一种蓝藻水华实时监控装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术公开了一种蓝藻水华实时监控装置，属无线监控领域。该装置主要包括ＧＰＲＳ模块、射频无线通信模块、处理器控制单元、执行器模块、传感器模块和１２Ｖ输出电源及３６Ｖ输出电源，执行器模块包括超声电源及超声波换能器、电动气泵及水下曝气管、步进电机及其驱动器，传感器模块包括气象传感器、多参数水质传感器及藻类传感器，电源主要由太阳能电池板及蓄电池构成。本装置能实时对所测水域的水质进行监测，并将采集的信息经初步处理后通过ＧＰＲＳ或射频通信技术传送给监控中心进行分析，监控中心将处理信号下达回对应节点，节点结合监测结果利用执行器对蓝藻生长进行抑制。本装置布点灵活、监测精度高、监测范围广，除藻方式环保且成本低。（*该技术在2019年保护过期，可自由使用*）

【技术实现步骤摘要】

本技术涉及一种实时监控装置，尤其涉及一种应用于水环境保护的蓝藻水华 实时监控装置，属于无线监控领域。
技术介绍
随着全球经济的发展和人类活动影响的扩大，湖泊富营养化日趋严重。富营养化 的水体极易导致蓝藻水华的暴发，这已成为世界性的水环境问题之一。蓝藻水华的暴发具 有周期性，通过实时的监测预警并辅以有效的控制措施，可以防止蓝藻大量繁殖，减轻其带 来的危害。研究表明，影响蓝藻生长的主要环境条件为光照、水温、PH值、溶解氧、营养盐浓 度、风浪扰动等。一旦环境形成，在营养物和空间尺度不受限制的初期，藻类会进入一个指 数增长阶段，水华将在“一夜之间”全面暴发，导致难以控制的局面，以至于后期需要花费大 量的人力物力进行打捞清理，因此对于蓝藻监测预警和控制的实时性显得尤为重要。目前主要采用的监测方式有三种人工现场观测、卫星遥感监测和水质自动在线 监测。定期的人工现场视觉和味觉观测是一种有效且直观的监测方法，但监测周期长，对技 术人员的经验要求高；卫星遥感监测技术具有宏观、动态等显著特点，但遥感图像的获取成 本高，处理分析要求的技术含量高，通常应用于大型湖泊和水库；目前水质和气象参数自动 检测仪均分别在水质自动监测站和自动气象站得到应用，然而受建站条件的限制，通常二 者的分布位置和密度均不一致，导致采样数据不能准确反映同一片水域的环境因素，影响 预测精度，并且由于各部门职责分工不同，各参数的获取对环保、水利和气象部门之间的合 作提出了较高要求。每个湖泊的水环境状况不同，在蓝藻水华发生机理并不清楚的情况下进行评价是 比较困难的，这种局限性引起的预测准确率低下很可能导致暴发初期预警发布的滞后以及 控制措施的拖延，延误了最佳控制时期。蓝藻防治最有效、最科学的方法是采用生态治理，恢复水体的自净能力。完整的生 态链可增强水体自身的修复能力水生湿生植物及鱼类、贝类等水生动物不仅能消耗水中 的有机污染，还能抑制藻类生长。然而这是一种长期的综合性治理，需要建立在外源污染得 到控制且具备自净能力的基础上，对于已被污染的水体，其环境已经阻碍了水生动植物的 正常生长，导致生物链的不完整，因此必须采用清除措施。国内外对于蓝藻的清除方法已经有很多研究，主要有化学法、生物法、物理法等。 其中化学法能够高效除藻，但是使用的化学药剂极易对水体造成二次污染，现在发达国家 基本上已不再使用；生物法易造成引进的高等水生植物过度繁殖，对湖泊生物种群结构、航 运、景观等带来不利影响；传统的物理方法有机械清除、过滤、曝气、遮光、挖掘底泥等，需要 大型的机械设备和有经验的操作人员，对于大面积水体费时费力。超声灭藻装置在国外得到了成功应用，国内部分高校也做了相关研究，但尚未进 入产品化阶段。政府和环保部门主要致力于大型湖泊和重要水源地的保护和治理，而现有的超声灭藻装置依赖于电力的供应，布线不易，并受自身移动和有效作用范围的限制，目前 主要被局限于小面积水体的蓝藻治理。现有的超声除藻装置可化分为固定型和移动型。前者多将超声电源与换能器分 离，二者通过防水的信号线连接，电源安装在陆地上，换能器通过标杆或绳索固定于水下， 仅能对前方的扇形水域定向辐照，换能器的波束角和声功率决定有效辐照面的大小。为了 扩大移动范围，也有人将整套超声灭藻装置安装在小型船舶上，由电缆或船载的发电机供 电，这种方法依赖于长时间的人工操作，且设备体积大、成本高。
技术实现思路
本技术针对
技术介绍
中对蓝藻的监测和除藻技术存在的缺陷，而提出一种监 测精度高、除藻方式环保且布点灵活的蓝藻水华实时监控装置。本技术的蓝藻水华实时监控装置，其结构包括GPRS模块、处理器控制单元、 射频通信单元、射频天线、执行器模块、传感器模块、电源监控电路及电源模块1和电源模 块2，所述执行器模块包括超声电源、超声波换能器、电动气泵、水下曝气管、步进电机驱动 器和步进电机，超声电源、电动气泵和步进电机驱动器的输出端分别对应连接超声波换能 器、水下曝气管和步进电机的输入端，其中电源模块1分别给GPRS模块、射频通信单元、处 理器控制单元、传感器模块及执行器模块中的步进电机驱动器供电；电源模块2的输出端 一路通过电源监控电路与处理器控制单元的输入端连接，另一路给执行模块中的超声电源 和电动气泵供电；射频天线连接射频通信单元，射频通信单元、GPRS模块和传感器模块均 与处理器控制单元双向相连；处理器控制单元的输出端分别与执行器模块中的超声电源、 电动气泵和步进电机驱动器的输入端连接；超声波换能器与步进电机连接以完成全向旋 转。本技术的设计结合了无线通信、多参数传感器集成、全向超声波除藻和曝气 增氧技术，克服了现有蓝藻水华监测技术监测周期长、实效性差、劳动强度大、监测水域范 围小、运营成本高、除藻不环保等问题，具体有益效果如下1、网络容量大，监测密度高、范围广。基于GPRS模块的通信方式利用了成熟、稳定 的公共无线网络，可以跨越很大的物理空间，增大覆盖的监测区域，减少洞穴或盲区；2、短距离射频通信模块为传感器节点的网络化提供了物理层和MAC层的支持，组 网后可使系统具有很强的容错性和自愈功能；3、从不同空间视角获得的信息具有更大的信噪比，通过分布式处理大量的采集信 息能够提高监测精度，降低对单个节点传感器的精度要求；4、布点灵活，无需布线，建站成本低，适应性广；5、气象、多参数水质传感器解决了传统测量法测量周期长、测量参数少、测量点分 布不一等问题，提高了监测数据的及时性、有效性，增强了预警的准确性、可靠性；6、采用超声除藻技术，全向式设计使换能器的作用区域突破了自身波束角的限 制，没有盲区；装置由太阳能供电，解决了供电难问题，绿色能源的应用使除藻过程更加环 保，无需人工参与，降低了运营成本；7、在除藻的同时可以利用超声波对水下传感器探头进行自动清洗，延长了探头的 使用寿命。8、曝气装置促进了已杀死的蓝藻细胞的加速分解与水体恢复。附图说明图1是本技术的模块结构框图，图中太阳能电池板I、II、III、IV即太阳能电池板 1、2、3、4。图2是本技术实施例整体三维结构图，图中标号名称1、2、3、4均为太阳能电 池板；5为外仪器舱；6为风速传感器；7为照度传感器；8为射频天线；9为温湿度传感器； 10为环形浮筒；11为浮筒内仪器舱；12为步进电机及旋转控制装置；13为水质传感器及藻 类传感器，其中13_1为传感器探头，13-2为声波反射板；14为36V电动气泵；15为电机与 换能器的连接轴和防水套管；16为超声波换能器；17为导气管。图3是步进电机旋转控制机构的原理结构图，图中标号名称1’为步进电机；2’为 触发旋转控制信号的金属杆；3’为步进电机转轴；4’为微动开关；5’为微动开关输出导线。图4是本技术实施例中外仪器舱的分层结构示意图，图中(a)为外仪器舱上 层结构示意图；(b)为外仪器舱中层结构示意图；(c)为外仪器舱下层结构示意图。图5是本技术的工作流程示意图。具体实施方式本技术的模块连接结构如图1所示，包括GPRS模块、处理器控制单元、射频通 信单元、射频天线、执行器模块、传感器模块、电源监控电路及电源模块1和电源模块2，所 述执行器模块包括超声电源、超声波换能器、电动气泵、本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种蓝藻水华实时监控装置，其特征在于：包括ＧＰＲＳ模块、处理器控制单元、射频通信单元、射频天线、执行器模块、传感器模块、电源监控电路及电源模块１和电源模块２，所述执行器模块包括超声电源、超声波换能器、电动气泵、水下曝气管、步进电机驱动器和步进电机，超声电源、电动气泵和步进电机驱动器的输出端分别对应连接超声波换能器、水下曝气管和步进电机的输入端，其中：电源模块１分别给ＧＰＲＳ模块、射频通信单元、处理器控制单元、传感器模块及执行器模块中的步进电机驱动器供电；电源模块２的输出端一路通过电源监控电路与处理器控制单元的输入端连接，另一路给执行模块中的超声电源和电动气泵供电；射频天线连接射频通信单元，射频通信单元、ＧＰＲＳ模块和传感器模块均与处理器控制单元双向相连；处理器控制单元的输出端分别与执行器模块中的超声电源、电动气泵和步进电机驱动器的输入端连接；超声波换能器与步进电机连接以完成全向旋转。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：张振，黄炜，王慧斌，张家华，
申请(专利权)人：河海大学，
类型：实用新型
国别省市：84[中国|南京]