CN207557250U - 土壤重金属污染监控预警系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及土壤重金属污染监控预警系统，包括：用于提供电源的光能供电模块、获取位置信息的定位系统模块、以及依次连接的检测土壤PH值信号的土壤PH传感器、数据采集控制模块、数据存储传输模块、智能监测终端，以及土壤水分传感器；智能监测终端对接收的土壤PH值信号、土壤水分含量和位置信息进行监测获取当前位置的土壤PH值、水分含量信息并超限预警。本实用新型通过对土壤环境的pH值与水分含量的监测，从而实现对土壤重金属污染风险的监测与预报，提供一种简便、快捷的在线监测系统。并且成本低廉、维护方便、功耗低、操作简便，能够进行远程传输与控制，数据采集准确翔实，可对土壤环境重金属污染进行远程自动监测与预报。

Description

土壤重金属污染监控预警系统

技术领域

本实用新型涉及土壤重金属污染检测技术领域，具体的说是一种土壤重金属污染监控预警系统。

背景技术

土壤不仅是人类生存和发展的物质依靠，也是生态系统最基础的物质基础。近几十年来，随着我国社会经济快速发展，大量的废弃物甚至是有毒有害物质通过各种排放途径渗入土壤环境中，破坏土壤结构及功能，使土壤污染日益严重，造成生态系统的恶化。

重金属污染是土壤环境污染最典型的一种。当重金属进入土壤后，经过其它的相关介质开始传输，然后经过各种渠道进入到人体中，会造成一系列危害。但由于土壤重金属污染存在范围广、时间长、不易降解，且可以通过食物链进行富集等特点，土壤重金属防治已成为难点问题。

土壤重金属污染监控与预警系统能够通过土壤溶液pH值及土壤水分含量，预测重金属粒子在土壤溶液中的运动趋向，从而对受重金属污染土壤的风险作出监测与预警，进而为土壤重金属污染管控提供技术支持。

系统针对有色金属尾矿库、污灌区重金属污染土地风险的监控与预警成本高、周期长、取样困难等特点，能够通过在线监测受污染土壤的pH值、土壤水分含量，从而综合评定重金属粒子在土壤溶液中移动的趋势，且支持监测行为的定位、定时等信息，为土壤环境重金属污染风险防控和环境管理提供技术基础。

实用新型内容

针对现有技术中的上述不足，本实用新型提供了是提供一种节能、自动、省时、高效的土壤重金属污染监控预警系统。

本实用新型为实现上述目的所采用的技术方案是：土壤重金属污染监控预警系统，包括光能供电模块、土壤PH传感器、土壤水分传感器、定位系统模块、数据采集控制模块、数据存储传输模块、智能监测终端；所述土壤PH传感器、数据采集控制模块、数据存储传输模块、智能监测终端依次连接；所述数据采集控制模块还分别连接土壤水分传感器、定位系统模块；所述光能供电模块分别连接土壤PH传感器、土壤水分传感器、定位系统模块、数据采集控制模块、数据存储传输模块用于提供电源；所述土壤PH传感器实时监测土壤PH值信号；所述土壤水分传感器实时监测土壤水分含量信号；所述定位系统模块实时获取位置信息；所述土壤PH值信号、水分含量信号和位置信息经过数据采集控制模块的采集、数据存储传输模块存储并传输给智能监测终端；所述智能监测终端根据位置信息定位当前检测位置，将接收的土壤PH值信号、水分含量信号与阈值比较并预警。

所述光能供电模块包括：太阳能发电单元和蓄电单元，太阳能发电单元将太阳能转变为电能并输出给蓄电单元进行存储。

所述光能供电模块还包括电压转换器，用于将外部220V电源转换成需要的电压。

所述土壤PH传感器通过内部PH电极采集土壤PH值信号并通过放大器放大，再通过RS-232或RS-485接口输出给数据采集控制模块。

所述土壤水分传感器包括不锈钢探针和其外部的防水探头，土壤水分传感器可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。

所述数据采集控制模块包括多路开关、RS485接口、RS 232接口，能进行 6路开关量输出和8路直流采样，支持MODBUS规约。

所述数据存储传输模块内部包括CPU单元和信息收发单元，CPU单元根据智能监测终端输入的时间间隔对数据进行存储，所述信息收发单元为包括有线传输单元和无线传输单元。

所述有线传输单元包括RS485通信接口、RS232通信接口；所述无线传输单元包括GPRS无线通信单元、蓝牙通信单元、wifi通信单元。

所述智能监测终端内部包括掉线自动恢复的看门狗、模拟信号采集接口、开关量采集接口、脉冲信号输入接口、继电器控制输出接口；支持短信数据传输或GPRS实时在线传输方式。

所述智能监测终端为手持式终端机或加载智能监测软件的计算机或远程测控终RTU、可编程逻辑控制器PLC、工控机。

本实用新型具有以下有益效果及优点：

通过在线监测土壤pH值和土壤水分含量，进而通过智能监测终端内嵌的土壤重金属离子风险预测软件，提供重金属污染风险预警。系统采用小型光电供电模块，可以在无人值守的情况下，采用短消息进行数据传输具有费用低廉，通讯距离不受限制。因此，本实用新型在土壤重金属风险防控过程中具有广阔的应用前景。

附图说明

图1为本实用新型系统结构示意图；

图2为本实用新型土壤PH传感器电路图；

图3为本实用新型土壤水分传感器电路图；

图中，1为光能供电模块，2为土壤PH传感器，3为土壤水分传感器，4为定位系统模块，5为数据采集控制模块，6为数据存储传输模块，7智能监测终端。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本实用新型做进一步的详细说明。

参照图1，本实用新型系统结构示意图，光能供电模块1为整个监测系统提供储备电源，而土壤pH传感器2、土壤水分传感器3、全球定位系统模块4均与数据采集控制模块5相连接，在线实时采集目标土壤pH值信号、土壤水分含量信号和位置信息，并将上述信号和数据信息传递给数据采集控制模块5，数据采集控制模块5将数据信息传递给相连接的数据存储传输模块6，数据存储传输模块6将数据信息存储并通过无线收发系统，将其发送至智能监测终端7。当土壤pH值与土壤水分含量达到某一阈值时，智能监测终端7发出预警信息。

所述光能供电模块1包括太阳能发电单元和蓄电单元，太阳能发电单元将太阳能转变为电能并输出给蓄电单元进行存储。

参照图2，本实用新型中涉及的土壤PH传感器2通过pH探头检测到的土壤溶液中氢离子带电荷数量的电信号，再通过依次连接的单路微功耗运算放大器U1、单路微功耗运算放大器U2对氢离子带电荷数量的电信号进行放大，最后输出放大后的目标土壤pH值信号给数据采集控制模块5实时监测土壤pH值。

参照图3，本实用新型中涉及的土壤水分传感器3通过环形的ADG785振荡电路向土壤介质中发射出固定振荡高频率的电磁波，高频电磁波经内部传输电路传递到ADC-A0探针，由于探针阻抗和土壤阻抗不匹配，一部分信号通过单杆多节式传感器MA1033反射回来的，被检测电路检测出来，放大成为土壤水分含量信号，从而并将相关数据信息传送给数据采集控制模块5实时监测土壤水分变化。

全球定位系统模块4用于实时获取位置信息。

本实用新型所述数据采集控制模块5采用基于MODBUS规约的通用 DMG-1数据采集控制模块，该通用模块具有6路开关量输出，可以作为遥控、跳闸或者告警；6路开关量输入，也可以作为脉冲量输入；同时直流模拟量输入(8路/模块)；输入信号：0-5V或0-20mA或4-20mA；1个标准485通信口，1个RS485/232接口，支持MODBUS或其它规约，扩展更容易。

数据存储传输模块6采用MSG-1数据存储传输模块，通过此模块，可设置数据存储的时间间隔；高效的传输效率，支持直连传输和无线传输；可同时与4 个采集控制模块相连，节约工程成本；具备3路通信口，1个标准485通信口， 1个RS485/232通信口，1个USB通信口；支持7.5VDC-36VDC的供电电源，标准配置24VDC或12VDC；贴片安装，无外部总线，可靠性高，抗干扰能力强；卡式导轨或螺丝固定，现场安装更加便。无线传输采用MG601远程无线传输模块，可以快速与远程测控终端RTU、可编程逻辑控制器PLC、工控机等设备相连，通过GPRS无线网络将数据信息传输到Internet中某一主机等监测终端上，实现数据远程透明传输。

智能监测终端7实时获取位置信息；根据土壤pH值信号的大小与阈值比较判断土壤溶液的酸碱度高低，从而对土壤pH值进行实时监测；根据土壤水分含量信号的大小与阈值比较判断土壤含水量是否需要预警，对土壤墒情进行定点监测和在线测量。智能监测终端7采集传输控制一体化，采用超低功耗高性能的嵌入式处理器，数据采样精度小于2‰；可以是装载相关控制监测程序的计算机；该程序的用户可以编程的量程转换和报警上下限设定；内设工业时钟，精确记时；自动定时上报和事件触发上报功能；数据自动记录，支持历史数据检索；配备多种接口资源；可配合监控中心及手机远程控制现场设备；提供用户设置软件，开放式接口，方便与组太软件及其他软件连接，可向用户设定的手机发送短信报警信息；数据自动记录，支持历史数据检索；板载工业级 GSM/GPRS通信模块，方便用户选择GSM/GPRS组网方式。

Claims (7)

1.土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，包括光能供电模块(1)、土壤PH传感器(2)、土壤水分传感器(3)、定位系统模块(4)、数据采集控制模块(5)、数据存储传输模块(6)、智能监测终端(7)；所述土壤PH传感器(2)、数据采集控制模块(5)、数据存储传输模块(6)、智能监测终端(7)依次连接；所述数据采集控制模块(5)还分别连接土壤水分传感器(3)、定位系统模块(4)；所述光能供电模块(1)分别连接土壤PH传感器(2)、土壤水分传感器(3)、定位系统模块(4)、数据采集控制模块(5)、数据存储传输模块(6)用于提供电源；所述土壤PH传感器(2)实时监测土壤PH值信号；所述土壤水分传感器(3)实时监测土壤水分含量信号；所述定位系统模块(4)实时获取位置信息；所述土壤PH值信号、水分含量信号和位置信息经过数据采集控制模块(5)的采集、数据存储传输模块(6)存储并传输给智能监测终端(7)；所述智能监测终端(7)根据位置信息定位当前检测位置，将接收的土壤PH值信号、水分含量信号与阈值比较并预警；

所述光能供电模块(1)包括：太阳能发电单元和蓄电单元，太阳能发电单元将太阳能转变为电能并输出给蓄电单元进行存储；所述光能供电模块(1)还包括电压转换器，用于将外部220V电源转换成需要的电压；

所述土壤PH传感器(2)通过内部PH电极采集土壤PH值信号并通过放大器放大，再通过RS-232或RS-485接口输出给数据采集控制模块(5)。

2.按照权利要求1所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述土壤水分传感器(3)包括不锈钢探针和其外部的防水探头，土壤水分传感器(3)可长期埋设于土壤和堤坝内使用，对表层和深层土壤进行墒情的定点监测和在线测量。

3.按照权利要求1所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述数据采集控制模块(5)包括多路开关、RS485接口、RS 232接口，能进行6路开关量输出和8路直流采样，支持MODBUS规约。

4.按照权利要求1所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述数据存储传输模块(6)内部包括CPU单元和信息收发单元，CPU单元根据智能监测终端(7)输入的时间间隔对数据进行存储，所述信息收发单元为包括有线传输单元和无线传输单元。

5.按照权利要求4所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述有线传输单元包括RS485通信接口、RS232通信接口；所述无线传输单元包括GPRS无线通信单元、蓝牙通信单元、wifi通信单元。

6.按照权利要求1所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述智能监测终端(7)内部包括掉线自动恢复的看门狗、模拟信号采集接口、开关量采集接口、脉冲信号输入接口、继电器控制输出接口；支持短信数据传输或GPRS实时在线传输方式。

7.按照权利要求6所述土壤重金属污染监控预警系统，其特征在于，所述智能监测终端(7)为手持式终端机或加载智能监测软件的计算机或远程测控终RTU、可编程逻辑控制器PLC、工控机。