CN112924645B - 基于物联网的水环境现状监测装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供基于物联网的水环境现状监测装置，包括：浮力壳体，形成有容纳腔和若干夹层腔；内置壳体，形成有中央腔室；水质传感器，用于检测水环境的指标参数；电路板组件，设置于容纳腔中；电芯单元，设置于容纳腔中；温差发电片，至少部分的插入至浮力壳体并将夹层腔分隔为若干夹层室；其中，电路板组件包括：NB‑IoT芯片，用于使基于物联网的水环境现状监测装置与外部构成数据交互；超级电容器，用于存储温差发电片产生电能；NB‑IoT芯片至少与电芯单元、超级电容构成电性连接。本申请的有益之处在于本申请提供一种结构合理可靠且能通过温差发电和低功耗物联网技术提高续航能力的基于物联网的水环境现状监测装置。

Description

基于物联网的水环境现状监测装置

技术领域

本申请涉及一种水环境现状监测装置，具体而言，涉及基于物联网的水环境现状监测装置。

背景技术

水环境是指自然界中水的形成、分布和转化所处空间的环境。随着社会的不断发展和科技的不断进步，人们对于环境保护的意识也在不断的增强，保护水环境成为了当前社会发展的趋势，保护水资源即是保护我们耐以生存的家园，对于水环境的保护应当从对于水环境的监测开始，对于湖泊的水环境监测尤为重要，因为湖泊为淡水的主要来源之一，对水环境进行实时监测，判断水环境的污染程度，采取相应的措施来对水环境进行保护。

现有的对于水环境监测设备在需要采用太阳能光伏板保证续航时间，但是太阳能光伏板的存在容易出现倾覆的现象。

发明内容

为了解决现有技术的不足之处，本申请提供基于物联网的水环境现状监测装置，包括：浮力壳体，形成有容纳腔和若干夹层腔，夹层腔环绕容纳腔；内置壳体，形成有中央腔室，内置壳体设置于浮力壳体内部；水质传感器，用于检测水环境的指标参数，水质传感器至少部分容纳在内置壳体中；电路板组件，设置于容纳腔中，并且电路板组件至少部分位于浮力壳体和内置壳体之间；电芯单元，设置于容纳腔中，电芯单元与电路板组件的一部分构成电性连接以使电芯单元至少为电路板组件供电；温差发电片，至少部分地插入至浮力壳体并将夹层腔分隔为若干夹层室，温差发电片与电路板组件构成电性连接；密封顶盖，固定安装至浮力壳体，密封顶盖封闭容纳腔的顶部敞口；顶部支架，固定安装至密封顶盖，顶部支架至少设有供线缆走线的走线空间；信号灯，固定安装至顶部支架，信号灯至少通过顶部支架的走线空间中线缆与电路板组件或/和水质传感器构成电性连接；其中，电路板组件包括：NB-IoT芯片，用于使基于物联网的水环境现状监测装置与外部构成数据交互；超级电容器，用于存储温差发电片产生的电能；NB-IoT芯片至少与电芯单元或/和超级电容构成电性连接。

进一步地，温差发电片包括横置发电片，横置发电片以平行于水平面的方式设置以将浮力壳体的夹层腔被分隔成若干在竖直方向分布的夹层空间。

进一步地，温差发电片包括竖置发电片，竖置发电片以平行于竖直平面的方式设置以将浮力壳体的夹层腔被分隔为若干在水平方向分布的夹层空间。

进一步地，横置发电片被构造为具有两个相对的圆弧形的边缘。

进一步地，竖置发电片被设置在若干圆周位置上且它们相对圆周的中心对称设置。

进一步地，浮力壳体的夹层腔被横置发电片和竖置发电片分隔为若干围绕一中心轴线构成多层环形阵列的夹层室。

进一步地，夹层室在水平面的投影轮廓包括扇形的两个弧面。

进一步地，浮力壳体的夹层腔的外壁被构造为形成若干对应夹层室的凸起结构。

进一步地，浮力壳体的夹层室中填充有填充物。

进一步地，填充物与温差发电片之间设有导热胶层。

本申请的有益之处在于：本申请提供一种结构合理可靠且能通过温差发电和低功耗物联网技术提高续航能力的基于物联网的水环境现状监测装置。

附图说明

构成本申请的一部分的附图用来提供对本申请的进一步理解，使得本申请的其它特征、目的和优点变得更明显。本申请的示意性实施例附图及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1是根据本申请一种实施例的基于物联网的水环境现状监测装置的外观立体结构示意图；

图2是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置的侧视结构示意图；

图3是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置底部的局部放大结构示意图；

图4是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置内部的结构示意图；

图5是图1所示基于物联网的水环境现状监测装置的浮力壳体与横置发电片结合的示意图；

图6是本申请的夹层腔被竖置发电片分隔成夹层室后结构示意图；

图7是本申请的横置发电片一个优选实施例的俯视结构示意图；

图8是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置的密封顶盖和顶部支架的结构示意图；

图9是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置的内置壳体等部件的结构示意图；

图10是图9所示部件的爆炸结构示意图；

图11是图9中电路板组件的俯视结构示意图；

图12是图9所示部件中内置壳体内部结构示意图；

图13是图12所示结构爆炸示意图；

图14是图1所示的基于物联网的水环境现状监测装置的增加牵引装置后的结构示意图；

图15是图14中牵引装置的牵引块的内部结构示意图；

图16是本申请另一种牵引装置的牵引块的内部结构示意图。

图中附图标记的含义：

基于物联网的水环境现状监测装置100；

浮力壳体101；

线槽1011a；

夹层腔1012；

夹层室1013；

安装管1015；

管内空间1016；

横向孔1017；

内壳壁1018；

外壳壁1019；

凸起结构1019a；

内置壳体102；

中央腔室1021；

外螺纹1022；

内置壳盖1023；

上限位部1024；

安装盘部1025；

插槽部1026；

插槽1026a；

水质传感器103；

探头部1031；

主体部1032；

电路板组件104；

NB-IoT芯片1041；

超级电容器1042；

PCB板1043；

电芯单元105；

温差发电片106；

横置发电片1061；

竖置发电片1062；

密封顶盖107；

顶盖通孔1071；

顶部支架108；

走线空间1081；

信号灯109；

通讯天线110；

填充物111；

导热胶层112；

安装横梁113；

螺母圈114；

第一防水填充115；

第一密封环116；

第二密封环117；

配重环118；

第二防水填充119；

牵引绳120；

牵引块200；

牵引外壳201；

绳轴202；

从动齿轮203；

主动齿轮204；

驱动电机205；

控制电路板206；

控制芯片207；

驱动电芯208；

发电机209；

液流桨210。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本申请方案，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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例，都应当属于本申请保护的范围。

需要说明的是，本申请的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本申请的实施例。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

在本申请中，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“中”、“竖直”、“水平”、“横向”、“纵向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系。这些术语主要是为了更好地描述本申请及其实施例，并非用于限定所指示的装置、元件或组成部分必须具有特定方位，或以特定方位进行构造和操作。

并且，上述部分术语除了可以用于表示方位或位置关系以外，还可能用于表示其他含义，例如术语“上”在某些情况下也可能用于表示某种依附关系或连接关系。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解这些术语在本申请中的具体含义。

此外，术语“安装”、“设置”、“设有”、“连接”、“相连”、“套接”应做广义理解。例如，可以是固定连接，可拆卸连接，或整体式构造；可以是机械连接，或电连接；可以是直接相连，或者是通过中间媒介间接相连，又或者是两个装置、元件或组成部分之间内部的连通。对于本领域普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参照图1至图13所示，本申请的基于物联网的水环境现状监测装置100包括：浮力壳体101、内置壳体102、水质传感器103、电路板组件104、电芯单元105、温差发电片106、密封顶盖107、顶部支架108、信号灯109和通讯天线110。

其中，浮力壳体101形成有容纳腔和若干夹层腔1012，夹层腔1012以环绕容纳腔的形式形成。具体而言，浮力壳体101采用高分子材料或轻质金属材料或者它们的组合构成。浮力壳体101的容纳腔顶部设有敞口以安装对应的部件和装置，容纳腔的底部设有通过孔，通过孔作用在于使内置壳体102和水质传感器103构成的整体伸出至主腔室的外部。

作为更进一步地具体方案，浮力壳体101在底部位置形成有安装管1015，安装管1015与浮力壳体101可以一体成型构成，安装管1015设有管内空间1016，从容纳腔的底部通过孔伸出的内置壳体102和水质传感器103构成整体位于安装管1015的管内空间1016中；在安装管1015的管壁处开有横向孔1017；在横向孔1017中横向插装有一个安装横梁113，该安装横梁113位于安装管1015外侧的部位通过两组锁定螺母和锁定螺栓构成锁定。安装横梁113的作用主要在于用于悬挂牵引装置中的牵引绳120，牵引装置中的牵引块200通过牵引绳120拖拽浮力壳体101从而使整个基于物联网的水环境现状监测装置100在水环境中保证位置。作为其中一种简易方案，可以采用固定长度的牵引绳120和一般的锚装置作为牵引装置。

作为可选方案，可以在安装管1015外套装一个配重环118，该配重环118被安装横梁113所限位，配重环118可以采用高密度金属材料制成。

温差发电片106至少部分的插入至浮力壳体101并将夹层腔1012分隔为若干夹层室1013，温差发电片106与电路板组件104构成电性连接。

更具体而言，作为本申请的改进之处，尤其参照图4至图7所示，浮力壳体101被构造成夹层结构，其设有内壳壁1018和外壳壁1019；内壳壁1018和外壳壁1019之间夹层腔1012，需要说明的是，浮力壳体101通过内壳壁1018和外壳壁1019构成夹层腔1012本身各部分在没有嵌入温差发电片106时，各个部分是连通的。为了便于温差发电片106安装，并使嵌入的温差发电片106将夹层腔1012隔成若干夹层室1013，浮力壳体101形成若干插槽，当温差垫片插入至插槽时，既能将夹层腔1012分隔为多个夹层室1013。

作为进一步地优选方案，温差发电片106包括横置发电片1061，横置发电片1061以平行于水平面的方式设置以将浮力壳体101的夹层腔1012被分隔成若干在竖直方向分布的夹层空间。

温差发电片106还包括竖置发电片1062，竖置发电片1062以平行于竖直平面的方式设置以将浮力壳体101的夹层腔1012被分隔为若干在水平方向分布的夹层空间。

另外，横置发电片1061被构造为具有两个相对的圆弧形的边缘。这样可以增加横置发电片1061有效面积，同时适应浮力壳体101的外形尺寸。

通过浮力壳体101和温差发电片106在两个温度上分隔，使竖置发电片1062在日照方向造成温差时进行温差发热，作为更稳定温差来源，由于浮力壳体101一部分位于水面之上，一部分位于水面之下，从而由于水和空气对于温度比热容不同，从而使横置发电片1061无论是日间或夜间均能获取较为稳定温度差从而产生发电所需的电势。尤其是竖置发电片1062随着日照角度的变化总有一组竖置发电片1062处于较高效率的发电状态。

作为进一步的优选方案，竖置发电片1062被设置在若干圆周位置上且它们相对圆周的中心对称设置。浮力壳体101的夹层腔1012被横置发电片1061和竖置发电片1062分隔为若干围绕一中心轴线构成多层环形阵列的夹层室1013。这样无论基于物联网的水环境现状监测装置100处于何种状态，竖置发电片1062的发电功率相对平稳。

作为另一方面优选方案，夹层室1013在水平面的投影轮廓包括扇形的两个弧面。浮力壳体101的夹层腔1012的外壁被构造为形成若干对应夹层室1013的凸起结构1019a。这样的好处在于，扩大夹层室1013受热面，从而使温度差能够传导到夹层室1013的内部。

为了进一步扩大温差效果，浮力壳体101的夹层室1013中填充有填充物111，填充物111既可以是液体其他形态的物质，其具有较高导热效果，以避免夹层带来的隔温效果。为了防止填充物111对温差发电片106的影响，作为一种优选方案，填充物111与温差发电片106之间设有导热胶层112。作为一种优选方案，填充物111本身可以为导热胶。

作为另一种可选方案，填充物111为相变材料，相变材料的温度取值范围25摄氏度至35摄氏度，相变材料在相变时可以提供更大温度差。但是鉴于相变材料本身的特性，从较长的时间线来看，相变材料总体作用还是平衡温度，所以作为更进一步地优选方案，填充物111可以一般填充物和相变材料搭配使用的方式，比如将一般填充物和相变材料间隔使用。一般填充物可以选择纯水。

为了便于布置温差发电片106的线缆，可以在容纳腔的腔壁内侧（即内壳壁1018内侧形成有若干线槽1011a）。

参照图3所示，密封顶盖107固定安装至浮力壳体101，密封顶盖107封闭容纳腔的顶部敞口。顶部支架108固定安装至密封顶盖107，顶部支架108至少设有供线缆走线的走线空间1081。信号灯109固定安装至顶部支架108，信号灯109至少通过顶部支架108的走线空间1081中线缆与电路板组件104或/和水质传感器103构成电性连接。密封顶盖107设有顶盖通孔以供线缆通过。

通讯天线110用于实现信号接收和发送通讯天线110可以安装至顶部支架108顶端。

作为可选方案，密封顶盖107和顶部支架108可以被构造为一个整体，也可以如图8所示由两个零件组成。

如图9至图13所示，内置壳体102形成有中央腔室1021，内置壳体102设置于浮力壳体101内部；水质传感器103用于检测水环境的指标参数，水质传感器103至少部分容纳内置壳体102中。内置壳体102至少一部分穿过容纳腔底部的通过孔，同时内置壳体102整体也被构造为类似结构，中央腔室1021被构造为阶梯孔结构，除了水质传感器103的探头部1031伸入阶梯孔外，水质传感器103的主体部1032大部分容纳在阶梯孔的阶梯结构的内侧，通过防水胶层实现防水效果。当然，作为进一步度的优选方案，也可以采用密封圈等其他结构实现防水。

在内置壳体102伸入职安装管1015中部分设有外螺纹1022，可以通过螺母圈114与之配合锁定内置壳体102的位置，作为进一步地方案，可以通过防水胶填充形成第一防水填充115和设置在螺母圈114之外第二防水填充119以及第一密封环116和第二密封环117实现内置壳体102与浮力壳体101之间的防水。

内置壳体102与水质传感器103之间的防水可以采用防水胶填充的方式进行防水处理，当然也可以采用如前所介绍的密封圈搭配多层填充的方式进行防水处理。

需要说明的是，可以在内置壳体102底部设置防污网（图中未示出）以保护水质传感器103的探头部1031。

作为优选方案，内置壳体102包括内置壳盖1023已封闭中央腔室1021，并设置若干接线端子。

作为进一步的优选方案，内置壳体102形成有上限位部1024、安装盘部1025和插槽部1026，其中，上限位部1024可以实现对内置壳体102相对浮力壳体101的定位作为，安装盘部1025用于安装PCB板1043并对PCB板1043构成支撑，插槽部1026形成有用于插装电芯单元105的插槽1026a。

电路板组件104设置于容纳腔中，并且电路板组件104至少部分位于浮力壳体101和内置壳体102之间；电芯单元105设置于容纳腔中，电芯单元105与电路板组件104的一部分构成电性连接以使电芯单元105至少为电路板组件104供电。

具体而言，电路板组件104包括：NB-IoT芯片1041、超级电容器1042以及其他相应电气元件。NB-IoT芯片1041用于使基于物联网的水环境现状监测装置100与外部构成数据交互；超级电容器1042用于存储温差发电片106产生电能；NB-IoT芯片1041至少与电芯单元105或/和超级电容构成电性连接。

作为具体的方案，NB-IoT芯片1041具有较低的耗电量，同时电芯单元105采用自放电较低的电芯信号，从而通过自带电源既可以保证装置具有一定的续航能力。同时，通过将温差发电片106的产生的电能存储于超级电容器1042中，这部分电能既可以供NB-IoT芯片1041运行使用，也可以供水质传感器103使用。通过这样方式，进一步延长了装置的续航能力。从而可以取消以往装置中的太阳能光伏板，避免装置容易倾覆的问题。

如图14至图16所示，作为一种可选方案，牵引装置中的牵引块200可以采用主动方式进行运作。

作为具体方案，如图15所示，牵引块200包括：牵引外壳201、绳轴202、从动齿轮203、主动齿轮204、驱动电机205、控制电路板206、控制芯片207和驱动电芯208。其中，线轴至少部分露出牵引外壳201，在线轴两段止转连接有从动齿轮203以使从动齿轮203能带动绳轴202转动，主动齿轮204连接至驱动电机205的输出轴，驱动电机205驱动输出轴从而使主动齿轮204转动，主动齿轮204和从动齿轮203啮合，从而驱动电机205在转动时，可以放出或收卷牵引绳120。控制电路板206用于使驱动电机205、驱动电芯208和驱动芯片构成电性连接，控制芯片207也具有物联网通讯功能，其能根据指令控制驱动电机205的动作。

作为一种优选方案，控制芯片207与远端终端或者服务器构成通讯，同时，NB-IoT芯片1041也向服务器上传数据，当水面深度变化时，不同高度的横置发电片1061发电的电动势会产生变化，NB-IoT芯片1041向服务器发送该数据，从而使服务器判断当前牵引绳120长是否合适，如果需要调整，则服务器向控制芯片207发送数据使其控制驱动电机205的动作调整牵引绳120的长度。

作为优选方案，驱动电机205为双轴伸电机，其可以驱动两组主动齿轮204从而获得足够扭矩和平稳的转动效果。

如图15所示，作为优选方案，牵引壳体可以形成夹层结构以实现防水功能，作为进一步的选择，可以采用防水胶填充需要防水的部位。

如图16所示，作为进一步的优选方案，在图15所示方案基础上，设置发电机209，并设置位于牵引外壳201外侧的液流桨210以通过液流实现发电并为驱动电芯208充电提高牵引块200的续航能力。液流桨210的转动会使发电机209产生电能。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述基于物联网的水环境现状监测装置包括：

浮力壳体，形成有容纳腔和若干夹层腔，所述夹层腔环绕所述容纳腔；

内置壳体，形成有中央腔室，所述内置壳体设置于所述浮力壳体内部；

水质传感器，用于检测水环境的指标参数，所述水质传感器至少部分容纳在所述内置壳体中；

电路板组件，设置于所述容纳腔中，并且所述电路板组件至少部分位于所述浮力壳体和内置壳体之间；

电芯单元，设置于所述容纳腔中，所述电芯单元与所述电路板组件的一部分构成电性连接以使所述电芯单元至少为所述电路板组件供电；

温差发电片，至少部分地插入至所述浮力壳体并将所述夹层腔分隔为若干夹层室，所述温差发电片与所述电路板组件构成电性连接；

密封顶盖，固定安装至所述浮力壳体，所述密封顶盖封闭所述容纳腔的顶部敞口；

顶部支架，固定安装至所述密封顶盖，所述顶部支架至少设有供线缆走线的走线空间；

信号灯，固定安装至所述顶部支架，所述信号灯至少通过所述顶部支架的走线空间中线缆与所述电路板组件或/和所述水质传感器构成电性连接；

其中，所述电路板组件包括：

NB-IoT芯片，用于使所述基于物联网的水环境现状监测装置与外部构成数据交互；

超级电容器，用于存储所述温差发电片产生的电能；

所述NB-IoT芯片至少与所述电芯单元或/和超级电容器构成电性连接；

其中，所述浮力壳体被构造成夹层结构，其设有内壳壁和外壳壁，内壳壁和外壳壁之间构成夹层腔；

所述温差发电片包括横置发电片，所述横置发电片以平行于水平面的方式设置以将所述浮力壳体的夹层腔被分隔成若干在竖直方向分布的夹层空间；

所述温差发电片包括竖置发电片，所述竖置发电片以平行于竖直平面的方式设置以将所述浮力壳体的夹层腔被分隔为若干在水平方向分布的夹层空间；所述浮力壳体的夹层腔被所述横置发电片和竖置发电片分隔为若干围绕一中心轴线构成多层环形阵列的夹层室。

2.根据权利要求1所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述横置发电片被构造为具有两个相对的圆弧形的边缘。

3.根据权利要求2所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述竖置发电片被设置在若干圆周位置上且它们相对圆周的中心对称设置。

4.根据权利要求3所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述夹层室在水平面的投影轮廓包括扇形的两个弧面。

5.根据权利要求4所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述浮力壳体的夹层腔的外壳壁被构造为形成若干对应夹层室的凸起结构。

6.根据权利要求5所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述浮力壳体的夹层室中填充有填充物。

7.根据权利要求6所述的基于物联网的水环境现状监测装置，其特征在于：

所述填充物与所述温差发电片之间设有导热胶层。