該發(fā)明涉及海洋水質(zhì)實時監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及海洋水質(zhì)實時監(jiān)測裝置。

背景技術(shù)：

人類及其日益發(fā)展的技術(shù)，給海洋環(huán)境和海洋資源帶來了巨大的沖擊，反過來海洋污染又對海洋生物資源、工業(yè)用水質(zhì)量和人類自身的健康造成日益嚴重的威脅。海洋污染的特點是：污染源廣，污染物質(zhì)種類多，影響范圍大，危害深遠，控制復(fù)雜，治理難度大，赤潮是海水污染造成的典型事例。人類無節(jié)制地向海洋排放、傾倒廢棄物是目前赤潮時有發(fā)生的主要原因。

為了更好的對海洋環(huán)境污染進行監(jiān)測，同時對海洋環(huán)境污染事件能夠提前預(yù)警，眾多研究機構(gòu)與公司致力于海洋水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)的探索。目前，海洋水質(zhì)監(jiān)測技術(shù)主要利用傳感器技術(shù)、無線通訊技術(shù)和微電子技術(shù)等實現(xiàn)對海水水質(zhì)的快速檢測，在單點海水無線實時監(jiān)測的基礎(chǔ)上，為了完成對一定區(qū)域范圍內(nèi)海水的全面監(jiān)測，又發(fā)展出了無線自組網(wǎng)實時監(jiān)測技術(shù)。當眾多的傳感器裝置利用其攜帶的有限電能分布于監(jiān)測區(qū)域內(nèi)時，如何組網(wǎng)才能最大限度節(jié)省傳感器裝置電池電量也就成為一個重要課題。

另外，在海水的環(huán)境下，傳感器裝置能否長期穩(wěn)定工作是裝置能否廣泛應(yīng)用的重要前提。作為傳感器部分的重要組成，pH計前端球泡卻極易被海水中的微生物和其他污染物所附著而失效。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種可以節(jié)省主傳感器節(jié)點配置，并能使得各個傳感器節(jié)點可以長期穩(wěn)定工作的海洋水質(zhì)實時監(jiān)測裝置。本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

一種基于蜂窩狀優(yōu)化組網(wǎng)方式的海洋水質(zhì)實時監(jiān)測裝置，包括監(jiān)測中心、主傳感器節(jié)點和次傳感器節(jié)點，次傳感器節(jié)點在行列方向上均呈直線排布，間距相等。其特征在于，眾多次傳感器節(jié)點所在區(qū)域被劃分為一個個正六邊形區(qū)域，正六邊形區(qū)域平行對邊的距離為傳感器節(jié)點最大傳輸距離的兩倍，主傳感器節(jié)點位于每個正六邊形區(qū)域中心，在主傳感器節(jié)點輻射范圍內(nèi)的次傳感器節(jié)點均能夠?qū)⒉杉降男畔魉徒o主傳感器節(jié)點；

每個傳感器節(jié)點，包括主傳感器節(jié)點和次傳感器節(jié)點，均包括pH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、主控芯片和無線通訊模塊，其中，

濁度傳感器利用浸入海水表面的濁度傳感器采集海水的濁度信息；溫度傳感器模塊利用溫度傳感器采集海水表面的溫度信息；pH值傳感器模塊采集海水pH值，各個傳感器采集的數(shù)據(jù)被送入主控芯片；

所述的pH值傳感器模塊包括PH計主體(1)和與其相連的電極球泡(3)，在PH計主體(1)連接有電極球泡(3)的一端設(shè)置有超聲波輻射平板(4)和超聲波單元(2)，超聲波輻射平板(4)位于電極球泡周圍，用于使得超聲波單元(2)生成的超聲波在電極球泡(3)表面附近形成震蕩。

本發(fā)明的海洋水質(zhì)實時監(jiān)測裝置，優(yōu)化組網(wǎng)方案，使眾多傳感器節(jié)點以蜂窩狀優(yōu)化方案組網(wǎng)，利用較少的節(jié)點即可實現(xiàn)對相同面積水域的水質(zhì)進行全面監(jiān)測，從而節(jié)約系統(tǒng)成本，提高經(jīng)濟效益。同時，通過對現(xiàn)有pH計進行改進，使其具有自清潔功能，保證傳感器裝置可以長期穩(wěn)定工作。

附圖說明

圖1是本發(fā)明采用的傳感器節(jié)點的電路原理框圖；

圖2是pH值傳感器的結(jié)構(gòu)示意圖；

圖3是pH值傳感器的局部放大示意圖；

圖4是傳統(tǒng)傳感器節(jié)點組網(wǎng)方案示意圖；

圖5是本發(fā)明的傳感器節(jié)點組網(wǎng)方案示意圖。

1pH計主體；2超聲波單元；3電極球泡；4超聲波輻射平板；5常規(guī)矩形組網(wǎng)方式中主傳感器節(jié)點；6常規(guī)矩形組網(wǎng)方式中主傳感器節(jié)點的輻射范圍；7常規(guī)矩形組網(wǎng)方式中次傳感器節(jié)點；8蜂窩狀組網(wǎng)方式中主傳感器節(jié)點；9蜂窩狀組網(wǎng)方式中主傳感器節(jié)點的輻射范圍；6蜂窩狀組網(wǎng)方式中次傳感器節(jié)點

具體實施方式

圖1是一個傳感器節(jié)點的電路原理框圖。包括pH值傳感器模塊、濁度傳感器模塊、溫度傳感器模塊、信號放大電路、AD轉(zhuǎn)換電路、存儲單元、主控芯片、穩(wěn)壓電路、無線通訊模塊、穩(wěn)壓電路和電源；

傳感器節(jié)點采集水質(zhì)信息并通過無線信號向外傳輸；濁度傳感器模塊通過濁度傳感器將濁度數(shù)據(jù)傳回控制主板；溫度傳感器模塊通過溫度傳感器將環(huán)境溫度數(shù)據(jù)傳回控制主板；信號放大電路可以采集傳感器模塊產(chǎn)生的微弱信號并加以放大和濾波，輸出至AD轉(zhuǎn)換電路將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號；主控芯片接收到AD轉(zhuǎn)換電路傳輸?shù)臄?shù)字信號后，將數(shù)據(jù)存儲在存儲單元中；電源通過穩(wěn)壓電路為主控芯片提供電能；無線通訊模塊可以接收其他節(jié)點傳來的信息和發(fā)送本傳感器裝置采集到的信息。

圖2為pH值傳感器模塊，即pH計，的結(jié)構(gòu)示意圖，pH計包括pH計主體1、超聲波單元2、電極球泡3和超聲波輻射平板4。pH計主體1內(nèi)部為含飽和AgCl的3mol/L kcl緩沖溶液，pH值為4。正常情況下，待測溶液中的H離子可以通過電極球泡3進入到pH計主體1內(nèi)部，pH計主體1內(nèi)部的電極會檢測到電位變化，從而得出待測溶液的pH值。當電極球泡3表面被待測溶液污染時，H離子通道會被堵塞，pH計便檢測不到電位變化，即無法正確檢測pH值。

本發(fā)明在pH計主體1靠近電極球泡3的位置固定有超聲波單元2。超聲波單元2包括超聲波發(fā)生器和超聲波換能器，本發(fā)明采用的發(fā)射超聲波的輻射天線為平板天線，由兩個相對的平板構(gòu)成，稱之為輻射平板4。超聲波發(fā)生器包括振蕩器、電源、放大器和匹配器。超聲波發(fā)生器用來產(chǎn)生超聲頻電能，在超聲波發(fā)生器中，振蕩器產(chǎn)生一定頻率的信號，放大器將其放大到一定功率輸出，通過匹配器進行阻抗匹配并通過功放輸出，每個傳感器節(jié)點的信號發(fā)射和接收最大距離為150米。

參見圖3，超聲波單元2產(chǎn)生超聲波信號，并通過超聲波輻射平板4的發(fā)射，對電極球泡3表面附近的溶液進行震蕩，使其球泡3表面的污染物脫離，釋放H離子通道，使pH計恢復(fù)靈敏。

圖4所示為常規(guī)矩形傳感器組網(wǎng)方式，次傳感器節(jié)點在行列方向上均呈直線排布，間距相等。眾多次傳感器被劃分為一個個正方形區(qū)域，正方形區(qū)域的邊長為傳感器節(jié)點最大傳輸距離的兩倍。位于每個正方形區(qū)域中的主傳感器節(jié)點的輻射半徑為150米，在主傳感器節(jié)點輻射范圍內(nèi)的次傳感器節(jié)點都可以將采集到的信息傳送給主傳感器節(jié)點，最終由主傳感器節(jié)點直接將信息一并傳送給監(jiān)測中心(主機)。根據(jù)理論計算可以得知主節(jié)點的輻射范圍占正方形區(qū)域的比例為78％，即約有78％的次傳感器節(jié)點可以將信息傳輸給最近的主傳感器節(jié)點，該種組網(wǎng)方式的有效率為78％。

圖5所示為本發(fā)明采用的蜂窩狀傳感器組網(wǎng)方式，次傳感器節(jié)點在行列方向上均呈直線排布，間距相等。眾多次傳感器被劃分為一個個正六邊形區(qū)域，正六邊形區(qū)域平行對邊的距離為傳感器節(jié)點最大傳輸距離的兩倍。位于每個正六邊形區(qū)域中的主傳感器節(jié)點的輻射半徑為150米，在主傳感器節(jié)點輻射范圍內(nèi)的次傳感器節(jié)點都可以將采集到的信息傳送給主傳感器節(jié)點，最終由主傳感器節(jié)點直接將信息一并傳送給監(jiān)測中心(主機)。根據(jù)理論計算可以得知主節(jié)點的輻射范圍占正方形區(qū)域的比例為91％，即約有91％的次傳感器節(jié)點可以將信息傳輸給最近的主傳感器節(jié)點，該種組網(wǎng)方式的有效率為91％。