一种基于水波纹发电的水质监测浮球的制作方法

1.本发明涉及水质监测技术领域，特别是涉及一种基于水波纹发电的水质监测浮球。


背景技术：

2.遏制水质污染、保护生命之源是人类的责任和义务，其重要手段之一是水质监测。水质监测可以掌握水质环境现状和变化规律，为开发、利用和保护水环境提供有力的支持。但是现有技术大多数是针对河流某一位置或某几处的监测，缺乏针对河段乃至河流整体的水质监测，造成河流污染发现难、发现慢从而导致污染处理不及时，给人民群众造成更大的经济损失甚至危人们的身体健康。
3.目前国内对于河流、湖泊等待监测水域的水质监测方法，主要有监测站定点检测法和人工取样检测两种。但对于流域某一段水质的连续监测和湖泊中心水质监测，固定站点由于其位置固定和布设成本不再适用。人工采样监测则需要借助船舶到指定位置抽样监测，虽然可以监测到河流特定位置，但依然存在不能长时间连续实时监测某一段水域水质的问题；另外由于设备处于水体表面供电多仅采用太阳能供电方式。


技术实现要素：

4.为了解决上述问题，本发明提供了一种基于水波纹发电的水质监测浮球。
5.为实现上述目的，本发明提供了如下方案：
6.一种水波纹发电的水质监测浮球，包括球体外壳以及设置在所述球体外壳内部的中央控制器、超级电容电池模块、数据传输模块、接触式水质传感器组以及压稳模块；还包括设置在所示球体外壳下表面的所述能量产生装置；所述中央控制器分别与所述超级电容电池模块、所述数据传输模块以及所述接触式水质传感器组连接；
7.所述接触式水质传感器组用于采集水质信息；所述中央控制器用于对所述水质信息进行a/d转换，并将转换后的信息通过数据传输模块传输至上位机；所述超级电容电池模块用于为所述水质监测浮球提供电能；所述能量产生装置用于为所述超级电容电池模块提供电能能量；所述压稳模块用于保持所述水质监测浮球的平衡。
8.进一步地，所述球体外壳内部设置有平台，所述中央控制器、所述蓄电池以及所述数据传输模块设置在所述平台上。
9.进一步地，还包括设置在所述球体外壳上表面的柔性太阳能电池板。
10.进一步地，还包括设置在所述平台上的太阳能电源控制器，所述太阳能电源控制器分别与所述超级电容电池模块和所述太阳能电池板连接，用于控制所述柔性太阳能电池板与所述超级电容电池模块之间电压和电流的转换。
11.进一步地，还包括锚链、锚碇和突出圆环；所述突出圆环设置在所述球体外壳底部，所述锚链的一端与所述突出圆环连接，所述锚链的另一端与所述锚碇连接。
12.进一步地，所述能量产生装置包括对称磁铁、多线圈磁架、漂浮振子和传动齿轮
组；所述对称磁铁的一端固定在所述球体外壳的下表面，所述对称磁铁的另一端设置有所述传动齿轮组，所述多线圈磁架设置在所述对称磁铁的中间连接杆上，所述漂浮振子连接在所述传动齿轮组上。
13.进一步地，还包括整流模块，所述整流模块用于将所述能量产生装置产生的电能能量进行整流处理。
14.进一步地，所述接触式水质传感器组包括温度传感器、ph传感器、氨氮传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、盐度传感器和浊度传感器。
15.根据本发明提供的具体实施例，本发明公开了以下技术效果：
16.(1)本发明提供的水质监测浮球能够固定在待测湖泊的水质监测断面或提前标定的水质监测断面，可实现对河流的全面监测。通过多点布设，一方面有助于获取河流全段的水质变化趋势，另一方面有助于及时排查除受污染的河流的污染源头，有助于河流的保护工作。
17.(2)本发明提供的水质监测浮球在能量供应上采用柔性太阳能电池板结合水波纹发电技术，保证设备水质监测范围和能量的供给。基于水波纹运动带动漂浮振子切割微型电磁感应线圈发电及上表面的柔性太阳能电池板发电，可大大提高设备的工作时长。
附图说明
18.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
19.图1为本发明实施例基于水波纹发电的水质监测浮球的结构示意图；
20.图2为水质监测浮球流域水质监测示意图；
21.图3为上位机运行流程；
22.图4为下位机运行流程。
具体实施方式
23.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
24.为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。
25.如图1
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2所示，本发明公开的一种水波纹发电的水质监测浮球，包括球体外壳，所述球体外壳内部设置有平台，平台上设置有中央控制器3、超级电容电池模块4、数据传输模块5，接触式水质传感器组6内置于浮球下半部分的实心体中，能力产生装置设置在球体外壳的下表面。压稳模块9采用高密度金属材料内置于浮球下部，其上表面中心与浮球球心距离为
26.所述中央控制器3采用modbus rtu来实现。所述中央控制器3分别与所述超级电容
电池模块4、所述数据传输模5块以及所述接触式水质传感器组6连接。所述接触式水质传感器组6用于采集水质信息；所述中央控制器2用于对所述水质信息进行a/d转换，并将转换后的信息通过数据传输模块5传输至上位机。
27.所述接触式水质传感器组6包括温度传感器、ph传感器、氨氮传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、盐度传感器和浊度传感器。
28.所述超级电容电池模块4由具有高能量转换和高充电速度的超级电容串并组合实现，以满足对低电压源电能的采集，搭配太阳能电池板，为整个系统工作提供稳定电源。
29.该水质监测浮球还包括设置在所述球体外壳上表面的柔性太阳能电池板1，为浮球正常工作提供电能。
30.该水质监测浮球还包括设置在所述平台上的太阳能电源控制器2，所述太阳能电源控制器2分别与所述超级电容电池模块4和所述太阳能电池板1连接，用于控制所述柔性太阳能电池板1与所述超级电容电池模块4之间电压和电流的转换。
31.所述能量产生装置用于为所述超级电容电池模块4提供电能能量。所述能量产生装置包括对称磁铁8、多线圈磁架10、漂浮振子11和传动齿轮组12。
32.所述对称磁铁8的一端固定在所述球体外壳的下表面，所述对称磁铁8的另一端设置有所述传动齿轮组12，所述多线圈磁架10设置在所述对称磁铁8的中间连接杆(图中未画出)上，所述漂浮振子11连接在所述传动齿轮组12上。水波纹生电由漂浮振子11放大水中波纹的上下运动，之后借助传动齿轮组12带动多线圈磁架10切割由对称磁铁8产生的磁感线在线圈中产生电流，再通过整流模块7进行电压电流矫正后输入到蓄电池中。所述整流模块7内置于浮球下半部分的实心体中，采用桥式整流电路用于处理经由能量产生装置所流出的电流，以实现将正负交替的交流电压输出转换成极性稳定的直流电压输出。
33.所述压稳模块9用于保持浮球的平衡，保证接触式水质传感器组6可以接触水体、柔性太阳能电池板1置于空气中。
34.该水质监测浮球还包括锚链13、锚碇14和突出圆环15；所述突出圆环15设置在所述球体外壳底部，所述锚链13的一端与所述突出圆环15连接，所述锚链13的另一端与所述锚碇14连接。锚碇14用于为固定水质监测浮球提供压重。
35.本发明提供的水质监测浮球，可直接布设在待测水域固定位置，基于布设位置的确定性可实现水域的全面监测。设备基于水波纹运动带动漂浮振子切割微型电磁感应线圈发电及上表面的柔性太阳能电池板发电，可有效提高能量供应，延长设备工作时长。此外浮球下部设计有锚链以及锚碇，用于固定浮球在水中的监测位置，如此设计可实现浮球对待测河流中任意位置的水质即可实现对待测河流的全面监测，因此有助于获取河流全段的水质变化趋势，对于受污染的河流也可排查出污染源头，有助于河流的保护工作。
36.如图2所示，通过布设浮球并搭配岸边监测站及固定站点可以达到对一段河流的水质监测，即浮球将监测到的水质数据，监测站和固定站点的监测数据可以传输至数据中心。用户可以通过手机端、电脑端、云平台三种方式查看所监测河段的水质情况，也可分析一段河流的水质变化规律。
37.操作人员可以通过数据传输模块定位设备位置，同时也可记录浮球经过的位置。当监测到水质数据超标后，设备将通过数据传输模块上报报警并将位置信息一同发送。图3与图4为常规的上位机与下位机的运行流程，下位机通过程序在中央处理器中设置了水质
参数上下阈值，即为数据超标异常提供水质参数参考。并加入了数据获取的时间保证了数据监测的时效性。
38.上位机运行流程为：此处上位机为云平台，打开云平台并进行相应的初始化后开始向下位机(水质监测浮球)发送获取水质数据指令，之后等待下位机响应并工作，之后判断在设定的时间内是否接收到数据，未收到则重新进行上述操作；收到则对数据额进行相应的解析处理之后显示数据，保存数据最后判断是否可以结束。
39.下位机运行流程为：下位机在供电作用下首先进行初始化，之后其水质传感器完成a/d转换，接收到数据后对接收到的水质数据进行判断，如果水质数据异常则做报警处理，正常则对数据进行处理，处理中会依据日期时钟对数据进行处理，之后对数据进行保存，之后判断是否上传数据，是的话判断是否结束，否的话重新进行下一次的数据采集操作。
40.本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
41.本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处。综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。