基于GPS且利用无线充电技术的zigbee自组网PH值监测网络的制作方法

该发明涉及海水PH值监测领域，尤其涉及无线供能、具有自洁和保养功能的PH复合电极装置及基于GPS系统的自组网监测方式。

背景技术：

海洋是全球生命支持系统的一个重要组成部分，也是人类社会可持续发展的宝贵财富。当前，随着陆地资源短缺、人口膨胀、环境恶化等问题的日益严峻，各沿海国家纷纷把目光投向海洋，加快了对海洋的研究开发和利用。一场以开发海洋为标志的”蓝色革命”正在世界范围内兴起。而海洋环境的变化会对海洋资源的开发造成重要的影响，对海水水质的监测可使得人类对海洋环境的变化进行预测，从而减少开发海洋资源的风险。

PH值是海水水质监测过程中是最重要的指标之一。时下海水水质监测存在如下几个问题：第一，海水水质监测是一个长期连续的过程，在长期的监测过程中，数据的采集、收发等活动都会消耗大量的电能，监测装置能量的可持续供应则面临一个巨大的挑战。第二，数据采集区域与陆地的距离十分遥远，通过运输数据存储设备以供研究人员作出分析需要耗费大量的人力物力。第三，现有PH复合电极如果长时间浸泡在海水中，电极前端玻璃球泡表面容易被海水中的杂质覆盖，堵塞氢离子通道，使得PH复合电极灵敏度降低，影响对海水PH值数据采集的准确性。现有PH复合电极使用后均需进行清洗、并将其浸泡于标准KCL溶液中等操作，但在海洋环境下的传感器节点中，显然无法完成上述步骤。频繁更换传感器设备，对海水水质的长期监测产生不便。

技术实现要素：

本发明的目的是提供一种支远距离准确传输数据、采用无线充电技术且具备自动清洗与保养功能的PH值监测网络，以满足海洋环境水质长期远距离监测的需要。本发明的技术方案如下：

一种基于GPS且利用无线充电技术的zigbee自组网PH值监测网络，由若干个PH复合电极装置构成，其中一个作为主传感器节点，其他为次传感器节点；

每个PH复合电极装置包括供电模块、中央控制模块，PH值采集模块、无线通信模块、电极保养模块和清水采集模块，其中，

PH值采集模块包括机械臂2、固定于机械臂2前端的PH复合电极1、待测溶液池12、进样水泵11、排样水泵10、冲洗水泵19，其中，进样水泵11用于将海水抽吸入待测溶液池12，排样水泵10用于将海水排出待测液体池12；机械臂2用于将PH复合电极1置于待测液体池12内或将其抬高，PH复合电极1测得PH值传输至中央控制模块，在中央控制模块的控制下，冲洗水泵抽吸抽吸清水并对抬高的PH复合电极1进行清洗，经过清洗的PH复合电极1被移至电极保养模块的KCL标准样液池8中；

电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、浊度传感器7、KCL标准样液池8、排污水泵9，浊度传感器7用于检测KCL标准样液池8内的标准样液受污染程度，中心控制模块在浊度达到阈值时，控制排污水泵9工作，排出KCL标准样液池8内废液，位于KCL标准样液池8上方的KCL补充液容器21底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液；

清水采集模块包括导热硅胶16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位计13、进水泵14、调节水泵15和冷凝板20，进水泵14用于抽吸海水进入蓄海水池17；导热硅胶16的主体作为蓄海水池17的侧壁，与其内海水直接接触；导热硅胶16用于吸收热量；蓄海水池17的上部斜向固定有冷凝板20，冷凝板20将蒸发的海水凝结为液体，并将凝结的液体引流入蓄清水池18中；液位计13用于监测蓄清水池18内水量，其采集的信息被送入中心控制模块，中心控制模块在清水量达到最大阈值后，控制调节水泵15开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，；当清水达到最小阈值，控制进水泵14工作；

供电模块包括无线充电接收线圈3和蓄电池4；在固定范围海域内，由船只携带无线充电发送装置释放电磁波，范围内所有的装置中的无线充电接收线圈3接收电磁波并将其转化为电能传输到蓄电池4中为系统供电。

主传感器节点的无线通信模块包括GPS模块和zigbee模块，次传感器节点的无线通信模块仅包括zigbee模块，各个传感器节点经由Zigbee自组网，并通过位于主传感器节点上的GPS模块传输到陆地上的地面接收基站26。

附图说明

图1为作为主传感器节点的传感器装置箱体的剖面图

图2为PH复合电极清洁与保养的细节图

图3为GPS数据传输示意图

图4为PH复合电极装置的原理框图

图5为PH复合电极装置工作全过程的流程图

附图标记说明如下：

1、PH复合电极；2、机械臂；3、无线充电接收线圈；4、蓄电池；5、中央控制模块；6、泡沫；7、浊度传感器；8、KCL标准样液池；9、10、11、14、15、19、均为水泵(未画出水管)；12、待测液体池13、液位计；16、导热硅胶；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金属制成的冷凝板；21、带有电磁阀门的KCL补充液容器；22、GPS模块；23、Zigbee通信模块；24、PH复合电极装置网络；25、GPS卫星；26、地面接收基站

具体实施方式

本发明的PH值监测网络，由若干个独立工作的PH复合电极装置组成，包括主传感器节点和次传感器节点，图1是作为主传感器节点的PH复合电极装置的结构示意图，包括供电模块，中央控制模块，PH值采集模块、电极保养模块、清水采集模块和无线通信模块。下面将结合附图对本发明的具体实施方式进一步详细说明。

如图1所示，PH值采集模块包括机械臂2、PH复合电极1、待测溶液池12、水泵10、水泵11、水泵19。PH复合电极1由机械臂2控制进入待测液体池12，水泵11工作，海水进入待测液体池12，测得PH值传输至中央控制模块5。水泵10工作，排出海水。机械臂2将PH复合电极1抬高，水泵19工作，引出清水冲洗复合电极。机械臂2再将PH复合电极1移至KCL标准样液池8中。

如图2，为电极保养模块细节图，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器21、浊度传感器7、KCL标准样液池8、水泵9。海水中含微生物，水藻，工业废液等杂质，浊度传感器7即可检测标准样液受污染程度。浊度达到阈值时，KCL标准液已被污染，须更换。水泵9工作，排出废液。KCL补充液容器21底部的电磁阀门开启，释放KCL补充液。实现了KCL标准液的更新。

如图1，右侧清水采集模块包括导热硅胶16、蓄海水池17、蓄清水池18、液位计13、水泵14、水泵15和冷凝板20。水泵14工作，海水进入蓄海水池17。导热硅胶16连接顶层泡沫6吸收热量，海水蒸发，遇冷凝板20凝结为液体，由于冷凝板20与系统上壁同角度倾斜，具有引流作用，凝结的清水流入蓄清水池18中。液位计13监测水量，清水量达到最大阈值后，水泵15开启，释放海水，不再进行蒸发冷凝，确保海水不会在箱体内结晶和污染。当清水达到最小阈值，水泵14工作，重复上述过程。

如图1，供电模块包括无线充电接收线圈3和蓄电池4。在固定范围海域内，由船只携带无线充电发送装置释放电磁波，范围内所有的装置中的无线充电接收线圈接收电磁波并将其转化为电能传输到蓄电池4中，因此可以实现大范围充电，使得装置可以继续工作。

如图1，数据传输模块包括Zigbee通信模块23和数据传输天线22。中央控制模块5将所测得的PH值即其他相关信息保存在Zigbee通信模块23中，随后经数据传输天线22发送出去。

如图3，在指定监测海域上有若干个独立工作的PH传感器装置，包括主传感器节点和次传感器节点，共同组成PH复合电极装置网络。次传感器节点不具有GPS模块，主传感器节点具有GPS模块。次传感器节点将采集的数据通过zigbee自组网的方式，传输至主节点，再由GPS卫星传递技术将数据直接传输到太空中的卫星中，最终发送到位于陆地上的地面接收基站26，以便研究所人员进行数据分析。

如图4和图5所示，各个PH复合电极装置通过无线充电线圈为供电模块提供电能，中央控制模块控制机械臂运作，利用PH复合电极收集待测海域PH值信息，将信息通过中央控制模块进行处理，并存储于数据存储模块中；利用浊度传感器和液位计收集数据，上传至中央控制模块分析KCL标准样液污染度和清水量是否达到阈值，并控制水泵和电磁阀门及时做出反应，完成了清水的自动采集和KCL溶液的自动更换，实现PH复合电极装置的自动清洗与保养。在待测海域内，若干个上述独立工作的PH复合电极装置经由Zigbee自组网并通过主传感器的GPS模块传输到陆地上的地面接收基站26以供分析。