[实用新型]一种微生物电化学传感器双模式转换型无线原位监测系统

说明书

本实用新型公开一种微生物电化学传感器双模式转换型无线原位监测系统，实现了将采集信号通过无线互联网方式传输到服务端，实现水质监测和预警。该监测系统包括微生物燃料电池信号采集模块，电解池供电和采集模块，生物电信号放大，滤波模块和无线传输模块。利用无线互联技术和生物电采集技术结合，实现对新型微生物燃料电池和电解池在水质监测数据的采集，分析和上传。大大压缩了旧式水质监测造成的人力和资源的浪费，实现水质监测和预警的自动化，智能化。针对新型微生物电化学传感器的特性，设置10个采集通道，提升了对水质监测的准确性。同时将供电系统设置为220V交流供电系统，延长了传感器的使用寿命，减少了人力维护传感器的成本。

技术领域

本实用新型针对微生物在微生物燃料电池和电解池中表现的不同电学特性，提出了一套完整的基于无线互联网的电化学传感器方案，该实用新型通过设计一套完整的线路板与软件系统，使其能对微生物燃料电池和电解池中微生物在生长环境变化而导致的不同电化学信号进行采集和记录。特别说明的是，在微生物电化学传感器领域，该传感器可为电解池提供可变直流电源作为电解池电能源供应，并通过无线互联网技术，将数据发送至远端客户端，如电脑或手机等。完成对环境污染程度全天候记录和分析，并对异常信号做预警处理。

背景技术

淡水是地球上一直的重要资源之一，淡水资源在近些年的人类生产生活中急剧减少，其中污水的任意排放是重中之重，污水处理厂作为淡水资源恢复的关键环节，对已处理污水污染指标的监测非常重要。目前，利用微生物在不同生长环境中表现不同的电化学特性监测排放已处理污水指标，正走向成熟。如专利201910771900.9所讲，可以通过特定微生物制备电解池对水质环境进行监测。专利201810821003.X中提及，利用微生物燃料电池方式可对水质环境进行监测。而以上两个专利，均未涉及对特定微生物不同电化学信号的采集和信号处理。

在应用电解池传感器进行水质监测过程中，电解池需要外部电源提供恒压源，而在微生物燃料电池监测水质过程中，对环境的电学表征体现在对外部输出的电流和电压上。目前市面上均针对一种传感器设计，应用领域较窄，且在环境监测领域的传感器大多集中体现在实验室环境中，缺点为配套设置多，环境要求苛刻，对指定室外水质环境监测滞后性较大等，并没有集微生物燃料电池与电解池传感器于一体的信号采集、分析模块。

实用新型内容

鉴于上述问题，设计一套可在线实时监测并能够实现微生物燃料电池和电解池运行模式互相转换的硬件系统，可以解决以上关于过度依赖人工，数据上传不及时，传感器电化学系统兼容性差的短板。

本实用新型的技术方案是一种微生物电化学传感器双模式转换型无线原位监测系统,通过功能转换单元实现两种微生物电化学传感器运行模式调转，进而通过滤波，模数转换和数据打包操作，将水质监测的数据接入互联网，在远端系统完成实时监测、数据记录和预警工作；

其中硬件系统包括，将市电交流220V转换为0.1-0.8V伏的三级电能转换单元；

软件系统设计包括用于将放大后的电压采集值转化为稳定的低通滤波器设计；

将微生物在不同污染物浓度大环境下的电化学特性通过电压和电流表征，并将微弱的电化学信号，通过放大，滤波信号处理方式得到当前环境污染的表征数据，并通过TCP/IP或者 UDP协议，将数据组包发送到远端，在TCP服务端实现对数据的实时存储和分析，以完成对相关水域的水质实时性监测。

所述三级电能转换单元使用产品型号为HLK10M05的交流转直流模块，实现将220V交流电转化为5V的直流电，供电能力为10V；

通过型号为LM1117-2.5的线性稳压芯片，实现将5V直流电压降压为2.5V，供电能力为 2.5W；

通过型号为LT3088的线性稳压芯片，将2.5V电压转换为0.1-0.8V直流电源，供电能力为0.08-0.64W，用于能源电路提供给电解池阴极和阳极；