CN114428157A - 基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法 - Google Patents

基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法，包括水力发电机、水质采集模块、水流调节模块、云后台处理模块，所述水力发电机用于获取排水口水力的能量，并将水力能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电；所述水质采集模块用于检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；所述云后台处理模块用于根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；所述水流调节模块用于根据云后台处理模块分析的排水策略，实时监控水流速度并控制排水口的水流情况。本发明既利用了排水口的水能转换为电能，又能通过云后台处理模块及时了解城市各个排水口污水排放情况。

Description

基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法
技术领域
本发明涉及水力发电技术领域，特别涉及一种基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法。
背景技术
伴随国家现代化建设的加快，城乡工业园区的排放水质问题愈来愈受到关注。随着城市的规模逐渐扩大，对部分企业乱排放工业污水的监管越发困难，严重破坏城乡环境和居民用水的质量，进而影响着农作物和用水的安全。
常规依靠普通电池供电的水质监控数据传输云系统，存在诸多问题，首先使用周期较短，一般两年左右要集体更换电池，并且对排水口条件适应能力差，当排水口下条件恶劣，电池寿命也会直线下降，信息传输系统受到影响，造成人力、资源的浪费。其次，电池均为一次性电池，不仅浪费资源，还污染环境。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于排水口水力发电的水质监控云系统和云监控方法，对排水口的水质进行实时云监控，自动上报，远程云监控并对排水口处水的排出进行控制。
为了实现上述发明目的，本发明实施例提供了以下技术方案：
基于排水口水力发电的水质监控云系统，包括水力发电机、水质采集模块、水流调节模块、云后台处理模块，其中，
所述水力发电机用于获取排水口水力的能量，并将水力能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电；
所述水质采集模块用于检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；
所述云后台处理模块用于根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；
所述水流调节模块用于根据云后台处理模块分析的排水策略，实时监控水流速度并控制排水口的水流情况。
在上述方案中，所述水力发电机用于获取排水口水力的能量，可以在水轮机上安装霍尔传感器用于测量水流速度，将水力能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电。所述云后台处理模块可以由环保部门控制，用于根据各单位的水质采集模块上传的水质数据，分析和控制水流调节模型，从而掌握和控制城市的污水排水的策略。
更进一步地，所述水力发电机包括水流涡轮发电机、第一卸荷器、第一控制器、第一蓄电池，所述水流涡轮发电机、第一蓄电池分别与第一控制器连接，所述第一卸荷器与第一蓄电池连接；所述水流涡轮发电机将获取的排水口水力的能量通过第一控制器转换为电能后存储在第一蓄电池中，第一卸荷器用于保证第一蓄电池的电能不会过充，第一蓄电池中的电能用于为水质采集模块、水流调节模块供电。
在上述方案，这样既利用可再生能源达到低碳目标，又利用阈值电路控制了乱排放，保护了生态环境。
更进一步地，还包括设置在云后台处理模块所设场景外的风力发电机，所述风力发电机包括风力旋转发电机、第二卸荷器、第二控制器、第二蓄电池，所述风力旋转发电机将获取的风能通过第二控制器转换为电能后存储在第二蓄电池中，第二卸荷器用于保证第二蓄电池的电能不会过充，第二蓄电池中的电能用于为云后台处理模块供电。
在上述方案中，利用云台远程监控对水质数据实时监控，既实时掌握精确的各区域工厂排水口水质的信息，又节约了不断地去实地检查的人力资源。
作为一种可实施方式，所述水质采集模块包括水质分析仪，水质分析仪检测的水质数据包括水中导电率、TDS、pH值、浊度、ORP，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。
作为另一种可实施方式，所述水质采集模块包括电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪，所述电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。
更进一步地，所述无线通信模块为GPRS模块，GPRS模块设置一段定时时间，当水质采集模块检测水质数据达到定时时间后，统一打包水质数据上传至云后台处理模块。
更进一步地，所述水流调节模块包括电动球阀、阈值电路，所述阈值电路根据云后台处理模块分析的排水策略，控制电动球阀对排水口的水流情况。
基于排水口水力发电的水质云监控方法，包括以下步骤：
步骤1，通过水力发电机获取排水口水力的能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电；
步骤2，水质采集模块检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；风力发电机设置在云后台处理模块所设场景外，为云后台处理模块供电；
步骤3，云后台处理模块根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；水流调节模块根据排水策略，实时检测水流速度并控制排水口的水流情况。
更进一步地，所述步骤2中将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块时，设置一段定时时间，当水质采集模块检测水质数据达到定时时间后，统一打包水质数据上传至云后台处理模块，其余时间无限通信模块处于休眠状态。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明利用排水口水力发电，通过水流涡轮发电机对水流调节模块、水质采集模块进行供电，通过水质检测模块对排水口处水质数据进行采集后，利用无线通信模块上传至云后台处理模块进行分析，判断水质是否达标可以排出。利用云台远程监控对水质数据实时监控，既实时掌握精确的各区域工厂排水口水质的信息，又节约了不断地去实地检查的人力资源。利用水力、风力发电提高了系统运行稳定性，通过阈值电路调节电动球阀，一旦水质未达标，则控制电动球阀及时阻断乱排放问题；这样既利用可再生能源达到低碳目标，又利用阈值电路控制了乱排放，保护了生态环境。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍， 应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明系统模块框图；
图2为本发明水力发电机模块框图；
图3为本发明风力发电机模块框图；
图4为本发明阈值电路原理图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本发明的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性，或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
实施例1：
本发明通过下述技术方案实现，基于排水口水力发电的水质监控云系统，请参见图1，包括水力发电机、水质采集模块、水流调节模块、云后台处理模块，所述水力发电机分别与水质采集模块、水流调节模块，用于为水质采集模块、水流调节模块供电，所述水质采集模块分别与云后台处理模块、水流调节模块连接，用于根据云后台处理模块的排水策略控制水流调节模块对排水口的水流情况。
详细来说，请参见图2，所述水力发电机包括水流涡轮发电机、第一卸荷器、第一控制器、第一蓄电池，所述水流涡轮发电机、第一蓄电池分别与第一控制器连接，所述第一卸荷器与第一蓄电池连接；所述水流涡轮发电机将获取的排水口水力的能量通过第一控制器转换为电能后存储在第一蓄电池中，第一卸荷器用于保证第一蓄电池的电能不会过充，第一蓄电池中的电能用于为水质采集模块、水流调节模块供电。
请参见图3，还包括设置在云后台处理模块所设场景外的风力发电机，所述风力发电机包括风力旋转发电机、第二卸荷器、第二控制器、第二蓄电池，所述风力旋转发电机将获取的风能通过第二控制器转换为电能后存储在第二蓄电池中，第二卸荷器用于保证第二蓄电池的电能不会过充，第二蓄电池中的电能用于为云后台处理模块供电。
可见，本方案中水力发电机设置在排水口处利用流水的水能发电为水流调节模块供电，第一蓄电池也不再是一次性使用，利用现有资源进行供电。风力发电机设置在远端的云后台处理模块所处的场景外，比如云后台处理模块设在某楼房内时，风力发电机则可以设置在该楼顶上或高楼边，利用高楼风发电为云后台处理模块供电。
所述水质采集模块用于实时检测排水口处的水质数据，水质数据包括但不限于导电率、TDS、pH值、浊度、ORP，将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理器。云后台处理器根据水质数据分析水质是否达标，如果不达标，则需要及时阻断排水口将水排出。所以云后台处理模块分析出排水策略后又通过无线通信模块发送至水流调节模块，如果水质不达标，则使水流调节模块控制排水口阻断水流排出，防止污染扩大；如果水质达标，则使水流调节模块控制排水口开启水流排除，可正常排水。
所述水流调节模块包括电动球阀、阈值电路，阈值电路接收云后台处理模块通过无线通信模块发送的排水策略，请参见图4为阈值电路原理图，接口RS1、RS2接入信号，经过分析后调节滑动变阻器RV1的阻值，从而控制电动球阀的开启程度。可以通过滑动变阻器RV1的阻值变化，使得电动球阀开启一部分。
作为一种可实施方式，所述水质采集模块包括水质分析仪，水质分析仪检测的水质数据包括水中导电率、TDS、pH值、浊度、ORP，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。所述水质分析仪可以为雷磁公司生产的DGB-480多参数水质分析仪，可以同时检测多种水质参数。还可以是型号为GA-DCS09的多项水质检测箱，也可以同时检测多种水质参数。
作为另一种可实施方式，所述水质采集模块包括电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪，所述电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。其中电导仪可以为雷磁公司的DDSJ-308F电导仪，用于检测水中电解质；TDS检测仪可以为贝尔公司的BTDPOCKET系列TDS仪，用于检测水中溶解性固体；pH检测仪可以为博取公司的PHG-2081D传感器，用于检测水中酸碱度；浊度检测仪可以为中核仪表公司的CN14D-C213浊度仪，用于检测水中浊度；ORP检测仪可以为德立斯曼公司的MD-212ORP检测仪，用于检测水中氧化还原电位。
可见，本方案中所述水质采集模块可以为集成于一体的水质分析仪，可检测多种水质参数；也可以分别使用多种检测仪，分别用于检测单个的水质参数。
更进一步地，所述无线通信模块为GPRS模块，GPRS模块设置一段定时时间，当水质采集模块检测水质数据达到定时时间后，统一打包水质数据上传至云后台处理模块，当GPRS模块没有在上传水质数据时，处于休眠模式，这样可以节约用电。
基于上述系统，本方案还提出一种基于排水口水力发电的水质云监控方法，包括以下步骤：
步骤1，通过水力发电机获取排水口水力的能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电。
步骤2，水质采集模块检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；风力发电机设置在云后台处理模块所设场景外，为云后台处理模块供电。
步骤3，云后台处理模块根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；水流调节模块根据排水策略，控制排水口的水流情况。
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：包括水力发电机、水质采集模块、水流调节模块、云后台处理模块，其中，
所述水力发电机用于获取排水口水力的能量，并将水力能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电；
所述水质采集模块用于检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；
所述云后台处理模块用于根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；
所述水流调节模块用于根据云后台处理模块分析的排水策略，实时监测水流速度并控制排水口的水流情况。
2.根据权利要求1所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：所述水力发电机包括水流涡轮发电机、第一卸荷器、第一控制器、第一蓄电池，所述水流涡轮发电机、第一蓄电池分别与第一控制器连接，所述第一卸荷器与第一蓄电池连接；所述水流涡轮发电机将获取的排水口水力的能量通过第一控制器转换为电能后存储在第一蓄电池中，第一卸荷器用于保证第一蓄电池的电能不会过充，第一蓄电池中的电能用于为水质采集模块、水流调节模块供电。
3.根据权利要求1所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：还包括设置在云后台处理模块所设场景外的风力发电机，所述风力发电机包括风力旋转发电机、第二卸荷器、第二控制器、第二蓄电池，所述风力旋转发电机将获取的风能通过第二控制器转换为电能后存储在第二蓄电池中，第二卸荷器用于保证第二蓄电池的电能不会过充，第二蓄电池中的电能用于为云后台处理模块供电。
4.根据权利要求1所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：所述水质采集模块包括水质分析仪，水质分析仪检测的水质数据包括水中导电率、TDS、pH值、浊度、ORP，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。
5.根据权利要求1所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：所述水质采集模块包括电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪，所述电导仪、TDS检测仪、pH检测仪、浊度检测仪、ORP检测仪检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块。
6.根据权利要求4或5所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：所述无线通信模块为GPRS模块，GPRS模块设置一段定时时间，当水质采集模块检测水质数据达到定时时间后，统一打包水质数据上传至云后台处理模块。
7.根据权利要求1所述的基于排水口水力发电的水质监控云系统，其特征在于：所述水流调节模块包括电动球阀、阈值电路，所述阈值电路根据云后台处理模块分析的排水策略，控制电动球阀对排水口的水流情况。
8.基于排水口水力发电的水质云监控方法，其特征在于：包括以下步骤：
步骤1，通过水力发电机获取排水口水力的能量转换为电能后为水质采集模块、水流调节模块供电；
步骤2，水质采集模块检测排水口处的水质数据，并将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块；风力发电机设置在云后台处理模块所设场景外，为云后台处理模块供电；
步骤3，云后台处理模块根据水质采集模块上传的水质数据，分析控制水流调节模块排水的策略；水流调节模块根据排水策略，实时监测水流速度并控制排水口的水流情况。
9.根据权利要求8所述的基于排水口水力发电的水质云监控方法，其特征在于：所述步骤2中将检测的水质数据通过无线通信模块上传至云后台处理模块时，设置一段定时时间，当水质采集模块检测水质数据达到定时时间后，统一打包水质数据上传至云后台处理模块。
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