CN211826014U - 一种水环境在线监测设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种水环境在线监测设备，包括机架，机架的上部设置有太阳能板，机架的下部设置有浮体和传感器，其特征在于，所述太阳能板的下方且浮体上方设置有防水盒，防水盒内设置有太阳能电压转换器、蓄电池、水质监测电路板，防水盒的一侧设置有若干防水航空插头；所述防水盒的下方设置水质传感器，水质传感器通过所述防水航空插头伸入防水盒内并连接至水质监测电路板。本实用新型达到水质监测高效、实时、广覆盖、低成本的要求，实现实时水质数据上报，监测点分布式覆盖目标水域，成本缩减至1/5以下；监测指标覆盖PH、电导率、温度、浊度、COD、氨氮、蓝绿藻、溶解氧等常规参数。

Description

一种水环境在线监测设备

技术领域

本实用新型属于水质监测领域，具体涉及一种水环境在线监测设备。

背景技术

目前水环境在线监测主要通过人工取样和监测站检测，效率低、取样点不具备代表性、覆盖面有限、人力和财力投入大、实时性较差。

发明内容

本实用新型主要针对上述问题，发明了一种水环境在线监测设备，达到水质监测高效、实时、广覆盖、低成本的要求，实现实时水质数据上报，监测点分布式覆盖目标水域，成本缩减至1/5以下；监测指标覆盖PH、电导率、温度、浊度、COD、氨氮、蓝绿藻、溶解氧等常规参数。

本实用新型的上述技术问题是通过以下技术方案得以实施的：一种水环境在线监测设备，包括机架，机架的上部设置有太阳能板，机架的下部设置有浮体和传感器，其特征在于，所述太阳能板的下方且浮体上方设置有防水盒，防水盒内设置有太阳能电压转换器、蓄电池、水质监测电路板，太阳能电压转换器与蓄电池连通，太阳能电压转换器的输出端连接至水质监测电路板，防水盒的一侧设置有若干防水航空插头。

所述防水盒的下方设置水质传感器，水质传感器通过所述防水航空插头伸入防水盒内并连接至水质监测电路板。

作为优选，所述水质监测电路板上设置有用于对应连接水质传感器的插接件。

作为优选，所述水质传感器设置为竖直向的杆状，水质传感器的中部设置有传感器支架，传感器支架设置为水平板件且板面设置有若干镂空的穿孔，每一水质传感器对应贯穿一穿孔。

作为优选，所述水质传感器的上部贯穿浮体并连接至防水盒。水质传感器统一通过485通信传输水质数据至水质电路板。

太阳能板通过防水航空插头连接到防水盒内，再连接至太阳能电压转换器，将产生的电能输送给水质监测电路板和蓄电池；水质监测电路板、蓄电池、太阳能电压转换器均放置于防水盒内，对部件进行了防水保护；蓄电池与太阳能电压转换器直接连接，当黑夜或阴天时，蓄电池存储的电能向外输送；太阳能电压转换器输出端连接至水质监测电路板，太阳能板和蓄电池的电能都需要通过3太阳能电压转换器供给电路板；水质传感器通过防水航空插头进入防水盒内，再连接至水质监测电路板上的对应接插件。

作为优选，所述浮体设置为圆柱台状，所述防水盒固定于浮体之上，所述太阳能板固定于防水盒之上。

作为优选，所述浮体之下固定传感器保护罩，传感器保护罩设置为中空的筒状且壁面设置有若干通孔，所述水质传感器位于传感器保护罩内。

作为优选，所述传感器保护罩的下端设置有悬重块。

防水盒固定于浮体上，太阳能板通过支架固定在防水盒上方，传感器保护罩固定于浮体下方，水质传感器通过传感器支架固定于传感器保护罩内，能够在水中保护传感器不受碰撞；悬重块固定于传感器保护罩下方，用于增强设备在水中的稳定性。

作为优选，所述水质监测电路板包括主控MCU、电源电路、TTL转485电路、继电器电路、时钟电路、定位模块、LORA模组、SIM模块、NBIOT模组。

电源电路输入12V电压，输出5V、3.6V和3.3V；12V用于水质传感器供电，5V用于继电器电路供电，3.6v用于NBIOT模组供电，3.3V用于其他模块供电。主控MCU通过UART1与NBIOT模组通信，运用AT指令的方式控制NBIOT模组与软件平台的数据通信；通过UART2与LORA模组连接，收发LORA无线通信的数据；通过UART3与TTL转485电路连接，读取传感器采集的数据；通过UART4与北斗定位模块通信，获取定位数据；通过I2C总线与时钟电路通信，获取时间数据。主控MCU控制继电器电路的通断，在需要获取传感器数据时接通传感器与485电路的连接，获取完成后断开，增强了低功耗性能。

主控MCU获取时钟模块数据，判断是否达到上报周期的时间点，如达到，闭合继电器，发送读取传感器数据指令，传感器收到指令后返回水质参数信息到MCU，MCU再将水质数据发送给NBIOT模块，NBIOT模块将数据发送至软件平台，如未达到上报时间，系统继续休眠;主控MCU每到整点向LORA模块查询是否收到其他LORA站点的水质数据，如有水质数据，则返回至MCU，MCU将数据通过NBIOT模块给软件平台，其他时间系统休眠；主控MCU每隔12小时向北斗定位模块获取一次定位数据，并将定位数据通过NBIOT上传至软件平台，其余时间系统休眠。软件平台可以下发指令到MCU，修改水质数据的上报时间间隔，下发指令先在平台缓存，等到有数据上报时才将修改的时间间隔下发至主站点，主站点上报时间间隔被修改后会通过LORA发送给其他站点，同时更改其他站点的上报周期。

采用LORA+NB-IoT的组网方式，监测子节点将数据通过LORA发送至中心节点，中心节点将数据通过NB-IoT发送至云平台。因为LORA不需要运营商网络支持，所以节点能在极端区域（无信号）工作。采用低功耗电路加低功耗控制策略，选用低功耗器件，主控芯片和LORA、NB-IoT在非传输状态下进入休眠模式，非采集时间断开传感器电源，从而实现极低的功耗。通过gps定位可以看到每个监测点的位置。

而LORA+NB-IoT的组网方式，是指对于某一监测水域，各子站点与中心站点之间进行LORA通信，中心站点与平台进行NBIOT通信。而监测子站点只具备LORA通信，监测水质并将水质数据传到中心节点。中心站点同时具备LORA和NBIOT通信，不但将自身的水质数据上报平台，也接收其他子站点的数据并上报云平台。云平台，即软件平台接收设备的水质数据，并将水质数据呈现于网站，进行统计、预警等。

在发送或接收完水质数据后，中控芯片的程序会向Lora和NBIOT模块发送睡眠指令，让他们进入睡眠模式；芯片自身也会进入睡眠模式，只读取时钟模块的时间，不做其他操作；睡眠模式是模组厂家自带功能，只需发送指令即可进入。

传感器的电源是由继电器控制的，只有在传感器采集水质数据的时候继电器闭合，非采集时间继电器断开，传感器不消耗电量。继电器由主控芯片控制通断。

综上所述，本实用新型与现有技术相比具有如下优点：

本实用新型具有水质监测高效、实时、广覆盖、低成本的优点，实现实时水质数据上报，监测点分布式覆盖目标水域，成本缩减至1/5以下；监测指标覆盖PH、电导率、温度、浊度、COD、氨氮、蓝绿藻、溶解氧等常规参数；高效，体现在只需放入水中，且测得的是当前水质，没有经过人工取样送到实验室的延时；实时，体现在上报频率可以自定义设置，最小可以5分钟获取一次水质数据；广覆盖，体现在基于LORA的多站点分布，远距离分布，对整个监测水域进行覆盖，全面监测，而不是某一点的数据。

附图说明

图1是本实用新型的结构示意图；

图2是本实用新型的防水盒框图；

图3是本实用新型的监测电路板框图；

图4是本实用新型的主站点通信框图。

图中标号为：1、太阳能板；2、防水盒；3、太阳能电压转换器；4、蓄电池；5、水质监测电路板；6、水质传感器；7、传感器支架；8、传感器保护罩；9、悬重块；10、浮体；11、防水航空插头。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

实施例1：

如图1、2、3、4所示，一种水环境在线监测设备，由上至下主要由太阳能板1、防水盒2、浮体10、水质传感器6构成。其中，浮体10呈圆柱台状，浮体10的上表面固定防水盒2，在防水盒2的上方固定太阳能板1；防水盒2内安装有太阳能电压转换器3、蓄电池4、水质监测电路板5，太阳能电压转换器3与蓄电池4连通，太阳能电压转换器3的输出端连接至水质监测电路板5，在防水盒2的一侧具有防水航空插头11。

在防水盒2的下方安装水质传感器6，具体的，水质传感器6设置为竖直向的多根杆状体，且聚拢排列，在水质传感器6的中部有一传感器支架7，传感器支架7设置为水平圆板件且板面具有多个镂空的穿孔，每一水质传感器6对应贯穿一穿孔并形成定位。

水质传感器6的上部向上贯穿浮体10并连接至防水盒2，且水质传感器6的上端通过所述防水航空插头11伸入防水盒2内并连接至水质监测电路板5；同时，在水质监测电路板5上设置有用于对应连接水质传感器6的插接件。

所述浮体10之下固定传感器保护罩8，传感器保护罩8设置为中空的筒状且壁面均匀分布几十个通孔，将上述水质传感器6安置在传感器保护罩8内，在传感器保护罩8的下端固定悬重块9。

所述水质监测电路板5上具有主控MCU、电源电路、TTL转485电路、继电器电路、时钟电路、定位模块、LORA模组、SIM模块、NBIOT模组。

主控MCU获取时钟模块数据，判断是否达到上报周期的时间点，如达到，闭合继电器，发送读取传感器数据指令，传感器收到指令后返回水质参数信息到MCU，MCU再将水质数据发送给NBIOT模块，NBIOT模块将数据发送至软件平台，如未达到上报时间，系统继续休眠;主控MCU每到整点向LORA模块查询是否收到其他LORA站点的水质数据，如有水质数据，则返回至MCU，MCU将数据通过NBIOT模块给软件平台，其他时间系统休眠；主控MCU每隔12小时向北斗定位模块获取一次定位数据，并将定位数据通过NBIOT上传至软件平台，其余时间系统休眠。软件平台可以下发指令到MCU，修改水质数据的上报时间间隔，下发指令先在平台缓存，等到有数据上报时才将修改的时间间隔下发至主站点，主站点上报时间间隔被修改后会通过LORA发送给其他站点，同时更改其他站点的上报周期。

电源电路输入12V电压，输出5V、3.6V和3.3V；12V用于水质传感器供电，5V用于继电器电路供电，3.6v用于NBIOT模组供电，3.3V用于其他模块供电。主控MCU通过UART1与NBIOT模组通信，运用AT指令的方式控制NBIOT模组与软件平台的数据通信；通过UART2与LORA模组连接，收发LORA无线通信的数据；通过UART3与TTL转485电路连接，读取传感器采集的数据；通过UART4与北斗定位模块通信，获取定位数据；通过I2C总线与时钟电路通信，获取时间数据。主控MCU控制继电器电路的通断，在需要获取传感器数据时接通传感器与485电路的连接，获取完成后断开，增强了低功耗性能。

采用LORA+NB-IoT的组网方式，监测子节点将数据通过LORA发送至中心节点，中心节点将数据通过NB-IoT发送至云平台。因为LORA不需要运营商网络支持，所以节点能在极端区域（无信号）工作。采用低功耗电路加低功耗控制策略，选用低功耗器件，主控芯片和LORA、NB-IoT在非传输状态下进入休眠模式，非采集时间断开传感器电源，从而实现极低的功耗。通过gps定位可以看到每个监测点的位置。

而LORA+NB-IoT的组网方式，是指对于某一监测水域，各子站点与中心站点之间进行LORA通信，中心站点与平台进行NBIOT通信。而监测子站点只具备LORA通信，监测水质并将水质数据传到中心节点。中心站点同时具备LORA和NBIOT通信，不但将自身的水质数据上报平台，也接收其他子站点的数据并上报云平台。云平台，即软件平台接收设备的水质数据，并将水质数据呈现于网站，进行统计、预警等。

在发送或接收完水质数据后，中控芯片的程序会向Lora和NBIOT模块发送睡眠指令，让他们进入睡眠模式；芯片自身也会进入睡眠模式，只读取时钟模块的时间，不做其他操作；睡眠模式是模组厂家自带功能，只需发送指令即可进入。

传感器的电源是由继电器控制的，只有在传感器采集水质数据的时候继电器闭合，非采集时间继电器断开，传感器不消耗电量。继电器由主控芯片控制通断。

文中所描述的具体实施例仅仅是对本实用新型精神作举例说明。本实用新型所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本实用新型的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (8)

1.一种水环境在线监测设备，包括机架，机架的上部设置有太阳能板（1），机架的下部设置有浮体（10）和传感器，其特征在于，所述太阳能板的下方且浮体上方设置有防水盒（2），防水盒内设置有太阳能电压转换器（3）、蓄电池（4）、水质监测电路板（5），太阳能电压转换器与蓄电池连通，太阳能电压转换器的输出端连接至水质监测电路板，防水盒的一侧设置有若干防水航空插头（11）；

所述防水盒的下方设置水质传感器（6），水质传感器通过所述防水航空插头伸入防水盒内并连接至水质监测电路板。

2.根据权利要求1所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述水质监测电路板上设置有用于对应连接水质传感器的插接件。

3.根据权利要求2所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述水质传感器设置为竖直向的杆状，水质传感器的中部设置有传感器支架（7），传感器支架设置为水平板件且板面设置有若干镂空的穿孔，每一水质传感器对应贯穿一穿孔。

4.根据权利要求3所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述水质传感器的上部贯穿浮体并连接至防水盒。

5.根据权利要求4所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述浮体设置为圆柱台状，所述防水盒固定于浮体之上，所述太阳能板固定于防水盒之上。

6.根据权利要求4所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述浮体之下固定传感器保护罩（8），传感器保护罩设置为中空的筒状且壁面设置有若干通孔，所述水质传感器位于传感器保护罩内。

7.根据权利要求6所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述传感器保护罩的下端设置有悬重块（9）。

8.根据权利要求1所述的水环境在线监测设备，其特征在于，所述水质监测电路板包括主控MCU、电源电路、TTL转485电路、继电器电路、时钟电路、定位模块、LORA模组、SIM模块、NBIOT模组。

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