河湖水质信息远程监控柜的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种河湖水质信息远程监控柜，属于水质监测【技术领域】。所述监控柜包括外壳、控制电路部分、抽放水循环部分和安防监控部分，本实用新型可以实时采集多种水环境参数信息，实现信息无线远程传输，支持门禁指纹认证、视频联动、循环水控制等高级功能扩展。本实用新型产品内部封装智能处理算法，实现了水体富营养化评价和水华预测预警。本实用新型具有低功耗，长期运行可靠，维修和维护成本较低等特点的小型岸站式监控与管理系统。所述监控柜具有监管一体化、低功耗、运行可靠、维护成本低等特点。
【专利说明】河湖水质信息远程监控柜
【技术领域】
[0001]本实用新型属于水质监测领域技术，尤其涉及一种河湖水质信息远程监控柜，用于实时测量河湖水质信息。
【背景技术】
[0002]现有水质监测系统的方法大多分为两类:(I)采用人工操作的方法，其监测系统庞大，完成测试过程所用时间比较长。(2)现场进行测试的方法，其对水质测试的参数比较单一，不能实时传输测试数据。基于这两类方法的监测系统，所得数据代表性差，无法及时反映水污染的变化情况。因此，在易暴发水华的河湖水域上，配备水质自动监测及水华预测预警系统，安设多个水质监测点实时获取水质信息，通过上位系统全局监控，实现对河湖水质的评价与水华预测预警，可以为保护水环境提供决策依据，具有重要的社会价值和生态价值。
实用新型内容:
[0003]本实用新型提供一种河湖水质信息远程监控柜，所述监控柜包括外壳、控制电路部分、抽放水循环部分和安防监控部分，所述外壳是监控柜的外部封闭结构，外壳一侧设置有柜门，外壳与基座之间通过螺栓固定，基座浇筑在水泥台上；在所述外壳的顶端中心设置有防雨蓬，四周设置吊环；所述外壳的内部设置水电隔离板和测试平台，测试平台平行于水平面设置，水电隔离板将测试平台上方的空间分为左右两部分；在所述外壳上还设置有进风口和出风口。
[0004]所述控制电路部分包括电源、主控制器、YSI水质传感器、光电检测开关、继电器和液压传感器，主控制器的输入端通过导线分别与YSI水质传感器、光电检测开关和液压传感器连接，主控制器的输出端通过导线分别与4个继电器相连，4个继电器分别控制夜间补光灯、微型水泵、电磁阀以及3G路由器。
[0005]所述抽放水循环部分由漏斗型水箱、电磁阀、微型水泵、进水管和出水管组成，所述漏斗型水箱固定在外壳内部支架上，在漏斗型水箱上设有进水管和出水管，漏斗型水箱下方设置电磁阀，所述进水管一端接入河湖水体，另一端接入漏斗型水箱，并且在所述进水管上设置微型水泵；所述出水管一端接入柜体外部，另一端具有两段分支管路A和分支管路B，分支管路A接入漏斗型水箱的底部电磁阀，分支管路B接入漏斗型水箱上部。
[0006]所述安防监控部分由指纹门禁、电子灵动锁、摄像头和夜间补光灯组成，所述指纹门禁、电子灵动锁固定在柜门上；所述摄像头设置在所述主控制器的左下方位置，固定于柜体内壁板上；夜间补光灯固定在柜体顶部。
[0007]本实用新型的优点在于:
[0008](I)本实用新型可以实时采集多种水环境参数信息，实现信息无线远程传输，支持门禁指纹认证、视频联动、循环水控制等高级功能扩展。
[0009](2)本实用新型产品内部封装智能处理算法，实现了水体富营养化评价和水华预测预警。
[0010](3)本实用新型具有低功耗，长期运行可靠，维修和维护成本较低等特点的小型岸站式监控与管理系统。
[0011](4)所述监控柜具有监管一体化、低功耗、运行可靠、维护成本低等特点。外壳采用碳钢材质，配置漏斗型水箱、指纹门禁和电子灵动锁、高吸程微型水泵等功能，基于ARM单片机主控制器，融合了水质信息采集、GPS地理信息采集、数据远程传输、现场工控等功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]图1为本实用新型提供的监控柜的结构示意图；
[0013]图2为本实用新型提供的监控柜的右视图；
[0014]图3为本实用新型提供的监控柜的左视图。
[0015]图中:
[0016]1.吊环；2.防雨蓬；3.进风口；4.出风口；
[0017]5.水电隔离板； 6.测试平台；7.柜门；8.基座；
[0018]9.电源；10.主控制器；11.YSI水质传感器； 12.光电检测开关；
[0019]13.继电器；14.液压传感器； 15.漏斗型水箱；16.电磁阀；
[0020]17.微型水泵；18.进水管；19.出水管；20.进水孔；
[0021]21.排水孔；22.指纹门禁； 23.电子灵动锁；24.摄像头
[0022]25.补光灯。
【具体实施方式】
[0023]下面结合附图和实施例对本实用新型进行详细说明。
[0024]本实用新型提供一种河湖水质信息远程监控柜，如图1所示，所述监控柜主要由监控柜外壳、控制电路部分、抽放水循环部分和安防监控部分组成。其中，监控柜外壳上设置有吊环1、防雨蓬2、进风口 3、出风口 4、水电隔离板5和测试平台6，在所述外壳的前方设置有对开柜门7 ;如图2和图3所示，所述进风口 3位于监控柜侧面的左上方(见图3)，出风口 4位于监控柜侧面的右下方(见图2)，所述进风口 3和出风口 4均采用百叶窗结构设计，既能保证柜体内的空气流通也可以有效防雨，柜内同时配有散热风扇，可保证柜体内温度恒定。所述监控柜外壳与基座8之间通过四组螺栓固定，基座8浇筑在水泥台上，在所述外壳的顶端中心设置有防雨蓬2，四周设置吊环I。外壳内部设置有水电隔离板5和测试平台6，如图1所示，水电隔离板5位于外壳内部居中位置，将测试平台6上方空间分割为左右两部分，抽放水循环部分和电气控制部分，其中测试平台6平行于水平面设置，以便于实际运行中的系统调试，可供操作人员放置电脑进行测试、调试等需求。
[0025]所述控制电路部分由电源9、主控制器10、YSI水质传感器11、光电检测开关12、继电器13和液压传感器14组成；所述主控制器10采用ARM9芯片，主控制器10的输入端通过导线分别与YSI水质传感器11、光电检测开关12和液压传感器14连接，主控制器10的输出端通过导线分别与4个继电器13相连，继电器13分别控制夜间补光灯25、微型水泵17、电磁阀16以及3G路由器。如图1所示，其中，光电检测开关12为常开触点，采用螺丝固定于所述柜门7的内部，开门时会触发光电检测开关12产生信号传输到主控制器10中，所述电源9和继电器13固定在监控柜外壳内部一侧的壁板上。所述YSI水质传感器11固定在外壳上部，本体位于漏斗型水箱15内部。所述液压传感器14设置在漏斗型水箱15内部。
[0026]所述抽放水循环部分由漏斗型水箱15、电磁阀16、微型水泵17、进水管18和出水管19组成；如图1所示，所述漏斗型水箱15固定在外壳内部支架上，位于出风口 4上方，在漏斗型水箱15上设有进水管18和出水管19，漏斗型水箱15下方出水端与电磁阀16相连，同时采用防水螺栓进行连接设计，以防漏水，充分保证了水可以通畅地流出，实现了自动排水功能。柜体的最下方设置有进水孔20与排水孔21，分别连接进水管18和出水管19，所述进水管18 —端通过外壳上的进水孔20接入河湖水体，另一端接入漏斗型水箱15，并且在所述进水管18上设置微型水泵17。所述出水管19 一端通过外壳上的排水孔21接入柜体外部，另一端具有两段分支管路A和分支管路B，分支管路A接入漏斗型水箱15的底部电磁阀16，分支管路B接入漏斗型水箱15上部。其中，接入漏斗型水箱15上部的分支管路B用于对漏斗型水箱15内的水位进行控制，防止漏斗型水箱15内水满外溢；所述接入漏斗型水箱15下部电磁阀16的分支管路A用于将漏斗型水箱15内的水排出。
[0027]所述安防监控部分由指纹门禁22、电子灵动锁23、摄像头24和补光灯25组成。如图1和图3所示，所述指纹门禁22、电子灵动锁23固定在柜门7上，便于开门时首先进行指纹门禁22和开锁操作。所述摄像头24设置在所述主控制器10的左下方位置，固定于柜体内侧壁板居中位置，并保证无遮挡。补光灯25设置在柜体顶部，固定在外壳内的顶部壁板上。
[0028]本实用新型所述的水质信息远程监控柜能够自动采集水华监测指标数据、GPS地理坐标信息和图像监控信息，并把数据和图像信息通过3G无线网络传输到上位水华预测预警系统，或者以短信方式发布到手机或者移动终端。
[0029]所述监控柜的柜体外壳材料采用碳钢结构，外壳表面采用防晒喷涂材料，可适应长时间风雨、阳光暴晒等恶劣环境；外壳顶端设计采用防雨蓬2结构，保证了柜体四周通透、外置天线防雨等功能；顶部配备四个吊环1，可方便装卸；基座8设计采用混凝土水泥桩结构，大大增加了监控柜承重能力；监控柜占地面积I平方米，可以保证操作人员方便地实施操作和维修仪器。柜体总体为无窗密封结构。
[0030]在实际运行状态下，柜体内部有水有电，因此设计上采用了左右水电分离的结构，柜体内部中间通过水电隔离板5将测试平台6上方空间分开为两部分，一部分为电气部分，用于安装布置主控制器10、电源9、摄像头24和光电检测开关12，另一部分为抽放水循环部分，用于设置漏斗型水箱15以及漏斗型水箱15上连接的进水管18、出水管19、YSI水质传感器11等。从安全角度上做到严格意义上的水电分离。测试平台6下方设置为微型水泵17，考虑到微型水泵17电机的震动问题，实际中采用加减震垫、加强固定结构等措施，尽量减少微型水泵17运行带来的震动问题，以免干扰系统的正常运行，测试平台6上方为主控制器10的电路部分。
[0031]为了保证水路管道及漏斗不生锈，抽放水循环部分整体设计均采用不锈钢或铜材料，以保证其长时间运行环境可靠及稳定。
[0032]其中，漏斗型水箱15容积为8升。为了解决进水过滤的水流过冲的问题，漏斗型水箱15在设计上采用了倒三角结构设计，根据分流理念，充分利用进水冲刷漏斗型水箱15与YSI水质传感器11探头；在漏斗型水箱15上部加挡水板，下面加过滤网，使抽水阶段水在进入漏斗型水箱15时平滑不过冲；同时，漏斗型水箱15设计采用封闭结构，保证在水的循环过程中，将水蒸汽对柜体内部的影响降至最小。
[0033]所述电磁阀16为大口径快开电磁阀。微型水泵17置于抽放水循环部分的左侧，达到了水电分离的目的。微型水泵17综合了自吸泵与化工泵的优点，具备稳定自吸功能，耐弱腐蚀，具有过热、过压双重保护功能。微型水泵17的泵体与水泵拖动电机分离，工作介质不与电机接触，避免了当离心泵等使用时间长久后，因液体进入电机而损坏的情况。
[0034]YSI水质传感器11采用的是YSI6820多参数水质监测仪，它是一款适用于多点采样测量、长期现场监测与剖面分析的多参数仪器，可同时监测多达17个参数，用户可以自定数据采集的时间间隔期，存储读数可达150，000个，YSI水质传感器11位于漏斗型水箱15的上部，采用螺丝固定于吊钩上，其高度可以根据实际需求自由调节，YSI水质传感器11探头部分伸入漏斗型水箱15中，用以对漏斗型水箱15中的水进行检测，漏斗型水箱15上部的盖子设计了与YSI水质传感器11相配合的固定装置，对YSI水质传感器11进行进一步固定。
[0035]针对具有枯水季节特点的监测对象，在漏斗型水箱15左侧下面安放了 FS3000型防水液位传感器，采用两线制接线方法，一端通过导线与主控制器10的AD 口相连，一端通过导线与电源9负极相连。液位传感器通过检测漏斗型水箱15内的水位判断是否达到枯水的状态，一旦枯水，则向上位系统和手机与移动终端发送报警信息，提醒维护人员快速进行处理，以免YSI水质传感器11长期暴露与空气中造成损坏。
[0036]电源9采用三相供电，分相使用，监控柜内部的供电线独立走线。电源9电压波动不超过220V土 10 %，有良好的接地线路，接地电阻〈4 Ω，并配有现场用插座，具备防雷电和防电磁波干扰能力。其中，24VDC开关电源为控制电路部分提供工作电压，12VDC电源为YSI水质传感器11和摄像头24提供工作电压，5VDC电源为夜间补光灯25提供工作电压。同时，配有电源过压、过载、断电和漏电保护装置，可预防和解决漏电、短路、接地等问题。另夕卜，当站房浸水时，具有断电保护的功能。
[0037]柜体内主控制器10通过内置的定时器，每隔一段时间根据控制命令进行抽放水循环、YSI水质传感器11数据的采集与传输等等。GPS全球定位系统将测量出的监控柜地理坐标保存在主控制器10内存中，与YSI水质传感器11数据一起通过3G无线网络按照一定的通信协议发送给上位水华预测预警系统。同时，主控制器10内安放的SM卡还可以允许向指定的手机客户发送YSI水质传感器11的信息等相关数据，其中，当液压传感器检测出漏斗型水箱15中的数据超出设定值时，则发送枯水报警短信。
[0038]为了实现监控柜的安全管理，本实用新型特设计了集指纹门禁22和摄像头24于一体的安防监控系统。本安防监控系统中的指纹门禁22是基于全新的安全理念来设计开发的，其一端通过导线与电源9连接，另一端与电子灵动锁23连接，当通过指纹认证后，电子灵动锁23打开。它支持指纹、钥匙双重开启机制，使用AES加密的方式进行通讯。在多门禁系统中，可以做到实时在线地监控各个门禁的状态。如果接入互联网，可以实现基于互联网的远程监控。安防监控系统设有防盗监控摄像头24与夜间补光灯25。当柜门7被打开后，夜间补光灯25亮，为防盗监控摄像头24对着柜门7打开的位置拍照提供足够的光照，不仅可以在偷盗发生时留存影像、图片资料，并多方式报警，而且便于工程师调试观察。
【权利要求】
1.河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:所述监控柜包括外壳、控制电路部分、抽放水循环部分和安防监控部分，所述外壳是监控柜的外部封闭结构，外壳一侧设置有柜门，夕卜壳与基座之间通过螺栓固定，基座浇筑在水泥台上；在所述外壳的顶端中心设置有防雨蓬，四周设置吊环；所述外壳的内部设置水电隔离板和测试平台，测试平台平行于水平面设置，水电隔离板将测试平台上方的空间分为左右两部分；在所述外壳上还设置有进风口和出风Π ； 所述控制电路部分包括电源、主控制器、YSI水质传感器、光电检测开关、继电器和液压传感器，主控制器的输入端通过导线分别与YSI水质传感器、光电检测开关和液压传感器连接，主控制器的输出端通过导线分别与4个继电器相连，4个继电器分别控制夜间补光灯、微型水泵、电磁阀以及3G路由器；在所述主控制器基于ARM单片机，内置定时器和SM卡; 所述抽放水循环部分由漏斗型水箱、电磁阀、微型水泵、进水管和出水管组成，所述漏斗型水箱固定在外壳内部支架上，在漏斗型水箱上设有进水管和出水管，漏斗型水箱下方设置电磁阀，所述进水管一端接入河湖水体，另一端接入漏斗型水箱，并且在所述进水管上设置微型水泵；所述出水管一端接入柜体外部，另一端具有两段分支管路A和分支管路B，分支管路A接入漏斗型水箱的底部电磁阀，分支管路B接入漏斗型水箱上部； 所述安防监控部分由指纹门禁、电子灵动锁、摄像头和夜间补光灯组成，所述指纹门禁、电子灵动锁固定在柜门上；所述摄像头设置在所述主控制器的左下方位置，固定于柜体内壁板上；夜间补光灯固定在柜体顶部。
2.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:所述进风口位于监控柜侧面的左上方，出风口位于监控柜侧面的右下方；所述进风口和出风口均采用百叶窗结构设计。
3.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:所述监控柜的柜体外壳材料采用碳钢结构，外壳表面采用防晒喷涂材料。
4.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:所述漏斗型水箱采用倒三角结构，在漏斗型水箱上部加挡水板，下面加过滤网。
5.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:在所述漏斗型水箱下面安放FS3000型防水液位传感器，采用两线制接线方法，一端通过导线与主控制器的AD口相连，一端通过导线与电源负极相连。
6.根据权利要求1所述的河湖水质信息远程监控柜，其特征在于:所述电源，24VDC电源为控制电路部分提供工作电压，12VDC电源为YSI水质传感器和摄像头提供工作电压，5VDC电源为夜间补光灯提供工作电压；同时，配有电源过压、过载、断电和漏电保护装置。
【文档编号】H05K5/00GK203708656SQ201320686996
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2013年11月1日 优先权日:2013年11月1日
【发明者】许继平, 王立, 于家斌, 白玉廷, 王小艺, 韩孝军, 施彦, 徐鑫 申请人:北京工商大学, 北京鼎誉通科技发展有限公司