一种分布式氮磷监测系统及其使用方法

1.本发明涉及智慧水务技术领域，具体涉及一种分布式氮磷监测系统；本发明还涉及一种分布式氮磷监测系统使用方法。


背景技术：

2.智慧水务，既是智慧城市的重要组成部分，也是智慧环保不可或缺的核心领域，已经成为战略层面的重点产业之一。。我国智慧水务当前所处的位置是从2.0时代向3.0时代迈进，即从信息化到智慧化升级的节点。3.0时代，以水务智慧化为标志，着眼于大数据、ai人工智能、5g、区块链等技术的综合化应用。然而在线监测水平大大制约智慧水务的前进，尤其是广大天然水体的实时监测数据采集、上传、处理水平都亟待提高，总磷的检测技术也需要加强，成为阻碍技术进步的“卡脖子”问题，由于河流湖泊地理位置多为偏远，水域面积广阔，且能源供给不便，传统的水质监测多为人工采集参数，实时性低，成本高，因此，我们提出一种分布式氮磷监测系统及其使用方法。


技术实现要素：

3.本发明的目的在于提供一种分布式氮磷监测系统及其使用方法，将无线传感网技术，5g/4g技术，传感器以及太阳能供电系统相结合，设计了分布式在线水环境监测系统，解决了野外水环境监测中的能量供给和分布式参数采集、无线远程传输问题。
4.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：
5.一种分布式氮磷监测系统，包括传感采集模块、网关模块、控制平台和绿色能源模块，所述传感采集模块与网关模块电性连接，所述绿色能源模块用于对所述传感采集模块以及网关模块进行供电，所述网关模块与控制平台通信连接，所述传感采集模块内置氨氮传感器、ph传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、cod传感器、tn传感器、tp传感器七种传感器、采集处理器、射频前端电路以及与七种传感器相连接传感器检测电路和接口电路，传感器用于对氨氮、ph、浊度、溶解氧、cod、tn、tp七种水质参数进行采集，所述控制平台内置有溶解氧检测仪，所述传感采集模块将采集到的氨氮值、ph值、浊度值、溶解氧值、cod值、tn值、tp值参数通过网关模块传输至控制平台，并通过溶解氧检测仪进行测试分析。
6.作为优选的技术方案，所述采集处理器包括光催化热解组件和电化学测定结构，所述光催化热解组件包括多组紫外线灯、反应槽、多个隔气喷嘴和高温绞龙；所述反应槽安装在所述紫外线灯的聚光侧，具有v型纵深结构，所述多个隔气喷嘴均匀密度在所述反应槽的顶部两侧，位于所述聚光装置下方；所述高温绞龙沿轴向设置在所述反应槽的下部，带动物料在所述反应槽内移动。
7.作为优选的技术方案，所述电化学测定结构包括电解液槽，其收容电解液和在所述电解液中产生测定对象物的生物体试料；工作电极，其设于所述电解液槽，与所述测定对象物进行电子的转移而进行氧化还原反应；对电极，其设于所述电解液槽；测定用电压施加机构，其向所述工作电极与所述对电极之间施加测定用电压；电流测定机构，其在施加所述
测定用电压时，测定根据所述测定对象物的量而流经所述工作电极与所述对电极之间的电流。
8.作为优选的技术方案，所述网关模块内置网关处理器msp430、外围电路、模块em770w以及太阳能供电系统电路，所述网关处理器用于建立传感采集模块于控制平台之间的通信连接关系，用于将控制平台下达的指令传输至传感采集模块，同时将传感采集模块采集以及检测分析后的数据传输至控制平台，所述太阳能供电系统电路与绿色能源模块电性连接，用于对网关模块整体供电。
9.作为优选的技术方案，所述绿色能源模块具体设置为太阳能供电系统，所述太阳能供电系统包括光伏pv组件以及直流母线；其中，所述pv组件对应设置有电源单元pu装置，所述pu装置包括：pu输入端，设置为与所述pv组件相连接，pu输出端，设置为与所述直流母线相连接，直流斩波dc/dc单元，设置在所述pu输入端的负极与所述pu输出端的负极之间，所述dc/dc单元配置为在所述pu输入端与所述pu输出端之间实现变压。
10.作为优选的技术方案，所述外围电路与网关处理器msp430连接，所述外围电路包括：用于向处理器供电的供电电路，为处理器提供始终频率的晶振电路，与处理器的nrst引脚连接、为处理器提供复位功能的复位电路，为处理器提供调试接口的调试电路，以及为处理器提供与周边电路通信的通信电路。
11.作为优选的技术方案，所述供电电路为提供dc5v转dc3.3v的电路，供电电路包括电平转换芯片p1，电平转换芯片包括输入端、输出端和接地端，在输入端和接地端之间设有并联的电容c6和电容c8，在输出端和接地端之间设有并联的电容c7和电容c9；在输入端设有5.5v输入电平，在输出端设有3.3v输出电平，在3.3v输出电平与数字接地之间依次设有电阻r8、发光二极管d1和电阻r12。
12.一种分布式氮磷监测系统使用方法，包括如下步骤：
13.s1、模块组装，将传感采集模块、网关模块以及绿色能源模块进行组装，通过绿色能源模块对传感采集模块和网关模块进行供电；
14.s2、安装设备，将上述组装了网关模块以及绿色能源模块的传感采集模块安装于需要检测的水域，安装时根据水域的大小进行分布式安装；
15.s3、控制平台通过网关模块对传感采集模块下达检测指令，传感采集模块接收到指令后对所在水域进行水质检测；
16.s4、传感采集模块内设的采集处理器通过光催化热解以及电化学测定对水质的氨氮值、ph值、浊度值、溶解氧值、cod值、tn值、tp值进行分析，并将结果通过网关模块回传至控制平台。
17.作为优选的技术方案，所述网关模块设置为5g/4g，并通过wcdma网络与控制平台进行远程无线通信。
18.综上所述，由于采用了上述技术，本发明的有益效果是：
19.本发明中，采用无线传感网技术，5g/4g技术，传感器以及太阳能供电系统相结合，设计了分布式在线水环境监测系统，解决了野外水环境监测中的能量供给和分布式参数采集、无线远程传输问题；
20.本发明种，通过设置绿色能源模块，当所检测的水域位于野外偏远出或者检测水域面积较大时，由于检测水域缺少现成的供电线路，系统采用太阳能板与锂电池组成绿色
能源系统，以保证野外监测系统的能量供给。
附图说明
21.图1为本发明分布式氮磷监测系统框图；
22.图2为本发明分布式氮磷监测系统使用方法流程图。
具体实施方式
23.为使本发明实施方式的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施方式中的附图，对本发明实施方式中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施方式是本发明一部分实施方式，而不是全部的实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施方式的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施方式。基于本发明中的实施方式，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施方式，都属于本发明保护的范围。
24.本发明提供了如图1所示的一种分布式氮磷监测系统，包括传感采集模块、网关模块、控制平台和绿色能源模块，传感采集模块与网关模块电性连接，绿色能源模块用于对传感采集模块以及网关模块进行供电，网关模块与控制平台通信连接，传感采集模块内置氨氮传感器、ph传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、cod传感器、tn传感器、tp传感器七种传感器、采集处理器、射频前端电路以及与七种传感器相连接传感器检测电路和接口电路，传感器用于对氨氮、ph、浊度、溶解氧、cod、tn、tp七种水质参数进行采集，控制平台内置有溶解氧检测仪，传感采集模块将采集到的氨氮值、ph值、浊度值、溶解氧值、cod值、tn值、tp值参数通过网关模块传输至控制平台，并通过溶解氧检测仪进行测试分析；
25.采集处理器包括光催化热解组件和电化学测定结构，光催化热解组件包括多组紫外线灯、反应槽、多个隔气喷嘴和高温绞龙；反应槽安装在紫外线灯的聚光侧，具有v型纵深结构，多个隔气喷嘴均匀密度在反应槽的顶部两侧，位于聚光装置下方；高温绞龙沿轴向设置在反应槽的下部，带动物料在反应槽内移动；
26.电化学测定结构包括电解液槽，其收容电解液和在电解液中产生测定对象物的生物体试料；工作电极，其设于电解液槽，与测定对象物进行电子的转移而进行氧化还原反应；对电极，其设于电解液槽；测定用电压施加机构，其向工作电极与对电极之间施加测定用电压；电流测定机构，其在施加测定用电压时，测定根据测定对象物的量而流经工作电极与对电极之间的电流；
27.采用无线传感网技术，5g/4g技术，传感器以及太阳能供电系统相结合，设计了分布式在线水环境监测系统，解决了野外水环境监测中的能量供给和分布式参数采集、无线远程传输问题。
28.实施例2
29.在实施例1的基础上，网关模块内置网关处理器msp430、外围电路、模块em770w以及太阳能供电系统电路，网关处理器用于建立传感采集模块于控制平台之间的通信连接关系，用于将控制平台下达的指令传输至传感采集模块，同时将传感采集模块采集以及检测
分析后的数据传输至控制平台，太阳能供电系统电路与绿色能源模块电性连接，用于对网关模块整体供电；
30.绿色能源模块具体设置为太阳能供电系统，太阳能供电系统包括光伏pv组件以及直流母线；其中，pv组件对应设置有电源单元pu装置，pu装置包括：pu输入端，设置为与pv组件相连接，pu输出端，设置为与直流母线相连接，直流斩波dc/dc单元，设置在pu输入端的负极与pu输出端的负极之间，dc/dc单元配置为在pu输入端与pu输出端之间实现变压；
31.外围电路与网关处理器msp430连接，外围电路包括：用于向处理器供电的供电电路，为处理器提供始终频率的晶振电路，与处理器的nrst引脚连接、为处理器提供复位功能的复位电路，为处理器提供调试接口的调试电路，以及为处理器提供与周边电路通信的通信电路，供电电路为提供dc5v转dc3.3v的电路，供电电路包括电平转换芯片p1，电平转换芯片包括输入端、输出端和接地端，在输入端和接地端之间设有并联的电容c6和电容c8，在输出端和接地端之间设有并联的电容c7和电容c9；在输入端设有5.5v输入电平，在输出端设有3.3v输出电平，在3.3v输出电平与数字接地之间依次设有电阻r8、发光二极管d1和电阻r12；
32.通过设置绿色能源模块，当所检测的水域位于野外偏远出或者检测水域面积较大时，由于检测水域缺少现成的供电线路，系统采用太阳能板与锂电池组成绿色能源系统，以保证野外监测系统的能量供给。
33.实施例3
34.在实时例1和实时例2的基础上，如图2所示，一种分布式氮磷监测系统使用方法，包括如下步骤：
35.s1、模块组装，将传感采集模块、网关模块以及绿色能源模块进行组装，通过绿色能源模块对传感采集模块和网关模块进行供电；
36.s2、安装设备，将上述组装了网关模块以及绿色能源模块的传感采集模块安装于需要检测的水域，安装时根据水域的大小进行分布式安装；
37.s3、控制平台通过网关模块对传感采集模块下达检测指令，传感采集模块接收到指令后对所在水域进行水质检测；
38.s4、传感采集模块内设的采集处理器通过光催化热解以及电化学测定对水质的氨氮值、ph值、浊度值、溶解氧值、cod值、tn值、tp值进行分析，并将结果通过网关模块回传至控制平台；
39.其中，网关模块设置为5g/4g，并通过wcdma网络与控制平台进行远程无线通信。
40.以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。
41.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。