一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型的目的是提供一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，有供電裝置和水環(huán)境參數(shù)采集裝置，供電裝置內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能電池板，太陽(yáng)能控制器連接著鋰電池，太陽(yáng)能控制器和鋰電池上都連接有12V電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換電壓，鋰電池上還連接有5V電壓轉(zhuǎn)換器；水環(huán)境參數(shù)采集裝置內(nèi)有溶解氧傳感器、氮濃度傳感器、磷濃度傳感器、風(fēng)力風(fēng)向傳感器和溫度傳感器；水環(huán)境參數(shù)采集裝置連接有微控制器，微控制器連接有Zigbee無(wú)線通訊器來(lái)傳送數(shù)據(jù)。本裝置擁有傳感、采集和處理數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程通信和自供電能力，使用太陽(yáng)能和鋰電池互備供電，具有成本低、耗能低、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)。
【專利說(shuō)明】—種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型涉及一種光伏發(fā)電和無(wú)線通信領(lǐng)域，尤其涉及一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器。
【背景技術(shù)】
[0002]近20年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展、人口急劇增長(zhǎng)，許多湖泊水庫(kù)生態(tài)環(huán)境受到嚴(yán)重破壞，湖泊水庫(kù)富營(yíng)養(yǎng)化問(wèn)題日益嚴(yán)重，導(dǎo)致藻類和水生植物生產(chǎn)力的增加，直接導(dǎo)致藍(lán)藻的爆發(fā)，降低水中溶解氧，從而導(dǎo)致水質(zhì)下降，影響人類的健康生活。如何高效、實(shí)時(shí)、準(zhǔn)確的獲取水環(huán)境參數(shù)，建立藍(lán)藻監(jiān)測(cè)預(yù)警系統(tǒng)，預(yù)防藍(lán)藻爆發(fā)已成為迫切需要。
[0003]藍(lán)藻爆發(fā)的需要三個(gè)重要條件:1)藍(lán)藻生長(zhǎng)與水中總氮、磷等富營(yíng)養(yǎng)鹽濃度有關(guān)；2)藍(lán)藻大量繁殖與氣度變化密切相關(guān)；3)藻類分布于風(fēng)力風(fēng)向密切相關(guān)。通過(guò)對(duì)水環(huán)境中氮、磷富營(yíng)養(yǎng)鹽濃度、氣溫、風(fēng)力風(fēng)向的采集，再通過(guò)藍(lán)藻濃度傳感器直接檢測(cè)藍(lán)藻濃度，提供給觀察者分析處理，能夠預(yù)知藍(lán)藻爆發(fā)的概率，提前采取預(yù)防措施，有效降低藍(lán)藻爆發(fā)。
[0004]現(xiàn)有的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)方法主要有:1)人工現(xiàn)場(chǎng)觀測(cè)和實(shí)驗(yàn)室分析技術(shù)，該方法存在監(jiān)測(cè)周期長(zhǎng)、數(shù)據(jù)采集慢、勞動(dòng)強(qiáng)度大、覆蓋范圍有限等問(wèn)題，不易提早發(fā)現(xiàn)藍(lán)藻的爆發(fā)。2)“全球眼”網(wǎng)絡(luò)視頻監(jiān)控技術(shù)預(yù)警，該方法能夠24小時(shí)監(jiān)控敏感水域，直觀的了解到藍(lán)藻爆發(fā)情況，但該技術(shù)只適用于小型、特殊功能水域、易于鋪設(shè)線路的湖泊水庫(kù)。3)衛(wèi)星遙感技術(shù)監(jiān)測(cè)，該方法具有宏觀、動(dòng)態(tài)、觀測(cè)范圍廣等特點(diǎn)，但該方法監(jiān)測(cè)藍(lán)藻易受到云層遮擋，存在空間分辨率低、不適用于中小型湖泊的預(yù)警監(jiān)測(cè)等問(wèn)題。因此解決上述問(wèn)題就顯得十分必要了。
實(shí)用新型內(nèi)容
[0005]本實(shí)用新型針對(duì)藍(lán)藻監(jiān)測(cè)現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供了一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，該裝置成本低、通信能力強(qiáng)、耗能低，并具有太陽(yáng)能和鋰電池互備供電功能，提高了節(jié)點(diǎn)的長(zhǎng)壽命工作。
[0006]本實(shí)用新型的目的是提供一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，其主要包括有供電裝置和水環(huán)境參數(shù)采集裝置，供電裝置內(nèi)設(shè)置有太陽(yáng)能電池板利用太陽(yáng)能發(fā)電并供電，太陽(yáng)能電池板連接有太陽(yáng)能控制器，太陽(yáng)能控制器連接著鋰電池，太陽(yáng)能電池通過(guò)太陽(yáng)能控制器給鋰電池充電，太陽(yáng)能控制器和鋰電池上都連接有12V電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換電壓，鋰電池上還連接有5V電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)轉(zhuǎn)換電壓；水環(huán)境參數(shù)采集裝置內(nèi)有溶解氧傳感器、氮濃度傳感器、磷濃度傳感器、風(fēng)力風(fēng)向傳感器和溫度傳感器；水環(huán)境參數(shù)采集裝置連接有微控制器來(lái)采集數(shù)據(jù)，微控制器連接有Zigbee無(wú)線通訊器來(lái)傳送數(shù)據(jù)。
[0007]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述12V電壓轉(zhuǎn)換器上設(shè)置有單刀三擲開關(guān)，太陽(yáng)能控制器與單刀三擲開關(guān)連在一起，鋰電池與單刀三擲開關(guān)連在一起，微處理器與單刀三擲開關(guān)的控制端口連在一起，從而控制選擇太陽(yáng)能電池直接供電或鋰電池輸出的12V電壓供電或者切斷鋰電池輸出的12V電壓，實(shí)現(xiàn)太陽(yáng)能和鋰電池互備為水環(huán)境參數(shù)采集模塊的大部分傳感器供電。
[0008]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述有水環(huán)境參數(shù)采集裝置內(nèi)的溶解氧傳感器、氮濃度傳感器、磷濃度傳感器和風(fēng)力風(fēng)向傳感器共同連接有放大電路器將這些傳感器輸出微弱的電壓、電流信號(hào)通過(guò)放大電路轉(zhuǎn)換為標(biāo)準(zhǔn)電壓信號(hào)，放大電路器連接著微控制器來(lái)采集傳感器的數(shù)據(jù)，溫度傳感器連接著微控制器采集數(shù)據(jù)。
[0009]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述12V電壓轉(zhuǎn)換器連接著水環(huán)境參數(shù)采集裝置內(nèi)的溶解氧傳感器、氮濃度傳感器、磷濃度傳感器、風(fēng)力風(fēng)向傳感器和放大電路器，為這些傳感器供電，微控制器連接著12V電壓轉(zhuǎn)換器來(lái)控制其運(yùn)行。
[0010]進(jìn)一步改進(jìn)在于:所述5V電壓轉(zhuǎn)換器連接著微控制器和Zigbee無(wú)線通訊器來(lái)為其供電。
[0011]本實(shí)用新型的有益效果:該藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器擁有傳感、采集和處理數(shù)據(jù)、遠(yuǎn)程通信和自供電能力，具有成本低、耗能低、長(zhǎng)壽命等特點(diǎn)，與現(xiàn)有的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器相比，本監(jiān)測(cè)器使用壽命長(zhǎng)，使用太陽(yáng)能和鋰電池互備供電，而且軟硬件系統(tǒng)均采用低功耗設(shè)計(jì)，提高了能量的利用效率，大大延長(zhǎng)了監(jiān)測(cè)器的使用壽命，并且通信能力強(qiáng)，監(jiān)測(cè)范圍廣，使用ZigBee無(wú)線通信器，提高監(jiān)測(cè)節(jié)點(diǎn)通信能力，減少數(shù)據(jù)的丟失。提高藍(lán)藻爆發(fā)預(yù)警的準(zhǔn)確性，使用新型藍(lán)藻濃度傳感器，監(jiān)測(cè)中心能夠直接獲得監(jiān)測(cè)水域的藻類含量，再考慮監(jiān)測(cè)水域的氣溫、風(fēng)力風(fēng)向和水中富營(yíng)養(yǎng)鹽含量能夠準(zhǔn)確的分析出藍(lán)藻爆發(fā)的概率，從而提前預(yù)防，降低損失。系統(tǒng)成本低。與現(xiàn)有的三種藍(lán)藻監(jiān)測(cè)方法相比，設(shè)備和人工投入的費(fèi)用都大大降低。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0012]圖1是本實(shí)用新型的示意圖。
[0013]其中:1_供電裝置，2-水環(huán)境參數(shù)采集裝置，3-太陽(yáng)能電池板，4-太陽(yáng)能控制器，
5-鋰電池，6-12V電壓轉(zhuǎn)換器，7-5V電壓轉(zhuǎn)換器，8-溶解氧傳感器，9-氮濃度傳感器，10-磷濃度傳感器，11-風(fēng)力風(fēng)向傳感器，12-藍(lán)藻濃度傳感器，13-溫度傳感器，14-微控制器，15-Zigbee無(wú)線通訊器，16-單刀三擲開關(guān)，17-放大電路器。
【具體實(shí)施方式】
[0014]為了加深對(duì)本實(shí)用新型的理解，下面將結(jié)合實(shí)施例對(duì)本實(shí)用新型作進(jìn)一步詳述，該實(shí)施例僅用于解釋本實(shí)用新型，并不構(gòu)成對(duì)本實(shí)用新型保護(hù)范圍的限定。
[0015]如圖1所示，本實(shí)施例提供一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器包括供電裝置1、水環(huán)境參數(shù)采集裝置2、微控制器13、Zigbee無(wú)線通訊器14。供電裝置I使用一塊型號(hào)為SUN-15的太陽(yáng)能電池板3、一塊型號(hào)為GH5A的太陽(yáng)能控制器4、一塊型號(hào)為18650的鋰電池5,太陽(yáng)能電池板3與太陽(yáng)能控制器4光電池端相連,太陽(yáng)能控制器4的充電電池端與鋰電池5相連，太陽(yáng)能控制器4的負(fù)載端與12V電壓轉(zhuǎn)換器6的單刀三擲開關(guān)15相連,鋰電池5分別于12V電壓轉(zhuǎn)換器6的單刀三擲開關(guān)15和5V電壓轉(zhuǎn)換器7相連，單刀三擲開關(guān)15的控制端口與微控制器13相連，單刀三擲開關(guān)15已有成熟的連接電路。12V電壓轉(zhuǎn)換器6以NSC公司的LM2577-12為核心構(gòu)建，5V電壓轉(zhuǎn)換器7以LM2577-5為核心構(gòu)建。12V電壓轉(zhuǎn)換器6為溶解氧傳感器8、氮濃度傳感器9、磷濃度傳感器10、風(fēng)力風(fēng)向傳感器11、藍(lán)藻濃度傳感器12、放大電路17供電，5V電壓轉(zhuǎn)換器7為溫度傳感器13、微控制器14、Zigbee無(wú)線通訊器15供電。太陽(yáng)能控制器4在鋰電池5電量降低時(shí)為其充電，保證鋰電池5的電量充足。放大電路器17以運(yùn)算放大器LM258為核心構(gòu)建，溶解氧傳感器8、氮濃度傳感器9、磷濃度傳感器10、風(fēng)力風(fēng)向傳感器11、藍(lán)藻濃度傳感器12輸出的微弱電流、電壓信號(hào)通過(guò)放大電路器17轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，送入微控制器13的A/D轉(zhuǎn)換器進(jìn)行處理，完成藍(lán)藻監(jiān)測(cè)預(yù)警所需的水環(huán)境參數(shù)采集；溫度傳感器13采用的是數(shù)字式溫度傳感器DS18B20，微控制器13直接采集溫度數(shù)據(jù)，微控制器13采用ATMEL公司的MEGA48PA低功耗微處理器，用于控制水環(huán)境參數(shù)采集處理和ZigBee無(wú)線通信。微控制器13利用單刀三擲開關(guān)15控制以LM2577-12為核心的12V電壓轉(zhuǎn)換器6，實(shí)現(xiàn)選擇太陽(yáng)能控制器4直接供電或者鋰電池5供電，若藍(lán)藻監(jiān)測(cè)相關(guān)參數(shù)采集完成，微控制器13控制單刀三擲開關(guān)15切斷太陽(yáng)能控制器4直接供電或者鋰電池5供電，鋰電池5為微控制器13和Zigbee無(wú)線通訊器14供電，節(jié)點(diǎn)此時(shí)進(jìn)入休眠狀態(tài)，節(jié)省系統(tǒng)能量，提高能量的利用率。Zigbee無(wú)線通訊器14按照協(xié)議要求，尋找網(wǎng)絡(luò)中最佳傳輸路徑，保證數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)性。
【權(quán)利要求】
1.一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，包括供電裝置(I)和水環(huán)境參數(shù)采集裝置(2 )，其特征在于:所述供電裝置(I)包括有太陽(yáng)能電池板(3 )，太陽(yáng)能電池板(3)連接有太陽(yáng)能控制器(4)，太陽(yáng)能控制器(4)連接有鋰電池(5)，太陽(yáng)能控制器(4)和鋰電池(5)上都連接有12V電壓轉(zhuǎn)換器(6)，鋰電池(5)上還連接有5V電壓轉(zhuǎn)換器(7)；所述水環(huán)境參數(shù)采集裝置(2)包括有溶解氧傳感器(8)、氮濃度傳感器(9)、磷濃度傳感器(10)、風(fēng)力風(fēng)向傳感器(11)、藍(lán)藻濃度傳感器(12)和溫度傳感器(13);所述水環(huán)境參數(shù)采集裝置(2)連接有微控制器(14)，微控制器(14)連接有Zigbee無(wú)線通訊器(15)。
2.如權(quán)利要求1所述一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，其特征在于:所述12V電壓轉(zhuǎn)換器(6)上設(shè)置有單刀三擲開關(guān)(16)，太陽(yáng)能控制器(4)與單刀三擲開關(guān)(16)連在一起，鋰電池(5)與單刀三擲開關(guān)(16)連在一起，微處理器(14)與單刀三擲開關(guān)(16)的控制端口連在一起。
3.如權(quán)利要求1所述一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，其特征在于:所述水環(huán)境參數(shù)采集裝置(2)內(nèi)溶解氧傳感器(8)、氮濃度傳感器(9)、磷濃度傳感器(10)、風(fēng)力風(fēng)向傳感器(11)和藍(lán)藻濃度傳感器(12)共同連接有放大電路器(17)，放大電路器(17)連接著微控制器(14)，溫度傳感器(13)連接著微控制器(14)。
4.如權(quán)利要求1所述一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，其特征在于:所述12V電壓轉(zhuǎn)換器(6)連接著水環(huán)境參數(shù)采集裝置(2)內(nèi)的溶解氧傳感器(8)、氮濃度傳感器(9)、磷濃度傳感器(10)、風(fēng)力風(fēng)向傳感器(11)、藍(lán)藻濃度傳感器(12)和放大電路器(17)，微控制器(14)連接著12V電壓轉(zhuǎn)換器(6)。
5.如權(quán)利要求1所述一種使用太陽(yáng)能的基于ZigBee無(wú)線通信技術(shù)的藍(lán)藻監(jiān)測(cè)器，其特征在于:所述5V電壓轉(zhuǎn)換器(7)連接著微控制器(14)和Zigbee無(wú)線通訊器(15)。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK203758998SQ201420121248
【公開日】2014年8月6日 申請(qǐng)日期:2014年3月18日 優(yōu)先權(quán)日:2014年3月18日
【發(fā)明者】陳孟元, 朱楓, 劉明佳, 謝義建, 汪鵬, 呂亞運(yùn), 袁苑, 陶明, 劉怡君 申請(qǐng)人:安徽工程大學(xué)