CN203204793U - 河水质量监测与报警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种河水质量监测与报警系统，所述系统包括：河水监测站、对河水监测点状况进行实时采样的传感器及远程中心服务站，所述传感器通过有线连接方式与河水监测站连接；所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站。本实用新型提高了河水质量监测与报警系统的预警精度、降低了误报率；同时采用有线的连接方式，提高了系统的稳定性，进一步降低了误报率。采用太阳能电池板给监测点供电，既节约成本又环保。本实用新型还针对每一个传感器对应唯一的逆变器，增加了系统的稳定性，传感器信号与信号之间不会出现相互干扰的情况，使获取的信号安全可靠、准确。

Description

河水质量监测与报警系统

技术领域

本实用新型涉及环境监测领域，尤其涉及一种河水质量监测与报警系统。 

背景技术

河水质量监测与报警是一项系统工程，它包括对河水的质量情况进行实时检测，让监测员实时了解河水质量的变化情况，然后提示监测员针对河水质量出现的问题提供参考的急救措施。河水质量监测与报警的目的在于防治，将灾害程度减小到最低限度。质量有保证的河水必须对其实行以预防为主，预防与质量相结合的有效方法。要有效的预防河水污染，或者超前的治理河水污染，都需要对监测点的河水的质量变化的动态信息进行实时了解，然后根据信息情况作出相应的处理措施，因此需要对监测点的河水进行长期系统的监测，加强河水质量的监测，提高监测的科学性和检测资料的可靠性，一靠增强河水污染意识，二靠投入，三靠科学技术。其中，努力实现监测方法和手段的现代化，是至关重要的。近来年，世界上很多国家都在利用现代化科学技术，加强对河水质量监测和其他地质灾害监测技术、方法和手段的研究。所以，现代化的监测新技术和新方法不断的提高了监测 的准确性和实时性。随着这些新技术、新方法的出现，使实现河水质量监测和报警更加容易，信息更加准确。 

目前，河水质量监测方法总体分为应变监测、气象监测、位移监测和生物监测等几个方面。其中又不断发展出了很多新的监测技术方法以及相应的监测设备和仪器。具体见的河水质量监测的主要方法对比和仪器如下： 

1、生物监测：包括发光细菌法、水蚤法、鱼类法、藻类法和微生物法。 

（1）发光细菌法：基于发光细菌的相对发光度与水样毒性组分总浓度呈显著负相关，因而可通过生物发光光度测计测定水样的相对发光度，以此来表示急性毒性水平。水质急性毒性水平选用相关的参比毒物氯化汞浓度（以mg/L为单位）来表征。 

（2）水蚤法：水蚤作为探测生物，监测水样对水蚤的数量、移动速度、游动高度和环游频率的影响。一起利用摄像和图像分析技术连续监测被测水样对水蚤活性的影响，进而确定毒性的强弱。 

（3）鱼类法：以鱼探测生物。监测水样对鱼游动速度、游动高度、转身活动和环游频率的影响。仪器利用摄像和图像分析技术连续监测被测样品对鱼的活性的影响，进而确定其毒性的强弱。也有很多地方排污口选择养小鱼，如果鱼类死忙则说明有大量毒性物质进入水体。 

（4）藻类法：采用荧光技术在线监测荧光的强度来确定燥的浓度，同时分析不同藻类的浓度，在分析荧光强度的同时设备也能同时 给出总得叶绿素的荧光强度，以及各藻类浓度变化曲线，仪器可把藻类分为绿藻、蓝绿藻、硅藻和棕藻共四类来检测。 

（5）微生物法：采用水样中的微生物作为被检测对象，也可以在外界培养特定的微生物，通过直接测量水中溶解氧来检测生物的呼机状况，从而测定毒性的强弱。 

以上的生物监测方法的优缺点都差不多，只是根据具体河水情况而选用的间接监测对象不一样。这些方法的优点：成本低、很容易实现；缺点：不能及时地监测、受天气影响很大、监测到的信息误差大。 

2、位移监测法：主要包括监控摄像。监控摄像就是在河水监测点安放一定数量的监控器，让监测员每时每刻的观看监控图像，以此来人为的判断该监测点的河水质量情况。该种方法的优点：直观。缺点：人工操作、误差大、监测的数据量小。 

3、应变监测法：就是时时刻刻的监测河水质量的变化情况，然后通过分析数据情况就可以得出该监测点的水质状况。本方法就是利用各种传感器设备。应变监测法的优点：克服了传统的生物法和位移监测法的缺点，信息实时、准确度高、稳定性好、不受天气影响；缺点：成本稍高。 

发明内容

为解决上述中存在的问题与缺陷，本实用新型提供了一种河水质量监测与报警系统。所述技术方案如下： 

一种河水质量监测与报警系统，包括： 

河水监测站、对河水监测点状况进行实时采样的传感器及远程中心服务站，所述传感器通过有线连接方式与河水监测站连接；所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站。 

本实用新型提供的技术方案的有益效果是： 

通过传感器实现对河水监测点的情况进行实时采样，传输提高了河水质量监测与报警系统的数据多样性，提高了河水质量监测与报警系统的预警精度、降低了误报率；同时采用有线的连接方式，提高了系统的稳定性，进一步降低了误报率。采用太阳能电池板给监测点供电，既节约成本又环保。本实用新型还针对每一个传感器对应唯一的逆变器，增加了系统的稳定性，传感器信号与信号之间不会出现相互干扰的情况，使获取的信号安全可靠、准确。 

附图说明

图1是河水质量监测与报警系统结构示意图。 

具体实施方式

为使本实用新型的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型实施方式作进一步地详细描述： 

如图1所示，展示了河水质量监测与报警系统结构，包括：河水监测站、对河水监测点状况进行实时采样的传感器及远程中心服务站，所述传感器通过有线连接方式与河水监测站连接；所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站。 

河水质量监测与报警系统采用遥测主机加上分布式传感探头的参数集总设计方式，本实施例提供的系统主要是通过把采集监测点传感器的信号经过逆变器输出4-20mA的电流信号，再经调理和变换成电压信号，然后交给控制部分分析与处理。所述传感器包括PH传感器、浊度计、温度传感器、电化学溶解氧传感器、硝酸盐密度计、氨氯浓度计及悬浮物浓度计。所述河水监测站设置有主机，该主机包括：太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、无线通信模块、摄像头、声光报警器与防水喇叭。所述传感器通过有线方式连接到监测站上面。虽然前期的工作量会比较大，但是采用有线连接的方式会使系统整体上稳定性加强，外界自然条件对系统的干扰大大降低了，可以确保整个系统稳定可靠的工作。综合考虑采用有线连接方式的利端远远大于弊端。最后选择采用有线连接的方案。系统中设计的远程连接传感器采用4-20mA工业电流环传感器（PH计、浊度计、温度传感器、电化学溶解氧传感器），这些传感器信号调理都集中在系统主机上面，因此不存在长线传输电源掉落导致信号衰减的情况。本系统利用到的传感器都是工业应用中标准的传感器接口，其传输距离大于2000米。 

所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站，其中无线网络包括GPRS/GSM远程无线网络、卫星宽带及ZigBee自组网本地无线网络。GPRS/GSM远程无线网络、卫星宽带及ZigBee自组网本地无线网络双网设计，不仅可与带有ZigBee无线接口的标准地灾传感器实现数据交互，还可将本地监测点的所有监测参数信息实时发送到远程的数据服务站上。 

监测报警系统外挂了如下的传感器设备：温度传感器、防盗振动传感器、声光报警器、摄像头、大功率远程喊话喇叭、变送器等。所有传感器信号经过变送器转变成4-20mA的电流信号，然后再经过主机的调理转变成电压信号，送给控制器处理。考虑到如果所有的传感器同时经过一个逆变器来转换，肯定会造成数据的堵塞，然后就出现监测点水质情况的误报。针对这种情况，本实施了设计了每一传感器设置有相对应的逆变器，实现一对一的转换。 

河水质量监测与报警系统就是实现对监测点河水的质量实现监测和报警的两大功能。首先是河水质量监测功能，就是通过传感器组网中传感器信号的变化来实现对该处河水的监测。传感器信号经过400米传输到主机上面，经过主机上面的对应的逆变器将传感器信号转换成4-20mA的电流信号，此信号再经过电流电压转换电路转换成电压信号，电压信号再经过放大和有源滤波模块。这样最后得到的信号交由控制中心分析和处理，就实现了对监测点的河水质量的监测功能，其次就是报警部分的功能，就是在监测站上面挂上了防盗传感器，当有人正在非法的打开或者破坏监测站的时候，系统就会发出报警声，同时也发送数据信息给远程的监测员。还有就是当河水出现严重污染的时候，监测站的显示屏上面会给人群提示信息（此河水出现问题，请勿饮用）。当河水涨到一定的程度时，报警系统会自动报警，疏散附近的人群和动物。 

主机是通过GPRS/GSM远程无线网络、卫星宽带及ZigBee自组网本地无线网络双网设计和远程监测员通信的。监测点的数据就是通过 这个无线网络与远程服务中心站实现交换的。远程数据中心服务器可以通过此无线网络模块控制监测站。 

本实施例采用ZigBee是因为具有其如下优势： 

低功耗，在低耗电待机模式下，2节5号干电池可支持1个节点工作6～24个月，甚至更长。这是ZigBee的突出优势。相比较，蓝牙可工作数周、WIFI可工作数小时。 

低成本，通过大幅简化协议(不到蓝牙的1/10),降低了对通信控制器的要求，按预测分析,以8051的8位微控制器测算，全功能的主节点需要32KB代码,子功能节点少至4KB代码，而且ZigBee免协议专利费。每块芯片的价格大约为2美元。 

低速率，ZigBee工作在20～250kbps的较低速率,分别提供250kbps(2.4GHz)、40kbps(915MHz)和20kbps(868MHz)的原始数据吞吐率，满足低速率传输数据的应用需求。 

近距离，传输范围一般介于10～100m之间,在增加RF发射功率后，亦可增加到1～3km。这指的是相邻节点间的距离。如果通过路由和节点间通信的接力,传输距离将可以更远。 

短时延，ZigBee的响应速度较快，一般从睡眠转入工作状态只需15ms,节点连接进入网络只需30ms,进一步节省了电能。相比较，蓝牙需要3～10s、WiFi需要3s。 

高容量，ZigBee可采用星状、片状和网状网络结构,由一个主节点管理若干子节点，最多一个主节点可管理254个子节点；同时主节点还可由上一层网络节点管理,最多可组成65000个节点的大网。 

高安全，ZigBee提供了三级安全模式，包括无安全设定、使用接入控制清单(ACL)防止非法获取数据以及采用高级加密标准(AES128)的对称密码,以灵活确定其安全属性。 

远程服务中心站主要是在远程显示河水质量情况和控制监测站。远程服务中心站的功能实现就是依赖于ZigBee的。有了远程服务中心站有利于实时了解河水的水质情况，同时也又利于加强对监测站的保护。 

上述河水质量监测预警系统包含的传感器监测模块设计： 

PH值实时监测：采用标准二线制接口的PH传感器，可工作温度范围为+5℃至+50℃。响应时间为1-60秒、测量范围为0-0.5/2/5/10/20/50ppm、供电电压为12-24V、电解液的使用寿命为1年。该PH传感器安装于监测点处的河水中，将传感器信号实时传输至监测站，经过监测站对信号进行处理，再通过GPRS无线网络发送至远程服务中心站。 

浊度实时监测：采用精度小于2％FS的浊度传感器，可工作温度范围为-25℃-+70℃、响应时间为300秒、测量范围为流通式0-100NTU；投入式0-4000NTU、供电电压为12-24V。该浊读传感器安装在监测点河水中，注意只把探针侵入水中。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。 

温度实时监测：温度监测可动态获取监测点的温度信息，可判断监测点是温度是否异常，并及时排除异常。温度传感器安装于监测站 的内部，可起到防护，防雨等目的。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。温度分辨率：0.1℃；重复性：±0.2℃；精度：±0.2℃；量程范围：-40℃～80℃。 

溶解氧密度实时监测：本系统采用精度为0.5％FS，0.3℃，可工作条件为：环境温度0-60℃，相对湿度＜95％。溶解氧密度传感器安装于河水中企鹅只把探针侵入水中就可以了。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。测量范围：0-20.0mg/L;0-20ppm;0-50℃,温度补偿范围：自动/手动0-50℃，分辨率0.01mg/L、0.1℃，供电范围12-24V。 

硝酸盐密度实时监测：采用工作电压在12-24V的硝酸盐密度计测量监测点河水的硝酸盐的密度。硝酸盐密度计安装于河水中且只把探针侵入水中就可以了。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。 

氨氯浓度实时监测：采用分辨率＜0.1mg/L的氨氯密度传感器。氨氯浓度传感器安装于河水中且只把探针侵入水中就可以了。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。该传感器的检测下线为0.5mg/L,准确度＜1％读数，重现度＜5％读数，响应时间＜6min,环境温度5-40℃，供电电源12-24V，每24个月检查一次。 

悬浮物浓度计：采用准确度为2％的悬浮物浓度计。该类悬浮物浓度计安装于监测点的河水中且只把探针侵入水中就可以了。将产生 的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。悬浮物浓度计的量程为0-100g/L，分辨率为0.01g/L，重现性为1％，环境温度为0-60℃，定时自动清洗功能，工作电压为12-24V。该悬浮物浓度计安装方式为探头为侵入式。 

远程摄像监控：遥测系统配备了高分辨率的摄像头。将摄像头安装在监测站的内部且使用可旋转的摄像头，这样就大大地降低了成本，提高了监测精度。这样的安装方法有利于保护摄像头。将产生的传感器信号传输到监测站，经过监测站对信号进行处理，再经过GPRS无线发送至远程服务中心站。红外夜视功能；图片分辨率可调：≤1280×960；摄像头应该具备自适应功能，即对外界的光线强弱具备一定的适应性，以保证在任何情况下都能获得在该情况下所能获得的最佳质量的图片；具备低功耗工作，在低功耗模式工作电流应小于或等于10mA，正常模式工作电流应小于或等于120mA（不启动红外灯的状态）。 

ZigBee无线自组网功能：遥测主站设计有ZigBee无线自组网功能，可兼容不同厂家具备ZigBee无线接口的地质灾害预警传感器，提高了本系统的兼容性和实用性。 

远程喊话：遥测系统配备了100瓦的防水喇叭，喇叭安装在雨量站的外壳的上方，这样有利于声音的传播。当发生汛情时和河水质量受到严重污染时，可由系统维护人员通过手机直接拨打遥测终端的手机号，使维护人员在任意位置、地点远程喊话，提示监测点附近的人员紧急撤离。 

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。 

Claims (5)

1.河水质量监测与报警系统，其特征在于，所述系统包括：河水监测站、对河水监测点状况进行实时采样的传感器及远程中心服务站，所述传感器通过有线连接方式与河水监测站连接；所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站。 

2.根据权利要求1所述的河水质量监测与报警系统，其特征在于，所述传感器包括PH传感器、浊度计、温度传感器、电化学溶解氧传感器、硝酸盐密度计、氨氯浓度计及悬浮物浓度计。 

3.根据权利要求2所述的河水质量监测与报警系统，其特征在于，所述每一传感器设置有相对应的逆变器。 

4.根据权利要求1所述的河水质量监测与报警系统，其特征在于，所述河水监测站设置有主机，该主机包括：太阳能电池板、蓄电池、充电控制器、无线通信模块、摄像头、声光报警器与防水喇叭。 

5.根据权利要求1所述的河水质量监测与报警系统，其特征在于，所述河水监测站通过无线网络连接于所述远程中心服务站，其中无线网络包括GPRS/GSM远程无线网络、卫星宽带及ZigBee自组网本地无线网络。 

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