一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器的制造方法
【專利摘要】本實用新型的目的是提供一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，有供電裝置和水環(huán)境參數(shù)采集裝置，供電裝置內(nèi)設置有太陽能電池板，太陽能控制器連接著鋰電池，太陽能控制器和鋰電池上都連接有12V電壓轉換器來轉換電壓，鋰電池上還連接有5V電壓轉換器；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、風力風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無線通訊器來傳送數(shù)據(jù)。本裝置擁有傳感、采集和處理數(shù)據(jù)、遠程通信和自供電能力，使用太陽能和鋰電池互備供電，具有成本低、耗能低、長壽命等特點。
【專利說明】—種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種光伏發(fā)電和無線通信領域，尤其涉及一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器。
【背景技術】
[0002]近20年，我國經(jīng)濟快速發(fā)展、人口急劇增長，許多湖泊水庫生態(tài)環(huán)境受到嚴重破壞，湖泊水庫富營養(yǎng)化問題日益嚴重，導致藻類和水生植物生產(chǎn)力的增加，直接導致藍藻的爆發(fā)，降低水中溶解氧，從而導致水質下降，影響人類的健康生活。如何高效、實時、準確的獲取水環(huán)境參數(shù)，建立藍藻監(jiān)測預警系統(tǒng)，預防藍藻爆發(fā)已成為迫切需要。
[0003]藍藻爆發(fā)的需要三個重要條件:1)藍藻生長與水中總氮、磷等富營養(yǎng)鹽濃度有關；2)藍藻大量繁殖與氣度變化密切相關；3)藻類分布于風力風向密切相關。通過對水環(huán)境中氮、磷富營養(yǎng)鹽濃度、氣溫、風力風向的采集，再通過藍藻濃度傳感器直接檢測藍藻濃度，提供給觀察者分析處理，能夠預知藍藻爆發(fā)的概率，提前采取預防措施，有效降低藍藻爆發(fā)。
[0004]現(xiàn)有的藍藻監(jiān)測方法主要有:1)人工現(xiàn)場觀測和實驗室分析技術，該方法存在監(jiān)測周期長、數(shù)據(jù)采集慢、勞動強度大、覆蓋范圍有限等問題，不易提早發(fā)現(xiàn)藍藻的爆發(fā)。2)“全球眼”網(wǎng)絡視頻監(jiān)控技術預警，該方法能夠24小時監(jiān)控敏感水域，直觀的了解到藍藻爆發(fā)情況，但該技術只適用于小型、特殊功能水域、易于鋪設線路的湖泊水庫。3)衛(wèi)星遙感技術監(jiān)測，該方法具有宏觀、動態(tài)、觀測范圍廣等特點，但該方法監(jiān)測藍藻易受到云層遮擋，存在空間分辨率低、不適用于中小型湖泊的預警監(jiān)測等問題。因此解決上述問題就顯得十分必要了。
實用新型內(nèi)容
[0005]本實用新型針對藍藻監(jiān)測現(xiàn)有技術的不足，提供了一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，該裝置成本低、通信能力強、耗能低，并具有太陽能和鋰電池互備供電功能，提高了節(jié)點的長壽命工作。
[0006]本實用新型的目的是提供一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，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)設置有太陽能電池板利用太陽能發(fā)電并供電，太陽能電池板連接有太陽能控制器，太陽能控制器連接著鋰電池，太陽能電池通過太陽能控制器給鋰電池充電，太陽能控制器和鋰電池上都連接有12V電壓轉換器來轉換電壓，鋰電池上還連接有5V電壓轉換器來轉換電壓；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、風力風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采集數(shù)據(jù)，微控制器連接有Zigbee無線通訊器來傳送數(shù)據(jù)。
[0007]進一步改進在于:所述12V電壓轉換器上設置有單刀三擲開關，太陽能控制器與單刀三擲開關連在一起，鋰電池與單刀三擲開關連在一起，微處理器與單刀三擲開關的控制端口連在一起，從而控制選擇太陽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，實現(xiàn)太陽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]進一步改進在于: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、磷濃度傳感器和風力風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、電流信號通過放大電路轉換為標準電壓信號，放大電路器連接著微控制器來采集傳感器的數(shù)據(jù)，溫度傳感器連接著微控制器采集數(shù)據(jù)。
[0009]進一步改進在于:所述12V電壓轉換器連接著水環(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、風力風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電壓轉換器來控制其運行。
[0010]進一步改進在于:所述5V電壓轉換器連接著微控制器和Zigbee無線通訊器來為其供電。
[0011]本實用新型的有益效果:該藍藻監(jiān)測器擁有傳感、采集和處理數(shù)據(jù)、遠程通信和自供電能力，具有成本低、耗能低、長壽命等特點，與現(xiàn)有的藍藻監(jiān)測器相比，本監(jiān)測器使用壽命長，使用太陽能和鋰電池互備供電，而且軟硬件系統(tǒng)均采用低功耗設計，提高了能量的利用效率，大大延長了監(jiān)測器的使用壽命，并且通信能力強，監(jiān)測范圍廣，使用ZigBee無線通信器，提高監(jiān)測節(jié)點通信能力，減少數(shù)據(jù)的丟失。提高藍藻爆發(fā)預警的準確性，使用新型藍藻濃度傳感器，監(jiān)測中心能夠直接獲得監(jiān)測水域的藻類含量，再考慮監(jiān)測水域的氣溫、風力風向和水中富營養(yǎng)鹽含量能夠準確的分析出藍藻爆發(fā)的概率，從而提前預防，降低損失。系統(tǒng)成本低。與現(xiàn)有的三種藍藻監(jiān)測方法相比，設備和人工投入的費用都大大降低。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]圖1是本實用新型的示意圖。
[0013]其中:1_供電裝置，2-水環(huán)境參數(shù)采集裝置，3-太陽能電池板，4-太陽能控制器，
5-鋰電池，6-12V電壓轉換器，7-5V電壓轉換器，8-溶解氧傳感器，9-氮濃度傳感器，10-磷濃度傳感器，11-風力風向傳感器，12-藍藻濃度傳感器，13-溫度傳感器，14-微控制器，15-Zigbee無線通訊器，16-單刀三擲開關，17-放大電路器。
【具體實施方式】
[0014]為了加深對本實用新型的理解，下面將結合實施例對本實用新型作進一步詳述，該實施例僅用于解釋本實用新型，并不構成對本實用新型保護范圍的限定。
[0015]如圖1所示，本實施例提供一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器包括供電裝置1、水環(huán)境參數(shù)采集裝置2、微控制器13、Zigbee無線通訊器14。供電裝置I使用一塊型號為SUN-15的太陽能電池板3、一塊型號為GH5A的太陽能控制器4、一塊型號為18650的鋰電池5,太陽能電池板3與太陽能控制器4光電池端相連,太陽能控制器4的充電電池端與鋰電池5相連，太陽能控制器4的負載端與12V電壓轉換器6的單刀三擲開關15相連,鋰電池5分別于12V電壓轉換器6的單刀三擲開關15和5V電壓轉換器7相連，單刀三擲開關15的控制端口與微控制器13相連，單刀三擲開關15已有成熟的連接電路。12V電壓轉換器6以NSC公司的LM2577-12為核心構建，5V電壓轉換器7以LM2577-5為核心構建。12V電壓轉換器6為溶解氧傳感器8、氮濃度傳感器9、磷濃度傳感器10、風力風向傳感器11、藍藻濃度傳感器12、放大電路17供電，5V電壓轉換器7為溫度傳感器13、微控制器14、Zigbee無線通訊器15供電。太陽能控制器4在鋰電池5電量降低時為其充電，保證鋰電池5的電量充足。放大電路器17以運算放大器LM258為核心構建，溶解氧傳感器8、氮濃度傳感器9、磷濃度傳感器10、風力風向傳感器11、藍藻濃度傳感器12輸出的微弱電流、電壓信號通過放大電路器17轉換成標準信號，送入微控制器13的A/D轉換器進行處理，完成藍藻監(jiān)測預警所需的水環(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無線通信。微控制器13利用單刀三擲開關15控制以LM2577-12為核心的12V電壓轉換器6，實現(xiàn)選擇太陽能控制器4直接供電或者鋰電池5供電，若藍藻監(jiān)測相關參數(shù)采集完成，微控制器13控制單刀三擲開關15切斷太陽能控制器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無線通訊器14供電，節(jié)點此時進入休眠狀態(tài)，節(jié)省系統(tǒng)能量，提高能量的利用率。Zigbee無線通訊器14按照協(xié)議要求，尋找網(wǎng)絡中最佳傳輸路徑，保證數(shù)據(jù)的實時性。
【權利要求】
1.一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，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)包括有太陽能電池板(3 )，太陽能電池板(3)連接有太陽能控制器(4)，太陽能控制器(4)連接有鋰電池(5)，太陽能控制器(4)和鋰電池(5)上都連接有12V電壓轉換器(6)，鋰電池(5)上還連接有5V電壓轉換器(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)、風力風向傳感器(11)、藍藻濃度傳感器(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無線通訊器(15)。
2.如權利要求1所述一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，其特征在于:所述12V電壓轉換器(6)上設置有單刀三擲開關(16)，太陽能控制器(4)與單刀三擲開關(16)連在一起，鋰電池(5)與單刀三擲開關(16)連在一起，微處理器(14)與單刀三擲開關(16)的控制端口連在一起。
3.如權利要求1所述一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，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)、風力風向傳感器(11)和藍藻濃度傳感器(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.如權利要求1所述一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，其特征在于:所述12V電壓轉換器(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)、風力風向傳感器(11)、藍藻濃度傳感器(12)和放大電路器(17)，微控制器(14)連接著12V電壓轉換器(6)。
5.如權利要求1所述一種使用太陽能的基于ZigBee無線通信技術的藍藻監(jiān)測器，其特征在于:所述5V電壓轉換器(7)連接著微控制器(14)和Zigbee無線通訊器(15)。
【文檔編號】G01N33/18GK203758998SQ201420121248
【公開日】2014年8月6日 申請日期:2014年3月18日 優(yōu)先權日: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, 袁苑, 陶明, 劉怡君 申請人:安徽工程大學