一种基于Zigbee自组网的PH值监测网络 |
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| 申请号 | CN201611042112.9 | 申请日 | 2016-11-11 | 公开(公告)号 | CN106793177A | 公开(公告)日 | 2017-05-31 |
| 申请人 | 天津大学; | 发明人 | 邹强; 苏奇; 王念秋; | ||||
| 摘要 | 本 发明 涉及一种基于Zigbee自组网的PH值监测网络，包括多个PH复合 电极 装置，每个PH复合电极装置被视为一个 传感器 节点 ，并包括PH值采集模 块 、电极保养模块、清 水 采集模块、供电模块、无线收发模块和中央控 制模 块。电极保养模块包括带有电磁 阀 门 的KCL补充液容器、 浊度 传感器、KCL标准样液池、排污水 泵 ，浊度传感器用于检测KCL标准样液池内的标准样液受污染程度，中心 控制模块 在浊度达到 阈值 时，控制排污水泵工作，排出KCL标准样液池内废液，位于KCL标准样液池上方的KCL补充液容器底部的 电磁阀 门开启，释放KCL补充液。本发明可以长期监测大片水域。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种基于Zigbee自组网的PH值监测网络，包括多个PH复合电极装置，每个PH复合电极装置被视为一个传感器节点，并包括PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块、供电模块、无线收发模块和中央控制模块，其中， |
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| 说明书全文 | 一种基于Zigbee自组网的PH值监测网络技术领域背景技术[0002] 海洋是人类生存环境的重要组成部分，对人类生存、发展有着极为密切的关系。海洋作为一个巨大的资源库，如果能过将海洋资源合理的开发利用，将对国家的经济起到积极地作用。然而海洋环境的变化会对海洋资源的开发造成重要的影响，对海水水质的监测可使得人类对海洋环境的变化进行预测，从而减少开发海洋资源的风险。 [0003] PH值是海水水质监测过程中是最重要的指标之一，同时，海水水质监测是一个长期连续的过程，现有的PH复合电极如果长时间浸泡在海水中，电极前端玻璃球泡表面容易被海水中的杂质覆盖，堵塞氢离子通道，使得PH复合电极灵敏度降低，影响对海水PH值数据采集的准确性。因此，一种具备自动清洗与保养功能的PH复合电极装置就显得尤为重要。 [0004] 在大规模海洋监测中，如果使用传统的人工数据采集方式会耗费大量的人力物力，如果使用Zigbee技术使各节点组成数据传输网络，这样就能极大的提高数据传输效率并且大幅度节约成本。因此一项基于Zigbee自组网技术的并能实现水质长期监测的PH值监测网络。附图说明 [0005] 图1为PH复合电极装置箱体的剖面图 [0006] 图2为PH复合电极清洁与保养的细节图 [0007] 图3为PH复合电极装置的原理框图 [0008] 图4为全过程的流程图 [0009] 图5为Zigbee树型网络拓扑结构图 [0010] 1、机械臂；2、PH复合电极；3、太阳能光伏板；4、无线收发模块；5、蓄电池；6、中央控制模块；7、泡沫；8、浊度传感器；9、KCL标准样液池；10、11、12、15、16、20、均为水泵(未画出水管)；13、待测液体池14、液位计；17、导热硅胶；18、蓄海水池；19、蓄清水池；21、金属制成的冷凝板；22、带有电磁阀门的KCL补充液容器；23、协调节点；24、终端节点；25、路由节点。 [0011] 如图所示：1、机械臂；2、通信天线；3、数据储存及ZigBee通信模块；4、中央控制模块；5、蓄电池；6、泡沫；7、浊度传感器；8、KCL标准样液池；9、10、11、14、15、19、均为水泵(未画出水管)；12、待测液体池13、液位计；16、导热硅胶；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金属制成的冷凝板；21、带有电磁阀门的KCL补充液容器；22、PH复合电极；23、ZigBee网络；24、系统中继传输模块；25、岸边数据接收装置 发明内容[0012] 本发明的目的是提供一种能够通过无线自组网实现数据传输的PH值监测网络，以满足海洋环境水质长期监测的需要。本发明的技术方案如下： [0013] 一种基于Zigbee自组网的PH值监测网络，包括多个PH复合电极装置，每个PH复合电极装置被视为一个传感器节点，并包括PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块、供电模块、无线收发模块和中央控制模块，其中， [0014] PH值采集模块包括机械臂、固定于机械臂前端的PH复合电极、待测溶液池、进样水泵12、排样水泵11、冲洗水泵20，其中，进样水泵12用于将海水抽吸入待测溶液池，排样水泵11用于将海水排出待测液体池；机械臂用于将PH复合电极置于待测液体池内或将其抬高，PH复合电极测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵20抽吸抽吸清水并对抬高的PH复合电极进行清洗，经过清洗的PH复合电极被移至电极保养模块的KCL标准样液池中； [0015] 电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器、浊度传感器、KCL标准样液池、排污水泵10，浊度传感器用于检测KCL标准样液池内的标准样液受污染程度，中心控制模块在浊度达到阈值时，控制排污水泵10工作，排出KCL标准样液池内废液，位于KCL标准样液池上方的KCL补充液容器底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液； [0016] 清水采集模块包括导热硅胶、蓄海水池、蓄清水池、液位计、进水泵15、调节水泵15和冷凝板，进水泵15用于抽吸海水进入蓄海水池；导热硅胶的主体作为蓄海水池的侧壁，与其内海水直接接触；导热硅胶还与太阳能光伏板连接，用于吸收热量；蓄海水池的上部斜向固定有冷凝板，冷凝板将蒸发的海水凝结为液体，并将凝结的液体引流入蓄清水池中；液位计用于监测蓄清水池内水量，其采集的信息被送入中心控制模块，中心控制模块在清水量达到最大阈值后，调节水泵15开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，；当清水达到最小阈值，进水泵15工作； [0017] 供电模块包括太阳能光伏板和蓄电池，太阳能光伏板吸收光能转化为电能储存在蓄电池中为装置供电； [0018] 中央控制模块6将PH复合电极2收集到的数据传输到无线收发模块4中，每个传感器节点都有无线收发模块4，负责与其他节点进行通信与数据传输，根据自组网协议，每次数据传输动态指定其他节点为协调节点23、路由节点25和终端节点24。 具体实施方式[0019] 本发明的PH值监测网络，由若干个独立工作的PH复合电极装置构成，每个PH复合电极装置视为一个传感器节点。图1是PH复合电极装置的结构示意图，一种具备自动清洗与保养功能的PH复合电极装置，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块、电极保养模块和清水采集模块。下面将结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。 [0020] 如图1所示，PH值采集模块包括机械臂1、PH复合电极2、待测溶液池13、水泵10、水泵11、水泵19。PH复合电极2由机械臂1控制进入待测液体池13，水泵11工作，海水进入待测液体池13，测得PH值传输至中央控制模块5。水泵12工作，排出海水。机械臂1将PH复合电极2抬高，水泵20工作，引出清水冲洗复合电极。机械臂1再将PH复合电极2移至KCL溶液池9中。 [0021] 如图2，为电极保养模块细节图，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器22、浊度传感器8、KCL溶液池9、水泵10。海水中含微生物，水藻，工业废液等杂质，浊度传感器8即可检测标准样液受污染程度。浊度达到阈值时，KCL标准液已被污染，须更换。水泵10工作，排出废液。KCL补充液容器22底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液。实现了KCL标准液的更新。 [0022] 如图1，右侧清水采集模块包括导热硅胶17、蓄海水池18、蓄清水池19、液位计14、水泵15、水泵16和冷凝板21。水泵15工作，海水进入蓄海水池18。导热硅胶17连接太阳能光伏板2吸收热量，海水蒸发，遇冷凝板21凝结为液体，由于冷凝板21与光伏板2同角度倾斜，具有引流作用，凝结的清水流入蓄清水池19中。液位计14监测水量，清水量达到最大阈值后，水泵16开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，确保海水不会在箱体内结晶和污染。当清水达到最小阈值，水泵15工作，重复上述过程。 [0023] 如图1，供电模块包括太阳能光伏板2和蓄电池5。太阳能光伏板2吸收光能转化为电能储存在蓄电池5中为系统供电，以保证源源不断的供能。使用太阳能进行供电，既能保护环境、节约资源又极大延长了该装置在海上工作的时间。 [0024] 如图3所示，该装置通过中央控制模块控制机械臂运作，利用PH复合电极2收集信息，将信息通过中央控制模块进行处理，并存储于数据存储模块中；利用浊度传感器和液位计收集数据，上传至中央控制模块分析KCL标准样液污染度和清水量是否达到阈值，并控制水泵和电磁阀门及时做出反应，完成了清水的自动采集和KCL溶液的自动更换，实现PH复合电极装置2的自动清洗与保养。 [0025] 中央控制模块6将PH复合电极2收集到的数据传输到无线收发模块4中，每个传感器节点都有无线收发模块4，负责与其他节点进行通信与数据传输。根据自组网协议，每次动态指定协调节点23、路由节点25和终端节点24。如图5所示，为某一次组网示意图。协调节点23、路由节点25和终端节点24均可进行水质监测，产生监测数据。于此同时，协调节点23负责确定本次组网的数据传输路径；路由节点负责数据中继传输；终端节点只负责产生监测数据。最终，数据被传送到岸上数据中心。 |
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