水環境的水質監測浮漂裝置及其監測系統的制作方法

本發明涉及在線水質監測技術領域，特別涉及一種水環境的水質監測浮漂裝置及其監測系統。

背景技術：

水污染問題已成為影響人民群眾生活質量和幸福感的一個重要因素，獲取水環境參數、研究開發水質在線監測方法對水環境監測和污染排放監控具有重大的意義。在物聯網進程快速發展的推動下，為水環境的水質檢測提供物聯網化的解決方案，提高水環境監測的實時性及高效性，已成為水環境在線水質監測技術領域的一個發展方向。

較為早期的物聯網水質在線監測手段，是采用水質傳感器對被監測水域的岸邊水質進行水質監測，并通過聯網的監測計算機或監測控制器將監測數據采集后傳輸至網絡進行遠程傳輸。但由于岸邊的水質情況容易受到岸邊復雜生態環境的影響，其水質監測數據的代表性較差，容易出現監測參數的偏差。

較后期的物聯網水質在線監測手段，開始采用浮標監測裝置部署于被監測水域的中部區域進行水質監測，然后通過GPRS模塊等移動通信網絡傳輸模塊進行遠程傳輸。采用浮標監測裝置對水域中部的水質監測數據具有較好的代表性，因此解決了容易出現監測參數偏差的問題；但是由于GPRS模塊等移動通信網絡傳輸模塊的功耗較大，且部署于水域中部的浮標監測裝置無法采用有線方式供電，采用太陽能供電方案也難以長時間滿足移動通信網絡傳輸模塊的功耗消耗，因此時常出現供電不足、監測中斷的情況，物聯網水質在線監測的連續性不佳，供電不足則成為了制約浮標監測裝置應用的瓶頸。

技術實現要素：

針對現有技術中存在的上述不足，本發明的目的在于提供一種能夠實現低功耗數據傳輸且適用于水環境的水質監測浮漂裝置，以及借助該水質監測浮漂裝置能夠穩定實現水質在線監測數據遠傳的水環境的水質監測系統，用以解決現有技術中借助水質監測浮漂裝置進行水質在線監測存在供電不足、連續性不佳的問題。

為實現上述目的，本發明采用的水質監測浮漂裝置技術方案是：

一種水環境的水質監測浮漂裝置，包括浮漂支撐臺，以及安裝在浮漂支撐臺上的太陽能電池板和水質監測發送電路；所述浮漂支撐臺包括一個整體呈橫向設置的平板塊狀的浮漂板，以及從浮漂板中部向上延伸豎立設置的中立柱，且中立柱為中空結構，浮漂板上圍繞中立柱周向均勻分布設置有四個太陽能電池板支架，每個太陽能電池板支架具有一個由浮漂板中部到邊緣方向向下傾斜的安裝支撐面；所述太陽能電池板有四塊，分別鋪設安裝在四個太陽能電池板支架的安裝支撐面上；所述水質監測發送電路包括設置在所述浮漂板底部的水質監測傳感器，密封安裝在所述中立柱的中空空間內的蓄電池、充電控制電路和監測控制器，以及安裝在所述中立柱頂部的低功耗無線發射器，所述水質監測傳感器的監測數據輸出端與監測控制器的數據輸入端電連接，監測控制器的數據輸出端電連接至低功耗無線發射器，而蓄電池的充電端通過充電控制電路分別電連接至四塊太陽能電池板的送電輸出端，且由蓄電池對水質監測傳感器、監測控制器和低功耗無線發射器供電。

上述水環境的水質監測浮漂裝置中，作為優選方案，每個太陽能電池板支架通過橫向設置的橫連接桿與中立柱相連接，所述橫連接桿為中空結構且與中立柱的中空空間相連通；安裝在太陽能電池板支架上的太陽能電池板的送電輸出端通過穿設在所述橫連接桿的中空空間內的線纜伸入中立柱的中空空間內通過充電控制電路與蓄電池的充電端進行電連接。

為實現上述目的，本發明采用的水質監測系統技術方案是：

一種水環境的水質監測系統，包括設置在被監測水域中的如上所述的水質監測浮漂裝置，以及設置在所述被監測水域岸邊位置處的監測數據遠傳裝置；所述水質監測浮漂裝置通過其浮漂板飄浮設置在被監測水域中的水面上，且其位于浮漂板底部的水質監測傳感器浸沒在被監測水域的水面下；所述監測數據遠傳裝置包括支撐立架，以及安裝在支撐立架上的監測數據遠傳電路；所述支撐立架包括駐立在被監測水域岸邊位置處的支撐立柱，所述支撐立柱的底部具有電源安裝空腔，支撐立柱上位于中部位置處設有支撐臺，支撐立柱的頂部設有橫向朝向被監測水域方向延伸的支撐橫桿；所述監測數據遠傳電路包括安裝在支撐立柱底部的電源安裝空腔內的市電供電電源，安裝在支撐臺上的傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊，以及安裝在支撐橫桿上朝向被監測水域方向一端的端部位置處的低功耗無線接收器，所述低功耗無線接收器與水質監測浮漂裝置的低功耗無線發射器進行匹配無線通信連接，且低功耗無線接收器與傳輸控制器的數據接收端電連接，傳輸控制器的數據轉發輸出端與網絡數據傳輸模塊電連接，所述網絡數據傳輸模塊連接至數據傳輸網絡，而市電供電電源則對低功耗無線接收器、傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊供電。

上述水環境的水質監測系統中，作為優選方案，所述監測數據遠傳裝置的支撐立柱和支撐橫桿均為中空結構，監測數據遠傳裝置的市電供電電源、低功耗無線接收器、傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊之間通過布設在支撐立柱以及支撐橫桿的中空空間內的線纜進行電連接。

上述水環境的水質監測系統中，作為優選方案，所述網絡數據傳輸模塊為以太網絡傳輸模塊，所述數據傳輸網絡為以太網絡，以太網絡傳輸模塊通過以太網線連接至以太網絡。

上述水環境的水質監測系統中，作為優選方案，所述網絡數據傳輸模塊為移動通信網絡傳輸模塊，所述數據傳輸網絡為移動通信網絡，移動通信網絡傳輸模塊通過無線移動通信連接至移動通信網絡。

相比于現有技術，本發明具有以下有益效果：

1、本發明的水環境的水質監測浮漂裝置，其結構設計和重心分布均衡，太陽能電池板布置合理，能夠保持很好的漂浮穩定性，且充分確保太陽能發電的效率和可靠性，并結合采用低功耗無線發射器進行有限距離的水質監測數據無線傳輸，使得太陽能供電能夠長時間持續滿足其供電需求，避免出現因供電不足而導致水質在線監測中斷的問題。

2、本發明的水質監測浮漂裝置中，針對電路的防水和結構保護設計還能夠較好的保證水質監測浮漂裝置應用于水環境的電安全性。

3、本發明的水環境的水質監測系統，由于水質監測浮漂裝置的低功耗結合太陽能供電，解決了其供電不足造成水質監測中斷的問題，保證了水質在線監測的連續性，同時監測數據遠傳裝置由于采用市電供電電源進行供電，能夠很好的保證網絡數據傳輸模塊進行水質在線監測數據持續進行遠傳傳輸的功耗需求，從而能夠穩定實現水質在線監測數據的遠傳傳輸，解決了借助水質監測浮漂裝置進行水質在線監測存在供電不足、連續性不佳的問題，為物聯網水質在線監測的遠傳傳輸提供了新的系統實現解決方案。

附圖說明

圖1為本發明水環境的水質監測浮漂裝置一種具體實施結構的結構示意圖。

圖2為本發明水質監測浮漂裝置中水質監測發送電路及其與太陽能電池板的電路連接結構框圖。

圖3為本發明水環境的水質監測系統的結構示意圖。

圖4為本發明水質監測系統中監測數據遠傳電路的電路連接結構框圖。

具體實施方式

下面結合附圖和具體實施方式對本發明水環境的水質監測浮漂裝置及其監測系統進行進一步的說明。

圖1和圖2示出了本發明水環境的水質監測浮漂裝置的一種具體實施結構；其中，圖1為該水質監測浮漂裝置的結構圖，圖2為該水質監測浮漂裝置中水質監測發送電路的結構框圖。如圖1和圖2所示，本發明的水環境的水質監測浮漂裝置及其監測系統，包括浮漂支撐臺10，以及安裝在浮漂支撐臺上的太陽能電池板20和水質監測發送電路。其中，浮漂支撐臺10包括一個整體呈橫向設置的平板塊狀的浮漂板11，以及從浮漂板中部向上延伸豎立設置的中立柱12，且中立柱12為中空結構，浮漂板11上圍繞中立柱周向均勻分布設置有四個太陽能電池板支架13，每個太陽能電池板支架13具有一個由浮漂板中部到邊緣方向向下傾斜的安裝支撐面；太陽能電池板20有四塊，分別鋪設安裝在四個太陽能電池板支架13的安裝支撐面上；所述水質監測發送電路包括設置在所述浮漂板底部的水質監測傳感器31，密封安裝在所述中立柱的中空空間內的蓄電池32、充電控制電路33和監測控制器34，以及安裝在所述中立柱頂部的低功耗無線發射器35，如圖2所示，水質監測傳感器的監測數據輸出端與監測控制器的數據輸入端電連接，監測控制器的數據輸出端電連接至低功耗無線發射器，而蓄電池的充電端通過充電控制電路分別電連接至四塊太陽能電池板的送電輸出端，且由蓄電池對水質監測傳感器、監測控制器和低功耗無線發射器供電。

本發明水環境的水質監測浮漂裝置中，浮漂支撐臺的浮漂板上四個太陽能電池板支架圍繞中立柱周向均勻分布設置，結構設計和重心分布均衡，并且四塊太陽能電池板分別鋪設安裝在四個太陽能電池板支架的安裝支撐面上，使得每塊太陽能電池板都形成由浮漂板中部到邊緣方向向下傾斜的安裝狀態，一來使得四塊太陽能電池板在浮漂支撐臺上的重力分布達到均衡，二來使得周向四塊太陽能電池板的布置能夠全天候接收到來自不同方向的光照而充分確保太陽能發電的效率和可靠性，再者還借助浮漂板、四個太陽能電池板支架和四塊太陽能電池板安裝結構形成的錐臺形底座使得水質監測浮漂裝置漂浮在水面上時面對不同風向的有風氣候情況都不易被吹翻，能夠保持很好的漂浮穩定性。同時，本發明的水質監測浮漂裝置并不直接用于進行水質監測數據的遠傳傳輸，而是由監測控制器采集水質監測傳感器感測的水質監測數據后通過低功耗無線發射器進行有限距離的無線傳輸，具體實現時，低功耗無線發射器可以采用低功耗的藍牙發射模塊、射頻發射模塊、WiFi發射模塊等，從而降低水質監測浮漂裝置的整體功耗，使得太陽能供電能夠長時間持續滿足其供電需求，避免出現因供電不足而導致水質在線監測中斷的問題。

在發明的水質監測浮漂裝置由于是使用在水環境中，為了確保電路的電安全性，水質監測發送電路中的蓄電池、充電控制電路和監測控制器都是安裝在中立柱的中空空間內，達到防水和結構保護的目的，而水質監測傳感器設置在浮漂板的底部是為了用于進行水質監測，低功耗無線發射器安裝在中立柱的頂部是為了確保其無線信號發射具備較寬的信號通信范圍。同時，為了更好的確保太陽能電池板與水質監測發送電路之間的電安全性，作為優選的結構設計方案，太陽能電池板支架可以設計通過橫向設置的橫連接桿與中立柱相連接，橫連接桿為中空結構且與中立柱的中空空間相連通；由此，安裝在太陽能電池板支架上的太陽能電池板的送電輸出端則可以設計通過穿設在所述橫連接桿的中空空間內的線纜伸入中立柱的中空空間內通過充電控制電路與蓄電池的充電端進行電連接，達到防水和結構保護的目的。

而為了實現水質在線監測的遠傳傳輸，本發明還提供了借助上述水質監測浮漂裝置能夠實現水質在線監測數據遠傳的水環境的水質監測系統方案。如圖3所示，該水環境的水質監測系統包括設置在被監測水域中的上述水質監測浮漂裝置100，以及設置在被監測水域岸邊位置處的監測數據遠傳裝置200。其中，水質監測浮漂裝置100通過其浮漂板飄浮設置在被監測水域中的水面上，且其位于浮漂板底部的水質監測傳感器浸沒在被監測水域的水面下。監測數據遠傳裝置200的結構則包括支撐立架，以及安裝在支撐立架上的監測數據遠傳電路；所述支撐立架包括駐立在被監測水域岸邊位置處的支撐立柱41，所述支撐立柱41的底部具有電源安裝空腔，支撐立柱41上位于中部位置處設有支撐臺42，支撐立柱41的頂部設有橫向朝向被監測水域方向延伸的支撐橫桿43；監測數據遠傳電路則包括安裝在支撐立柱41底部的電源安裝空腔內的市電供電電源51，安裝在支撐臺42上的傳輸控制器52和網絡數據傳輸模塊53，以及安裝在支撐橫桿43上朝向被監測水域方向一端的端部位置處的低功耗無線接收器54，如圖4所示，低功耗無線接收器與水質監測浮漂裝置的低功耗無線發射器進行匹配無線通信連接，且低功耗無線接收器與傳輸控制器的數據接收端電連接，傳輸控制器的數據轉發輸出端與網絡數據傳輸模塊電連接，所述網絡數據傳輸模塊連接至數據傳輸網絡，而市電供電電源則對低功耗無線接收器、傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊供電。

在本發明的水環境的水質監測系統中，由設置在被監測水域中的水質監測浮漂裝置進行水質在線監測，并將得到的水質監測數據進行對外無線傳輸后，被設置在被監測水域岸邊位置處的監測數據遠傳裝置通過與水質監測浮漂裝置的低功耗無線發射器相匹配的低功耗無線接收器所接收，傳輸給傳輸控制器，由傳輸控制器通過網絡數據傳輸模塊將水質在線監測數據傳送到數據傳輸網絡，從而實現遠傳傳輸。由于水質監測浮漂裝置的低功耗結合太陽能供電，解決了其供電不足造成水質監測中斷的問題，保證了水質在線監測的連續性；而監測數據遠傳裝置由于采用市電供電電源進行供電，能夠很好的保證網絡數據傳輸模塊進行水質在線監測數據持續進行遠傳傳輸的功耗需求，從而能夠穩定實現水質在線監測數據的遠傳傳輸，解決了借助水質監測浮漂裝置進行水質在線監測存在供電不足、連續性不佳的問題。

在水質監測系統的監測數據遠傳裝置中，其低功耗無線接收器安裝在支撐橫桿上朝向被監測水域方向一端的端部位置處是為了更好的實現與水域中水質監測浮漂裝置的無線通信連接，傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊安裝在支撐立柱中部的支撐臺上是為了更便于維修，而市電供電電源安裝在支撐立柱底部的電源安裝空腔內，能夠更便于通過地埋線纜接入市電網絡。具體應用中，監測數據遠傳裝置的網絡數據傳輸模塊可以為以太網絡傳輸模塊，則數據傳輸網絡為以太網絡，以太網絡傳輸模塊通過以太網線連接至以太網絡；當然，監測數據遠傳裝置的網絡數據傳輸模塊也可以為移動通信網絡傳輸模塊，數據傳輸網絡則相應為移動通信網絡，移動通信網絡傳輸模塊通過無線移動通信連接至移動通信網絡。此外，考慮到監測數據遠傳裝置處于近水環境，為了更好的保證其電安全性，監測數據遠傳裝置的支撐立柱和支撐橫桿可以均設計為中空結構，監測數據遠傳裝置的市電供電電源、低功耗無線接收器、傳輸控制器和網絡數據傳輸模塊之間則可以通過布設在支撐立柱以及支撐橫桿的中空空間內的線纜進行電連接，以達到防水和結構保護的目的。

綜上所述，本發明的水環境的水質監測浮漂裝置的結構設計和重心分布均衡，太陽能電池板布置合理，能夠保持很好的漂浮穩定性，且充分確保太陽能發電的效率和可靠性，并結合采用低功耗無線發射器進行有限距離的水質監測數據無線傳輸，使得太陽能供電能夠長時間持續滿足其供電需求，避免出現因供電不足而導致水質在線監測中斷的問題，并且其針對電路的防水和結構保護設計還能夠較好的保證水質監測浮漂裝置應用于水環境的電安全性；本發明的水環境的水質監測系統，由于水質監測浮漂裝置的低功耗結合太陽能供電，解決了其供電不足造成水質監測中斷的問題，保證了水質在線監測的連續性，同時監測數據遠傳裝置由于采用市電供電電源進行供電，能夠很好的保證網絡數據傳輸模塊進行水質在線監測數據持續進行遠傳傳輸的功耗需求，從而能夠穩定實現水質在線監測數據的遠傳傳輸，解決了借助水質監測浮漂裝置進行水質在線監測存在供電不足、連續性不佳的問題，為物聯網水質在線監測的遠傳傳輸提供了新的系統實現解決方案。

最后說明的是，以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，盡管參照實施例對本發明進行了詳細說明，本領域的普通技術人員應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或者等同替換，而不脫離本發明技術方案的宗旨和范圍，其均應涵蓋在本發明的權利要求范圍當中。