CN201562352U - 一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，包括外部壳体、布设在外部壳体上的水文信息检测单元和安装在外部壳体内部的电路板；电路板上设置有与水文信息检测单元相接的控制单元以及与控制单元相接的供电单元和射频单元，控制单元和射频单元间通过数据交互及存储单元进行连接，射频单元与地面基站间以无线通信方式进行双向通信；水文信息检测单元由多个传感器组成且所述多个传感器均与控制单元相接。本实用新型成本低、数据检测及时准确、布设维护方便且使用安全、工作性能可靠、使用寿命长、智能化程度高，能有效解决传统人工水下作业所存在的安全隐患多、采集数据慢且不准确、费时费力等实际问题。

Description

一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置

技术领域

本实用新型属于无线传感器网络应用技术领域，尤其是涉及一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置。

背景技术

我国是一个水域面积比较广阔的国家，充分利用淡水、海水资源，进行必要的经济开发，同时要避免和减小洪涝带来的经济损失，这都需要及时准确地检测水位等水文信息。随着经济的发展，水下养殖、水下打捞、水下探测、水下抢修、水下旅游等水下活动越来越频繁，由于水下情况的未知性使得这些水下活动具有一定的危险性，这都使得安全可靠的采集水下信息成为亟待解决的问题。

传统的水下信息采集方法主要有以下几种方式：其一是手持竹竿人工取样方式，此种方式精度差、操作难度大、劳动强度高，尤其是汛期是危险性高；其二是潜水取样，此种方式在近海作业时采用较为频繁，除存在上述的缺点外，其采集成本高、采样次数少、采集数据不及时且受气候影响大。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题在于针对上述现有技术中的不足，提供一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其成本低、数据检测及时准确、布设维护方便且使用安全、工作性能可靠、使用寿命长、智能化程度高，能有效解决传统人工水下作业所存在的安全隐患多、采集数据慢且不准确、费时费力等实际问题。

为解决上述技术问题，本实用新型采用的技术方案是：一种一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：包括外部壳体、布设在所述外部壳体上的水文信息检测单元和安装在所述外部壳体内部的电路板；所述电路板上设置有与水文信息检测单元相接的控制单元以及分别与控制单元相接的供电单元和射频单元，控制单元和射频单元间通过数据交互及存储单元进行连接，数据交互及存储单元分别与控制单元和射频单元相接，所述射频单元与地面基站间以无线通信方式进行双向通信；所述水文信息检测单元由多个传感器组成且所述多个传感器均与控制单元相接。

所述多个传感器包括对水压信息进行检测的液位传感器、对地形信息进行检测的倾角传感器和对温度信息进行检测的温度传感器。

所述多个传感器为盐度传感器和/或压力传感器。

所述传感器外侧通过密封壳体进行封装且所述传感器封装在所述密封壳体的密封腔内，所述密封壳体包括密封管、密封套装在密封管前部且内部开有走线通道的走线管和密封套装在密封管后部的密封螺帽。

所述密封管前端部与走线管的连接处以及密封管后端部与密封螺帽的连接处均设置有O型密封圈，所述密封管上开有与密封腔相通的灌封口。

所述供电单元包括与控制单元相接的供电电池和与供电电池相接的太阳能充电模块，所述太阳能充电模块设置在太阳能电池板上，且所述太阳能电池板安装在所述外部壳体上。

所述供电电池的数量为两个且两个供电电池均与由控制单元进行控制的电源管理模块相接，所述电源管理模块与控制单元相接。

所述控制单元为双核控制器。

所述温度传感器的数量为多个。

本实用新型与现有技术相比具有以下优点：

1、结构简单、成本低、设计合理且使用操作简便。

2、采用自组织的无线传感器网络，在使用过程中可根据实际情况灵活布设，快速组网，具有布设维护简单、操作安全，运行成本低等优点，有效的解决了传统人工作业所存在的问题，本实用新型在水下活动作业中具有广阔的应用前景。

3、根据应用环境的不同，可增改传感器类型，本装置可扩展性强，适合多种具体环境下的实际应用。

4、数据检测及时准确且数据传输速度快，工作性能可靠。

5、功耗小，整个装置在一套完善的低功耗模式下工作，控制单元和射频单元只有在短暂的检测时间内处于正常工作模式，其余时间处于超低功耗模式并可根据需要切断传感器的供电电源，保证系统以最低的功耗进行工作。正常工作状态和休眠状态之间的切换靠射频唤醒功能来实现。控制单元除根据需求可定期进入超低功耗状态外，还可控制液位传感器、倾角传感器、温度传感器的电源进行间歇式的切断，并可控制射频单元进入休眠低功耗状态，在装置电源由电池提供时，最大程度延长使用寿命。射频单元数据传输模式为实时和定时方式，定时时间可由基站方便设置。

6、通过对供电电池进行扩展，可实现监测节点可长时间“免维护”的功能，同时利用太阳能电池板为电池组补充电量，每天只要满足有两小时的充电时间就可以实现长期的免维护，从而解决了在特别恶劣的工作环境下，更换电池费工、费力、费时等实际问题。同时，由于电池的可浮充次数的限制，为了延长电池的使用寿命，太阳能充电模块的充电对象(多块供电电池)由控制单元进行控制，以两个供电电池即A电池和B电池来进行说明，实际工作时以A电池为优先使用的电池，在A电池的供电电压低于10.5V以后，控制单元将系统供电电源切换至B电池，同时太阳能充电模块对A电池进行充电，当B电池电压低于10.5V以后，再切换至A电池。根据一组电池可以使用的时间，太阳能充电模块只需要在这段时间内把电池充满就可以满足需要，如此便实现了长期免维护的目的。同时，由于水下工作环境恶劣，为减少能耗，延长工作时间，本实用新型采用双单片机控制技术，一片作为值更CPU，一片作为主CPU，分开供电，独立执行各自的功能：其中值更CPU主要完成开关机、测量系统自检、串行通讯、电源监视等功能；主CPU主要完成地址译码、数据检测、数据传输控制等功能。

综上所述，本实用新型成本低、数据检测及时准确、布设维护方便且使用安全、工作性能可靠、使用寿命长、智能化程度高，能有效解决传统人工水下作业所存在的安全隐患多、采集数据慢且不准确、费时费力等实际问题。

下面通过附图和实施例，对本实用新型的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

图1为本实用新型的电路原理框图。

图2为本实用新型密封壳体的结构示意图。

附图标记说明：

1-信息检测单元；1-1-液位传感器；    1-2-倾角传感器；

1-3-温度传感器；2-控制单元；        3-供电单元；

3-1-供电电池；  3-2-太阳能充电模块；4-数据交互及存储单元；

5-射频单元。    6-1-密封腔；        6-2-密封管；

6-3-走线管；    6-4-密封螺帽；      6-5-O型密封圈；

6-6-灌封口。

具体实施方式

如图1所示，本实用新型包括外部壳体、布设在所述外部壳体上的水文信息检测单元1和安装在所述外部壳体内部的电路板。所述电路板上设置有与水文信息检测单元1相接的控制单元2以及分别与控制单元2相接的供电单元3和射频单元5，控制单元2和射频单元5间通过数据交互及存储单元4进行连接，数据交互及存储单元4分别与控制单元2和射频单元5相接，所述射频单元5与地面基站间以无线通信方式进行双向通信。所述水文信息检测单元1由多个传感器组成且所述多个传感器均与控制单元2相接。所述控制单元2为双核控制器。

本实施例中，所述多个传感器包括对水压信息进行检测的液位传感器1-1、对地形信息进行检测的倾角传感器1-2和对温度信息进行检测的温度传感器1-3。实际使用过程中，根据应用环境的不同，增改水文信息检测单元1中所包括传感器的类型和数量，所述多个传感器还可以为盐度传感器和/或压力传感器。当对海洋环境进行监测时，加装盐度传感器；当对水下爆炸压力进行遥测，使用压力传感器。所述温度传感器1-3的数量为多个。

所述供电单元3包括与控制单元2相接的供电电池3-1和与供电电池3-1相接的太阳能充电模块3-2，所述太阳能充电模块3-2设置在太阳能电池板上，且所述太阳能电池板安装在所述外部壳体上。所述供电电池3-1的数量为两个且两个供电电池3-1均与由控制单元2进行控制的电源管理模块相接，所述电源管理模块与控制单元2相接。

结合图2，所述传感器外侧通过密封壳体进行封装且所述传感器封装在所述密封壳体的密封腔6-1内，所述密封壳体包括密封管6-2、密封套装在密封管6-2前部且内部开有走线通道的走线管6-3和密封套装在密封管6-2后部的密封螺帽6-4。所述密封管6-2前端部与走线管6-3的连接处以及密封管6-2后端部与密封螺帽6-4的连接处均设置有O型密封圈6-5，所述密封管6-2上开有与密封腔6-1相通的灌封口6-6。灌封时，通过灌封口6-6向密封腔6-1内注入玻璃胶。

所述控制单元2对液位传感器1-1、倾角传感器1-2和温度传感器1-3的电源开关状态进行控制，保证装置的低功耗特性及运行的灵活性。实际使用时，控制单元2利用A/D接口接收液位传感器1-1和温度传感器1-3的输出检测信息，且利用串行外设接口与倾角传感器1-2进行数据交换，控制单元2相应对所有采集倒的信号进行相应转换处理后得到准确的水位、水下地形和水温信息。

实际使用时，本实用新型利用液位传感器1-1、倾角传感器1-2和温度传感器1-3对水位、水下地形和水温等水下信息进行采集，通过控制单元2对采集数据进行相应的转化处理，实时检测出所在水下位置的水文信息，并通过射频单元5以无线通信方式把数据发送至基站以进行水下信息方面的检测。

以上所述，仅是本实用新型的较佳实施例，并非对本实用新型作任何限制，凡是根据本实用新型技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、变更以及等效结构变化，均仍属于本实用新型技术方案的保护范围内。

Claims (9)

1.一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：包括外部壳体、布设在所述外部壳体上的水文信息检测单元(1)和安装在所述外部壳体内部的电路板；所述电路板上设置有与水文信息检测单元(1)相接的控制单元(2)以及分别与控制单元(2)相接的供电单元(3)和射频单元(5)，控制单元(2)和射频单元(5)间通过数据交互及存储单元(4)进行连接，数据交互及存储单元(4)分别与控制单元(2)和射频单元(5)相接，所述射频单元(5)与地面基站间以无线通信方式进行双向通信；所述水文信息检测单元(1)由多个传感器组成且所述多个传感器均与控制单元(2)相接。

2.按照权利要求1所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述多个传感器包括对水压信息进行检测的液位传感器(1-1)、对地形信息进行检测的倾角传感器(1-2)和对温度信息进行检测的温度传感器(1-3)。

3.按照权利要求1所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述多个传感器为盐度传感器和/或压力传感器。

4.按照权利要求1、2或3所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述传感器外侧通过密封壳体进行封装且所述传感器封装在所述密封壳体的密封腔(6-1)内，所述密封壳体包括密封管(6-2)、密封套装在密封管(6-2)前部且内部开有走线通道的走线管(6-3)和密封套装在密封管(6-2)后部的密封螺帽(6-4)。

5.按照权利要求4所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述密封管(6-2)前端部与走线管(6-3)的连接处以及密封管(6-2)后端部与密封螺帽(6-4)的连接处均设置有O型密封圈(6-5)，所述密封管(6-2)上开有与密封腔(6-1)相通的灌封口(6-6)。

6.按照权利要求1、2或3所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述供电单元(3)包括与控制单元(2)相接的供电电池(3-1)和与供电电池(3-1)相接的太阳能充电模块(3-2)，所述太阳能充电模块(3-2)设置在太阳能电池板上，且所述太阳能电池板安装在所述外部壳体上。

7.按照权利要求6所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述供电电池(3-1)的数量为两个且两个供电电池(3-1)均与由控制单元(2)进行控制的电源管理模块相接，所述电源管理模块与控制单元(2)相接。

8.按照权利要求1、2或3所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述控制单元(2)为双核控制器。

9.按照权利要求2所述的一种可深入水下的环境监测用无线数据采集及传输装置，其特征在于：所述温度传感器(1-3)的数量为多个。

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