CN104990766A - 循环水养殖多参数巡回检测取样方法与装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种循环水养殖多参数巡回检测取样方法与装置，在多个鱼塘的正上方设置轨道，并在轨道的两边挡板安装多组激光发射器和光电接收器，利用MCU控制系统采集光电接收器信号控制小车在鱼塘的中央上方停留后，MCU控制系统控制取样装置下降至鱼塘水面，并通过抽水器实现水样的定量抽取后依次注入相应的样品杯中，直到所有鱼塘取样完成后由检测人员统一检测，整个巡回取样过程由MCU控制系统控制，能够实现一套取样装置对多个鱼塘进行巡回自动取样，提高了水产养殖的自动化水平，有效降低劳动强度与人力成本。

Description

循环水养殖多参数巡回检测取样方法与装置

技术领域

本发明涉及鱼塘水质检测领域，特别是一种循环水养殖的水质参数检测取样方法与装置。

背景技术

鱼塘水是鱼类赖以生存的外部环境，鱼塘水质量的优劣决定着水产产量的高低。因此，为能够及时掌握鱼塘水质变化、提前做出应对措施，有效规避养殖风险、提高水产量，对水质参数进行检测显得非常重要。一般对鱼塘水质的检测参数主要有：pH值、温度、溶解氧、亚硝酸盐及氨氮等。目前，对pH值、温度、溶解氧等参数的检测已能够实现自动化在线检测；但是，对于亚硝酸盐、氨氮等参数的检测分为人工检测与自动检测，其中人工检测即由专业技术人员用相应的仪器在实验室中完成，该方法所使用仪器虽然相对便宜，但是需要人工采集各个鱼塘的水样后再进行分析且耗时长；而自动检测就是利用自动检测仪器直接对水样检测，但是该方法所使用的仪器价格高，对于大规模水产养殖来说，无法在每个鱼塘都安装该设备，只能依靠人工使用该设备对各个鱼塘进行依次检测，同样耗费人力。

综上所述，无论是人工检测还是自动检测，都需要依靠人工对各鱼塘进行取样，而且对鱼塘中央水的取样比较繁琐；为能够及时掌握鱼塘水质变化，提高鱼产量，需要工作人员每天对多个鱼塘进行多次取样与测定，不可避免地增加了劳动强度，从而增加了养殖成本。

发明内容

为了克服上述缺点，本发明提出一种循环水养殖多参数巡回检测取样方法与装置，实现一套取样装置对多个鱼塘进行巡回自动取样和多参数巡回检测，提高水产养殖的自动化水平，有效降低劳动强度与人力成本。

本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置采用的技术方案是：包括位于N个鱼塘正上方的轨道和位于轨道上方的小车，轨道左端设有前后水平布置的第一电机，第一电机与第二转动轴连接，第二转动轴上设有第一齿轮；轨道右端设有前后水平布置的第一转动轴，第一转动轴上设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮之间通过链条相连，链条之间连接小车，小车底部是车轮；在车轮的正前后方有间隔地设有分别位于N个鱼塘的中心正上方的N对激光发射器和光电接收器组；小车车身上方是车箱，车箱内部设有第二电机和第二控制电路盒；第二电机左右水平放置且电机轴上装有滚线筒，滚线筒上缠绕吊绳，吊绳经定滑轮后其下端连接取样盒，取样盒内部设有第三电机、直线步进电机、抽水器、样品杯、转盘以及第四电机；左右水平放置的第三电机的电机轴连接滚线筒，滚线筒上缠绕钩绳，钩绳下端连接垂直的直线步进电机，直线步进电机下方连接圆柱形抽水器，抽水器底部中心处设置有抽水器口；在抽水器正下方且取样盒的底部中心处开有抽水孔，在抽水器的右侧下方放置转盘，转盘上等角度有间隔地放置样品杯，每相邻的两个样品杯中间的转盘上设有转盘孔；转盘的底部中间与垂直的第四电机的电机轴相连，第四电机固定在取样盒的底部；抽水孔的左侧设有从取样盒的底部垂直向下伸出的两个电极；第一控制电路盒中有第一MCU控制系统，第一MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接N对激光发射器和光电接收器组、第一电机以及第一无线模块；第二控制电路盒中有第二MCU控制系统，第二MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第二电机、第三电机、第四电机、直线步进电机、第一电极、第二电极以及第二无线模块，第二无线模块与第一无线模块之间进行信息传递。

本发明循环水养殖多参数巡回检测取样方法采用的技术方案是：包括以下步骤：

1）小车处于最左侧的初始位置处，第一MCU控制系统控制第一电机正转，带动第一齿轮转动并通过链条带动第二齿轮转动，从而带动小车向右移动；

2）当小车移动到鱼塘的中心正上方处时的中心位置时，车轮遮挡住对应的一对激光发射器和光电接收器组，第一MCU控制系统关闭第一电机，小车停止移动；

3）第一MCU控制系统通过第一无线模块发送取样指令给第二MCU控制系统的第二无线模块，由第二MCU控制系统控制第二电机正转，使吊绳带着取样盒下降；同时第二MCU控制系统不断采集第二电极的输入信号，判断第二电极是否已接触到鱼塘的水面。若已接触，则第二MCU控制系统控制第二电机停止转动，若未接触，则第二MCU控制系统继续控制第二电机正转直到已接触为止；

4）第二MCU控制系统控制第三电机正转，抽水器向下移动到达水下，关闭第三电机；

5）第二MCU控制系统控制直线步进电机正转，使抽水器内部形成负压吸入水样品，再控制直线步进电机停止转动；

6）第二MCU控制系统控制第三电机反转，抽水器向上移动使抽水器返回到初始位置，关闭第三电机；

7）第二MCU控制系统控制第四电机正转，带动转盘逆时针转动，使抽水器口对准样品杯的正中心，第四电机停止转动；

8）第二MCU控制系统控制直线步进电机反转，将水样品从抽水器中注入到样品杯中，控制直线步进电机停止转动，结束排水；

9）第二MCU控制系统控制第四电机正转，带动转盘逆时针转动，使抽水器口对准转盘孔50的正中心，第四电机停止转动；

10）第二MCU控制系统控制第二电机反转，吊绳带着取样盒上升；第二MCU控制系统关闭第二电机，通过第二无线模块发送完成取样指令给第一MCU控制系统；

11）第一MCU控制系统继续控制第一电机正转，使小车继续向右移动，并重复上述步骤2）～10），直至所有鱼塘的水样全部取完；

12）第一MCU控制系统控制第一电机反转，小车向左移动，第一MCU控制系统采集完N对激光发射器和光电接收器组的信号时，小车回到初始位置处，第一电机停止转动，第一轮取样结束；

13）从取样盒中取出全部样品杯进行水质检测后将全部的样品杯重新放入取样盒后继续下一轮取样。

本发明与已有方法和技术相比，具有如下优点：

1、本发明通过在多个鱼塘的正上方设置轨道，并在轨道的两边挡板安装多组激光发射器和光电接收器，利用MCU控制系统采集光电接收器信号控制小车在鱼塘的中央上方停留后，MCU控制系统控制取样装置下降至鱼塘水面，并通过抽水器实现水样的定量抽取后依次注入相应的样品杯中，直到所有鱼塘取样完成后由检测人员统一检测，整个巡回取样过程由MCU控制系统控制，能够实现一套取样装置对多个鱼塘进行巡回自动取样，在一定程度上提高了水产养殖的自动化水平，有效降低劳动强度与人力成本。

2、本发明通过在轨道的前后挡板内壁分别安装多组激光发射器与光电接收器，各组激光发射器与光电接收器对应着各鱼塘中心的正上方，通过MCU控制系统采集光电接收器的信号，从而能够有效控制小车停留在鱼塘中心的正上方，以保证每次取样点的一致性。

3、本发明通过在取样盒底部安装有第一电极与第二电极构成的水位开关，其中第一电极通电，通过MCU控制系统采集第二电极电信号，当第一电极与第二电极同时接触到水面时，第一电极与第二电极之间便构成回路，由MCU控制系统采集到第二电极的电信号后便控制取样盒停止下降后控制抽水器下降一定的距离，从而有效确保在水面下固定距离进行抽水。

4、本发明设计一种转盘，并在转盘上等角度间隔设置样品杯与转盘孔，并通过MCU控制系统控制电机转动，从而带动转盘转动。抽取水样时，MCU控制系统精确控制电机转动次数，使转盘孔中心对准抽水器口；当需要将水样注入到样品杯时，MCU控制系统继续精确控制电机转动次数，使样品杯中心对准抽水器口49，从而能够实现多个鱼塘水样的获取与存放。

5、本发明采用注射器的设计理念，通过MCU控制系统控制直线步进电机，使得直线步进电机的螺杆带动橡胶活塞上下移动，从而实现抽水与排水功能。同时，通过控制直线步进电机的转动次数可精确控制每次抽水的量，从而有效保证后续检测的准确性。

6、本发明将小车车身制成六边形状，且车身底部两侧安装有两个万向轮，可以实现360°旋转，从而能够在一定程度上避免小车在移动过程中出现的不平衡现象。

附图说明

图1是本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置的工作状态示意图；

图2是本发明多参数巡回检测取样装置的整体结构示意图；

图3是图2中的小车结构放大图；

图4是图2中取样盒11的内部结构放大图；

图5是图4中抽水器48的剖面放大图；

图6是本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置的控制电路框图；

图7是循环水养殖多参数巡回检测取样装置的工作流程图。

附图中各部件的序号和名称：1、墙壁，2、第一齿轮，3、第二齿轮，4、鱼塘，5、链条，6、弹簧导线，7、轨道，8、小车，9、车轮，10、车箱，11、取样盒，12、吊绳，13、第一激光发射器，14、第一光电接收器，15、第二激光发射器，16、第二光电接收器，17、第三激光发射器，18、第三光电接收器，19、第N-1激光发射器，20、第N-1光电接收器，21、第N激光发射器，22、第N光电接收器， 23、第一控制电路盒，24、第一电机，25、第二电机，26、支架，27、出线孔，28、进线孔，29、拉环，30、定滑轮，31、滑轮支架，32、滚线筒，33、第二控制电路盒，34、齿轮孔，35、滚动轴承，36、第一转动轴，37、蓄电池，38、第二转动轴，39、螺丝，40、车轮夹板，41、转动轮轴，42、轴承，43、电机坐板，44、第三电机，45、钩子，46、直线步进电机，48、抽水器，49、抽水器口，50、转盘孔， 51、样品杯，52、转盘，53、绝缘橡圈，54、第一电极，55、抽水孔，56、固定架，57、第四电机，58、螺杆，59、橡胶活塞，60、水样品，61、螺杆头，62、第二电极，63、前挡板，64、后挡板，65、钩绳。

具体实施方式

参见图1和图2，本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置安装在养殖鱼塘4的正上方，主要包括：轨道7、小车8、第一齿轮2、第二齿轮3、链条5、取样盒11等。由于目前室内多个养殖鱼塘4的排布方式为并排设计，所以将轨道7的左右两边分别嵌入两侧墙壁1中并位于鱼塘4的正上方。轨道7是由前挡板63、后挡板64和中间的水平支撑板组成的U形结构。在轨道7靠近左右两端边缘处的水平支撑板的中心处分别设有一个齿轮孔34，前后水平布置的第一电机24通过电机支架固定在轨道7左端的齿轮孔34前侧与轨道7的前挡板63内侧之间，且第一电机24输出端的后端与第二转动轴38前端连接，第二转动轴38后端设置滚动轴承35，滚动轴承35固定在轨道7的后挡板64内侧。第二转动轴38上设有第一齿轮2，通过第一电机24、滚动轴承35及第二转动轴38使得第一齿轮2悬空于轨道7左端的齿轮孔34的中心正上方。同时，第一转动轴36的两端同样各设有滚动轴承35，且滚动轴承35分别固定在轨道7的前挡板63与后挡板64的内侧，在第一转动轴36上设有第二齿轮3，并确保第二齿轮3同样位于轨道7右端的齿轮孔34的中心正上方，安装时需要保证第一齿轮2与第二齿轮3处于同一水平线。第一齿轮2和第二齿轮3之间通过链条5相连，且三者都设计在轨道7的水平支撑板的中心处。在轨道7上放置小车8，小车8的车身制成六边形形状，小车8的底部设车轮9，小车8车身的左右端的尖角分别与链条5相连。当第一电机24转动时，第一齿轮2也随之转动，从而依靠链条5带动第二齿轮3转动，从而小车8因车轮9的滚动在轨道7上实现左右来回移动。本发明规定：第一电机24正转时，小车8向右移动，第一电机24反转时，小车8向左移动，且轨道7左端的齿轮孔34的右侧边缘处为小车8的初始位置S。

为了能够实现控制小车8到达鱼塘4中心正上方时停止移动，假设鱼塘4的个数为N，在车轮9的正前后方有间隔地设有分别位于N个鱼塘4的中心正上方的N对激光发射器和光电接收器组。具体是：分别在轨道7的前挡板63内侧有间隔地安装N个激光发射器，在后挡板64的内侧壁有间隔地安装N个光电接收器。具体说明如下：轨道7的前挡板63内侧安装第一光电接收器14、第二光电接收器16、第三光电接收器18、第N-1光电接收器20及第N光电接收器22；轨道7的后挡板64内侧安装第一激光发射器13、第二激光发射器15、第三激光发射器17、第N-1激光发射器19及第N激光发射器21。其中第一光电接收器14与第一激光发射器13为一组安装轨道7左端的齿轮孔34的右侧边缘，即初始位置S，能够用来判别小车8是否处于初始位置S；其余的第二光电接收器16与第二激光发射器15为一组、第三光电接收器18与第三激光发射器17为一组、第N-1光电接收器20与第N-1激光发射器19为一组、第N光电接收器22与第N激光发射器21为一组，并且分别位于N个鱼塘4的中心正上方，能够判别小车8是否处于鱼塘4的中心正上方。本发明规定：每一组的激光发射器与光电接收器安装时需确保在平行对称且处于同一水平位置，并且确保当小车8经过时，每组的激光发射器发射的激光能够被小车8车身下所安装的车轮9挡住。第一电机24的左侧放置第一控制电路盒23，第一控制电路盒23中设有相关的控制电路，主要用来采集N+1个光电接收器的信号从而控制第一电机24的转动，以实现小车8的运动与停止。

小车8车身上方是车箱10，车箱10内部设有蓄电池37、第二电机25和第二控制电路盒33。其中，蓄电池37放置在小车8车身的后侧（即靠近轨道7后挡板64的一侧），第二电机25通过支架26固定在蓄电池37的前侧，第二电机25左右水平放置，第二电机25的电机轴上安装滚线筒32，滚线筒32上缠绕着吊绳12，吊绳12穿过车箱10前侧的出线孔27且搭放在定滑轮30上，定滑轮30通过与小车8车身的前侧边缘焊接一体的滑轮支架31固定，从而起到支撑吊绳12的作用。需特别说明：为了不影响小车8的正常移动以及避免轨道7的前挡板63与滑轮支架31接触，本发明规定轨道7的前挡板63的高度比后挡板的高度低，确保前挡板63处于滑轮支架31的下方但要高于车轮9。吊绳12的下端连接取样盒11，与取样盒11的顶部设置的拉环29相连，从而能够将取样盒11吊在鱼塘4的正上方。本发明规定：当第二电机25正转时，吊绳12带着取样盒11下降，当第二电机25反转时，吊绳12带着取样盒11上升。第二控制电路盒33与第二电机25并排（即同一水平线）放置在小车8车身上。第二控制电路盒33中设有相关控制电路，用来控制第二电机25等部件。从第二控制电路盒33中引出的弹簧电线6从出线孔27钻出，同时也搭放在定滑轮30上，并且穿入取样盒11的顶部拉环29的左侧的进线孔28，从而能够使得第二控制电路盒33中设有的相关控制电路控制取样盒11内部的各个电气部件。需要说明的是：弹簧电线6具有良好的伸缩性，并且当取样盒11接触鱼塘4的液面时，弹簧电线6并不会绷紧，即确保其还具有一定收缩状态。为避免吊绳12与弹簧电线6缠绕，将吊绳12放置在弹簧电线6的中心处。为了保持小车8在移动过程中不会偏离轨道7，需要合理安排各电气部件的放置位置。

参见图3，为本发明图2中的小车8的结构，主要包括：车轮夹板40、转动轮轴41、滚珠轴承42等。本发明将小车8车身下安装两个车轮9，车轮9设计成万向轮，可以实现360°旋转。小车8车身下的前后两侧分别对称焊接滚珠轴承42，以前侧车轮9为例具体说明：车轮9的两侧设置有车轮夹板40，并通过螺丝39将车轮夹板40与车轮9固定在一起，但是需确保不影响车轮9的转动。转动轮轴41的底部与车轮夹板40的顶部中心处焊接在一起，而转动轮轴41的顶部则紧密嵌入滚珠轴承42中，从而当转动轮轴41可以360°转动，车轮9也会360°转换方向，从而能够在一定程度上避免小车8在移动过程中出现的不平衡现象。

参见图4，为本发明图2中取样盒11的内部结构，主要包括：第三电机44，直线步进电机46、抽水器48、样品杯51、转盘52、第一电极54、第二电极62、第四电机57等。电机座板43设计成L型，且其顶部与取样盒11的顶部内壁偏左位置处焊接在一起。左右水平放置的第三电机44通过支架26固定在电机座板43上，第三电机44的电机轴连接滚线筒32。滚线筒32上缠绕钩绳65，钩绳65的下端连接垂直的直线步进电机46，钩绳65被分成两股且分别设有钩子45，通过钩子45勾住直线步进电机46顶部前后两侧边缘的拉环29。直线步进电机46的下方输出轴连接圆柱形抽水器48，抽水器48的顶部开口边缘制成薄扁的立方体，从而可以通过直线步进电机46四周的螺丝39将直线步进电机46和抽水器48固定在一起。当第三电机44转动时，滚线筒32也随之转动，从而可以利用钩绳65带动直线步进电机46与抽水器48上下移动。本发明规定：第三电机44正转时，钩绳65带动直线步进电机46与抽水器48下移，第三电机44反转时，钩绳65带动直线步进电机46与抽水器48上移，并且第三电机44每转动一次，直线步进电机46与抽水器48移动距离为                                               。

抽水器48的底部中心处设置有抽水器口49。在抽水器48的正下方且取样盒11的底部中心处开有抽水孔55，在抽水器48的右侧下方（即抽水孔55的右侧）放置转盘52，转盘52上等角度有间隔地放置样品杯51，每相邻的两个样品杯51中间还设有转盘孔50。转盘52的底部中间与垂直的第四电机57的电机轴相连，第四电机57则通过底部的圆盘型固定底座56固定在取样盒11的底部。当第四电机57转动时，便可以带动转盘52转动。需要特别说明的是：转盘52上的样品杯51和转盘孔50的个数是根据鱼塘4的个数而放置的，与鱼塘4的个数相等均为N，且样品杯51和转盘孔50间隔放置，而且样品杯51的杯底贴有写有标号的标签，分别用来存放对应标号的鱼塘4的水样。因样品杯51、转盘孔50的个数为N，则样品杯51和转盘孔50相邻角度为。设抽水器48的外径为，为确保抽水器48能够正常穿过转盘孔52，需要确保转盘孔52的直径大于抽水器48的外径，即。本发明规定：第四电机57正转时，转盘52逆时针转动，第四电机57反转时，转盘52顺时针转动，且每次转动的角度固定为。抽水器48的中心轴与转盘孔50或者样品杯51的中心轴需保持同一垂直轴线。同时，需确保抽水器口49的初始位置应在转盘孔50的正中心上方，且高于样品杯51的杯口。具体旋转过程如下：由第二控制电路盒33中的控制系统控制第四电机57正转，转盘52则逆时针转动，由于转盘孔50与样品杯51的间隔角度为，则从转盘孔50中心旋转至样品杯51中心时需要转动的次数为。控制系统通过累计第四电机57的转动次数是否为确定其是应该继续否转动。当需要抽取水样时，控制系统控制第四电机57旋转，使转盘孔50中心对准抽水器口49；当需要将水样注入到样品杯51中时，控制系统控制第四电机57旋转，使样品杯51的中心对准抽水器口49。

在抽水孔55的左侧还设有第一电极54和第二电极62，第一电极54和第二电极62从取样盒11的底部垂直向下伸出，两者分别通过绝缘橡圈53卡在取样盒11的底部，两个绝缘橡圈53有一定的距离，以避免第一电极54和第二电极62互相接触，且第一电极54和第二电极62两者底部保持同一水平线。本发明利用第一电极54和第二电极62构成的水位开关来检测是否到达鱼塘4的水面，从而控制第二电机25的转动以控制取样盒11下降的高度。本发明规定：抽水器口49底部与第一电极54和第二电极62的底部之间的距离为h₁，而抽水器48顶部开口边缘与转盘52上表面之间的距离为h₂。具体工作原理如下：正常状态下，给第一电极54 通电，第二电极62没有通电，当抽水器48需要抽取水样时，第二电机25正转控制取样盒11下降，当第一电极54和第二电极62接触到鱼塘4的水面时，由于水可以导电，则第一电极54和第二电极62便构成了回路，第二电极62便有电流通过，此时第二控制电路盒33中的控制系统采集到第二电极62的电信号，便控制第二电机25停止转动，此时，控制第三电机44正转，与之相连的滚线筒32也正转，从而钩绳65带动直线步进电机46与抽水器48垂直下降，并依次穿过转盘孔50以及取样盒11底部中心处的抽水孔55，共下移距离为 后第三电机44停止转动，即可以使得抽水器口49在距离鱼塘4水面下方处进行抽水。为了保证抽水器口49到达水下处时，抽水器48的顶部不会接触到转盘52，则需要确保。

参见图5，本发明图4中抽水器48的结构，主要包括：外壳、螺杆58、橡胶活塞59、螺杆头61等，橡胶活塞59、螺杆头61位于外壳内，垂直的直线步进电机46的下方设有圆柱形抽水器48，抽水器48的顶部开口边缘制成薄扁的立方体，从而可以通过直线步进电机46四周的螺丝39将直线步进电机46和抽水器48固定在一起。抽水器48的底部中心处设有抽水器口49。直线步进电机46的中心轴线处设置螺杆58，螺杆58上下贯穿直线步进电机46的中心轴线，螺杆58的上端可从直线步进电机46的顶部伸出，螺杆58的下端伸入外壳内，焊接圆柱形螺杆头61，且螺杆头61的直径大于螺杆58的直径。将螺杆头61同轴连接橡胶活塞59，螺杆头61插入橡胶活塞59正中心。需要特别说明的是：橡胶活塞59的外径与抽水器58的内径相等，两者密封。从而能够确保抽水器48在抽水过程中具有良好的气密性。本发明规定：当直线步进电机46正转时，螺杆58上移；当直线步进电机46反转时，则螺杆58下移；同时无论正转还是反转，直线步进电机46每转动一次，螺杆58则移动距离为。其具体抽水过程如下：当抽取水样品60时，第二控制电路盒33中的控制系统控制直线步进电机46正转，则螺杆58带动橡胶活塞59上移，抽水器48内部形成负压，即可吸入水样品60。本发明规定每个鱼塘4的需要抽取水样品60的体积量是相等的为，而当直线步进电机46每转动一次即螺杆58移动距离时所能抽取的水样品60的体积量为，则直线步进电机46总转动次数应为。因此，当第二控制电路盒33中的控制系统控制直线步进电机46正转次后，便使直线步进电机46停止转动。同样，当需要将抽水器48中的水样品60排出到样品杯51中时，则第二控制电路盒33中的控制系统控制直线步进电机46反转次后，便使直线步进电机46停止转动。

参见图6，为本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置的控制电路框图。第一控制电路盒23中放置的是包含第一MCU控制系统等相关电路的集成电路板，第二控制电路盒33中放置的包含第二MCU控制系统等相关电路的集成电路板。第一MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接N对激光发射器和光电接收器组、第一电机24以及第一无线模块，即连接第一激光发射器13、第一光电接收器14、第二激光发射器15、第二光电接收器16、第三激光发射器17、第三光电接收器18、第N-1激光发射器19、第N-1光电接收器20、第N激光发射器21、第N光电接收器22、第一电机24以及第一无线模块。第一光电接收器14、第二光电接收器16、第三光电接收器18、第N-1光电接收器20和第N光电接收器22分别连接第一MCU控制系统的输入端，第一MCU控制系统的输出端分别连接第一激光发射器13、第二激光发射器15、第三激光发射器17、第N-1激光发射器19、第N激光发射器21、第一电机24。第一MCU控制系统连接第一无线模块，用于与第二MCU控制系统进行信息传递；电源供电模块则为第一控制电路盒23中各所需部件提供电源。第二MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第二电机25、第三电机44、第四电机57、水位开关、直线步进电机46以及第二无线模块，水位开关由图4中的第一电极54和第二电极62组成，第二电极62连接至第二MCU控制系统的输入端，第二MCU控制系统的输出端分别连接第二电机25、第三电机44、第四电机57、直线步进电机46。第二MCU控制系统连接第二无线模块，用于与第一MCU控制系统的第一无线模块进行信息传递，蓄电池供电模块则为第二控制电路盒33中各所需部件提供电源。

参见图7，为本发明循环水养殖多参数巡回检测取样装置的工作流程图，具体操作步骤如下：

（1）开始工作时小车8处于最左侧的初始位置S处，第一MCU控制系统采集到第一光电接收器14的信号后，记录采集到的光电信号次数为；第一MCU控制系统控制第一电机24正转，第一电机24带动第一齿轮2转动并通过链条5带动第二齿轮3转动，从而带动小车8向右移动。

（2）当小车8移动到鱼塘4的中心正上方处时的中心位置时，小车8的车轮9会遮挡住对应的一对激光发射器和光电接收器组，遮挡激光发射器发出的激光，导致光电接收器无法接收到激光。第一MCU控制系统采集到光电接收器的信号后自动累计采集到的光电信号次数即。此时，第一MCU控制系统关闭第一电机24，小车8便停止移动。

（3）第一MCU控制系统通过无线模块发送取样指令给第二MCU控制系统的无线模块，第二MCU控制系统通过无线模块接收到取样指令后，由第二MCU控制系统控制第二电机25正转，从而使得吊绳12带着取样盒11下降；同时，第二MCU控制系统不断采集第二电极62的输入信号，从而判断第二电极62是否已接触到鱼塘4的水面。若采集到第二电极62的输入信号时，表明第二电极62已经接触到鱼塘4的水面，此时第二MCU控制系统控制第二电机25停止转动，并记录第二电机25正转的总次数；若没有采集到第二电极62的输入信号，则表示第二电极62还未接触到鱼塘4的水面，第二MCU控制系统继续控制第二电机25正转，使得取样盒11继续下降，直到第二电极62已经接触到鱼塘4的水面为止。

（4）当第二MCU控制系统关闭第二电机25后，第二MCU控制系统控制第三电机44正转，从而使得抽水器48向下移动（此处已经规定抽水器48对准转盘孔50的中心且高于样品杯51），为了保证抽水器口49到达水下深度 处，则抽水器48需要向下移动总长度为，则第三电机44正转总次数应该为。当第三电机44正转次数达到时，第二MCU控制系统关闭第三电机44。

（5）第二MCU控制系统控制直线步进电机46正转，从而使得螺杆58带动橡胶活塞59上移，抽水器48内部形成负压，即可吸入水样品60。为了保证抽取水样品60的量为，则直线步进电机46总转动次数应为。因此，当第二控制电路盒33中的控制系统控制直线步进电机46正转次后，便控制直线步进电机46停止转动，结束抽水。

（6）第二MCU控制系统关闭直线步进电机46后，第二MCU控制系统控制第三电机44反转，从而使得抽水器48向上移动，为了使抽水器48返回到初始位置，则第三电机44反转总次数也应该为。当第三电机44反转次数达到时，第二MCU控制系统关闭第三电机44。

（7）第二MCU控制系统控制第四电机57正转，从而带动转盘52逆时针转动，由于转盘孔50中心与样品杯51中心之间的角度为，则从转盘孔50中心旋转至样品杯51中心时第四电机57的转动次数应为。因此，当第二MCU控制系统控制第四电机57正转次后，便控制第四电机57停止转动，此时表示，抽水器口49已经对准样品杯51的正中心。

（8）第二MCU控制系统控制直线步进电机46反转，从而使得螺杆58带动橡胶活塞59下移，则将水样品60从抽水器48中注入到样品杯51中。为了保证水样品60全部排出，则直线步进电机46总转动次数应为。因此，当第二控制电路盒33中的控制系统控制直线步进电机46反转次后，便控制直线步进电机46停止转动，结束排水。

（9）第二MCU控制系统控制第四电机57正转，从而带动转盘52逆时针转动，则从样品杯51中心旋转至转盘孔50中心时第四电机57的转动次数应为。因此，当第二MCU控制系统控制第四电机57正转次后，便控制第四电机57停止转动，此时表示，抽水器口49已经对准转盘孔50的正中心，以便下次抽水器48取样。

（10）第二MCU控制系统控制第二电机25反转，从而使得吊绳12带着取样盒11上升；当第二电机25反转的总次数为后，第二MCU控制系统关闭第二电机25。此时，第二MCU控制系统通过无线模块发送完成取样指令给第一MCU控制系统。

（11）第一MCU控制系统通过无线模块接收到完成取样指令后，判断采集光电接收器信号的次数是否为N。若如果，第一MCU控制系统继续控制第一电机24正转，从而使得小车8继续向右移动，并重复上述步骤（2）—（10）。如果，则表示所有鱼塘4的水样已经全部取完，第一MCU控制系统继续控制第一电机24反转，小车8便会向左移动。返回时，仍然通过第一MCU控制系统根据采集到光电接收器的信号次数的值来判断是否到达初始位置S处。由于，采集完最后一个鱼塘4时，小车8已经遮挡住第N激光发射器21发出的激光，所以第一MCU控制系统能够采集到第N光电接收器22的输入信号，即仍保持。

（12）第一MCU控制系统继续控制第一电机24反转，小车8继续向左移动，且第一MCU控制系统继续采集光电接收器信号，每采集到一次光电接收器信号，则。即：当采集到第N-1光电接收器20时，，采集到第三光电接收器18时，......依次类推，第一MCU控制系统采集完N对激光发射器和光电接收器组的信号时，小车8回到初始位置S处，也就是当小车8回到初始位置S处时，便会采集到第一光电接收器14的信号，此时。

（13）若时，表示小车8未到达初始位置S，则第一MCU控制系统继续控制第一电机24反转，小车8继续向左移动，直到为止；若时，表示小车8已经到达初始位置S，此时，第一MCU控制系统控制第一电机24停止转动，则第一轮取样全部结束。

（14）当小车8回到初始位置S时，由检测人员从取样盒11中取出全部样品杯51，进行水质检测后将全部的样品杯51重新放入取样盒11后继续下一轮取样。

Claims (8)

1.一种循环水养殖多参数巡回检测取样装置，包括位于N个鱼塘（4）正上方的轨道（7）和位于轨道（7）上方的小车（8），其特征是：轨道（7）左端设有前后水平布置的第一电机（24），第一电机（24）与第二转动轴（38）连接，第二转动轴（38）上设有第一齿轮（2）；轨道（7）右端设有前后水平布置的第一转动轴（36），第一转动轴（36）上设有第二齿轮（3），第一齿轮（2）和第二齿轮（3）之间通过链条（5）相连，链条（5）之间连接小车（8），小车（8）底部是车轮（9）；在车轮（9）的正前后方有间隔地设有分别位于N个鱼塘（4）的中心正上方的N对激光发射器和光电接收器组；小车（8）车身上方是车箱（10），车箱（10）内部设有第二电机（25）和第二控制电路盒（33）；第二电机（25）左右水平放置且电机轴上装有滚线筒（32），滚线筒（32）上缠绕吊绳（12），吊绳（12）经定滑轮（30）后其下端连接取样盒（11），取样盒（11）内部设有第三电机（44）、直线步进电机（46）、抽水器（48）、样品杯（51）、转盘（52）以及第四电机（57）；左右水平放置的第三电机（44）的电机轴连接滚线筒（32），滚线筒（32）上缠绕钩绳（65），钩绳（65）下端连接垂直的直线步进电机（46），直线步进电机（46）下方连接圆柱形抽水器（48），抽水器（48）底部中心处设置有抽水器口（49）；在抽水器（48）正下方且取样盒（11）的底部中心处开有抽水孔（55），在抽水器（48）的右侧下方放置转盘（52），转盘（52）上等角度有间隔地放置样品杯（51），每相邻的两个样品杯（51）中间的转盘（52）上设有转盘孔（50）；转盘（52）的底部中间与垂直的第四电机（57）的电机轴相连，第四电机（57）固定在取样盒（11）的底部；抽水孔（55）的左侧设有从取样盒（11）的底部垂直向下伸出的两个电极；第一控制电路盒（23）中有第一MCU控制系统，第一MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接N对激光发射器和光电接收器组、第一电机（24）以及第一无线模块；第二控制电路盒（33）中有第二MCU控制系统，第二MCU控制系统通过不同的控制端口分别连接第二电机（25）、第三电机（44）、第四电机（57）、直线步进电机（46）、第一电极（54）、第二电极（62）以及第二无线模块，第二无线模块与第一无线模块之间进行信息传递。

2.根据权利要求1所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置，其特征是：抽水器（48）包括外壳、螺杆（58）和位于外壳内的橡胶活塞（59）、螺杆头（61）；螺杆（58）上端从直线步进电机（46）顶部伸出，螺杆（58）下端伸入外壳内且固定连接直径大于螺杆（58）直径的圆柱形螺杆头（61），螺杆头（61）插入橡胶活塞（59）正中心，橡胶活塞（59）的外径与抽水器（58）的内径相等且两者密封。

3.根据权利要求1所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置，其特征是：小车（8）车身下的前后两侧分别对称焊接滚珠轴承（42），车轮（9）两侧设有与车轮（9）固定连接的车轮夹板（40），转动轮轴（41）底部与车轮夹板（40）顶部中心处焊接在一起且转动轮轴（41）的顶部紧密嵌入滚珠轴承（42）中。

4.根据权利要求1所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置，其特征是：轨道（7）是由前挡板（63）、后挡板（64）和中间的水平支撑板组成的U形结构，在轨道（7）靠近左右两端边缘处的水平支撑板的中心处分别设有一个齿轮孔（34），第一电机（24）固定在左端的齿轮孔（34）前侧与轨道（7）的前挡板（63）内侧之间；第二转动轴（38）后端设置滚动轴承（35），滚动轴承（35）固定在后挡板（64）内侧，第一齿轮（2）悬空于左端的齿轮孔（34）的中心正上方；第二齿轮（3）位于右端的齿轮孔（34）的中心正上方，第一齿轮（2）与第二齿轮（3）处于同一水平线，第一齿轮（2）、第二齿轮（3）和链条（5）都在轨道（7）的水平支撑板的中心处。

5.根据权利要求4所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置，其特征是：左端的齿轮孔（34）的右侧边缘处为小车（8）的初始位置，在初始位置处设有一对激光发射器和光电接收器组。

6.根据权利要求4所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置，其特征是：定滑轮30通过与小车（8）车身的前侧边缘焊接一体的滑轮支架（31）固定，轨道（7）的前挡板（63）的高度比后挡板（64）的高度低，前挡板（63）处于滑轮支架（31）下方且高于车轮（9）。

7.一种如权利要求1所述循环水养殖多参数巡回检测取样装置的取样方法，其特征是包括以下步骤：

1）小车（8）处于最左侧的初始位置处，第一MCU控制系统控制第一电机（24）正转，带动第一齿轮（2）转动并通过链条（5）带动第二齿轮（3）转动，带动小车（8）向右移动；

2）当小车（8）移动到鱼塘（4）的中心正上方处时的中心位置时，车轮（9）遮挡住对应的一对激光发射器和光电接收器组，第一MCU控制系统关闭第一电机（24），小车（8）停止移动；

3）第一MCU控制系统通过第一无线模块发送取样指令给第二MCU控制系统的第二无线模块，由第二MCU控制系统控制第二电机（25）正转，使吊绳（12）带着取样盒（11）下降；同时第二MCU控制系统不断采集第二电极（62）的输入信号，判断第二电极（62）是否已接触到鱼塘（4）的水面；若已接触，则第二MCU控制系统控制第二电机（25）停止转动，若未接触，则第二MCU控制系统继续控制第二电机（25）正转直到已接触为止；

4）第二MCU控制系统控制第三电机（44）正转，抽水器（48）向下移动到达水下，关闭第三电机（44）；

5）第二MCU控制系统控制直线步进电机（46）正转，使抽水器（48）内部形成负压吸入水样品，再控制直线步进电机（46）停止转动；

6）第二MCU控制系统控制第三电机（44）反转，抽水器（48）向上移动使抽水器（48）返回到初始位置，关闭第三电机（44）；

7）第二MCU控制系统控制第四电机（57）正转，带动转盘（52）逆时针转动，使抽水器口49对准样品杯（51）的正中心，第四电机（57）停止转动；

8）第二MCU控制系统控制直线步进电机（46）反转，将水样品从抽水器（48）中注入到样品杯（51）中，控制直线步进电机（46）停止转动，结束排水；

9）第二MCU控制系统控制第四电机（57）正转，带动转盘（52）逆时针转动，使抽水器口（49）对准转盘孔（50）的正中心，第四电机（57）停止转动；

10）第二MCU控制系统控制第二电机（25）反转，吊绳（12）带着取样盒（11）上升；第二MCU控制系统关闭第二电机（25），通过第二无线模块发送完成取样指令给第一MCU控制系统；

11）第一MCU控制系统继续控制第一电机（24）正转，使小车（8）继续向右移动，并重复上述步骤2）～10），直至所有鱼塘（4）的水样已经全部取完；

12）第一MCU控制系统控制第一电机（24）反转，小车（8）向左移动，第一MCU控制系统采集完N对激光发射器和光电接收器组的信号时，小车（8）回到初始位置处，第一电机（24）停止转动，第一轮取样结束；

13）从取样盒11中取出全部样品杯（51）进行水质检测后将全部的样品杯（51）重新放入取样盒（11）后继续下一轮取样。

8.根据权利要求7所述的取样方法，其特征是：

步骤1）中，小车（8）处于最左侧的初始位置处，第一MCU控制系统采集到第一光电接收器的信号后，记录采集到的光电信号次数                                                ；

步骤2）中，第一MCU控制系统采集到光电接收器的信号后自动累计采集到的光电信号次数；

步骤3）中，记录第二电机（25）正转的总次数；

步骤4）中，抽水器口（49）到达水下深度处，第三电机（44）正转总次数为，当第三电机（44）正转次数达到时关闭；h₁是抽水器口（49）底部与两个电极的底部之间的距离，h₂是抽水器（48）顶部与转盘（52）上表面之间的距离，是第三电机（44）每转动一次直线步进电机（46）与抽水器（48）移动的距离；

步骤5）中，直线步进电机（46）正转次后停止转动，是每个鱼塘（4）需抽取水样品的体积，是直线步进电机（46）每转动一次所能抽取的水样品的体积；

步骤6）中，第三电机（44）反转总次数为时关闭；

步骤7）中，第二MCU控制系统控制第四电机（57）正转，带动转盘（52）逆时针转动，从转盘孔（50）中心旋转至样品杯（51）中心时第四电机（57）的转动次数，第四电机（57）正转次后停止转动，为转盘孔（50）中心与样品杯（51）中心之间的角度，是转盘（52）每次转动的角度；

步骤8）中，直线步进电机（46）反转次后停止转动；

步骤9）中，第四电机（57）正转次后停止转动；

步骤11）中，第一MCU控制系统通过第一无线模块接收到完成取样指令后，判断采集光电接收器信号的次数是否为N，如果，第一MCU控制系统继续控制第一电机（24）正转，如果，则所有鱼塘（4）的水样全部取完。