CN204882535U - 一种智能多参数监测浮标装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种智能多参数监测浮标装置，包括用于将整个所述浮标装置浮于水面上的浮标设备、用于对水质进行监测的水质监测设备、用于实现水质监测设备与岸基主站端的数据传输及定位的通讯设备和提供电力的供电设备；本实用新型采用嵌入式、低功耗设计，减小仪表舱和浮标整体体积；采用智能运行模式，实现水质定时、连续或指定监测；采用智能电量管理，实现太阳能供电系统有效运行；采用多种模式、互为备用的通讯模式，提高数据实时性，降低失去联系的风险；采用带自清洗装置的传感器，综合多种信息进行智能分析判断，最大限度降低现场维护量；通过电、声、光等多种方式，对浮标进行综合保护，降低和预防海洋环境、渔业活动等对浮标造成安全影响。

Description

一种智能多参数监测浮标装置

技术领域

本实用新型主要涉及水质监测技术领域，具体涉及一种智能多参数监测浮标装置。

背景技术

沿海水池养殖和近海养殖除了受到海洋气候导致的水质变化影响外，也日渐受到由沿海工农业发展产生的排放物的影响，环境或人为因素引起的水质变化可能导致养殖经济物种的大量死亡或减产，从而造成严重损失；目前对水质的监测采用工控机等相对通用型设备，该工控机设备存在集成度低、耗电量大、体积大、成本高的缺点，且还存在信息传输方式单一、数据传输有效性、可靠性不高、维护量大、维护成本高、保护措施不完备的缺点；

相对于工控机设备，小型在线多参数监测浮漂适合于这种近距离、浅海环境，采用小功率太阳能供电，在线监测多个水质参数，并通过无线方式向岸基站端传送数据。此应用采用的技术都相对成熟，易于实施。相关的技术同样应用于水源地、污水排放地的水质监测。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是提供一种智能多参数监测浮标装置，具有低功耗设计的嵌入式结构、可靠的无线通讯设计、降低了维护成本以及具有完备的保护和信号措施。

本实用新型解决上述技术问题的技术方案如下：一种智能多参数监测浮标装置，包括用于将整个所述浮标装置浮于水面上的浮标设备、用于对水质进行监测的水质监测设备、用于实现水质监测设备与岸基主站端的数据传输及定位的通讯设备和用于为整个浮标装置提供电力的供电设备；

所述浮标设备包括浮标本体、上支架和下支架，所述浮标本体为密封的圆柱型结构，其上端圆面和下端圆面分别设有所述上支架和下支架，所述上支架的上端设有顶部平台；所述浮标设备的上端圆面的中心处设有仪表舱，所述仪表舱为中空的盒体结构，所述仪表舱上端的舱盖上设有多个倒J型呼吸管，所述倒J型呼吸管竖直端与所述仪表舱的内部连通；浮标本体、下支架、上支架通过金属部分可靠连接，形成一个等电位体；所述上支架用于安装、承载仪表舱外的非水下设备，所述下支架用于安装、承载仪表舱外的水下设备，同时具有防止水下物体撞击传感器组、在陆上进行支撑浮标本体的作用；

所述水质监测设备包括监测仪表和传感器组，所述监测仪表安装在所述仪表舱的内部，所述传感器组安装在所述下支架上，所述传感器组通过引线经所述倒J型呼吸管穿入所述仪表舱内与监测仪表连接，和传感器组连接进行水质各项参数(溶解氧、pH值、盐度、温度和氨氮)的在线测量，并通过通讯设备与岸基主站端进行通讯；

所述通讯设备包括通讯部件、天线组、用于监测水面环境的水上摄像头和用于监测水下环境的水下摄像头，所述通讯部件为密封结构，所述通讯部件安装在所述仪表舱的内部，所述天线组和水上摄像头设置在所述顶部平台上，距吃水面至少约2米，所述水上摄像头设置在所述下支架的底端且靠近于所述传感器组，所述天线组、水上摄像头和水下摄像头分别通过引线经所述倒J型呼吸管穿入所述仪表舱内与通讯部件连接；通讯设备除通讯功能外，还完成以下功能：监测仪表舱内的温、湿度；监视太阳能供电部分的供电情况；

所述供电设备包括太阳能电池板、蓄电池和电源控制器，所述太阳能电池板倾斜的安装在所述上支架的中部外侧并水平延伸展开，太阳能电池板呈对称展开状朝向天空方向，所述蓄电池和电源控制器均安装在所述仪表舱的内部，所述蓄电池和电源控制器通过导线电连接，所述太阳能电池板通过引线经所述倒J型呼吸管穿入所述仪表舱内与电源控制器连接，并通过电源控制器给蓄电池充电，所述电源控制器通过导线与所述监测仪表和通讯部件电连接向其供电。

本实用新型的有益效果是：1)低功耗设计的嵌入式结构：采用嵌入式、低功耗设计，减小仪表舱和浮标整体体积，降低成本；采用智能运行模式，实现水质定时、连续或指定监测；采用智能电量管理，实现太阳能供电系统有效运行，延长电池寿命；2)可靠的无线通讯设计：采用多种模式、互为备用的通讯模式，实现经济、可靠运行，提高数据实时性，降低失去联系的风险；3)降低维护成本：按功能进行分布独立设计，降低单一故障导致的相互影响；采用带自清洗装置的传感器，综合多种信息进行智能分析判断，最大限度降低现场维护量；4)完备的保护和信号措施：通过电、声、光等多种方式，对浮标进行综合保护，降低和预防海洋环境、渔业活动等对浮标造成安全影响。

在上述技术方案的基础上，本实用新型还可以做如下改进。

进一步，还包括用于防止浮标装置受到损坏的保护信号设备，所述保护信号设备包括避雷器、信号灯、雷达反射器和反光带，所述避雷器安装在所述上支架的顶端，其尖顶为整个装置最高处，由此避雷器和整个浮标装置的金属部分连为一体，与海水形成雷击泄放通道，所述信号灯安装在所述上支架的顶部平台上，其通过电线经所述倒J型呼吸管穿入所述仪表舱内与电源控制器连接进行取电，信号灯可光敏控制，在夜间闪烁自动工作，防止渔船撞击；所述雷达反射器位于所述避雷器的下方并连接在所述上支架的中空部，其用于反射渔船发出雷达信号在雾天防止渔船撞击；所述反光带附着在所述浮标本体外表面的上端和下端，可反射渔船发出的灯光。

进一步，还包括锚和浮球，所述锚通过锁链悬挂在所述浮标本体的下端圆面的下方；所述浮球通过绳索连接在所述锁链上。

进一步，所述通讯部件包括用于实现水质监测设备与岸基主站端数据传输的GPRS/CDMA通讯模块和数字远传模块，还包括用于定位浮标装置的GPS/北斗双模模块。

进一步，所述浮标本体的外表面上涂有用于防水中生物附着在浮标本体上的涂料，具体可选用颜色鲜艳的无毒防生物附着涂料，还可起到警示效果。

进一步，所述浮标本体上还设有多个用于固定引线的穿线管，所述穿线管上下贯穿所述浮标本体，安装在浮标本体下部设备的引线或连接线穿过穿线管并经过倒J型呼吸管进入仪表舱。

进一步，所述监测仪表上设有用于现场维护的可触摸屏。

采用上述进一步方案的有益效果是：方便操作，利于现场操作、维护。

进一步，还包括可发出特殊频率声音进行驱鸟的喇叭设备，所述喇叭设备设置在所述上支架上。

进一步，所述水质监测设备、通讯设备和供电设备之间的连接均采用防水连接。

采用上述进一步方案的有益效果是：提供本装置的使用寿命和可靠性。

附图说明

图1为本实用新型监测浮标装置的结构示意图；

图2为本实用新型上支架的俯视图；

图3为本实用新型下支架的仰视图；

图4为本实用新型仪表舱的俯视图。

附图中，各标记所代表的部件名称如下：

1、浮标本体,2、下支架,3、上支架,4、锁链，5、绳索，6、锚，7、浮球，8、仪表舱，9、穿线管，10、舱盖，11、倒J型呼吸管，12、监测仪表，13、传感器组，14、通讯部件，15、天线组，16、太阳能电池板，17、蓄电池，18、电源控制器，19、避雷器，20、信号灯，21、雷达反射器，22、反光带，23、水上摄像头，24、水下摄像头，301、顶部平台。

具体实施方式

以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。

如图1所示，一种智能多参数监测浮标装置，包括用于将整个所述浮标装置浮于水面上的浮标设备、用于对水质进行监测的水质监测设备、用于实现水质监测设备与岸基主站端的数据传输及定位的通讯设备和用于为整个浮标装置提供电力的供电设备；

所述浮标设备包括浮标本体1、上支架3和下支架2，所述浮标本体1为密封的圆柱型结构，其上端圆面和下端圆面分别设有所述上支架3和下支架2，所述上支架3的上端设有顶部平台301；所述顶部平台301使用金属材质制成；所述浮标设备的上端圆面的中心处设有仪表舱8，所述仪表舱8为中空的盒体结构，所述仪表舱8上端的舱盖10上设有多个倒J型呼吸管11，所述倒J型呼吸管11竖直端与所述仪表舱8的内部连通；浮标本体1、下支架2、上支架3通过金属部分可靠连接，形成一个等电位体；所述上支架3用于安装、承载仪表舱外8的非水下设备，所述下支架2用于安装、承载仪表舱8外的水下设备，同时具有防止水下物体撞击传感器组13、在陆上进行支撑浮标本体1的作用；

如图2所示，所述水质监测设备包括监测仪表12和传感器组13，共同完成浮标所在水体的在线水质多参数测量，所述监测仪表12安装在所述仪表舱8的内部，所述传感器组13安装在所述下支架2上，所述传感器组13通过引线经所述倒J型呼吸管11穿入所述仪表舱8内与监测仪表12连接，和传感器组13连接进行水质各项参数(溶解氧、pH值、盐度、温度和氨氮)的在线测量，并通过通讯设备与岸基主站端进行通讯；所述监测仪表12的测量采用定时和强制结合工作方式：在正常测量时，每隔固定时间(如15-30分钟)测量一次，数据通过通讯模块发往岸基主站，同时，岸基主站可发出命令强制监测仪表12进行连续测量和上报数据。两种方式相结合，可达到满足测量要求并减小能耗的需求。传感器均采用带有自清洗功能的电极，并涂有防生物附着的无毒涂料，能够实现自动清洗或控制清洗。

如图2-4所示，所述通讯设备包括通讯部件14、天线组15、用于监测水面环境的水上摄像头23和用于监测水下环境的水下摄像头24，所述通讯部件14为密封结构，所述通讯部件14安装在所述仪表舱8的内部，所述天线组15和水上摄像头23设置在所述顶部平台301上，距吃水面至少约2米，所述水上摄像头23设置在所述下支架2的底端且靠近于所述传感器组13，所述天线组15、水上摄像头23和水下摄像头24分别通过引线经所述倒J型呼吸管11穿入所述仪表舱8内与通讯部件14连接；通讯设备除通讯功能外，还完成以下功能：监测仪表舱8内的温、湿度；监视太阳能供电部分的供电情况；

如图4所示，所述供电设备包括太阳能电池板16、蓄电池17和电源控制器18，所述太阳能电池板16稍微倾斜的安装在所述上支架3的中部靠外侧的支架上，并且太阳能电池板水平延伸展开，太阳能电池板16呈对称展开状朝向天空方向，所述蓄电池17和电源控制器18均安装在所述仪表舱8的内部，所述蓄电池17和电源控制器18通过导线电连接，所述太阳能电池板16通过引线经所述倒J型呼吸管11穿入所述仪表舱8内与电源控制器18连接，并通过电源控制器18给蓄电池17充电，所述电源控制器18通过导线与所述监测仪表12和通讯部件14电连接向其供电，供电部分需保证至少三天无日照天气条件下的供电需求，一般蓄电池17容量不低于60Ah，太阳能电池板16功率不低于40W。

优选，还包括用于防止浮标装置受到损坏的保护信号设备，所述保护信号设备包括避雷器19、信号灯20、雷达反射器21和反光带22，所述避雷器19安装在所述上支架3的顶端，其尖顶为整个装置最高处，由此避雷器和整个浮标装置的金属部分连为一体，与海水形成雷击泄放通道，所述信号灯20安装在所述上支架3的顶部平台301上，其通过电线经所述倒J型呼吸管11穿入所述仪表舱8内与电源控制器18连接进行取电，信号灯可光敏控制，在夜间闪烁自动工作，防止渔船撞击；所述雷达反射器21位于所述避雷器19的下方并连接在所述上支架3的中空部，其用于反射渔船发出雷达信号在雾天防止渔船撞击；所述反光带22附着在所述浮标本体1外表面的上端和下端，可反射渔船发出的灯光。

如图1所示，还包括锚6和浮球7，所述锚6通过锁链4悬挂在所述浮标本体1的下端圆面的下方；所述浮球7通过绳索5连接在所述锁链4上。

优选，所述通讯部件14包括用于实现水质监测设备与岸基主站端数据传输的GPRS/CDMA通讯模块和数字远传模块，还包括用于定位浮标装置的GPS/北斗双模模块。通讯模块14实现监测仪表12监测参数数据的发送，及接收岸基主站命令的功能。根据需求，可以采用单独的GPRS/CDMA单一模式，或单独的数字远传模块，或二者结合的备用模式。两种模式均可独立开启和关闭。在备用模式下，如果主模式通信失效，则尝试备用通信模式。正常以GPRS/CDMA模式为主，数字远传模块为备用，如果通讯模块14发现和主站之间的通信中断持续一段时间后，关闭GPRS/CDMA模式，开启数字远传模并尝试和岸基主站连接，如果连接上就切换到以数字远传模式为主模式，GPRS/CDMA模式为备用。通信数据均进行加密。这样既保证了通讯的安全性、可靠性，也降低了通讯模块的功耗。通讯模块14需要获取地理位置及速度信息时，开启GPS/北斗双模模块，解码后关闭模块。通讯模块14需要获得水上图像时，开启水上摄像头23，拍摄低像素静止照片后，关闭水上摄像头23。通讯模块14需要获得水下图像时，开启水下摄像头24，拍摄低像素静止照片后，关闭水上摄像头24。通讯模块14正常工作时，GPS/北斗双模模块、水上摄像头23和水下摄像头24均关闭，在岸基主站端发出相关指令后，开启相关模块，获得信息并通过无线传输发送到主站端，然后关闭相关模块。这样可以实现事故取证，以及浮标位置异动后的定位找寻，同时对传感器的拍照结合监测数据分析可以判断是否需要对传感器进行维护。通过水上拍照，可以判断是否有鸟类攀附，并通过喇叭发出特殊频率的声波来进行驱鸟。通讯模块14还对仪表舱8内的温/湿度、太阳能供电系统电压进行连续监测，根据供电系统电量选择不同的功耗运行策略以实现经济运行，并在仓内进水、供电系统故障的灾难性情况下通过通信向岸基主站进行告警。

优选，所述浮标本体1的外表面上涂有用于防水中生物附着在浮标本体1上的涂料，具体可选用颜色鲜艳的无毒防生物附着涂料，还可起到警示效果。

优选，所述浮标本体1上还设有多个用于固定引线的穿线管9，所述穿线管9上下贯穿所述浮标本体1，安装在浮标本体下部设备的引线或连接线穿过穿线管9并经过倒J型呼吸管11进入仪表舱8。具体可采用金属材质制成的穿线管。

优选，所述监测仪表12上设有用于现场维护的可触摸屏。现场维护时，由人工开启触摸屏供电电源，进行监测仪表12和传感器组13的维护，维护结束后，人工关闭触摸屏电源。监测仪表12留有维护用串行接口，现场维护时，可用平板电脑、笔记本或外部触摸屏进行连接维护。这样既保证了维护的方便性，也不增加正常运行的功耗。

优选，还包括可发出特殊频率声音进行驱鸟的喇叭设备，所述喇叭设备设置在所述上支架3上。

优选，所述水质监测设备、通讯设备和供电设备之间的连接均采用防水连接。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例，并不用以限制本实用新型，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 (9)

1.一种智能多参数监测浮标装置，其特征在于，包括用于将整个所述浮标装置浮于水面上的浮标设备、用于对水质进行监测的水质监测设备、用于实现水质监测设备与岸基主站端的数据传输及定位的通讯设备和用于为整个浮标装置提供电力的供电设备；

所述浮标设备包括浮标本体(1)、上支架(3)和下支架(2)，所述浮标本体(1)为密封的圆柱型结构，其上端圆面和下端圆面分别设有所述上支架(3)和下支架(2)，所述上支架(3)的上端设有顶部平台(301)；所述浮标设备的上端圆面的中心处设有仪表舱(8)，所述仪表舱(8)为中空的盒体结构，所述仪表舱(8)上端的舱盖(10)上设有多个倒J型呼吸管(11)，所述倒J型呼吸管(11)竖直端与所述仪表舱(8)的内部连通；

所述水质监测设备包括监测仪表(12)和传感器组(13)，所述监测仪表(12)安装在所述仪表舱(8)的内部，所述传感器组(13)安装在所述下支架(2)上，所述传感器组(13)通过引线经所述倒J型呼吸管(11)穿入所述仪表舱(8)内与监测仪表(12)连接；

所述通讯设备包括通讯部件(14)、天线组(15)、用于监测水面环境的水上摄像头(23)和用于监测水下环境的水下摄像头(24)，所述通讯部件(14)安装在所述仪表舱(8)的内部，所述天线组(15)和水上摄像头(23)设置在所述顶部平台(301)上，所述水上摄像头(23)设置在所述下支架(2)的底端且靠近于所述传感器组(13)，所述天线组(15)、水上摄像头(23)和水下摄像头(24)分别通过引线经所述倒J型呼吸管(11)穿入所述仪表舱(8)内与通讯部件(14)连接；

所述供电设备包括太阳能电池板(16)、蓄电池(17)和电源控制器(18)，所述太阳能电池板(16)倾斜的安装在所述上支架(3)的中部外侧并水平延伸，所述蓄电池(17)和电源控制器(18)均安装在所述仪表舱(8)的内部，所述蓄电池(17)和电源控制器(18)通过导线电连接，所述太阳能电池板(16)通过引线经所述倒J型呼吸管(11)穿入所述仪表舱(8)内与电源控制器(18)连接，并通过电源控制器(18)给蓄电池(17)充电，所述电源控制器(18)通过导线与所述监测仪表(12)和通讯部件(14)电连接向其供电。

2.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，还包括用于防止浮标装置受到损坏的保护信号设备，所述保护信号设备包括避雷器(19)、信号灯(20)、雷达反射器(21)和反光带(22)，所述避雷器(19)安装在所述上支架(3)的顶端，所述信号灯(20)安装在所述上支架(3)的顶部平台(301)上，其通过电线经所述倒J型呼吸管(11)穿入所述仪表舱(8)内与电源控制器(18)连接进行取电；所述雷达反射器(21)位于所述避雷器(19)的下方并连接在所述上支架(3)的中空部；所述反光带(22)附着在所述浮标本体(1)外表面的上端和下端。

3.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，还包括锚(6)和浮球(7)，所述锚(6)通过锁链(4)悬挂在所述浮标本体(1)的下端圆面的下方；所述浮球(7)通过绳索(5)连接在所述锁链(4)上。

4.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，所述通讯部件(14)包括用于实现水质监测设备与岸基主站端数据传输的GPRS/CDMA通讯模块和数字远传模块，还包括用于定位浮标装置的GPS/北斗双模模块。

5.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，所述浮标本体(1)的外表面上涂有用于防水中生物附着在浮标本体(1)上的涂料。

6.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，所述浮标本体(1)上还设有多个用于固定引线的穿线管(9)，所述穿线管(9)上下贯穿所述浮标本体(1)。

7.根据权利要求1所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，所述监测仪表(12)上设有可触摸屏。

8.根据权利要求1至7任一项所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，还包括可发出特殊频率声音进行驱鸟的喇叭设备，所述喇叭设备设置在所述上支架(3)上。

9.根据权利要求1至7任一项所述的智能多参数监测浮标装置，其特征在于，所述水质监测设备、通讯设备和供电设备之间的连接均采用防水连接。