一種多傳感器水體多汙染參數實時監測預警裝置製造方法
2023-09-16 06:06:05
一種多傳感器水體多汙染參數實時監測預警裝置製造方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於多傳感器和自供電的懸浮水體多汙染參數實時監測預警裝置。系統由外殼、太陽能電池供電模塊、多傳感器信號採集模塊、通信模塊、微控制器、預警顯示模塊構成。上部弧形下部V形外殼使系統始終能懸浮在水面上；自適應太陽能電池板嵌在半球形外殼的頂部；重金屬傳感器陣列、pH傳感器、溫度傳感器分別採集水中的重金屬離子、pH值和水體溫度；信號處理模塊將採集到的信息傳到微處理器，將採集到的實時數據和資料庫中的汙染參數標準閾值和歷史檢測數據進行比對、分析，判定水汙染情況和發展趨勢，結果通過現場顯示和無線通信模塊傳到水體汙染監測中心。本發明具有實時監測參數多、太陽能供電、功耗低、可靠性高、懸浮等特點，同時還具有結構簡單、使用維護方便、測試結果直觀等優點。
【專利說明】一種多傳感器水體多汙染參數實時監測預警裝置
[0001]【技術領域】本發明涉及一種多傳感器和自供電的懸浮水體多汙染參數實時監測預警。
【背景技術】
[0002]隨著經濟的不斷發展，水汙染問題越來越嚴重，除了因日常汙染物排放引起的汙染外，因事故引發的突發性水汙染也越來越多，現有的水體汙染檢測設備，都是離線和陸地上使用的，沒有能在水中實時監測的設備。無法及時檢測水汙染的狀況和程度，只有在大面積的水體變色變味後，人們才能感知水體汙染，而這個時候汙染對人體和環境的危害已經非常大。如今迫切需要一種高科技的可靠監測裝置，對容易發生突發水域汙染的水體進行在線實時監測，徹底改變以往的事後處理模式進而實現汙染防治。
【發明內容】
[0003]本發明的目的是克服以往只能靠人工去取樣分析，單次檢測單參數的缺陷。提供一種自動處理、簡易的、高精度、無汙染、高抗幹擾、低功耗、具有漂浮和無需外接電源特性的水體多參數汙染實時監測裝置。該裝置能實時採集水體參數，經過處理可以將汙染級別通過裝置上方的LED現場顯示，以及通過無線網絡發送到遠程監測中心，實現雙層監控。
[0004]一種多傳感器和自供電的懸浮水體多汙染參數實時監測預警裝置，其構成是可以進行更換的傳感器安裝卡，裝置內部有一根總線連接各個模塊和信號處理模塊。信號處理模塊，LED顯示模塊，無線通信模塊三者構成的透明凸起球體通過螺紋擰到V型器件上面，然後將自適應太陽能電池板板安裝到該裝置上。
[0005]所述的裝置由雙V型框架、圓形太陽能漂浮板、圓形透明凸起球體、溫度傳感器，PH傳感器以及用於檢測重金屬傳感器陣列構成。所述的雙V型框為內外皆為V型，其中內V型框架為空心密封的，外V形採用柵格式的總體設計。裝置的各類傳感器和重金屬傳感器陣列安裝在內V型框架上。所述的圓形透明凸起球體結構內部裝有高集成度、高亮度的紅綠LED以及通信模塊和微控制器。所述的圓形太陽能電池浮漂板為高轉換效率的太陽能材料製成。用所述的傳感器及其重金屬陣列槽安裝在內V框架上，然後用柵格結構的外V框架固定在內V上，用所述圓形透明凸起球體安裝在V型框架上，再用螺絲將將所述的自適應太陽能電池板安裝在透明球體外圍和V型框架上。
[0006]上述雙V型架構均採用防腐蝕的合金金屬材料製成。其中重金屬傳感器陣列槽表面採用保護膜進行保護，重金屬檢測採用陽極溶出伏安法，傳感器電極具有自動清洗功能。配製的溶液安放在內V架構內部。
[0007]其中雙V型架構底部和透明凸起球體內放置了太陽能蓄電池，用來接收自適應太陽能電池浮漂板轉換的能量以及用來提供一個穩定的輸出電壓電流。採用太陽能蓄電池保證各個模塊的正常運行，提高抗幹擾能力，確保裝置的穩定性。
[0008]將該裝置放置在水中，其中V型框架位於水面以下，而圓形透明凸起球體則通過太陽能電池浮漂板漂浮於水面。當將該裝置放置在水中時，其中裝置底部和太陽能電池浮漂板背面的溼度傳感器先後檢測到信息並維持一段時間後，表明該裝置已正確放置於水體中，裝置自動開啟。
[0009]當裝置開啟後，通過通信模塊接收遠程控制中心發來的數據命令並將其存放在資料庫中作為參比數據。用以初始化裝置參數。初始化後，各個傳感器驅動模塊開始工作，驅動各自的傳感器用以檢測信號，通過其信號處理單元將信號做簡單的處理，然後通過總線傳輸到裝置全局信號處理單元。將信號進行分類處理，處理後的數據分為兩路，一路進入資料庫作為初始數據存放，另一路進入微處理器中，微處理單元將其數據存入對比模塊中，然後調用資料庫中的參比數據，經過對比模塊處理後的結果數據通過微處理器存入資料庫中。然後微處理器輸出使能信號用來驅動LED模塊，根據對比結果選擇性的點亮LED用以實現預警。同時，微處理器驅動通信模塊，數據通過無線網絡傳送到水體汙染監測中心。
[0010]本發明既有自動懸浮、多傳感器檢測、太陽能供電功能，又將微處理器技術、資料庫技術和無線通信等技術融合一體。因此，本發明具有水體多參數實時檢測、無需外接電源、結構接單、安裝維護方便等優點。
[0011]本發明裝置的工作原理
[0012]當該裝置正確放置在水中時，裝置底部和太陽能漂浮板背面的溼感傳感器先後檢測到信息並維持一段時間後，表明該裝置已正確放置於水體中，裝置自己開啟。
[0013]重金屬傳感器陣列、PH傳感器、溫度傳感器分別採集水中的重金屬離子，PH值和溫度；通信模塊將採集到的信息傳到微處理器，微處理器中預先編好汙染參數標準閾值和歷史檢測資料庫，通過將採集到的實時數據和資料庫中的數據比對、分析，判定水汙染情況和發展趨勢，結果通過無線通信模塊傳到水體汙染監測中心。
[0014]當裝置開啟後，自動調用資料庫中的參數。初始化後，各個傳感器電路模塊開始工作。通過其驅動電路將信號做簡單的處理，然後通過信號總線傳輸到信號處理單元。將信號進行分類整合處理，處理後的數據進入資料庫作為初始數據，通過與參比數據對比，有三種情況；
[0015]1、初始數據與參比數據相等，表明有輕度汙染，微處理通過驅動LED顯示黃色，並保持發送周期，
[0016]2、初始數據小於參比數據。表明水質良好。微處理驅動LED顯示綠色，並降低發送周期。用以節約裝置能耗。
[0017]3、初始數據大於參比數據，表明水體汙染嚴重，急需做進一步處理。微處理驅動LED顯示紅色，並提高發送周期。
[0018]環境監測部門或者其他監督機構可以根據具體要求，通過通信埠修改資料庫中的參比數據，或者通過通信埠更改裝置運行的開啟和關閉時間。使裝置具有更好的實用性與通用性。
[0019]本集成創新裝置的重金屬檢測採用傳感器陣列檢測機制，並將傳感器檢測、處理、通信以及LED顯示模塊集成一體的結構。其中通信部分，水體汙染監測中心可以根據具體情況更改裝置開啟/關閉時間和發送頻率以及汙染參比數據等參數，從而實現動態的控制裝置檢測精度，還可以實現定時開啟和關閉裝置。提高了其實用性和通用性。因此，本集成創新裝置既具有水體多汙染參數同時檢測和漂浮特點，又具有太陽能轉化提供能量，結構接單，安裝，維護方便之優點。【專利附圖】
【附圖說明】
[0020]圖1是集成式水體多汙染參數實時監測預警裝置的結構示意圖
[0021]圖2是圖1中實框I中模塊的細化
[0022]圖3是圖2中實框3-2中電路的細化。
[0023]圖4是裝置程序流程圖。
[0024]圖5是自適應太陽能電池板控制框圖。
[0025]圖中標號說明
[0026]1-微控制中心，2-太陽能蓄電池，
[0027]3-銜接接口，4-重金屬(汞，鎘等)檢測陣列槽。
[0028]5-重金屬檢測驅動電路， 6-溫度傳感器處理電路，
[0029]7-溫度傳感器，8-pH傳感器處理電路，
[0030]9-pH傳感器，10-溼度傳感器，
[0031]11-透明凸起球體LED套件，12-太陽能電池板。
[0032]13-絕緣扣，14-外V格柵，
[0033]15-電源線，16-信號線。
[0034]圖2中110-微處理器、111-信號處理、112-通信模塊、113-資料庫、114-太陽能驅動模塊、115-LED驅動模塊
具體實施方案
[0035]按圖1所示，集成式水體多汙染參數實時監測預警裝置框圖，主要由雙V型框架、透明凸起球體LED外罩和自適應太陽能電池浮漂板構成，其中透明凸起球體LED通過螺紋式接口旋轉固定在V型框架上並用絕緣扣13扣住。太陽能電池浮漂版潛入到透明凸起球體LED外罩上。
[0036]其中雙V型框架由空心密封的內V結構和具有柵格的外V結構14構成。內V中從低至上依次安裝溼度傳感器10、pH傳感器9，pH傳感器電路8、溫度傳感器7，溫度傳感器電路6，重金屬檢測陣列槽4，重金屬檢測電路5，並用電源線15和信號線16進行供電和通信。所述的PH傳感器9採用內外管件的方式，將電極絲和配好的溶液放置於試管內部，並進行密封處理。並配有自動閉合的進水口。所述的重金屬檢測陣列槽採用陣列式的布局，採用三電極陽極溶出伏安法進行測量。配製好的溶液放置於內V中。
[0037]其中透明凸起球體LED外罩11，內部潛入了 R&G高亮LED、太陽能蓄電池2，微控制中心I。太陽能驅動電路分別接微處理器110，太陽能外罩12和太陽能蓄電池2。其工作原理為:微處理器110控制太陽能驅動電路114驅動太陽能外罩12工作，轉化後的能量通過太陽能驅動電路114存儲在太陽能蓄電池2中。
[0038]其中信號處理電路中。電路各部分模塊見圖2和圖3。信號採集單元主要對傳感器檢測到的數據進行採樣、放大、濾波、對比(其中對比模塊的兩路輸入只是相差時間t。而輸出時取延時t秒後的數據)。信號處理模塊實現將對比後的輸出進行進一步濾波，放大，並將其AD轉換，以及進行數據整合。保證信號的準確度。
[0039]其中太陽能驅動模塊中。裝置根據太陽的運動規律和直射光角度自適應的改變採光面的採光角度。從而提高太陽能的轉換效率。
[0040]其中通信和顯示模塊，其中顯示部分採用R&G雙色高亮的LED並採用LED專用驅動電路。其中通信採用簡單實用的Zigbee無線通信方式。具有收發雙向通信功能。水體汙染監測中心可以根據具體要求更愛裝置中的部分參數。太陽能模塊採用改進型簡單的光伏發光裝置，其中採用單晶矽光伏電池效率將達25%。
【權利要求】
1.一種基於多傳感器和自供電的懸浮水體多汙染參數實時監測預警裝置，其特徵在於其構成是外殼、太陽能電池供電模塊、多傳感器信號採集模塊、通信模塊、微處理器、信號處理模塊、預警顯示模塊，上部弧形下部V形外殼使裝置始終能懸浮在水面上，自適應太陽能電池板嵌在半球形外殼的頂部。
2.根據權利要求1所述的水體多汙染參數實時監測預警裝置，其特徵在於該裝置採用雙V型設計，其中內V為空心密封，外V採用格柵式設計，裝置分為兩部分，防水部分與不防水部分，通過螺紋式將兩部分合二為一。
3.根據權利要求1所述的水體多汙染參數實時監測預警裝置，其特徵在於自適應太陽能漂浮板採用內外圓設計，其中內圓為空心，其中採光部分與水平面成一定的角度a，並採用波浪式的設計，採光角度a根據太陽的直射方向自適應的在一定角度內跟隨變化。
4.根據權利要求1所述的水體多汙染參數實時監測預警裝置，其特徵在於重金屬離子檢測盒採用陣列式布局，且檢測盒內的重金屬離子採用納米傳感器陣列進行檢測，所述的檢測盒能實現自動閉合功能。
5.根據權利要求1所述的水體多汙染參數實時檢測預警裝置，其特徵在於pH檢測置於自動閉合的類試管器件中。
6.根據權利要求1所述的水體多汙染參數實時監測預警裝置，其特徵在於重金屬傳感器、PH值傳感器、溫度傳感器採集到的信號，經濾波、放大和A/D轉換後傳到微處理器，微處理器經過處理後通過現場顯示和無線通信模塊將數據傳到水體監控中心，與資料庫中的標準值和歷史檢測值進行比對和分析，得到水體汙染的具體程度和發展趨勢。
【文檔編號】G01N33/18GK103513014SQ201210201201
【公開日】2014年1月15日 申請日期:2012年6月19日 優先權日:2012年6月19日
【發明者】鄧宏貴, 張海明, 唐豔魁, 姜佩龍, 胡浩 申請人:中南大學, 長沙高新開發區麓創電子科技有限公司