一种基于GPS的zigbee无线自组网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：

海洋是世界贸易的主要通道，是潜力巨大的资源宝库，是人类生存和发展的战略空间，是全球气候与环境的重要调节器，也是国际竞争与合作的重要舞台。开发和利用海洋，对全球经济发展和社会进步，对我国改革开放和现代化建设，都具有十分重要的战略意义。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。传统的水质监测过程中需要对海水进行采样检测，或者利用传感器到现场进行检测，但这均需消耗大量的人力物力，并且无法做到实时监测。另外，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，会影响对海水PH值数据采集的准确性。现有PH复合电极使用后均需进行人工清洗、保养等操作，人工完成该操作费时费力。会对海水水质的监测过程造成不便。

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且具备自动清洗与保养功能的PH值监测网络，以满足海水水质长期监测的需要。本发明的技术方案如下：

一种基于GPS的zigbee无线自组网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1、固定于机械臂1前端的PH复合电极23、待测溶液池14、进样水泵13、排样水泵12、冲洗水泵21，其中，进样水泵13用于将海水抽吸入待测溶液池14，排样水泵12用于将海水排出待测液体池14；机械臂1用于将PH复合电极23置于待测液体池14内或将其抬高，PH复合电极23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23进行清洗，经过清洗的PH复合电极23被移至电极保养模块的KCL标准样液池10中；

电极保养模块，包括带有电磁阀门的KCL补充液容器2、浊度传感器9、KCL标准样液池10、排污水泵13，浊度传感器9用于检测KCL标准样液池10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13工作，排出KCL标准样液池10内废液，位于KCL标准样液池10上方的KCL补充液容器2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18、蓄海水池19、蓄清水池20、液位计15、进水泵16、调节水泵17和冷凝板22，进水泵16用于抽吸海水进入蓄海水池19；导热硅胶18的主体作为蓄海水池19的侧壁，与其内海水直接接触；导热硅胶18用于吸收热量；蓄海水池19的上部斜向固定有冷凝板22，冷凝板22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20中；液位计15用于监测蓄清水池20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17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16工作；

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

1、机械臂；2、带有电磁阀门的KCL补充液容器；3、GPS模块；4、中央控制模块；5、Zigbee通信模块；6、充电接口；7、蓄电池；8、泡沫；9、浊度传感器；10、KCL标准样液池；11、12、13、16、17、21、均为水泵(未画出水管)；14、待测液体池；15、液位计；18、导热硅胶；19、蓄海水池；20、蓄清水池；22、金属制成的冷凝板；23、PH复合电极；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，供电模块包括充电接口6和蓄电池7。通过充电接口6为蓄电池7充电，保证整个系统的供能。需采集海水PH值数据时，由作业船只携带其到待测海域，将改装置放入海中对海水PH进行监测。监测作业完成后，由作业船只将PH复合电极装置收回，为装置进行再次充电以备下次使用。

如图1所示，PH值采集模块包括机械臂1、PH复合电极23、待测溶液池14、水泵12、水泵13、水泵21。PH复合电极23由机械臂1控制进入待测液体池14，水泵13工作，海水进入待测液体池14，测得PH值传输至中央控制模块4。水泵12工作，排出海水。机械臂1将PH复合电极23抬高，水泵21工作，引出清水冲洗复合电极。机械臂1再将PH复合电极23移至KCL标准样液池10中。完成对PH复合电极的保养。

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2、浊度传感器9、KCL标准样液池10、水泵11。海水中含微生物，水藻，工业废液等杂质，浊度传感器9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11工作，排出废液。KCL补充液容器2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18、蓄海水池19、蓄清水池20、液位计15、水泵16、水泵17和冷凝板22。水泵16工作，海水进入蓄海水池19。导热硅胶18收集顶部太阳照射带来的热量并传导至蓄海水池19，海水蒸发，遇冷凝板22凝结为液体，由于冷凝板22倾斜，具有引流作用，凝结的清水流入蓄清水池20中。液位计15监测水量，清水量达到最大阈值后，水泵17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16工作，重复上述过程。

如图1，无线通信模块包括Zigbee通信模块5和GPS模块3。中央控制模块4将所测得的PH值即其他相关信息保存在Zigbee通信模块5中，随后经GPS模块3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复合电极装置通过充电接口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节点的GPS模块传输到陆地上的地面接收基站26以供分析。