一種基于Zigbee自組網的PH值監測網絡的制作方法

該發明涉及海水PH值監測領域，尤其涉及裝置之間通過Zigbee自組網技術組成傳輸數據網絡。

背景技術：

海洋是人類生存環境的重要組成部分，對人類生存、發展有著極為密切的關系。海洋作為一個巨大的資源庫，如果能過將海洋資源合理的開發利用，將對國家的經濟起到積極地作用。然而海洋環境的變化會對海洋資源的開發造成重要的影響，對海水水質的監測可使得人類對海洋環境的變化進行預測，從而減少開發海洋資源的風險。

PH值是海水水質監測過程中是最重要的指標之一，同時，海水水質監測是一個長期連續的過程，現有的PH復合電極如果長時間浸泡在海水中，電極前端玻璃球泡表面容易被海水中的雜質覆蓋，堵塞氫離子通道，使得PH復合電極靈敏度降低，影響對海水PH值數據采集的準確性。因此，一種具備自動清洗與保養功能的PH復合電極裝置就顯得尤為重要。

在大規模海洋監測中，如果使用傳統的人工數據采集方式會耗費大量的人力物力，如果使用Zigbee技術使各節點組成數據傳輸網絡，這樣就能極大的提高數據傳輸效率并且大幅度節約成本。因此一項基于Zigbee自組網技術的并能實現水質長期監測的PH值監測網絡。

附圖說明

圖1為PH復合電極裝置箱體的剖面圖

圖2為PH復合電極清潔與保養的細節圖

圖3為PH復合電極裝置的原理框圖

圖4為全過程的流程圖

圖5為Zigbee樹型網絡拓撲結構圖

1、機械臂；2、PH復合電極；3、太陽能光伏板；4、無線收發模塊；5、蓄電池；6、中央控制模塊；7、泡沫；8、濁度傳感器；9、KCL標準樣液池；10、11、12、15、16、20、均為水泵(未畫出水管)；13、待測液體池14、液位計；17、導熱硅膠；18、蓄海水池；19、蓄清水池；21、金屬制成的冷凝板；22、帶有電磁閥門的KCL補充液容器；23、協調節點；24、終端節點；25、路由節點。

如圖所示：1、機械臂；2、通信天線；3、數據儲存及ZigBee通信模塊；4、中央控制模塊；5、蓄電池；6、泡沫；7、濁度傳感器；8、KCL標準樣液池；9、10、11、14、15、19、均為水泵(未畫出水管)；12、待測液體池13、液位計；16、導熱硅膠；17、蓄海水池；18、蓄清水池；20、金屬制成的冷凝板；21、帶有電磁閥門的KCL補充液容器；22、PH復合電極；23、ZigBee網絡；24、系統中繼傳輸模塊；25、岸邊數據接收裝置

技術實現要素：

本發明的目的是提供一種能夠通過無線自組網實現數據傳輸的PH值監測網絡，以滿足海洋環境水質長期監測的需要。本發明的技術方案如下：

一種基于Zigbee自組網的PH值監測網絡，包括多個PH復合電極裝置，每個PH復合電極裝置被視為一個傳感器節點，并包括PH值采集模塊、電極保養模塊、清水采集模塊、供電模塊、無線收發模塊和中央控制模塊，其中，

PH值采集模塊包括機械臂、固定于機械臂前端的PH復合電極、待測溶液池、進樣水泵12、排樣水泵11、沖洗水泵20，其中，進樣水泵12用于將海水抽吸入待測溶液池，排樣水泵11用于將海水排出待測液體池；機械臂用于將PH復合電極置于待測液體池內或將其抬高，PH復合電極測得PH值傳輸至中央控制模塊，在中央控制模塊的控制下，沖洗水泵20抽吸抽吸清水并對抬高的PH復合電極進行清洗，經過清洗的PH復合電極被移至電極保養模塊的KCL標準樣液池中；

電極保養模塊，包括帶有電磁閥門的KCL補充液容器、濁度傳感器、KCL標準樣液池、排污水泵10，濁度傳感器用于檢測KCL標準樣液池內的標準樣液受污染程度，中心控制模塊在濁度達到閾值時，控制排污水泵10工作，排出KCL標準樣液池內廢液，位于KCL標準樣液池上方的KCL補充液容器底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補充液；

清水采集模塊包括導熱硅膠、蓄海水池、蓄清水池、液位計、進水泵15、調節水泵15和冷凝板，進水泵15用于抽吸海水進入蓄海水池；導熱硅膠的主體作為蓄海水池的側壁，與其內海水直接接觸；導熱硅膠還與太陽能光伏板連接，用于吸收熱量；蓄海水池的上部斜向固定有冷凝板，冷凝板將蒸發的海水凝結為液體，并將凝結的液體引流入蓄清水池中；液位計用于監測蓄清水池內水量，其采集的信息被送入中心控制模塊，中心控制模塊在清水量達到最大閾值后，調節水泵15開啟，釋放海水，不再進行蒸發冷凝，；當清水達到最小閾值，進水泵15工作；

供電模塊包括太陽能光伏板和蓄電池，太陽能光伏板吸收光能轉化為電能儲存在蓄電池中為裝置供電；

中央控制模塊6將PH復合電極2收集到的數據傳輸到無線收發模塊4中，每個傳感器節點都有無線收發模塊4，負責與其他節點進行通信與數據傳輸，根據自組網協議，每次數據傳輸動態指定其他節點為協調節點23、路由節點25和終端節點24。

具體實施方式

本發明的PH值監測網絡，由若干個獨立工作的PH復合電極裝置構成，每個PH復合電極裝置視為一個傳感器節點。圖1是PH復合電極裝置的結構示意圖，一種具備自動清洗與保養功能的PH復合電極裝置，包括供電模塊，中央控制模塊，PH值采集模塊、電極保養模塊和清水采集模塊。下面將結合附圖對本發明的具體實施方式進一步詳細說明。

如圖1所示，PH值采集模塊包括機械臂1、PH復合電極2、待測溶液池13、水泵10、水泵11、水泵19。PH復合電極2由機械臂1控制進入待測液體池13，水泵11工作，海水進入待測液體池13，測得PH值傳輸至中央控制模塊5。水泵12工作，排出海水。機械臂1將PH復合電極2抬高，水泵20工作，引出清水沖洗復合電極。機械臂1再將PH復合電極2移至KCL溶液池9中。

如圖2，為電極保養模塊細節圖，包括帶有電磁閥門的KCL補充液容器22、濁度傳感器8、KCL溶液池9、水泵10。海水中含微生物，水藻，工業廢液等雜質，濁度傳感器8即可檢測標準樣液受污染程度。濁度達到閾值時，KCL標準液已被污染，須更換。水泵10工作，排出廢液。KCL補充液容器22底部的電磁閥門開啟，釋放KCL補充液。實現了KCL標準液的更新。

如圖1，右側清水采集模塊包括導熱硅膠17、蓄海水池18、蓄清水池19、液位計14、水泵15、水泵16和冷凝板21。水泵15工作，海水進入蓄海水池18。導熱硅膠17連接太陽能光伏板2吸收熱量，海水蒸發，遇冷凝板21凝結為液體，由于冷凝板21與光伏板2同角度傾斜，具有引流作用，凝結的清水流入蓄清水池19中。液位計14監測水量，清水量達到最大閾值后，水泵16開啟，釋放海水，不再進行蒸發冷凝，確保海水不會在箱體內結晶和污染。當清水達到最小閾值，水泵15工作，重復上述過程。

如圖1，供電模塊包括太陽能光伏板2和蓄電池5。太陽能光伏板2吸收光能轉化為電能儲存在蓄電池5中為系統供電，以保證源源不斷的供能。使用太陽能進行供電，既能保護環境、節約資源又極大延長了該裝置在海上工作的時間。

如圖3所示，該裝置通過中央控制模塊控制機械臂運作，利用PH復合電極2收集信息，將信息通過中央控制模塊進行處理，并存儲于數據存儲模塊中；利用濁度傳感器和液位計收集數據，上傳至中央控制模塊分析KCL標準樣液污染度和清水量是否達到閾值，并控制水泵和電磁閥門及時做出反應，完成了清水的自動采集和KCL溶液的自動更換，實現PH復合電極裝置2的自動清洗與保養。

中央控制模塊6將PH復合電極2收集到的數據傳輸到無線收發模塊4中，每個傳感器節點都有無線收發模塊4，負責與其他節點進行通信與數據傳輸。根據自組網協議，每次動態指定協調節點23、路由節點25和終端節點24。如圖5所示，為某一次組網示意圖。協調節點23、路由節點25和終端節點24均可進行水質監測，產生監測數據。于此同時，協調節點23負責確定本次組網的數據傳輸路徑；路由節點負責數據中繼傳輸；終端節點只負責產生監測數據。最終，數據被傳送到岸上數據中心。