一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的製作方法

2023-05-27 13:16:21

專利名稱：一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的製作方法
技術領域：
本發明涉及信息採集和環境監測領域，特別是涉及一種用於湖泊水質監測的存儲 轉發節點。
背景技術：
近20年來，我國湖泊水環境汙染和富營養化問題日益嚴重。全方位、多角度、全時 段監控湖泊的水文水質信息對於治理水汙染、防控藍藻水華具有十分重要的意義。目前，我 們對於湖泊水文水質的監控主要採用衛星遙感和人工取樣的方法。但遙感獲得的信息非常 的有限，並不能完全反映真實的情況；人工取樣一般使用人工現場水樣採集、實驗室分析的 方法，耗費的人和物力非常的巨大。於是出現了許多湖泊監測類現場水質分析儀。隨著監測技術、計算機技術和無線通信技術的發展，出現了許多湖泊監測類現場 水質分析儀。這些儀器一般帶有可充電電池和存儲晶片，使用時，實驗員先把分析儀帶往 需檢測的水域，使分析儀直接接觸目標水體，經過幾秒鐘的現場自動分析後，數據分析結果 直接存進內部存儲晶片，然後由實驗員把分析儀帶回實驗室，通過分析儀帶有的通信接口 (如RS232接口、無線紅外等)將分析接口上傳給PC機。這些分析儀具有準確度高、可測量 水質參數多、監測探頭可安裝可卸載可自由組合等特點。但是即使使用這些分析儀，也不是非常方便，因為如果檢測點在湖心，實驗員每次 都要親自到湖心操作和使用分析儀。儘管許多在線分析儀都集成了 GSM模塊可以遠程傳送 數據，但是在移動信號覆蓋不到的盲區(尤其是野外)仍無法發揮作用。另外，由於在線監 測比較複雜，起步又比較晚，所以即便是大公司的許多產品也有考慮欠周到的地方，如不能 動態的根據太陽能電量調整採樣周期等。這些分析儀雖然使用操作上簡單，但卻不夠靈活， 使用方式單一。

發明內容
本發明所要解決的技術問題是提供一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，改變 普通水質分析儀單一的使用方法，提高使用的靈活性，便於進行二次開發。本發明解決其技術問題所採用的技術方案是提供一種用於湖泊水質監測的存儲 轉發節點，包括第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊、時鐘單元和控制單元，所述 的控制單元分別與所述的第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊和時鐘單元相連， 用於支配和控制所述的存儲轉發節點運行；所述的電源模塊用於為所述的存儲轉發節點提 供電源；所述的時鐘單元用於為所述的存儲轉發節點提供時鐘源和發送時序；所述的第一 接口組用於連接監測設備或信息採集裝置；所述的第二接口組用於連接發送裝置；所述的 存儲單元用於存儲接收到的數據。所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的第一接口組和第二接口組包括至少 一個接口單元，每一個接口單元均包括數據交互接口、命令交互接口和電源控制單元；所述 的數據交互接口用於與外接設備傳輸數據；所述的命令交互接口用於向外接設備傳輸命
3令；所述的電源控制接口用於控制外接設備的供電。所述的電源控制接口為電磁繼電器控制的電源接口。所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的電源模塊採用乾電池、或太陽能電池 板、或風電能供電方式對所述的存儲轉發節點供電。所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的存儲轉發節點還包括與存儲單元相 連的通用通信接口 ；所述的通用通信接口用於人工採樣以及對設備的維護和配置。 所述的通用通信接口為RS232接口、或I2C接口、或USB接口。所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的存儲單元採用先進先刪的原則處理 數據。有益效果由於採用了上述的技術方案，本發明與現有技術相比，具有以下的優點和積極效 果本發明可以在移動信號覆蓋不到的盲區內在線監測，適用於湖泊水質監測的特定場景， 並能夠通過通用通信接口對設備設置採樣周期和採用參數，改變了普通水質分析儀單一的 使用方法，提高使用的靈活性，也便於進行二次開發。


圖1是本發明的結構示意圖；圖2是本發明的接口組中接口單元的示意圖。
具體實施例方式下面結合具體實施例，進一步闡述本發明。應理解，這些實施例僅用於說明本發明 而不用於限制本發明的範圍。此外應理解，在閱讀了本發明講授的內容之後，本領域技術人 員可以對本發明作各種改動或修改，這些等價形式同樣落於本申請所附權利要求書所限定 的範圍。本發明的實施方式涉及一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，如圖1所示，包 括第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊、時鐘單元和控制單元，所述的控制單元分 別與所述的第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊和時鐘單元相連，用於支配和控 制所述的存儲轉發節點運行；所述的電源模塊用於為所述的存儲轉發節點提供電源；所述 的時鐘單元用於為所述的存儲轉發節點提供時鐘源和發送時序；所述的第一接口組用於連 接監測設備或信息採集裝置；所述的第二接口組用於連接發送裝置；所述的存儲單元用於 存儲接收到的數據。其中，電源模塊採用乾電池、或太陽能電池板、或風電能供電方式對所 述的存儲轉發節點供電。所述的第一接口組和第二接口組包括至少一個接口單元，如圖2所示，每一個接 口單元包括均包括數據交互接口、命令交互接口和電源控制接口。在第一接口組中，所述的 數據交互接口用於與外接設備傳輸數據，也就是說，數據交互接口是分析監測設備或信息 採集裝置向該存儲轉發節點上傳所採集到的數據時所用的接口 ；所述的命令交互接口用於 向外接設備傳輸命令，也就是說，命令交互接口用來模擬分析監測設備的命令協議棧(通 常在沒有使用存儲轉發節點的情況下這些命令交互是通過設備帶的上位機軟體或手持機 完成的)，控制單元通過命令交互接口對監測設備或信息採集裝置下發採樣、數據上傳等
4命令實現對監測設備或信息採集裝置的控制；所述的電源控制接口用於控制外接設備的供 電，該電源控制接口為電磁繼電器控制的電源接口，是為節點在野外利用太陽能電池板或 乾電池供電時充分節省電能而使用的方式之一，通過電磁繼電器，節點可以隨時對分析監 測設備或信息採集裝置通斷電，以延長系統在電源有限條件下的工作壽命。存儲轉發節點和與節點通過第一接口組的接口單元相連的水質分析儀或水質監 測裝置的通信過程如下假設水質分析儀或水質監測裝置的命令格式已知或者已經通過各 種分析手段解析完全，待提前設置的某掛接的水質分析儀或水質監測裝置的採樣時間到達 時，存儲轉發節點會控制與該水質分析儀或水質監測裝置相連接的電源控制接口通過電磁 繼電器為其上電，按照儀器要求的順序依次下發能夠使採樣或監測完成和將所得數據上傳 的命令。以YSI6600為例，在採樣時刻到來時，存儲轉發節點首先通過控制與該YSI6600對 應的接口單元中的電源控制單元為YSI6600供電，使YSI6600進入工作狀態。然後延時以 讓YSI6600有足夠的時間完成採樣，接著通過控制接口依次下發開啟刷子命令(即啟動電 動刷清掃光學監測頭，以免雜物覆蓋光學監測頭導致採樣失敗)，之後是採樣數據的命令， 再之後是上傳採樣數據對應參數命令，最後是對YSI6600斷電直到下一次採樣時間的到來 的命令。通過電源控制接口只在需要採樣的情況才打開水質分析儀或水質監測裝置，不需 要採樣的情況下就關閉水質分析儀或水質監測裝置，以實現節省功耗的目的。傳上來的數據會被暫存到存儲單元中直至通過與發送裝置連接的第二接口發出 去，如果沒有發出去，若存儲單元空間足夠大數據會保存下去直到主動發出或被動取出，若 不斷上傳的數據使存儲單元擠滿，則會按照先進先刪的原則進行處理，即最新的將最老的 刪掉。存儲轉發節點與發送裝置相連的第二接口組中，第二接口組的接口單元類似於第 一接口組的接口單元，同樣也是分為命令交互接口、數據交互接口和電源控制接口，各部分 的功能也類似。第二接口組主要是控制存儲單元中數據的發送，由於在野外工作一般通過 無線射頻模塊發送數據，存儲轉發節點一方面通過電源控制單元控制無線射頻模塊的通斷 電，使無線射頻模塊在需要工作的時候通電，不需要工作的時候斷電，另一方面通過命令交 互接口為無線射頻模塊進行必要的配置和控制。數據交互接口則負責傳輸存儲節點需要向 外傳輸的數據。所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點的存儲轉發節點還包括與存儲單元相 連的通用通信接口。由於採用了通用通信接口，存放在存儲單元中的數據有兩種途徑可以 送出，一個是上面所說的使用與第二組的接口單元連接的發送裝置，另一個則是使用通用 通信接口(如RS232接口、I2C接口、USB接口等)進行人工取出。這個預留的通用通信接 口主要用於人工定期巡測採樣以及常規的設備維護和配置，它可以與分析監測設備、或上 位機、或手持設備的接口兼容，同時也集成了對存儲轉發節點的控制協議棧，用於對存儲轉 發節點進行狀態獲取和常規配置(如設置採樣周期、設置採樣參數等)。不難發現，本發明可以在移動信號覆蓋不到的盲區內在線監測，尤其適用於湖泊 水質監測的特定場景，並能夠通過通用通信接口對設備設置採樣周期和採用參數，改變了 普通水質分析儀單一的使用方法，提高使用的靈活性，也便於進行二次開發。
權利要求
一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，包括第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊、時鐘單元和控制單元，其特徵在於，所述的控制單元分別與所述的第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊和時鐘單元相連，用於支配和控制所述的存儲轉發節點運行；所述的電源模塊用於為所述的存儲轉發節點提供電源；所述的時鐘單元用於為所述的存儲轉發節點提供時鐘源和發送時序；所述的第一接口組用於連接監測設備或信息採集裝置；所述的第二接口組用於連接發送裝置；所述的存儲單元用於存儲接收到的數據。
2.根據權利要求1所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的第 一接口組和第二接口組包括至少一個接口單元，每一個接口單元均包括數據交互接口、命 令交互接口和電源控制接口 ；所述的數據交互接口用於與外接設備傳輸數據；所述的命令 交互接口用於向外接設備傳輸命令；所述的電源控制接口用於控制外接設備的供電。
3.根據權利要求2所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的電 源控制接口為電磁繼電器控制的電源接口。
4.根據權利要求1所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的電 源模塊採用乾電池、或太陽能電池板、或風電能供電方式對所述的存儲轉發節點供電。
5.根據權利要求1所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的存 儲轉發節點還包括與存儲單元相連的通用通信接口 ；所述的通用通信接口用於人工採樣以 及對設備的維護和配置。
6.根據權利要求5所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的通 用通信接口為RS232接口、或I2C接口、或USB接口。
7.根據權利要求1所述的用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，其特徵在於，所述的存 儲單元採用先進先刪的原則處理數據。
全文摘要
本發明涉及一種用於湖泊水質監測的存儲轉發節點，包括第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊、時鐘單元和控制單元，所述的控制單元分別與第一接口組、第二接口組、存儲單元、電源模塊和時鐘單元相連，用於支配和控制整個存儲轉發節點運行；所述的電源模塊分別與時鐘單元、存儲單元、第一接口組和第二接口組相連，用於為整個存儲轉發節點提供電源；所述的時鐘單元用於為整個存儲轉發節點提供時鐘源和發送時序；所述的第一接口組用於連接監測設備或信息採集裝置；所述的第二接口組用於連接發送裝置；所述的存儲單元用於存儲接收到的數據。本發明改變了普通水質分析儀單一的使用方法，提高使用的靈活性，也便於進行二次開發。
文檔編號G01N33/18GK101900718SQ20101016786
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月6日 優先權日2010年5月6日
發明者周璐巍, 左秀婷, 鞏思亮, 張唯易, 王營冠, 鮑星合 申請人:中國科學院上海微系統與信息技術研究所