該發(fā)明涉及海水PH值監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及具有自潔和保養(yǎng)功能的PH復(fù)合電極裝置及基于GPS系統(tǒng)的自組網(wǎng)監(jiān)測方式。

背景技術(shù)：

海洋是世界貿(mào)易的主要通道，是潛力巨大的資源寶庫，是人類生存和發(fā)展的戰(zhàn)略空間，是全球氣候與環(huán)境的重要調(diào)節(jié)器，也是國際競爭與合作的重要舞臺(tái)。開發(fā)和利用海洋，對全球經(jīng)濟(jì)發(fā)展和社會(huì)進(jìn)步，對我國改革開放和現(xiàn)代化建設(shè)，都具有十分重要的戰(zhàn)略意義。而海洋環(huán)境的變化會(huì)對海洋資源的開發(fā)造成重要的影響，對海水水質(zhì)的監(jiān)測可使得人類對海洋環(huán)境的變化進(jìn)行預(yù)測，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)測過程中是最重要的指標(biāo)之一。傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測過程中需要對海水進(jìn)行采樣檢測，或者利用傳感器到現(xiàn)場進(jìn)行檢測，但這均需消耗大量的人力物力，并且無法做到實(shí)時(shí)監(jiān)測。另外，現(xiàn)有PH復(fù)合電極如果長時(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，會(huì)影響對海水PH值數(shù)據(jù)采集的準(zhǔn)確性?，F(xiàn)有PH復(fù)合電極使用后均需進(jìn)行人工清洗、保養(yǎng)等操作，人工完成該操作費(fèi)時(shí)費(fèi)力。會(huì)對海水水質(zhì)的監(jiān)測過程造成不便。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種支遠(yuǎn)距離準(zhǔn)確傳輸數(shù)據(jù)且具備自動(dòng)清洗與保養(yǎng)功能的PH值監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，以滿足海水水質(zhì)長期監(jiān)測的需要。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于GPS的zigbee無線自組網(wǎng)PH值監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)PH復(fù)合電極裝置構(gòu)成，其中一個(gè)作為主傳感器節(jié)點(diǎn)，其他為次傳感器節(jié)點(diǎn)；

每個(gè)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、無線通信模塊、電極保養(yǎng)模塊和清水采集模塊，其中，

PH值采集模塊包括機(jī)械臂1、固定于機(jī)械臂1前端的PH復(fù)合電極23、待測溶液池14、進(jìn)樣水泵13、排樣水泵12、沖洗水泵21，其中，進(jìn)樣水泵13用于將海水抽吸入待測溶液池14，排樣水泵12用于將海水排出待測液體池14；機(jī)械臂1用于將PH復(fù)合電極23置于待測液體池14內(nèi)或?qū)⑵涮Ц?，PH復(fù)合電極23測得PH值傳輸至中央控制模塊，在中央控制模塊的控制下，沖洗水泵抽吸抽吸清水并對抬高的PH復(fù)合電極23進(jìn)行清洗，經(jīng)過清洗的PH復(fù)合電極23被移至電極保養(yǎng)模塊的KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10中；

電極保養(yǎng)模塊，包括帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器2、濁度傳感器9、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10、排污水泵13，濁度傳感器9用于檢測KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10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13工作，排出KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10內(nèi)廢液，位于KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10上方的KCL補(bǔ)充液容器2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18、蓄海水池19、蓄清水池20、液位計(jì)15、進(jìn)水泵16、調(diào)節(jié)水泵17和冷凝板22，進(jìn)水泵16用于抽吸海水進(jìn)入蓄海水池19；導(dǎo)熱硅膠18的主體作為蓄海水池19的側(cè)壁，與其內(nèi)海水直接接觸；導(dǎo)熱硅膠18用于吸收熱量；蓄海水池19的上部斜向固定有冷凝板22，冷凝板22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20中；液位計(jì)15用于監(jiān)測蓄清水池20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，控制調(diào)節(jié)水泵17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，控制進(jìn)水泵16工作；

主傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊包括GPS模塊和zigbee模塊，次傳感器節(jié)點(diǎn)的無線通信模塊包括zigbee模塊，各個(gè)傳感器節(jié)點(diǎn)經(jīng)由Zigbee自組網(wǎng)，并通過位于主傳感器節(jié)點(diǎn)上的GPS模塊傳輸?shù)疥懙厣系牡孛娼邮栈?6。

附圖說明

圖1為作為主傳感器節(jié)點(diǎn)的傳感器裝置箱體的剖面圖

圖2為PH復(fù)合電極清潔與保養(yǎng)的細(xì)節(jié)圖

圖3為GPS數(shù)據(jù)傳輸示意圖

圖4為PH復(fù)合電極裝置的原理框圖

圖5為PH復(fù)合電極裝置工作全過程的流程圖

1、機(jī)械臂；2、帶有電磁閥門的KCL補(bǔ)充液容器；3、GPS模塊；4、中央控制模塊；5、Zigbee通信模塊；6、充電接口；7、蓄電池；8、泡沫；9、濁度傳感器；10、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池；11、12、13、16、17、21、均為水泵(未畫出水管)；14、待測液體池；15、液位計(jì)；18、導(dǎo)熱硅膠；19、蓄海水池；20、蓄清水池；22、金屬制成的冷凝板；23、PH復(fù)合電極；24、PH復(fù)合電極裝置網(wǎng)絡(luò)；25、GPS衛(wèi)星；26、地面接收基站

具體實(shí)施方式

本發(fā)明的PH值監(jiān)測網(wǎng)絡(luò)，由若干個(gè)獨(dú)立工作的PH復(fù)合電極裝置組成，包括主傳感器節(jié)點(diǎn)和次傳感器節(jié)點(diǎn)，圖1是作為主傳感器節(jié)點(diǎn)的PH復(fù)合電極裝置的結(jié)構(gòu)示意圖，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、清水采集模塊和無線通信模塊。下面將結(jié)合附圖對本發(fā)明的具體實(shí)施方式進(jìn)一步詳細(xì)說明。

如圖1，供電模塊包括充電接口6和蓄電池7。通過充電接口6為蓄電池7充電，保證整個(gè)系統(tǒng)的供能。需采集海水PH值數(shù)據(jù)時(shí)，由作業(yè)船只攜帶其到待測海域，將改裝置放入海中對海水PH進(jìn)行監(jiān)測。監(jiān)測作業(yè)完成后，由作業(yè)船只將PH復(fù)合電極裝置收回，為裝置進(jìn)行再次充電以備下次使用。

如圖1所示，PH值采集模塊包括機(jī)械臂1、PH復(fù)合電極23、待測溶液池14、水泵12、水泵13、水泵21。PH復(fù)合電極23由機(jī)械臂1控制進(jìn)入待測液體池14，水泵13工作，海水進(jìn)入待測液體池14，測得PH值傳輸至中央控制模塊4。水泵12工作，排出海水。機(jī)械臂1將PH復(fù)合電極23抬高，水泵21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23移至KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10中。完成對PH復(fù)合電極的保養(yǎng)。

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2、濁度傳感器9、KCL標(biāo)準(zhǔn)樣液池10、水泵11。海水中含微生物，水藻，工業(yè)廢液等雜質(zhì)，濁度傳感器9即可檢測標(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11工作，排出廢液。KCL補(bǔ)充液容器2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18、蓄海水池19、蓄清水池20、液位計(jì)15、水泵16、水泵17和冷凝板22。水泵16工作，海水進(jìn)入蓄海水池19。導(dǎo)熱硅膠18收集頂部太陽照射帶來的熱量并傳導(dǎo)至蓄海水池19，海水蒸發(fā)，遇冷凝板22凝結(jié)為液體，由于冷凝板22傾斜，具有引流作用，凝結(jié)的清水流入蓄清水池20中。液位計(jì)15監(jiān)測水量，清水量達(dá)到最大閾值后，水泵17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16工作，重復(fù)上述過程。

如圖1，無線通信模塊包括Zigbee通信模塊5和GPS模塊3。中央控制模塊4將所測得的PH值即其他相關(guān)信息保存在Zigbee通信模塊5中，隨后經(jīng)GPS模塊3發(fā)送出去。

如圖3，在指定監(jiān)測海域上有若干個(gè)獨(dú)立工作的PH傳感器裝置，包括主傳感器節(jié)點(diǎn)和次傳感器節(jié)點(diǎn)，共同組成PH復(fù)合電極裝置網(wǎng)絡(luò)。次傳感器節(jié)點(diǎn)不具有GPS模塊，主傳感器節(jié)點(diǎn)具有GPS模塊。次傳感器節(jié)點(diǎn)將采集的數(shù)據(jù)通過zigbee自組網(wǎng)的方式，傳輸至主節(jié)點(diǎn)，再由GPS衛(wèi)星傳遞技術(shù)將數(shù)據(jù)直接傳輸?shù)教罩械男l(wèi)星中，最終發(fā)送到位于陸地上的地面接收基站26，以便研究所人員進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

如圖4和圖5所示，各個(gè)PH復(fù)合電極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(jī)械臂運(yùn)作，利用PH復(fù)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(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)合電極裝置的自動(dòng)清洗與保養(yǎng)。在待測海域內(nèi)，若干個(gè)上述獨(dú)立工作的PH復(fù)合電極裝置經(jīng)由Zigbee自組網(wǎng)并通過主傳感器節(jié)點(diǎn)的GPS模塊傳輸?shù)疥懙厣系牡孛娼邮栈?6以供分析。