由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括海岸監(jiān)測(cè)中心、信號(hào)中繼站和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)包括pH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、主控芯片和無(wú)線通訊模塊。所述的pH值傳感器模塊包括pH計(jì)主體和與其相連的電極球泡，在pH計(jì)主體連接有電極球泡的一端設(shè)置有超聲波輻射平板和超聲波模塊，超聲波輻射平板位于電極球泡周圍，用于發(fā)射超聲波，使得超聲波模塊生成的超聲波在電極球泡表面附近形成震蕩。本發(fā)明可實(shí)現(xiàn)對(duì)一片海洋水域的長(zhǎng)期連續(xù)監(jiān)測(cè)。
【專利說(shuō)明】
由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]該發(fā)明涉及海洋水質(zhì)監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及用于海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)的傳感與通訊集成裝置設(shè)計(jì)領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們?cè)絹?lái)越意識(shí)到海洋生態(tài)健康，不僅僅是水質(zhì)干凈，海面看上去好看，更重要的是要關(guān)注整個(gè)大的海洋生態(tài)系統(tǒng)，要維護(hù)它的健康。近年來(lái)，海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)事業(yè)被國(guó)家高度重視，格外強(qiáng)調(diào)發(fā)展預(yù)警海洋災(zāi)害、監(jiān)測(cè)海洋環(huán)境所急需的高技術(shù)。隨著物聯(lián)網(wǎng)的興起，為提高我國(guó)海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)水平提供了強(qiáng)有力的技術(shù)支撐，基于物聯(lián)網(wǎng)的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)系統(tǒng)更易實(shí)現(xiàn)監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)與信息的實(shí)時(shí)性、長(zhǎng)期性、可靠性、網(wǎng)絡(luò)化、智能化等功能需求，因而更具較高科研與實(shí)踐價(jià)值，這必將改變我國(guó)現(xiàn)有的海洋環(huán)境監(jiān)測(cè)狀況。
[0003]現(xiàn)有海洋水質(zhì)傳感器集成系統(tǒng)無(wú)法長(zhǎng)時(shí)間在海洋環(huán)境下長(zhǎng)期連續(xù)工作，其中最主要的原因就是傳感器的靈敏度下降甚至失效，尤其是PH值傳感器，極易被海水中的污染物污染造成失效。
[0004]另外，目前海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)一般是先開(kāi)船到達(dá)待檢測(cè)水域，再將傳感器系統(tǒng)放入水中或者取樣上船開(kāi)始檢測(cè)，這種方式費(fèi)時(shí)費(fèi)力而且能夠監(jiān)測(cè)的范圍十分有限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的是克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種可以可以長(zhǎng)期連續(xù)的對(duì)海水進(jìn)行監(jiān)測(cè)的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。本發(fā)明通過(guò)實(shí)現(xiàn)PH傳感器的自清潔功能，使其可以長(zhǎng)期連續(xù)的對(duì)海水進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)通過(guò)無(wú)線數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆绞剑瑢鞲衅飨到y(tǒng)采集到的數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)傳回監(jiān)測(cè)中心。技術(shù)方案如下:
[0006]—種由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括海岸監(jiān)測(cè)中心、信號(hào)中繼站和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，其中，
[0007]海岸監(jiān)測(cè)中心包括服務(wù)器和顯示屏幕，服務(wù)器用來(lái)處理從各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)，并對(duì)海水污染及水質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，信號(hào)中繼站用于保證信號(hào)從監(jiān)測(cè)區(qū)域可靠地傳回海岸監(jiān)測(cè)中心；每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)包括PH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、主控芯片和無(wú)線通訊模塊。
[0008]濁度傳感器利用浸入海水表面的濁度傳感器采集海水的濁度信息;溫度傳感器模塊利用溫度傳感器采集海水表面的溫度信息;PH值傳感器模塊采集海水pH值;各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)被送入主控芯片；
[0009]所述的pH值傳感器模塊包括pH計(jì)主體和與其相連的電極球泡，在pH計(jì)主體連接有電極球泡的一端設(shè)置有超聲波福射平板和超聲波模塊，超聲波福射平板位于電極球泡周圍，用于發(fā)射超聲波，使得超聲波模塊生成的超聲波在電極球泡表面附近形成震蕩。
[0010]本發(fā)明通過(guò)實(shí)現(xiàn)pH傳感器的自清潔功能，使其可以長(zhǎng)期連續(xù)的對(duì)海水水質(zhì)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，同時(shí)可以利用無(wú)線傳輸?shù)姆绞?，將傳感器采集到的水質(zhì)信息實(shí)時(shí)傳回監(jiān)測(cè)中心，監(jiān)測(cè)中心可以實(shí)時(shí)掌握所監(jiān)測(cè)區(qū)域內(nèi)的水質(zhì)狀況。
【附圖說(shuō)明】
[0011 ]圖1是系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸整體示意圖；
[0012]圖2是傳感器系統(tǒng)的電路原理框圖；
[0013]圖3是pH傳感器模塊的示意圖；
[0014]圖4是pH傳感器模塊的局部放大示意圖。
[0015]I海岸監(jiān)測(cè)中心;2信號(hào)中繼站;3傳感器節(jié)點(diǎn)；
[00? 0] 4pH計(jì)主體;5超聲波單元;6電極球泡;7福射平板
【具體實(shí)施方式】
[0017]參見(jiàn)圖1和圖2，本發(fā)明提供的由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，包括海岸監(jiān)測(cè)中心1、信號(hào)中繼站2和傳感器節(jié)點(diǎn)3。海洋水質(zhì)傳感器網(wǎng)絡(luò)包括眾多所述傳感器節(jié)點(diǎn)3;所述傳感器節(jié)點(diǎn)3包括pH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、信號(hào)放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、存儲(chǔ)單元、主控芯片、穩(wěn)壓電路、無(wú)線通訊模塊和太陽(yáng)能供電模塊;所述信號(hào)中繼站2用于保證信號(hào)可以從監(jiān)測(cè)區(qū)域傳回所述海岸監(jiān)測(cè)中心I;所述海岸監(jiān)測(cè)中心I包括大型服務(wù)器和顯示屏幕，大型服務(wù)器用來(lái)處理傳感器傳回的海量數(shù)據(jù)，并對(duì)海水污染及水質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測(cè);顯示屏幕為工作人員提供可視化窗口。
[0018]所述傳感器節(jié)點(diǎn)3采集水質(zhì)信息并通過(guò)無(wú)線信號(hào)向臨近節(jié)點(diǎn)傳輸，經(jīng)由臨近節(jié)點(diǎn)路由和所述信號(hào)中繼站2路由最終傳輸?shù)剿龊０侗O(jiān)測(cè)中心I;濁度傳感器模塊通過(guò)濁度傳感器將濁度數(shù)據(jù)傳回控制主板;溫度傳感器模塊通過(guò)溫度傳感器將環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳回控制主板;信號(hào)放大電路可以采集傳感器模塊產(chǎn)生的微弱信號(hào)并加以放大和濾波，輸出至AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)；主控芯片接收到AD轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)臄?shù)字信號(hào)后，將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)單元中；無(wú)線通訊模塊包括ZigBee芯片、功率放大器和天線;ZigBee芯片部分采用MC13213芯片，它是freescale第二代ZigBee芯片，內(nèi)部帶有MCU芯片和無(wú)線收發(fā)器；功率放大器采用SKY65336，它最大可以支持20dbm的功率放大功能;天線負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)射和接收。
[00?9]圖3為pH值傳感器模塊(pH計(jì))的結(jié)構(gòu)示意圖，pH計(jì)包括pH計(jì)主體4、超聲波單元5、電極球泡6和超聲波輻射平板74H計(jì)主體4內(nèi)部為含飽和AgCl的3mol/Lkcl緩沖溶液，pH值為7。正常情況下，待測(cè)溶液中的H離子可以通過(guò)電極球泡6進(jìn)入到pH計(jì)主體4內(nèi)部，pH計(jì)主體4內(nèi)部的電極會(huì)檢測(cè)到電位變化，從而得出待測(cè)溶液的pH值。當(dāng)電極球泡6表面被待測(cè)溶液污染時(shí)，H離子通道會(huì)被堵塞，pH計(jì)便檢測(cè)不到電位變化，即無(wú)法正確檢測(cè)pH值。
[0020]本發(fā)明在pH計(jì)主體4靠近電極球泡6的位置固定有超聲波單元5。超聲波單元5包括超聲波發(fā)生器和超聲波換能器。本發(fā)明采用的輻射天線為平板天線，由兩個(gè)相對(duì)的平板構(gòu)成，稱之為輻射平板7。超聲波發(fā)生器包括振蕩器、電源、放大器和匹配器。超聲波發(fā)生器用來(lái)產(chǎn)生超聲頻電能，在超聲波發(fā)生器中，振蕩器產(chǎn)生一定頻率的信號(hào)，放大器將其放大到一定功率輸出，通過(guò)匹配器進(jìn)行阻抗匹配并通過(guò)功放輸出。
[0021]參見(jiàn)圖4，超聲波單元5產(chǎn)生超聲波信號(hào)，并通過(guò)超聲波輻射平板7的發(fā)射，對(duì)電極球泡6表面附近的溶液進(jìn)行震蕩，使其球泡6表面的污染物脫離，釋放H離子通道，使pH計(jì)恢O Yib 'S/i
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種由集成傳感器與通訊模塊組成的海洋水質(zhì)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)裝置，包括海岸監(jiān)測(cè)中心、信號(hào)中繼站和多個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，其中， 海岸監(jiān)測(cè)中心包括服務(wù)器和顯示屏幕，服務(wù)器用來(lái)處理從各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)傳回的數(shù)據(jù)，并對(duì)海水污染及水質(zhì)變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，信號(hào)中繼站用于保證信號(hào)從監(jiān)測(cè)區(qū)域可靠地傳回海岸監(jiān)測(cè)中心;每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)包括PH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、主控芯片和無(wú)線通訊模塊。 濁度傳感器利用浸入海水表面的濁度傳感器采集海水的濁度信息;溫度傳感器模塊利用溫度傳感器采集海水表面的溫度信息;PH值傳感器模塊采集海水pH值;各個(gè)傳感器采集的數(shù)據(jù)被送入主控芯片； 所述的pH值傳感器模塊包括pH計(jì)主體和與其相連的電極球泡，在pH計(jì)主體連接有電極球泡的一端設(shè)置有超聲波輻射平板和超聲波模塊，超聲波輻射平板位于電極球泡周圍，用于發(fā)射超聲波，使得超聲波模塊生成的超聲波在電極球泡表面附近形成震蕩。
【文檔編號(hào)】G08C17/02GK105866372SQ201610479046
【公開(kāi)日】2016年8月17日
【申請(qǐng)日】2016年6月22日
【發(fā)明人】鄒強(qiáng), 馬建國(guó), 蘇奇, 付超, 莫申童
【申請(qǐng)人】天津大學(xué)