一种基于外部脉冲唤醒机制的海洋水质传感器装置制造方法及图纸

本发明专利技术涉及一种基于外部脉冲唤醒机制的海洋水质传感器装置，包括集成传感器(1)和外部脉冲发生器(2)，集成传感器(1)包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和外部脉冲唤醒电路；pH值传感器模块包括pH计主体(3)和与其相连的电极球泡(5)，在pH计主体(3)连接电极球泡(5)的一端设置有超声波辐射平板(6)和超声波单元(4)，超声波辐射平板(6)位于电极球泡周围，用于发射超声波；外部脉冲发生器(2)用于通过GPS与外部的监测中心通信，收取监测中心的命令信息，并将唤醒集成传感器(1)所使用的信息调制后向周围发射；本发明专利技术可以延长集成传感器有效工作时长。

【技术实现步骤摘要】

该专利技术涉及海洋水质监测装置领域，尤其涉及低功耗海洋水质监测装置领域。
技术介绍
海洋强国指的是在探索认知海洋、开发利用海洋、综合管控海洋方面实力强大的国家，这就说明，一个真正的海洋强国，不仅要有发达的海洋经济、先进的创新科技和强大的海上力量，还要有健康美丽的海洋生态环境。为了维持健康的海洋生态环境，完备的海洋传感器部署不可缺少。近年来，随着物联网技术的快速发展，海洋监测技术也迅速提升。目前海洋监测技术不断朝着实时化、集成化和自动化方向发展，集成传感器可以被安装到浮标上全自动的长期监测海水水质，大量的自动集成传感器还可以通过自组网的方式共同监测一定范围水域的水质信息，相比于传统的现场取样检测的方法，节省了大量的人力物力，经济效益显著。但目前海洋环境下集成传感的应用还存在两个瓶颈问题：1.无法长时间连续工作，因为大多数传感器，例如pH值传感器，很容易被海水中的污染物附着而使其失效；2.传感器携带电池电量有限，集成传感器的连续工作时长受到限制。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种可以降低传感器能耗并延长传感器有效工作时间的海洋水质传感器装置。本专利技术的技术方案如下：一种基于外部脉冲唤醒机制的海洋水质传感器装置，包括集成传感器(1)和外部脉冲发生器(2)，集成传感器(1)布置在外部脉冲发生器(2)的信号发射最大距离之内，集成传感器(1)包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和外部脉冲唤醒电路，其中，浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值，各个传感器采集的数据被送入主控芯片；所述的pH值传感器模块包括pH计主体(3)和与其相连的电极球泡(5)，在pH计主体(3)连接电极球泡(5)的一端设置有超声波辐射平板(6)和超声波单元(4)，超声波辐射平板(6)位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波单元(4)生成的超声波在电极球泡(5)表面附近形成震荡；外部脉冲发生器(2)用于通过GPS与外部的监测中心通信，收取监测中心的命令信息，并将唤醒集成传感器(1)所使用的信息调制后向周围发射；外部脉冲唤醒电路包括信号接收电路、解调电路、信号整形电路、脉冲输出电路和唤醒电路，信号接收电路接收的外部信号经由解调电路处理，获得低频信号；再经由信号整形电路整形，得到规则的矩形脉冲；基准比较电路将矩形脉冲与基准信号相比较后，如果一致则脉冲输出电路输出脉冲唤醒主控芯片。本专利技术采用外部脉冲唤醒机制，降低集成传感器能耗，并使pH计具有自清洁功能，延长集成传感器有效工作时长。附图说明图1为外部脉冲唤醒机制工作方式示意图；图2为集成传感器电路原理框图；图3为外部脉冲唤醒电路的原理框图；图4为外部脉冲唤醒机制工作流程图；图5为pH值传感器模块的结构示意图；图6为pH值传感器模块的局部放大示意图；附图标记说明如下：1集成传感器；2外部脉冲发生器；3pH计主体；4超声波单元；5电极球泡；6辐射平板具体实施方式下面结合附图对本专利技术的具体实施方式进一步详细的说明。图1所示为外部脉冲唤醒机制工作方式示意图。包括集成传感器1和外部脉冲发生器2。集成传感器1分布在外部脉冲发生器2周围，集成传感器1分布的范围处于外部脉冲发生器2的信号范围之内；外部脉冲发生器2可以通过GPS系统与监测中心实现通信，收取监测中心的命令信息；外部脉冲发生器2可以将唤醒集成传感器1所使用的信息调制后向周围发射。图2是本专利技术的集成传感器1，包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、信号放大电路、AD转换电路、存储单元、主控芯片、稳压电路和电源。传感器节点采集水质信息并通过无线信号向外传输；浊度传感器模块通过浊度传感器将浊度数据传回控制主板；温度传感器模块通过温度传感器将环境温度数据传回控制主板；信号放大电路可以采集传感器模块产生的微弱信号并加以放大和滤波，输出至AD转换电路将模拟信号转换为数字信号；主控芯片接收到AD转换电路传输的数字信号后，将数据存储在存储单元中；电源通过稳压电路为主控芯片提供电能。如图3所示为外部脉冲唤醒电路的原理框图，外部脉冲唤醒电路包括天线(信号接收电路)、解调电路、信号整形电路、脉冲输出电路和唤醒电路。天线(信号接收电路)接收外部电磁波信号，接收的信号经由解调电路处理，获得低频信号；再经由信号整形电路整形，将受到干扰或不符合边沿要求的信号变成规则的矩形脉冲；基准比较电路将矩形脉冲与基准信号相比较后，如果一致则脉冲输出电路输出脉冲唤醒主控芯片，该流程如图4所示。如图5所示为pH传感器，即pH计，的结构示意图，pH计包括pH计主体3、超声波单元4、电极球泡5和辐射平板6。pH计主体3内部为含饱和AgCl的3mol/Lkcl缓冲溶液，pH值为7。正常情况下，待测溶液中的H离子可以通过电极球泡5进入到pH计主体3内部，pH计主体3内部的电极会检测到电位变化，从而得出待测溶液的pH值。当电极球泡5表面被待测溶液污染时，H离子通道会被堵塞，pH计便检测不到电位变化，即无法正确检测pH值。本专利技术在pH计主体3靠近电极球泡5的位置固定有超声波单元4。超声波单元4包括超声波发生器和超声波换能器。本专利技术采用的发射超声波的辐射天线为平板天线，由两个相对的平板构成，称之为辐射平板6。超声波发生器包括振荡器、电源、放大器和匹配器。超声波发生器用来产生超声频电能，在超声波发生器中，振荡器产生一定频率的信号，放大器将其放大到一定功率输出，通过匹配器进行阻抗匹配并通过功放输出。参见图6，超声波单元4产生超声波信号，并通过超声波辐射平板6的发射，对电极球泡5表面附近的溶液进行震荡，使其球泡3表面的污染物脱离，释放H离子通道，使pH计恢复灵敏。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于外部脉冲唤醒机制的海洋水质传感器装置，包括集成传感器(1)和外部脉冲发生器(2)，集成传感器(1)布置在外部脉冲发生器(2)的信号发射最大距离之内，集成传感器(1)包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和外部脉冲唤醒电路。其中，浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值，各个传感器采集的数据被送入主控芯片；所述的pH值传感器模块包括pH计主体(3)和与其相连的电极球泡(5)，在pH计主体(3)连接电极球泡(5)的一端设置有超声波辐射平板(6)和超声波单元(4)，超声波辐射平板(6)位于电极球泡周围，用于发射超声波，使得超声波单元(4)生成的超声波在电极球泡(5)表面附近形成震荡；外部脉冲发生器(2)用于通过GPS与外部的监测中心通信，收取监测中心的命令信息，并将唤醒集成传感器(1)所使用的信息调制后向周围发射；外部脉冲唤醒电路包括信号接收电路、解调电路、信号整形电路、脉冲输出电路和唤醒电路，信号接收电路接收的外部信号经由解调电路处理，获得低频信号；再经由信号整形电路整形，得到规则的矩形脉冲；基准比较电路将矩形脉冲与基准信号相比较后，如果一致则脉冲输出电路输出脉冲唤醒主控芯片。...

【技术特征摘要】
1.一种基于外部脉冲唤醒机制的海洋水质传感器装置，包括集成传感器(1)和外部脉冲发生器(2)，集成传感器(1)布置在外部脉冲发生器(2)的信号发射最大距离之内，集成传感器(1)包括pH值传感器模块、浊度传感器模块、温度传感器模块、主控芯片和外部脉冲唤醒电路。其中，浊度传感器利用浸入海水表面的浊度传感器采集海水的浊度信息；温度传感器模块利用温度传感器采集海水表面的温度信息；pH值传感器模块采集海水pH值，各个传感器采集的数据被送入主控芯片；所述的pH值传感器模块包括pH计主体(3)和与其相连的电极球泡(5)，在pH计主体(3)连接电极球泡(5)的一端设置有超...

【专利技术属性】
技术研发人员：邹强，苏奇，马建国，付超，莫申童，
申请(专利权)人：天津大学，
类型：发明
国别省市：天津;12