一種基於ZIGBEE無線通信技術的便攜型PH複合電極裝置的製作方法
2023-06-08 11:48:36
該發明涉及海水PH值監測領域，尤其涉及對裝置中PH複合電極的清潔與保養。
背景技術：
水是人類社會的寶貴資源,分布於海洋,江,河,湖和地下水及冰川共同構成的地球水圈中。估計地球上存在的總水量中海水佔97.3％,淡水僅佔2.7％。水是人類賴以生存的主要物質之一,隨著世界人口的增長和工農業生產的發展,用水量也在日益增加，而由於人類的生活和生產活動,將大量未經處理的生活汙水,工業廢水,及其他廢棄物往往直接排入環境水體,造成海洋水質汙染。對海水水質的實時監測可探知受汙染水體的位置，從而對海洋受汙染水域進行清潔、處理，以免造成巨大的經濟損失。
PH值是海水水質監測過程中是最重要的指標之一，同時，海水水質監測是一個長期連續的過程。在長期的監測過程中，數據的採集、收發等活動都會消耗大量的電能，監測裝置能量的可持續供應則面臨一個巨大的挑戰。並且，現有PH複合電極如果長時間浸泡在海水中，電極前端玻璃球泡表面容易被海水中的雜質覆蓋，堵塞氫離子通道，會影響對海水PH值數據採集的準確性。同時，傳統PH複合電極採集到的PH信息均需通過有線方式傳至主機，降低了使用靈活度。
現有PH複合電極使用後均需進行人工清洗、保養等操作，人工完成該操作費時費力。會對海水水質的監測過程造成不便。而海水水質的數據具有極強的時效性，監測人員得到海水數據的時間越快越好。ZigBee技術傳輸的數據量比較小，具有功耗低、成本低、時延短等優良特性，使得整個裝置的工作時間更長，有利於對海水水質的長期監測。就此看來，一種靠ZigBee實時數據傳輸，攜帶方便、可反覆充電且具備自動清洗與保養功能的PH複合電極裝置顯得尤為重要。
技術實現要素：
本發明的目的是提供一種攜帶方便、可反覆充電且具備自動清洗與保養功能的PH複合電極裝置，以滿足海洋環境下水質長期監測的需要。本發明的技術方案如下：
一種基於ZIGBEE無線通信技術的便攜型PH複合電極裝置，包括供電模塊、中央控制模塊，PH值採集模塊、無線通信模塊、電極保養模塊和清水採集模塊，其中，
PH值採集模塊包括機械臂1、固定於機械臂1前端的PH複合電極22、待測溶液池12、進樣水泵11、排樣水泵10、衝洗水泵19，其中，進樣水泵11用於將海水抽吸入待測溶液池12，排樣水泵10用於將海水排出待測液體池12；機械臂1用於將PH複合電極22置於待測液體池12內或將其抬高，PH複合電極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，衝洗水泵抽吸抽吸清水並對抬高的PH複合電極22進行清洗，經過清洗的PH複合電極22被移至電極保養模塊的KCL標準樣液池8中；
無線通信模塊包括zigbee模塊，PH值採集模塊採集到的數據通過該模塊無線傳輸至控制室；
電極保養模塊，包括帶有電磁閥門的KCL補充液容器21、濁度傳感器7、KCL標準樣液池8、排汙水泵9，濁度傳感器7用於檢測KCL標準樣液池8內的標準樣液受汙染程度，中心控制模塊在濁度達到閾值時，控制排汙水泵9工作，排出KCL標準樣液池8內廢液，位於KCL標準樣液池8上方的KCL補充液容器21底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補充液；
清水採集模塊包括導熱矽膠16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位計13、進水泵14、調節水泵15和冷凝板20，進水泵14用於抽吸海水進入蓄海水池17；導熱矽膠16的主體作為蓄海水池17的側壁，與其內海水直接接觸；導熱矽膠16還與太陽能光伏板2連接，用於吸收熱量；蓄海水池17的上部斜向固定有冷凝板20，冷凝板20將蒸發的海水凝結為液體，並將凝結的液體引流入蓄清水池18中；液位計13用於監測蓄清水池18內水量，其採集的信息被送入中心控制模塊，中心控制模塊在清水量達到最大閾值後，調節水泵15開啟，釋放海水，不再進行蒸發冷凝，；當清水達到最小閾值，進水泵14工作；
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，保證整個系統的供能。
附圖說明
圖1為傳感器裝置箱體的剖面圖
圖2為PH複合電極清潔與保養的細節圖
圖3為該裝置的原理框圖
圖4為全過程的流程圖
1、機械臂；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標準樣液池；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；16、導熱矽膠；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金屬製成的冷凝板；21、帶有電磁閥門的KCL補充液容器；22、PH複合電極。
具體實施方式
圖1是PH複合電極裝置的結構示意圖，一種充能簡便並且具備自動清洗與保養功能的PH複合電極裝置，包括供電模塊，中央控制模塊，PH值採集模塊、無線通信模塊、電極保養模塊和清水採集模塊。下面將結合附圖對本發明的具體實施方式進一步詳細說明。
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，保證整個系統的供能。需採集海水PH值數據時，由作業船隻攜帶其到待測海域，將改裝置放入海中對海水PH進行監測。監測作業完成後，由作業船隻將PH複合電極裝置收回，為裝置進行再次充電以備下次使用。
如圖1所示，PH值採集模塊包括機械臂1、PH複合電極22、待測溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH複合電極22由機械臂1控制進入待測液體池12，水泵11工作，海水進入待測液體池12，測得PH值傳輸至中央控制模塊5。水泵10工作，排出海水。機械臂1將PH複合電極抬高，水泵19工作，引出清水衝洗複合電極。機械臂1再將PH複合電極22移至KCL標準樣液池8中。完成對PH複合電極的保養。
如圖1所示，通信模塊包括ZigBee通信模塊3，該模塊獲取PH值採集模塊所採集的PH值數據後，將收集的數據及時發往監測人員處。實現海水PH值的實時數據傳輸。
如圖2，為電極保養模塊細節圖，包括帶有電磁閥門的KCL補充液容器21、濁度傳感器7、KCL標準樣液池8、水泵9。海水中含微生物，水藻，工業廢液等雜質，濁度傳感器7即可檢測標準樣液受汙染程度。濁度達到閾值時，KCL標準液已被汙染，須更換。水泵9工作，排出廢液。KCL補充液容器21底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補充液。實現了KCL標準液的更新。
如圖1，右側清水採集模塊包括導熱矽膠16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位計13、水泵14、水泵15和冷凝板20。水泵14工作，海水進入蓄海水池17。導熱矽膠16收集頂部太陽照射帶來的熱量並傳導至蓄海水池17，海水蒸發，遇冷凝板20凝結為液體，由於冷凝板20傾斜，具有引流作用，凝結的清水流入蓄清水池18中。液位計13監測水量，清水量達到最大閾值後，水泵15開啟，釋放海水，不再進行蒸發冷凝，確保海水不會在箱體內結晶和汙染。當清水達到最小閾值，水泵14工作，重複上述過程。
如圖3所示，該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械臂運作，利用PH複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行處理，並存儲於數據存儲模塊中；利用濁度傳感器和液位計收集數據，上傳至中央控制模塊分析KCL標準樣液汙染度和清水量是否達到閾值，並控制水泵和電磁閥門及時做出反應，完成了清水的自動採集和KCL溶液的自動更換，實現PH複合電極裝置的自動清洗與保養。