等，通过设置定时控制开关，能够定时打开和关闭电路，通过设置水质检测仪和水质检测探头，便于对水质进行检测分析，通过设置无线数传模块，便于将将水质检测仪测出的数据信息发送给服务器。

<测量单元结构示意>

图3示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的传感监测装置采用的作为测量单元的传感器节点的结构示意图。

如图3所示，传感器节点可包括：COD传感器8、ORP传感器9、氨氮传感器10、浊度传感器11、电导率传感器12、溶解氧传感器13、PH传感器14、预留传感器15、溢流口16、进水口17、出水口18和清洗口19；其中待检测液体从进水口17进入传感器节点内部，并且被COD传感器8、ORP传感器9、氨氮传感器10、浊度传感器11、电导率传感器12、溶解氧传感器13、PH传感器14、预留传感器15分别检测，随后从出水口18和溢流口16流出，而且清洗口19用于使清洗介质通过以进入传感器节点内部以及从传感器节点内部流出。

<测量操作流程示例>

图4示意性地示出了根据本发明优选实施例的远程多参数水质监测系统的测量操作示例的流程图。如图4所示，上电排空后，首先确定工作模式，在整点测量模式下，在到达设定的整点时刻执行测量，并显示数据并保存数据；在手动测量模式下，执行手动测量，并显示数据并保存数据；在间隔测量模式下，在到达经过预定的间隔时间后执行测量，并显示数据并保存数据。

需要说明的是，除非特别指出，否则说明书中的术语“第一”、“第二”、“第三”等描述仅仅用于区分说明书中的各个组件、元素、步骤等，而不是用于表示各个组件、元素、步骤之间的逻辑关系或者顺序关系等。

可以理解的是，虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然而上述实施例并非用以限定本发明。对于任何熟悉本领域的技术人员而言，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的技术内容对本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种远程多参数水质监测系统，其特征在于包括：水质监控中心、传感监测装置和用户终端；所述传感监测装置和所述用户终端分别与所述水质监控中心通信连接；所述传感监测装置包括汇聚节点和多个对水质进行监测的传感器节点，传感器节点采集的水质参数由汇聚节点进行汇聚并发送至所述水质监控中心；所述水质监控中心用于对水质参数进行分析处理，并在水质异常时向用户终端发送报警信号。

2.根据权利要求1所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，所述水质监控中心在水质参数超出设定的阈值时判定水质为异常。

3.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，所述水质监控中心包括依次连接的水质参数存储模块、水质参数分析处理模块、异常报警模块；并且所述水质监控中心还包括水质参数显示模块，而且水质参数显示模块分别与水质参数存储模块和水质参数分析处理模块连接。

4.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，多个传感器节点部署于设定的水质监测区域内，而且多个传感器节点通过自组织方式构成一个用于感知和采集水质参数的无线传感器网络。

5.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，多个传感器节点构成的无线传感器网络为分簇网络结构，多个传感器节点在网络启动时刻进行分簇，从而确定作为簇头的预定数量的传感器节点，并且将除了作为簇头的传感器节点之外的其它传感器节点归属于与其距离最短的一个簇头；传感器节点将采集的水质参数发送至所归属的簇头，簇头对簇内传感器节点发送的水质参数进行融合后发送至汇聚节点。

6.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，水质参数包括：pH值、溶解氧含量、浊度、氧化还原电位ORP、电导率、化学需氧量COD、氨氮含量和透明度中的一种或多种。

7.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，多台水质监控设备通过无线模块连在一起组成网络以形成水质监控中心。

8.根据权利要求1或2所述的远程多参数水质监测系统，其特征在于，传感器节点包括：COD传感器、ORP传感器、氨氮传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、PH传感器、预留传感器、溢流口、进水口、出水口和清洗口；其中待检测液体从进水口进入传感器节点内部，并且被COD传感器、ORP传感器、氨氮传感器、浊度传感器、电导率传感器、溶解氧传感器、PH传感器、预留传感器分别检测，随后从出水口和溢流口流出，而且清洗口用于使清洗介质通过以进入传感器节点内部以及从传感器节点内部流出。