基于物联网的在线多参数水质环境监测仪的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于物联网的在线多参数水质环境监测仪及其设计方法。该设备可以用于水质环境的在线监测，并通过物联网模块与附近的相似设备自动连接，组成局部在线环境监测网络，并通过统一的物联网网关设备将监测数据传输到中心服务器上。该发明解决了监测网络内各监测仪不能互相通讯，且网络布设成本高，通讯费用高的问题。本发明采用物联网技术，使一定范围内的在线多参数水质环境监测仪可以自动组成监测网络，互相进行无线通讯，并通过统一的网关设备将监测数据传输到中心服务器上。
【专利说明】基于物联网的在线多参数水质环境监测仪
所属【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于物联网的在线多参数水质环境监测仪及其设计方法。该设备可以用于水质环境的在线监测，并通过物联网模块与附近的相似设备自动连接，组成水质环境在线监测局域物联网，并通过统一的物联网网关设备将监测数据传输到中心服务器上。
【背景技术】
[0002]目前的在线多参数水质环境监测仪在监测过程中，监测数据是通过有线或GPRS等无线网络传输数据。这种监测数据展现方式存在的缺点是:1.各个监测设备之间互不通讯，不能构成整体监测网络。2.各个监测设备独立与中心服务器进行通讯，网络布设成本闻，通讯费用闻。
【发明内容】
[0003]为了解决监测网络内各监测仪不能互相通讯，且网络布设成本高，通讯费用高的问题，本发明采用物联网技术，使一定范围内的在线多参数水质环境监测仪可以自动组成监测网络，互相进行无线通讯，并通过统一的网关设备将监测数据传输到中心服务器上。局域物联网不依赖于人工建立有线或无线的网络连接设施，不依赖于外部的网络服务，且当基于物联网的在线多参数水质环境监测仪附近没有可连接的物联网网关设备时，其可以自动与附近的同类设备连接，并以级联方式和物联网网关建立间接连接，从而实现检测数据的上传。
[0004]本发明实现以上目的所采取的技术方案是:将检测传感器与物联网通讯模块通过控制电路板进行集成，主要包含以下模块:
[0005]?检测传感器:用于测量水中的水质环境参数数值，并以模拟信号(电压信号)传输至控制电路板。
[0006]?仪表模块，包含控制电路板和物联网通讯模块电路板:
[0007]控制电路板:该电路板可以按照设置，控制水质环境测量电极的启动与关闭，并承担检测传感器与物联网通讯模块的数据接口的作用。该控制电路板可以接受远程或本地指令，更改控制设置。根据设置，该控制电路板可以定时开启水质环境测量电极，并在测量完成后从检测传感器获取所测量数据，完成模拟信号到数字信号的转换，并关闭检测传感器，然后将测量结果以数字信号形式传输给物联网通讯模块。
[0008]物联网通讯模块:从控制电路板获取测量数据后，通过物联网通讯方式，通过无线电波与周边的在线多参数水质环境监测仪或物联网网关进行通讯。从而使其有效范围内所有的同类设备自动构成一个互联互通，可以进行数据交换的物联网络。局域物联网不依赖于人工建立有线或无线的网络连接设施，不依赖于外部的网络服务。该局部网络内的测量数据通过统一的物联网网关设备发送到后台服务器。如果某一台监测仪附近不存在可连接的物联网网关，则该监测仪可以经由其他监测仪，通过级联方式与物联网网关通讯，并将监测数据进行数据上传。
[0009]?外接天线:用于物联网通讯模块传输无线信号，采用SMA接口。
[0010]?外接电源:用于为设备供电，可以采用锂电池或者铅蓄电池。
[0011]本发明的有益效果是:通过把基于物联网的在线多参数水质环境监测仪自动组成水质环境监测局域物联网，使区域内的各个监测仪器不再孤立存在，而结合成一个互相通讯，互相补充的整体，这样可以起到保证网络监测数据的整体性的作用。同时，由于所有设备的具有自动无线联网的能力，且整个网络具有统一的通讯出口，可以减少整体系统的施工工程量和维护工作量，并且可以节省通讯费用。
【专利附图】
【附图说明】
[0012]下面结合附图对本发明进一步说明。
[0013]图1基于物联网的在线多参数水质环境监测仪各模块连接图
[0014]图2基于物联网的在线多参数水质环境监测仪构成物联网整体架构图
[0015]图3同类设备通过级联方式进行连接示意图
[0016]图4仪表模块电路板连接图
【具体实施方式】
[0017]在图1中，描述了监测仪内部所包含的各个模块及其连接关系，其中包括:1、外置天线；2、仪表模块；3、外接电源；4、检测传感器。以仪表模块为中心，仪表模块与外接电源、外置天线及检测传感器相连接。如上文所述，外接电源为设备提供电力供应，采用24伏电源；外置天线负责与附近的监测仪或者物联网网关进行无线电信号传输；仪表模块包含控制电路板和物联网通讯模块电路板，并包含一个LED显示屏；检测传感器负责测量水质环境参数，并将测量结果以模拟信号方式传输至仪表模块。
[0018]在图2中，包括1、基于物联网的在线多参数水质环境监测仪；2、物联网网关；3、中心服务器。该图描述了不同监测仪通过物联网通讯模块构成局域物联网，并将数据上传至中心服务器的整体架构。在该架构中，局部区域内的基于物联网的在线多参数水质环境监测仪可以自动组成局域物联网，其中，各个监测仪之间可以互相连接，并通过统一的物联网网关与中心服务器进行通讯，而且无法与物联网网关直接连接的监测仪还可通过附近的监测仪以级联方式连接物联网网关。
[0019]在图3中，包括基于物联网的在线多参数水质环境监测仪(1、2、3);物联网网关
(4)。该图描述了不同监测仪通过级联方式进行连接的方式。监测仪会自动与周围的同类监测仪连接，并主动查找附近的物联网网关。图3所示的监测仪I已经与物联网网关4建立连接；监测仪2已经与物联网网关4及监测仪3建立连接；但是监测仪3仅仅能够与监测仪2连接，而无法与物联网网关4直接连接，监测仪3会其将自身的监测数据传输至已建立连接的监测仪2，监测仪2则将其监测数据传输至物联网网关4，并由物联网网关4将数据传输至中心服务器。由此，监测仪3通过监测仪2以级联方式与物联网网关4建立了连接。
[0020]在图4中，描述了监测仪仪表模块内部的电路板连接方式。监测仪仪表模块主要包含两个电路板:
[0021]A、控制电路板，主要芯片组包括:[0022]1.SPI数据接口:负责与物联网通讯模块进行数据通讯
[0023]2.测量控制芯片:控制监测仪进行水质测量的频率，时间等，在进行测量时，其通过电源开关控制芯片控制测量电极电源的开关。
[0024]3.计时芯片:为测量控制芯片提供计时信息。
[0025]4.存储芯片:存储测量控制信息、测量数据等数据
[0026]5.显示控制芯片:控制LED显示器的显示
[0027]6.模数转换芯片:将检测传感器传输的模拟信号转换为数字信号
[0028]7.电源开关控制芯片:控制检测传感器电源的开关
[0029]8.电源控制芯片:控制外部电源的接入
[0030]B、物联网通讯模块电路板，主要芯片组包括:
[0031]9.电源控制芯片:控制外部电源的接入
[0032]10.SPI数据接口:负责与控制电路板进行数据通讯
[0033]11.网络控制芯片:控制网络连接协议、网络连接状态等
[0034]12.计时芯片:为物联网通讯模块提供计时信息
[0035]13.无线通讯芯片:控制无线电信号的发送与接收，与外接天线相连接
[0036]14.存储芯片:存储网络状态、测量参数等数据
[0037]本发明除了可以使用在水质环境监测领域外，也可以用于其他监测仪器。以本方法应用于其他监测仪器的产品设计都在本发明的保护范围内。
【权利要求】
1.基于物联网的在线多参数水质环境监测仪，其特征是:通过控制电路板从检测传感器获取检测结果数据并传输到物联网通讯模块，物联网通讯模块负责把检测结果数据上传，同区域内同类设备可以自动通过无线网络自动连接组成局域物联网，并通过统一的物联网网关向中心服务器发送数据。
2.根据权利要求1所述的基于物联网的在线多参数水质环境监测仪，其特征是:包含以下主要组成部分:1、外置天线，2、仪表模块，3、外接电源，4、检测传感器，其中，仪表模块包含A、控制电路板，B、物联网通讯模块电路板。
3.根据权利要求1所述的基于物联网的在线多参数水质环境监测仪，其特征是:同区域内同类设备可以通过自动通过无线网络自动连接组成局域物联网，并通过统一的物联网网关向中心服务器发送数据，局域物联网不依赖于人工建立有线或无线的网络连接设施，不依赖于外部的网络服务。
4.根据权利要求1所述的基于物联网的在线多参数水质环境监测仪，其特征是:同区域内同类设备可以通过自动通过无线网络自动连接组成的局域物联网，可以通过统一的物联网网关设备向中心服务器发送数据，而无需为每个设备创建与中心服务器的网络连接。
5.根据权利要求1所述的基于物联网的在线多参数水质环境监测仪，其特征是:当基于物联网的在线多参数水质环境监测仪附近没有可连接的物联网网关设备时，其可以自动与附近的同类设备连接，并以级联方式和物联网网关建立间接连接，从而实现检测数据的上传。
【文档编号】G01D21/02GK103925943SQ201310602848
【公开日】2014年7月16日 申请日期:2013年11月26日 优先权日:2013年11月26日
【发明者】王正, 刘华, 邹志强 申请人:北京金水永利科技有限公司