該發(fā)明涉及海水PH值監(jiān)測(cè)領(lǐng)域，尤其涉及裝置之間通過Zigbee自組網(wǎng)技術(shù)組成傳輸數(shù)據(jù)網(wǎng)絡(luò)。

背景技術(shù)：

海洋是人類生存環(huán)境的重要組成部分，對(duì)人類生存、發(fā)展有著極為密切的關(guān)系。海洋作為一個(gè)巨大的資源庫，如果能過將海洋資源合理的開發(fā)利用，將對(duì)國(guó)家的經(jīng)濟(jì)起到積極地作用。然而海洋環(huán)境的變化會(huì)對(duì)海洋資源的開發(fā)造成重要的影響，對(duì)海水水質(zhì)的監(jiān)測(cè)可使得人類對(duì)海洋環(huán)境的變化進(jìn)行預(yù)測(cè)，從而減少開發(fā)海洋資源的風(fēng)險(xiǎn)。

PH值是海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)過程中是最重要的指標(biāo)之一，同時(shí)，海水水質(zhì)監(jiān)測(cè)是一個(gè)長(zhǎng)期連續(xù)的過程，現(xiàn)有的PH復(fù)合電極如果長(zhǎng)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，使得PH復(fù)合電極靈敏度降低，影響對(duì)海水PH值數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性。因此，一種具備自動(dòng)清洗與保養(yǎng)功能的PH復(fù)合電極裝置就顯得尤為重要。

在大規(guī)模海洋監(jiān)測(cè)中，如果使用傳統(tǒng)的人工數(shù)據(jù)采集方式會(huì)耗費(fèi)大量的人力物力，如果使用Zigbee技術(shù)使各節(jié)點(diǎn)組成數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)，這樣就能極大的提高數(shù)據(jù)傳輸效率并且大幅度節(jié)約成本。因此一項(xiàng)基于Zigbee自組網(wǎng)技術(shù)的并能實(shí)現(xiàn)水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的PH值監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)。

附圖說明

圖1為PH復(fù)合電極裝置箱體的剖面圖

圖2為PH復(fù)合電極清潔與保養(yǎng)的細(xì)節(jié)圖

圖3為PH復(fù)合電極裝置的原理框圖

圖4為全過程的流程圖

圖5為Zigbee樹型網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)圖

1、機(jī)械臂；2、PH復(fù)合電極；3、太陽能光伏板；4、無線收發(fā)模塊；5、蓄電池；6、中央控制模塊；7、泡沫；8、濁度傳感器；9、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池；10、11、12、15、16、20、均為水泵(未畫出水管)；13、待測(cè)液體池14、液位計(jì)；17、導(dǎo)熱硅膠；18、蓄海水池；19、蓄清水池；21、金屬制成的冷凝板；22、帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器；23、協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)；24、終端節(jié)點(diǎn)；25、路由節(jié)點(diǎn)。

如圖所示：1、機(jī)械臂；2、通信天線；3、數(shù)據(jù)儲(chǔ)存及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(cè)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、ZigBee網(wǎng)絡(luò)；24、系統(tǒng)中繼傳輸模塊；25、岸邊數(shù)據(jù)接收裝置

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種能夠通過無線自組網(wǎng)實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸?shù)腜H值監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，以滿足海洋環(huán)境水質(zhì)長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于Zigbee自組網(wǎng)的PH值監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，包括多個(gè)PH復(fù)合電極裝置，每個(gè)PH復(fù)合電極裝置被視為一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)，并包括PH值采集模塊、電極保養(yǎng)模塊、清水采集模塊、供電模塊、無線收發(fā)模塊和中央控制模塊，其中，

PH值采集模塊包括機(jī)械臂、固定于機(jī)械臂前端的PH復(fù)合電極、待測(cè)溶液池、進(jìn)樣水泵12、排樣水泵11、沖洗水泵20，其中，進(jìn)樣水泵12用于將海水抽吸入待測(cè)溶液池，排樣水泵11用于將海水排出待測(cè)液體池；機(jī)械臂用于將PH復(fù)合電極置于待測(cè)液體池內(nèi)或?qū)⑵涮Ц撸琍H復(fù)合電極測(cè)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20抽吸抽吸清水并對(duì)抬高的PH復(fù)合電極進(jìn)行清洗，經(jīng)過清洗的PH復(fù)合電極被移至電極保養(yǎng)模塊的KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池中；

電極保養(yǎng)模塊，包括帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器、濁度傳感器、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池、排污水泵10，濁度傳感器用于檢測(cè)KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池內(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10工作，排出KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池內(nèi)廢液，位于KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池上方的KCL補(bǔ)充液容器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、蓄海水池、蓄清水池、液位計(jì)、進(jìn)水泵15、調(diào)節(jié)水泵15和冷凝板，進(jìn)水泵15用于抽吸海水進(jìn)入蓄海水池；導(dǎo)熱硅膠的主體作為蓄海水池的側(cè)壁，與其內(nèi)海水直接接觸；導(dǎo)熱硅膠還與太陽能光伏板連接，用于吸收熱量；蓄海水池的上部斜向固定有冷凝板，冷凝板將蒸發(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中；液位計(jì)用于監(jiān)測(cè)蓄清水池內(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，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，進(jìn)水泵15工作；

供電模塊包括太陽能光伏板和蓄電池，太陽能光伏板吸收光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池中為裝置供電；

中央控制模塊6將PH復(fù)合電極2收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線收發(fā)模塊4中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有無線收發(fā)模塊4，負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸，根據(jù)自組網(wǎng)協(xié)議，每次數(shù)據(jù)傳輸動(dòng)態(tài)指定其他節(jié)點(diǎn)為協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)23、路由節(jié)點(diǎn)25和終端節(jié)點(diǎn)24。

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的PH值監(jiān)測(cè)網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)獨(dú)立工作的PH復(fù)合電極裝置構(gòu)成，每個(gè)PH復(fù)合電極裝置視為一個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)。圖1是PH復(fù)合電極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，一種具備自動(dòng)清洗與保養(yǎng)功能的PH復(fù)合電極裝置，包括供電模塊，中央控制模塊，PH值采集模塊、電極保養(yǎng)模塊和清水采集模塊。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所示，PH值采集模塊包括機(jī)械臂1、PH復(fù)合電極2、待測(cè)溶液池13、水泵10、水泵11、水泵19。PH復(fù)合電極2由機(jī)械臂1控制進(jìn)入待測(cè)液體池13，水泵11工作，海水進(jìn)入待測(cè)液體池13，測(cè)得PH值傳輸至中央控制模塊5。水泵12工作，排出海水。機(jī)械臂1將PH復(fù)合電極2抬高，水泵20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2移至KCL溶液池9中。

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22、濁度傳感器8、KCL溶液池9、水泵10。海水中含微生物，水藻，工業(yè)廢液等雜質(zhì)，濁度傳感器8即可檢測(cè)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10工作，排出廢液。KCL補(bǔ)充液容器22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17、蓄海水池18、蓄清水池19、液位計(jì)14、水泵15、水泵16和冷凝板21。水泵15工作，海水進(jìn)入蓄海水池18。導(dǎo)熱硅膠17連接太陽能光伏板2吸收熱量，海水蒸發(fā)，遇冷凝板21凝結(jié)為液體，由于冷凝板21與光伏板2同角度傾斜，具有引流作用，凝結(jié)的清水流入蓄清水池19中。液位計(jì)14監(jiān)測(cè)水量，清水量達(dá)到最大閾值后，水泵16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15工作，重復(fù)上述過程。

如圖1，供電模塊包括太陽能光伏板2和蓄電池5。太陽能光伏板2吸收光能轉(zhuǎn)化為電能儲(chǔ)存在蓄電池5中為系統(tǒng)供電，以保證源源不斷的供能。使用太陽能進(jìn)行供電，既能保護(hù)環(huán)境、節(jié)約資源又極大延長(zhǎng)了該裝置在海上工作的時(shí)間。

如圖3所示，該裝置通過中央控制模塊控制機(jī)械臂運(yùn)作，利用PH復(fù)合電極2收集信息，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2的自動(dòng)清洗與保養(yǎng)。

中央控制模塊6將PH復(fù)合電極2收集到的數(shù)據(jù)傳輸?shù)綗o線收發(fā)模塊4中，每個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)都有無線收發(fā)模塊4，負(fù)責(zé)與其他節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信與數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)自組網(wǎng)協(xié)議，每次動(dòng)態(tài)指定協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)23、路由節(jié)點(diǎn)25和終端節(jié)點(diǎn)24。如圖5所示，為某一次組網(wǎng)示意圖。協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)23、路由節(jié)點(diǎn)25和終端節(jié)點(diǎn)24均可進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，產(chǎn)生監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。于此同時(shí)，協(xié)調(diào)節(jié)點(diǎn)23負(fù)責(zé)確定本次組網(wǎng)的數(shù)據(jù)傳輸路徑；路由節(jié)點(diǎn)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)中繼傳輸；終端節(jié)點(diǎn)只負(fù)責(zé)產(chǎn)生監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)。最終，數(shù)據(jù)被傳送到岸上數(shù)據(jù)中心。