一种自航式锚定水质监测系统的制作方法

本发明涉及水质监测设备，特别涉及一种自航式锚定水质监测系统。

背景技术：

现有水质监测浮标主要存在投放不方便和固定麻烦的问题，特别是针对大面积水域，需要借助船舶等辅助机具进行投放。传统浮标，在投放后，一般采用系留绳固定，在小水域尚能勉强应付，但到较大水域，则无法实施。大面积水域投放后浮标如不能较好固定，浮标容易随着水流或者风发生漂移，影响监测结果。现有水质监测浮标，因其探头固定，在需要监测不同层深水质的情况下，不能较好适应和实施。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种能进行自主航行、定位、锚定、和和远程控制的自航式锚定水质监测系统。

根据本发明的一个方面，提供了一种自航式锚定水质监测系统，包括数据处理及控制模块、驱动航游模块、锚定收放模块、探头及收放模块和浮标本体，所述数据处理及控制模块、驱动航游模块、锚定收放模块和探头及收放模块均固定于浮标本体，所述数据处理及控制模块分别与驱动航游模块、锚定收放模块和探头及收放模块电性连接并控制驱动航游模块、锚定收放模块和探头及收放模块工作。

在一些实施方式中，所述数据处理及控制模块包括控制装置、gps定位装置、gsm通讯装置和蓄电池，所述控制装置与gps定位装置电性连接并能接收gps定位装置的定位信息，所述控制装置与gsm通讯装置电性连接并能向gsm通讯装置发送数据或接收gsm通讯装置传送的数据，所述蓄电池与控制装置电性连接。

在一些实施方式中，所述浮标本体包括浮标本体上筒、浮标本体下筒和防护圈，所述浮标本体下筒固定于浮标本体上筒的下侧，所述防护圈环绕固定于浮标本体上筒外，所述数据处理及控制模块固定于浮标本体上筒内，所述驱动航游模块固定于浮标本体下筒。

在一些实施方式中，所述驱动航游模块包括驱动电机和螺旋桨，所述驱动电机固定于浮标本体下筒内，所述驱动电机与螺旋桨固定连接，所述螺旋桨位于浮标本体下筒外，所述驱动电机和螺旋桨一一对应设置成多个，所述驱动电机与数据处理及控制模块电性连接，多个所述螺旋桨安装于同一水平面并环绕于浮标本体下筒外。

在一些实施方式中，所述锚定收放模块包括蜗杆减速电动机、锚链轮、锚链、锚、锚链张力传感器和锚机控制器，所述蜗杆减速电动机与锚链轮固定连接并能带动锚链轮转动，所述锚链的一端与锚链轮固定连接，所述蜗杆减速电动机和锚链张力传感器均固定于浮标本体上筒内，所述锚链贯穿浮标本体上筒的底部和浮标本体下筒，所述锚链张力传感器与锚链相接并能实时监测锚链的张力，所述蜗杆减速电动机和锚链张力传感器分别与锚机控制器电性连接，所述锚机控制器与数据处理及控制模块电性连接。

在一些实施方式中，所述锚链的另一端与锚固定连接，所述浮标本体下筒的底部设有锚链待机位，所述锚链端头传感器安装于锚链待机位内。

在一些实施方式中，所述探头及收放模块包括步进电机、电缆卷轴、电缆缆绳、探头和探头控制器所述步进电机与电缆卷轴固定连接并能带动电缆卷轴转动，所述电缆缆绳的一端与电缆卷轴固定连接，所述电缆缆绳的另一端与探头固定连接，所述探头控制器与步进电机电性连接并能向步进电机发送控制信号，所述探头控制器与数据处理及控制模块电性连接。

在一些实施方式中，自航式锚定水质监测系统还包括太阳能电池板和支架，所述支架固定于浮标本体的上侧，所述太阳能电池板固定于支架的上端，所述太阳能电池板与数据处理及控制模块电性连接。

在一些实施方式中，自航式锚定水质监测系统还包括远程服务器和接收终端，所述数据处理及控制模块与远程服务器和接收终端无线连接，所述远程服务器与接收终端无线连接。

本发明的有益效果是：采用控制装置、gps定位装置和gsm通讯装置组成的数据处理及控制模块对监测装置进行定位和控制。通过驱动航游模块可让装置自动航游到指定位置，再通过锚定收放模块对装置进行锚定固定。通过探头及收放模块可将探头放置到不同水深进行监测，解决了现有技术中浮标和固定标的缺点，可进行自动收放控制、自动航游和远程控制，环境适应性强，应用范围广。

附图说明

图1为本发明一实施方式的一种自航式锚定水质监测系统的结构示意图；

图2为图1所示一种自航式锚定水质监测系统的控制系统图；

图3为本发明另一实施方式的一种自航式锚定水质监测系统的锚定收放模块的控制系统图。

具体实施方式

下面结合附图对发明作进一步详细的说明。

图1～图3示意性地显示了根据本发明的一种实施方式的一种自航式锚定水质监测系统。

参照图1～图3，自航式锚定水质监测系统包括数据处理及控制模块1、驱动航游模块2、锚定收放模块3、探头及收放模块4和浮标本体5、太阳能电池板6、支架7、远程服务器和接收终端。

数据处理及控制模块1、驱动航游模块2、锚定收放模块3、探头及收放模块4、太阳能电池板6、支架7均固定于浮标本体5，形成可自由在水面上漂浮的浮标检测装置，远程服务器和接收终端通过与数据处理及控制模块1无线连接以实现对浮标检测装置的远程控制。数据处理及控制模块1分别与驱动航游模块2、锚定收放模块3和探头及收放模块4电性连接并控制驱动航游模块2、锚定收放模块3和探头及收放模块4工作。支架7固定于浮标本体5的上侧，太阳能电池板6固定于支架7的上端，太阳能电池板6与数据处理及控制模块1电性连接。

数据处理及控制模块1与远程服务器和接收终端无线连接，数据处理及控制模块1能向远程服务器传送数据和接收远程服务器的控制指令。远程服务器与接收终端无线连接并能向接收终端传送数据，接收终端可以是手机终端app。

数据处理及控制模块1包括控制装置11、gps定位装置12、gsm通讯装置13和蓄电池14。控制装置11可以采用stc89c52型单片机。控制装置11与gps定位装置12电性连接，gps定位装置12能实时监测装置的位置并传送定位信息给控制装置11。控制装置11与gsm通讯装置13电性连接并能向gsm通讯装置13发送数据或接收gsm通讯装置13传送的数据，gsm通讯装置13能与远程服务器进行通讯并传送数据。蓄电池14与控制装置11电性连接，蓄电池14能为各部件供电，并能接收太阳能电池板6吸收并转化的电能。

浮标本体5包括浮标本体上筒51、浮标本体下筒52和防护圈53。浮标本体上筒51和浮标本体下筒52均呈中空密封状，可使整个装置浮游于水面上。浮标本体下筒52固定于浮标本体上筒51的下侧，防护圈53环绕固定于浮标本体上筒51外，数据处理及控制模块1固定于浮标本体上筒51内，驱动航游模块2固定于浮标本体下筒52。浮标本体上筒51和浮标本体下筒52可以采用不锈钢材质制作，防护圈53可以采用柔性橡胶或塑料材质制作，可对整个装置起到防撞保护作用。

驱动航游模块2包括驱动电机21和螺旋桨22，驱动电机21固定于浮标本体下筒52内。驱动电机21与螺旋桨22固定连接并能带动螺旋桨22转动，螺旋桨22位于浮标本体下筒52外，螺旋桨3转动能推动浮标本体1在水中航行。驱动电机21和螺旋桨22一一对应设置成多个，优选为三个。驱动电机21与数据处理及控制模块1电性连接，多个螺旋桨22安装于同一水平面并均匀环绕于浮标本体下筒52外，三个螺旋桨22则互成120度。三个驱动电机21分别与控制装置11电性连接并可分别进行控制，通过控制三组驱动电机21转速，产生三个不同大小和不同方向的驱动力输出。驱动电机21采用比例控制方式，根据所需的前进方向，浮标动力驱动器计算并产生合适的pwm驱动信号，使三个驱动电机21产生大小和方向不同的驱动力，从而实现正确的驱动合力方向。三组驱动电机21和比例驱动方式可以在同一水平面产生任意方向驱动合力，从而实现360度全向驱动。

锚定收放模块3包括蜗杆减速电动机31、锚链轮32、锚链33、锚34、锚链张力传感器35、锚链端头传感器36和锚机控制器37。蜗杆减速电动机31与锚链轮32固定连接并能带动锚链轮32转动，锚链33的一端与锚链轮32固定连接，锚链33的另一端与锚34固定连接。蜗杆减速电动机31和锚链张力传感器35均固定于浮标本体上筒51内，锚链33贯穿浮标本体上筒51的底部和浮标本体下筒52。锚链张力传感器35与锚链33相接，锚链张力传感器35能实时感知锚链33的张力并向锚机控制器37传送张力信号。蜗杆减速电动机31、锚链张力传感器35和锚链端头传感器36分别与锚机控制器37电性连接。锚机控制器37与数据处理及控制模块1电性连接并能接收数据处理及控制模块1的控制指令。

浮标本体下筒52的底部设有锚链待机位521，锚链端头传感器36安装于锚链待机位521内。

探头及收放模块4包括步进电机41、电缆卷轴42、电缆缆绳43、探头44和探头控制器45，步进电机41采用带刹车步进电机。步进电机41与电缆卷轴42固定连接并能带动电缆卷轴42转动，电缆缆绳43的一端与电缆卷轴42固定连接，电缆缆绳43的另一端与探头44固定连接，探头控制器45与步进电机41电性连接并能向步进电机41发送控制信号，探头控制器45与数据处理及控制模块1电性连接。

探头44上可以设置ph传感器、液体浊度传感器、温度传感器、溶解氧传感器、电导传感器、orp传感器、盐度传感器等，各个传感器可以根据检测需要任意搭配。例如：方案一采用ph传感器、温度传感器、溶解氧传感器、电导传感器、orp传感器、盐度传感器组合可以监测水体的ph值、溶解氧、电导、盐度、orp、温度；方案二采用ph传感器、液体浊度传感器、温度传感器、溶解氧传感器、电导传感器、盐度传感器组合可以监测水体的ph值、溶解氧、电导、盐度、浊度、温度。

本发明的自航式锚定水质监测系统的工作过程如下：

将浮标检测装置放进需要监测的水体水面上，以远程服务器或手机app对水体的监测路径进行规划或人工干预控制并向数据处理及控制模块1发送相关信息，数据处理及控制模块1的gsm通讯装置13接收后将信息传送给控制装置11。gps定位装置12将实时监测装置的位置传送定位信息给控制装置11，控制装置11根据gps定位信息及规划路径或者根据人工干预控制信息，对驱动航游模块2进行控制。通过控制多个驱动电机21的转速，产生多个不同大小和不同方向的驱动力输出可以推动浮标检测装置到达预定位置。到达预定位置后，控制装置11向锚机控制器37发送抛锚信号，锚机控制器37发出驱动信号，蜗杆减速电机31开始转动，带动锚链轮32旋转，开始抛锚动作。同时锚链张力传感器35实时监测锚链32的张力，当锚34触底时，锚链32的张力会突变减小，锚链张力传感器感35知到张力变化并传送张力变化信号给锚机控制器37，锚机控制器37切断电机驱动信号。由于蜗杆减速电机的自锁特性，使锚链33实现了自动锁定。

锚定后，控制装置11向探头控制器45发送释放探头及释放深度指令，探头控制器45计算电缆卷轴所需旋转圈数并驱动带刹车步进电机逐步旋转，带动电缆卷轴42旋转，慢慢将探头44释放到位，当到达所需水深的时候，探头控制器45停止输出驱动信号，步进电机自动刹车，保持探头深度。

检测完毕后，通过自动控制或人工干预控制使控制装置11向探头控制器45发送探头回收信号后，根据释放探头时所存储的数据进行比对，计算带刹车步进电机反向旋转的圈数，通过步进电机带动电缆卷轴反向旋转，收回探头44。电缆卷轴42设置有排线机构，防止电缆在电缆卷轴上绕乱。

当探头44回收完毕后，控制装置11向锚机控制器37发送起锚信号，锚机控制器发出驱动信号，蜗杆减速电机开始转动，带动锚链轮旋转，开始收紧锚链，将锚收出水面。当锚链收到待机位置时，锚链端头传感器立即监测到锚链已经整收完毕信号，控制器切断电机驱动信号，完成收锚动作。

以上所述的仅是本发明的一些实施方式。对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明创造构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于发明的保护范围。