水环境的水质监测浮漂装置及其监测系统的制作方法

本发明涉及在线水质监测技术领域，特别涉及一种水环境的水质监测浮漂装置及其监测系统。

背景技术：

水污染问题已成为影响人民群众生活质量和幸福感的一个重要因素，获取水环境参数、研究开发水质在线监测方法对水环境监测和污染排放监控具有重大的意义。在物联网进程快速发展的推动下，为水环境的水质检测提供物联网化的解决方案，提高水环境监测的实时性及高效性，已成为水环境在线水质监测技术领域的一个发展方向。

较为早期的物联网水质在线监测手段，是采用水质传感器对被监测水域的岸边水质进行水质监测，并通过联网的监测计算机或监测控制器将监测数据采集后传输至网络进行远程传输。但由于岸边的水质情况容易受到岸边复杂生态环境的影响，其水质监测数据的代表性较差，容易出现监测参数的偏差。

较后期的物联网水质在线监测手段，开始采用浮标监测装置部署于被监测水域的中部区域进行水质监测，然后通过GPRS模块等移动通信网络传输模块进行远程传输。采用浮标监测装置对水域中部的水质监测数据具有较好的代表性，因此解决了容易出现监测参数偏差的问题；但是由于GPRS模块等移动通信网络传输模块的功耗较大，且部署于水域中部的浮标监测装置无法采用有线方式供电，采用太阳能供电方案也难以长时间满足移动通信网络传输模块的功耗消耗，因此时常出现供电不足、监测中断的情况，物联网水质在线监测的连续性不佳，供电不足则成为了制约浮标监测装置应用的瓶颈。

技术实现要素：

针对现有技术中存在的上述不足，本发明的目的在于提供一种能够实现低功耗数据传输且适用于水环境的水质监测浮漂装置，以及借助该水质监测浮漂装置能够稳定实现水质在线监测数据远传的水环境的水质监测系统，用以解决现有技术中借助水质监测浮漂装置进行水质在线监测存在供电不足、连续性不佳的问题。

为实现上述目的，本发明采用的水质监测浮漂装置技术方案是：

一种水环境的水质监测浮漂装置，包括浮漂支撑台，以及安装在浮漂支撑台上的太阳能电池板和水质监测发送电路；所述浮漂支撑台包括一个整体呈横向设置的平板块状的浮漂板，以及从浮漂板中部向上延伸竖立设置的中立柱，且中立柱为中空结构，浮漂板上围绕中立柱周向均匀分布设置有四个太阳能电池板支架，每个太阳能电池板支架具有一个由浮漂板中部到边缘方向向下倾斜的安装支撑面；所述太阳能电池板有四块，分别铺设安装在四个太阳能电池板支架的安装支撑面上；所述水质监测发送电路包括设置在所述浮漂板底部的水质监测传感器，密封安装在所述中立柱的中空空间内的蓄电池、充电控制电路和监测控制器，以及安装在所述中立柱顶部的低功耗无线发射器，所述水质监测传感器的监测数据输出端与监测控制器的数据输入端电连接，监测控制器的数据输出端电连接至低功耗无线发射器，而蓄电池的充电端通过充电控制电路分别电连接至四块太阳能电池板的送电输出端，且由蓄电池对水质监测传感器、监测控制器和低功耗无线发射器供电。

上述水环境的水质监测浮漂装置中，作为优选方案，每个太阳能电池板支架通过横向设置的横连接杆与中立柱相连接，所述横连接杆为中空结构且与中立柱的中空空间相连通；安装在太阳能电池板支架上的太阳能电池板的送电输出端通过穿设在所述横连接杆的中空空间内的线缆伸入中立柱的中空空间内通过充电控制电路与蓄电池的充电端进行电连接。

为实现上述目的，本发明采用的水质监测系统技术方案是：

一种水环境的水质监测系统，包括设置在被监测水域中的如上所述的水质监测浮漂装置，以及设置在所述被监测水域岸边位置处的监测数据远传装置；所述水质监测浮漂装置通过其浮漂板飘浮设置在被监测水域中的水面上，且其位于浮漂板底部的水质监测传感器浸没在被监测水域的水面下；所述监测数据远传装置包括支撑立架，以及安装在支撑立架上的监测数据远传电路；所述支撑立架包括驻立在被监测水域岸边位置处的支撑立柱，所述支撑立柱的底部具有电源安装空腔，支撑立柱上位于中部位置处设有支撑台，支撑立柱的顶部设有横向朝向被监测水域方向延伸的支撑横杆；所述监测数据远传电路包括安装在支撑立柱底部的电源安装空腔内的市电供电电源，安装在支撑台上的传输控制器和网络数据传输模块，以及安装在支撑横杆上朝向被监测水域方向一端的端部位置处的低功耗无线接收器，所述低功耗无线接收器与水质监测浮漂装置的低功耗无线发射器进行匹配无线通信连接，且低功耗无线接收器与传输控制器的数据接收端电连接，传输控制器的数据转发输出端与网络数据传输模块电连接，所述网络数据传输模块连接至数据传输网络，而市电供电电源则对低功耗无线接收器、传输控制器和网络数据传输模块供电。

上述水环境的水质监测系统中，作为优选方案，所述监测数据远传装置的支撑立柱和支撑横杆均为中空结构，监测数据远传装置的市电供电电源、低功耗无线接收器、传输控制器和网络数据传输模块之间通过布设在支撑立柱以及支撑横杆的中空空间内的线缆进行电连接。

上述水环境的水质监测系统中，作为优选方案，所述网络数据传输模块为以太网络传输模块，所述数据传输网络为以太网络，以太网络传输模块通过以太网线连接至以太网络。

上述水环境的水质监测系统中，作为优选方案，所述网络数据传输模块为移动通信网络传输模块，所述数据传输网络为移动通信网络，移动通信网络传输模块通过无线移动通信连接至移动通信网络。

相比于现有技术，本发明具有以下有益效果：

1、本发明的水环境的水质监测浮漂装置，其结构设计和重心分布均衡，太阳能电池板布置合理，能够保持很好的漂浮稳定性，且充分确保太阳能发电的效率和可靠性，并结合采用低功耗无线发射器进行有限距离的水质监测数据无线传输，使得太阳能供电能够长时间持续满足其供电需求，避免出现因供电不足而导致水质在线监测中断的问题。

2、本发明的水质监测浮漂装置中，针对电路的防水和结构保护设计还能够较好的保证水质监测浮漂装置应用于水环境的电安全性。

3、本发明的水环境的水质监测系统，由于水质监测浮漂装置的低功耗结合太阳能供电，解决了其供电不足造成水质监测中断的问题，保证了水质在线监测的连续性，同时监测数据远传装置由于采用市电供电电源进行供电，能够很好的保证网络数据传输模块进行水质在线监测数据持续进行远传传输的功耗需求，从而能够稳定实现水质在线监测数据的远传传输，解决了借助水质监测浮漂装置进行水质在线监测存在供电不足、连续性不佳的问题，为物联网水质在线监测的远传传输提供了新的系统实现解决方案。

附图说明

图1为本发明水环境的水质监测浮漂装置一种具体实施结构的结构示意图。

图2为本发明水质监测浮漂装置中水质监测发送电路及其与太阳能电池板的电路连接结构框图。

图3为本发明水环境的水质监测系统的结构示意图。

图4为本发明水质监测系统中监测数据远传电路的电路连接结构框图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明水环境的水质监测浮漂装置及其监测系统进行进一步的说明。

图1和图2示出了本发明水环境的水质监测浮漂装置的一种具体实施结构；其中，图1为该水质监测浮漂装置的结构图，图2为该水质监测浮漂装置中水质监测发送电路的结构框图。如图1和图2所示，本发明的水环境的水质监测浮漂装置及其监测系统，包括浮漂支撑台10，以及安装在浮漂支撑台上的太阳能电池板20和水质监测发送电路。其中，浮漂支撑台10包括一个整体呈横向设置的平板块状的浮漂板11，以及从浮漂板中部向上延伸竖立设置的中立柱12，且中立柱12为中空结构，浮漂板11上围绕中立柱周向均匀分布设置有四个太阳能电池板支架13，每个太阳能电池板支架13具有一个由浮漂板中部到边缘方向向下倾斜的安装支撑面；太阳能电池板20有四块，分别铺设安装在四个太阳能电池板支架13的安装支撑面上；所述水质监测发送电路包括设置在所述浮漂板底部的水质监测传感器31，密封安装在所述中立柱的中空空间内的蓄电池32、充电控制电路33和监测控制器34，以及安装在所述中立柱顶部的低功耗无线发射器35，如图2所示，水质监测传感器的监测数据输出端与监测控制器的数据输入端电连接，监测控制器的数据输出端电连接至低功耗无线发射器，而蓄电池的充电端通过充电控制电路分别电连接至四块太阳能电池板的送电输出端，且由蓄电池对水质监测传感器、监测控制器和低功耗无线发射器供电。

本发明水环境的水质监测浮漂装置中，浮漂支撑台的浮漂板上四个太阳能电池板支架围绕中立柱周向均匀分布设置，结构设计和重心分布均衡，并且四块太阳能电池板分别铺设安装在四个太阳能电池板支架的安装支撑面上，使得每块太阳能电池板都形成由浮漂板中部到边缘方向向下倾斜的安装状态，一来使得四块太阳能电池板在浮漂支撑台上的重力分布达到均衡，二来使得周向四块太阳能电池板的布置能够全天候接收到来自不同方向的光照而充分确保太阳能发电的效率和可靠性，再者还借助浮漂板、四个太阳能电池板支架和四块太阳能电池板安装结构形成的锥台形底座使得水质监测浮漂装置漂浮在水面上时面对不同风向的有风气候情况都不易被吹翻，能够保持很好的漂浮稳定性。同时，本发明的水质监测浮漂装置并不直接用于进行水质监测数据的远传传输，而是由监测控制器采集水质监测传感器感测的水质监测数据后通过低功耗无线发射器进行有限距离的无线传输，具体实现时，低功耗无线发射器可以采用低功耗的蓝牙发射模块、射频发射模块、WiFi发射模块等，从而降低水质监测浮漂装置的整体功耗，使得太阳能供电能够长时间持续满足其供电需求，避免出现因供电不足而导致水质在线监测中断的问题。

在发明的水质监测浮漂装置由于是使用在水环境中，为了确保电路的电安全性，水质监测发送电路中的蓄电池、充电控制电路和监测控制器都是安装在中立柱的中空空间内，达到防水和结构保护的目的，而水质监测传感器设置在浮漂板的底部是为了用于进行水质监测，低功耗无线发射器安装在中立柱的顶部是为了确保其无线信号发射具备较宽的信号通信范围。同时，为了更好的确保太阳能电池板与水质监测发送电路之间的电安全性，作为优选的结构设计方案，太阳能电池板支架可以设计通过横向设置的横连接杆与中立柱相连接，横连接杆为中空结构且与中立柱的中空空间相连通；由此，安装在太阳能电池板支架上的太阳能电池板的送电输出端则可以设计通过穿设在所述横连接杆的中空空间内的线缆伸入中立柱的中空空间内通过充电控制电路与蓄电池的充电端进行电连接，达到防水和结构保护的目的。

而为了实现水质在线监测的远传传输，本发明还提供了借助上述水质监测浮漂装置能够实现水质在线监测数据远传的水环境的水质监测系统方案。如图3所示，该水环境的水质监测系统包括设置在被监测水域中的上述水质监测浮漂装置100，以及设置在被监测水域岸边位置处的监测数据远传装置200。其中，水质监测浮漂装置100通过其浮漂板飘浮设置在被监测水域中的水面上，且其位于浮漂板底部的水质监测传感器浸没在被监测水域的水面下。监测数据远传装置200的结构则包括支撑立架，以及安装在支撑立架上的监测数据远传电路；所述支撑立架包括驻立在被监测水域岸边位置处的支撑立柱41，所述支撑立柱41的底部具有电源安装空腔，支撑立柱41上位于中部位置处设有支撑台42，支撑立柱41的顶部设有横向朝向被监测水域方向延伸的支撑横杆43；监测数据远传电路则包括安装在支撑立柱41底部的电源安装空腔内的市电供电电源51，安装在支撑台42上的传输控制器52和网络数据传输模块53，以及安装在支撑横杆43上朝向被监测水域方向一端的端部位置处的低功耗无线接收器54，如图4所示，低功耗无线接收器与水质监测浮漂装置的低功耗无线发射器进行匹配无线通信连接，且低功耗无线接收器与传输控制器的数据接收端电连接，传输控制器的数据转发输出端与网络数据传输模块电连接，所述网络数据传输模块连接至数据传输网络，而市电供电电源则对低功耗无线接收器、传输控制器和网络数据传输模块供电。

在本发明的水环境的水质监测系统中，由设置在被监测水域中的水质监测浮漂装置进行水质在线监测，并将得到的水质监测数据进行对外无线传输后，被设置在被监测水域岸边位置处的监测数据远传装置通过与水质监测浮漂装置的低功耗无线发射器相匹配的低功耗无线接收器所接收，传输给传输控制器，由传输控制器通过网络数据传输模块将水质在线监测数据传送到数据传输网络，从而实现远传传输。由于水质监测浮漂装置的低功耗结合太阳能供电，解决了其供电不足造成水质监测中断的问题，保证了水质在线监测的连续性；而监测数据远传装置由于采用市电供电电源进行供电，能够很好的保证网络数据传输模块进行水质在线监测数据持续进行远传传输的功耗需求，从而能够稳定实现水质在线监测数据的远传传输，解决了借助水质监测浮漂装置进行水质在线监测存在供电不足、连续性不佳的问题。

在水质监测系统的监测数据远传装置中，其低功耗无线接收器安装在支撑横杆上朝向被监测水域方向一端的端部位置处是为了更好的实现与水域中水质监测浮漂装置的无线通信连接，传输控制器和网络数据传输模块安装在支撑立柱中部的支撑台上是为了更便于维修，而市电供电电源安装在支撑立柱底部的电源安装空腔内，能够更便于通过地埋线缆接入市电网络。具体应用中，监测数据远传装置的网络数据传输模块可以为以太网络传输模块，则数据传输网络为以太网络，以太网络传输模块通过以太网线连接至以太网络；当然，监测数据远传装置的网络数据传输模块也可以为移动通信网络传输模块，数据传输网络则相应为移动通信网络，移动通信网络传输模块通过无线移动通信连接至移动通信网络。此外，考虑到监测数据远传装置处于近水环境，为了更好的保证其电安全性，监测数据远传装置的支撑立柱和支撑横杆可以均设计为中空结构，监测数据远传装置的市电供电电源、低功耗无线接收器、传输控制器和网络数据传输模块之间则可以通过布设在支撑立柱以及支撑横杆的中空空间内的线缆进行电连接，以达到防水和结构保护的目的。

综上所述，本发明的水环境的水质监测浮漂装置的结构设计和重心分布均衡，太阳能电池板布置合理，能够保持很好的漂浮稳定性，且充分确保太阳能发电的效率和可靠性，并结合采用低功耗无线发射器进行有限距离的水质监测数据无线传输，使得太阳能供电能够长时间持续满足其供电需求，避免出现因供电不足而导致水质在线监测中断的问题，并且其针对电路的防水和结构保护设计还能够较好的保证水质监测浮漂装置应用于水环境的电安全性；本发明的水环境的水质监测系统，由于水质监测浮漂装置的低功耗结合太阳能供电，解决了其供电不足造成水质监测中断的问题，保证了水质在线监测的连续性，同时监测数据远传装置由于采用市电供电电源进行供电，能够很好的保证网络数据传输模块进行水质在线监测数据持续进行远传传输的功耗需求，从而能够稳定实现水质在线监测数据的远传传输，解决了借助水质监测浮漂装置进行水质在线监测存在供电不足、连续性不佳的问题，为物联网水质在线监测的远传传输提供了新的系统实现解决方案。

最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。