該發(fā)明涉及海水水質(zhì)監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及對(duì)裝置中PH復(fù)合電極的清潔保養(yǎng)與水質(zhì)傳感器的集成及基于GPS系統(tǒng)的自組網(wǎng)監(jiān)測方式。

背景技術(shù)：

21世紀(jì)人類正面臨著人口、資源、環(huán)境、發(fā)展等問題的嚴(yán)峻考驗(yàn)，PRED問題越來越備受人類關(guān)注，尋找新的發(fā)展空間已經(jīng)成為各國政府和科學(xué)家面臨的重大課題。鑒于陸地資源的開發(fā)利用日趨極限及陸地生存環(huán)境的日益惡化，加上傳統(tǒng)的海洋資源豐富理念，人類社會(huì)逐漸從陸地回歸到海洋，目的是將解決人類社會(huì)生產(chǎn)生存發(fā)展的問題的希望寄托于海洋。海洋因此也將成為人類賴以生存與發(fā)展的空間。海洋資源的開發(fā)利用的前提是要對(duì)海洋環(huán)境的全方位認(rèn)知與監(jiān)測，海洋水質(zhì)監(jiān)測是其中的關(guān)鍵點(diǎn)之一。

海水水質(zhì)監(jiān)測需監(jiān)測海水表層溫度、鹽度、PH值、溶解氧、濁度等的數(shù)據(jù)。PH值是海水水質(zhì)監(jiān)測過程中是最重要的指標(biāo)之一，然而，現(xiàn)有PH復(fù)合電極如果長時(shí)間浸泡在海水中，電極前端玻璃球泡表面容易被海水中的雜質(zhì)覆蓋，堵塞氫離子通道，會(huì)影響對(duì)海水PH值數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。其他傳感器均不需要定期清洗與保養(yǎng)。

現(xiàn)有海洋水質(zhì)集成監(jiān)測裝置存在以下問題：第一，無法同時(shí)集成上述所有傳感器裝置，造成對(duì)海洋水質(zhì)的監(jiān)測不夠全面；第二，海洋監(jiān)測數(shù)據(jù)無法需要通過有線方式傳輸至作業(yè)船只，降低了裝置的使用靈活性。

所以一種基于GPS系統(tǒng)的便攜型水質(zhì)集成監(jiān)測裝置顯得尤為必要。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種支遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)的水質(zhì)集成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以滿足海洋環(huán)境水質(zhì)長期遠(yuǎn)距離監(jiān)測的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于GPS的無線水質(zhì)集成監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)水質(zhì)集成監(jiān)測裝置構(gòu)成，其中一個(gè)作為主傳感器節(jié)點(diǎn)，其他為次傳感器節(jié)點(diǎn)；

每個(gè)水質(zhì)集成監(jiān)測裝置包括包括供電模塊、中央控制模塊、無線通信模塊、PH值采集模塊、電極保養(yǎng)模塊、清水采集模塊和傳感器模塊，其中，

PH值采集模塊包括機(jī)械臂1、固定于機(jī)械臂1前端的PH復(fù)合電極22、待測溶液池12、進(jìn)樣水泵11、排樣水泵10、沖洗水泵19，其中，進(jìn)樣水泵11用于將海水抽吸入待測溶液池12，排樣水泵10用于將海水排出待測液體池12；機(jī)械臂1用于將PH復(fù)合電極22置于待測液體池12內(nèi)或?qū)⑵涮Ц撸琍H復(fù)合電極22測得PH值傳輸至中央控制模塊，在中央控制模塊的控制下，沖洗水泵抽吸抽吸清水并對(duì)抬高的PH復(fù)合電極22進(jìn)行清洗，經(jīng)過清洗的PH復(fù)合電極22被移至電極保養(yǎng)模塊的KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8中；

電極保養(yǎng)模塊，包括帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器21、濁度傳感器7、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8、排污水泵9，濁度傳感器7用于檢測KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8內(nèi)的標(biāo)準(zhǔn)樣液受污染程度，中心控制模塊在濁度達(dá)到閾值時(shí)，控制排污水泵9工作，排出KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8內(nèi)廢液，位于KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8上方的KCL補(bǔ)充液容器21底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補(bǔ)充液。

清水采集模塊包括導(dǎo)熱硅膠16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位計(jì)13、進(jìn)水泵14、調(diào)節(jié)水泵15和冷凝板20，進(jìn)水泵14用于抽吸海水進(jìn)入蓄海水池17；導(dǎo)熱硅膠16的主體作為蓄海水池17的側(cè)壁，與其內(nèi)海水直接接觸；導(dǎo)熱硅膠16用于吸收熱量；蓄海水池17的上部斜向固定有冷凝板20，冷凝板20將蒸發(fā)的海水凝結(jié)為液體，并將凝結(jié)的液體引流入蓄清水池18中；液位計(jì)13用于監(jiān)測蓄清水池18內(nèi)水量，其采集的信息被送入中心控制模塊，中心控制模塊在清水量達(dá)到最大閾值后，控制調(diào)節(jié)水泵15開啟，釋放海水，不再進(jìn)行蒸發(fā)冷凝，；當(dāng)清水達(dá)到最小閾值，控制進(jìn)水泵14工作；

傳感器模塊包括海水濁度傳感器22、海水鹽度傳感器23、海水溫度傳感器24和海水溶解氧傳感器25，傳感器模塊采集的信息被送入中心控制模塊；

供電模塊包括充電接口2和蓄電池4，通過充電接口2為蓄電池4充電，保證整個(gè)系統(tǒng)的供能；

主傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊包括GPS模塊和zigbee模塊，次傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊僅包括zigbee模塊，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)由Zigbee自組網(wǎng)，并通過位于主傳感器節(jié)點(diǎn)上的GPS模塊傳輸?shù)疥懙厣系牡孛娼邮栈?0。

附圖說明

圖1為作為主傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器裝置箱體的剖面圖

圖2為PH復(fù)合電極清潔與保養(yǎng)的細(xì)節(jié)圖

圖3為GPS數(shù)據(jù)傳輸示意圖

圖4為PH復(fù)合電極裝置的原理框圖

圖5為PH復(fù)合電極裝置工作全過程的流程圖

1、機(jī)械臂；2、充電接口；3、ZigBee通信模塊；4、中央控制模塊；5、蓄電池；6、泡沫；7、濁度傳感器；8、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池；9、10、11、14、15、19、均為水泵(未畫出水管)；12、待測液體池13、液位計(jì)；16、導(dǎo)熱硅膠；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金屬制成的冷凝板；21、帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器；22、PH復(fù)合電極；23、鹽度傳感器；24、溫度傳感器；25、濁度傳感器；26、溶解氧傳感器；27、GPS模塊；28、PH復(fù)合電極裝置網(wǎng)絡(luò)；29、GPS衛(wèi)星；30、地面接收基站

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的PH值監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)獨(dú)立工作的PH復(fù)合電極裝置組成，包括主傳感器節(jié)點(diǎn)和次傳感器節(jié)點(diǎn)，圖1是作為主傳感器節(jié)點(diǎn)的PH復(fù)合電極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，包括供電模塊，中央控制模塊，PH值采集模塊、電極保養(yǎng)模塊、集成傳感器模塊(不含PH值)、清水采集模塊和無線通信模塊。下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1，供電模塊包括充電接口2和蓄電池4。通過充電接口2為蓄電池4充電，保證整個(gè)系統(tǒng)的供能。需采集海水PH值數(shù)據(jù)時(shí)，由作業(yè)船只攜帶其到待測海域，將改裝置放入海中對(duì)海水PH進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測作業(yè)完成后，由作業(yè)船只將PH復(fù)合電極裝置收回，為裝置進(jìn)行再次充電以備下次使用。

如圖1所示，PH值采集模塊包括機(jī)械臂1、PH復(fù)合電極22、待測溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH復(fù)合電極22由機(jī)械臂1控制進(jìn)入待測液體池12，水泵11工作，海水進(jìn)入待測液體池12，測得PH值傳輸至中央控制模塊5。水泵10工作，排出海水。機(jī)械臂1將PH復(fù)合電極抬高，水泵19工作，引出清水沖洗復(fù)合電極。機(jī)械臂1再將PH復(fù)合電極22移至KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8中。完成對(duì)PH值的采集和PH復(fù)合電極的保養(yǎng)。

如圖1，集成傳感器模塊(不含PH值)包括鹽度傳感器23、溫度傳感器24、濁度傳感器25、溶解氧傳感器26。鹽度傳感器23、溫度傳感器24、濁度傳感器25、溶解氧傳感器26安裝在裝置底部，暴露于海水中，實(shí)時(shí)采集海水的鹽度、溫度、濁度、溶解氧數(shù)據(jù)。

如圖1所示，通信模塊包括ZigBee通信模塊3和數(shù)據(jù)傳輸天線27，該模塊獲取PH值采集模塊和集成傳感器模塊所采集的海水?dāng)?shù)據(jù)后，將收集的數(shù)據(jù)保存在Zigbee通信模塊3中，隨后經(jīng)數(shù)據(jù)傳輸天線27發(fā)送到監(jiān)測人員處，實(shí)現(xiàn)海水PH值的實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸。

如圖2，為電極保養(yǎng)模塊細(xì)節(jié)圖，包括帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器21、濁度傳感器7、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池8、水泵9。海水中含微生物，水藻，工業(yè)廢液等雜質(zhì)，濁度傳感器7即可檢測標(biāo)準(zhǔn)樣液受污染程度。濁度達(dá)到閾值時(shí)，KCL標(biāo)準(zhǔn)液已被污染，須更換。水泵9工作，排出廢液。KCL補(bǔ)充液容器21底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補(bǔ)充液。實(shí)現(xiàn)了KCL標(biāo)準(zhǔn)液的更新。

如圖1，右側(cè)清水采集模塊包括導(dǎo)熱硅膠16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位計(jì)13、水泵14、水泵15和冷凝板20。水泵14工作，海水進(jìn)入蓄海水池17。導(dǎo)熱硅膠16收集頂部太陽照射帶來的熱量并傳導(dǎo)至蓄海水池17，海水蒸發(fā)，遇冷凝板20凝結(jié)為液體，由于冷凝板20傾斜，具有引流作用，凝結(jié)的清水流入蓄清水池18中。液位計(jì)13監(jiān)測水量，清水量達(dá)到最大閾值后，水泵15開啟，釋放海水，不再進(jìn)行蒸發(fā)冷凝，確保海水不會(huì)在箱體內(nèi)結(jié)晶和污染。當(dāng)清水達(dá)到最小閾值，水泵14工作，重復(fù)上述過程。

如圖3，在指定監(jiān)測海域上有若干個(gè)獨(dú)立工作的PH傳感器裝置，包括主傳感器節(jié)點(diǎn)和次傳感器節(jié)點(diǎn)，共同組成PH復(fù)合電極裝置網(wǎng)絡(luò)。次傳感器節(jié)點(diǎn)不具有GPS模塊，主傳感器節(jié)點(diǎn)具有GPS模塊。次傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)通過zigbee自組網(wǎng)的方式，傳輸至主節(jié)點(diǎn)，再由GPS衛(wèi)星傳遞技術(shù)將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)教罩械男l(wèi)星中，最終發(fā)送到位于陸地上的地面接收基站30，以便研究所人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

如圖4和圖5所示，各個(gè)PH復(fù)合電極裝置通過充電接口為供電模塊提供電能，中央控制模塊控制機(jī)械臂運(yùn)作，利用PH復(fù)合電極收集待測海域PH值信息，將信息通過中央控制模塊進(jìn)行處理，并存儲(chǔ)于數(shù)據(jù)存儲(chǔ)模塊中；利用濁度傳感器和液位計(jì)收集數(shù)據(jù)，上傳至中央控制模塊分析KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液污染度和清水量是否達(dá)到閾值，并控制水泵和電磁閥門及時(shí)做出反應(yīng)，完成了清水的自動(dòng)采集和KCL溶液的自動(dòng)更換，實(shí)現(xiàn)PH復(fù)合電極裝置的自動(dòng)清洗與保養(yǎng)。在待測海域內(nèi)，若干個(gè)上述獨(dú)立工作的PH復(fù)合電極裝置經(jīng)由Zigbee自組網(wǎng)并通過主傳感器的GPS模塊傳輸?shù)疥懙厣系牡孛娼邮栈?0以供分析。