CN108254519A - 水下传感器的保护装置 - Google Patents

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邢博闻
姜亚锋
刘雨青
曹守启
颜明阳
冯俊凯
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Shanghai Maritime University
Shanghai Ocean University
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Shanghai Maritime University
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    • G01—MEASURING; TESTING
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Abstract

本发明涉及一种水下传感器的保护装置，包括连接该水下传感器的传输线缆和电路板母体；外置于该水下传感器的壳体；该壳体上位于水下传感器的两侧设有漏水孔；该壳体内设有与传输线缆相连的电机和螺旋桨；该电路板母体包括数据处理模块；电机模块；储存模块和通信模块；还包括执行如下步骤的程序：水下传感器采集的数据信息通过线缆传输给电路板母体的储存模块；电机模块控制电机带动螺旋桨发生正反转；数据处理模块通过通信模块与远程基站进行数据传输。本发明能在复杂环境下防止附着微生物的生长；增加了传感器的使用寿命。

Description

水下传感器的保护装置
技术领域
本发明涉及海洋生态监测技术领域，尤其涉及一种水下传感器的保护装置，其在复杂环境下能够保持水下传感器正常工作。
背景技术
开发海洋和发展海洋经济是整个人类生存和发展的必由之路，目前世界各国对海洋权益日益重视，开发和利用海洋的热潮正在全球兴起。正是在这样的背景下，水下传感器的研制得到了快速发展和创新，具有低成本、高可靠性能的水下传感器不断地被研制出来，利用传感器实时监测、采集网络分布区域内的各种信息，经数据融合等信息处理后，通过具有远距离传输能力的模块将实时监测信息送到水面基站，然后通过近岸基站或卫星将实时信息传递给用户。
然而对于处于复杂环境下正常工作的水下传感器，进行保护的措施却没有得到重视。人们虽然对于传感器的材料和结构等进行了研究和开发，使得海水对于传感器的腐蚀程度有所降低，但是还是依然没有解决附着物对于传感器的破坏性。
如何高效的实现对传感器上的附着物清理，实现传感器的长时间有效的使用，成为了生态监测海洋环境设计的重点与难点。
发明内容
针对现有技术的不足，本发明要解决的技术问题是提供一种水下传感器的保护装置，它能在复杂环境下防止附着微生物的生长。
本发明的水下传感器的保护装置，包括：
连接该水下传感器的传输线缆和电路板母体；
外置于该水下传感器的壳体；该壳体上位于水下传感器的两侧设有漏水孔；该壳体内设有与传输线缆相连的电机和螺旋桨；
该电路板母体包括数据处理模块；电机模块；储存模块和通信模块；
还包括执行如下步骤的程序：
水下传感器采集的数据信息通过线缆传输给电路板母体的储存模块；
电机模块控制电机带动螺旋桨发生正反转；
数据处理模块通过通信模块与远程基站进行数据传输。
所述的水下传感器包括用于检测水质的温度传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器或浊度传感器；用于检测RGB颜色的叶绿素a或蓝绿藻探测传感器；和用于检测氨氮盐的磷酸盐及氨氮传感器。
所述传输线缆为A485总线。
所述的壳体是椭球形，所述漏水孔位于该壳体的上端与下端；为圆漏孔。
所述储存模块包括SD卡。
本发明可以采集水中的不同复杂环境下的各种监测数据，以实现对不同环境和水深下各种生态参数信息的采集，并可以进行实时的数据传输；在不影响传感器的正常采集数据的前提下，由于壳体的设计和螺旋桨的正反转，使得水下传感器附近的水体产生流动，可减少微生物对水下传感器的侵蚀；可长时间地进行水质监测和实时数据传输，增加了传感器的使用寿命。
附图说明
图1为本发明的水下传感器的保护装置的结构示意图。
图2为本发明的电路板母体的电路结构图。
图3为本发明的水下传感器的保护装置的流程图。
图4为本发明的水下传感器的保护装置控制结构图。
具体实施方式
为更进一步阐述本发明为达到预期发明目的所采取的技术手段及功能，以下结合附图及较佳实施案例，对依据本发明提出的水下传感器的保护装置的具体实施方式、方法、步骤、结构、特征及其实现的功能，详细说明如下。
如图1所示，其为本发明的水下传感器的保护装置结构示意图，该装置包括与水下传感器B连接的传输线缆A、电路板母体F、及壳体D和与螺旋桨C连接的电机等装置。所述的壳体D为椭圆形的球形，它的上端与下端均设有圆漏孔。这些圆漏孔E分布在壳体D的两端部位，用于使水流能够顺利的通过壳体D内部，正是水流的流动，减少了微生物的附着，水下传感器才能长时间的运作。
所述的水下传感器B设有水质检测模块I、RGB颜色传感器模块K、氨氮盐检测模块G，其中水质检测模块I包含有温度传感器，还集成有酸碱度、溶解氧、浊度传感器；
RGB颜色传感器模块K包括集成有叶绿素a及蓝绿藻探测传感器；
所述氨氮盐检测模块G包括集成有磷酸盐PO4及氨氮NH3传感器模块。
优选地，所述的线缆为A485总线；其一端与水下传感器B相连接，另一端与电路板母体相连接。电路板母体上设有数据处理模块、通信模块、储存模块及与电机模块，数据处理模块通过485总线设备与水下传感器进行数据传输，一方面，把采集的数据信息存储到电路板母体的存储模块如SD卡上，并进一步通过通信模块与远程基站进行数据传输；另一方面，通过电机模块向电机发送指令。
具体来说，结合图4，当水下传感器B进行采集时，传感器模块将会发出采集数据命令，数据处理模块收到此命令，采集过程通过485总线传输给存储模块；并通过电机模块控制电机停止转动，避免影响到数据的采集，从而使数据不至于产生误差；当水下传感器B不进行采集时，传感器模块发出不采集的命令，数据处理模块通过电机模块发出指令，使电机工作带动螺旋桨运动，从而带动水流流动。电机模块通过陆续地发送正转与反转指令，使电机正反转，带动水体产生流动。正是水体的流动，减少了微生物的附着，水下传感器才能长时间的运作。
结合图3水下传感器的保护装置流程图，其该装置的程序运行步骤如下：
步骤1，开始初始化，让电路板母体、水下传感器及控制电机都处于原始状态，然后进行人工接收操作指令完成后进入步骤2；
步骤2，判断，水下传感器是否采集水样指令，若接收到采集水样指令则进入步骤3，未接收到指令则进入步骤4；
步骤3，采集水样信息，水下传感器采集各种信息，通过线缆传输信号，把数据信息传递给SD卡，则收集信息结束；
步骤4，启动控制电机，接收到电机模块的指令，通过线缆传输发出信号指令，接收到指令之后进入到步骤5；
步骤5，控制电机开始控制螺旋桨转动，从而发生正转和反转，带动水流的流动，保护水下传感器。
如图2所示为本发明的电路板母体的电路结构图。通过以下电路控制水下传感器和电机进行工作的，具体如下：本发明的总输入电压为VIN，其电压值为5V。
P1采用STC89C52的升级版单片机，为STC15F2K60S2芯片，其里面有数据存储器RAM，能够存储各种信息。其中14管脚和15管脚接VCC，其电压值为5V，16管脚接GND，电动机的接收指令P0.0和P0.1接40管脚和41管脚，水下传感器的发送和采集指令接18管脚和19管脚。而管脚13为RET复位位置，管脚13与VCC之间连接着复位键S2和电阻R2(1K)。
P2和S1结合为电源模块，其中P2的管脚2和管脚3接GND，将P2的管脚1与S1的管脚2、管脚5相连接，而S1的管脚3和管脚6接VCC，其电压值为5V。
P3为电源接口，其中P3的管脚1和管脚2接VCC，其电压值为5V，而P3的管脚7和管脚8接GND。
P4为电缆接口，其中P4的管脚4接VCC，其电压值为5V，管脚1接GND。P4的电缆接口用来接收上面传来的信息。
P6为驱动电机，采用了L298N电机驱动模块，通过单片机的I/O输入改变芯片控制端的电平，即可以对电机进行正反转，停止的操作，其中P6的管脚1、管脚8和管脚15接GND，管脚5和管脚7分别接P1的管脚40和管脚41，用来接收控制芯片发出的指令，管脚4、管脚9和管脚6、管脚11都与GND相连接，在GND与VCC之间并联电容C1(100uF)和电容C2(0.1uF)。而在管脚4、管脚9和管脚2、管脚3之间并联接有两个二极管D2和D3，管脚2和管脚3与GND之间并连接两个二极管D6和D7，同时管脚2和管脚3为信号输出端口，驱动直流电机。
P7为传感器接口，其中P7的管脚1接VCC，其电压值为5V，管脚4接GND，管脚2和管脚3分别接U5的OUT1和OUT2。
P8为电机接口，其管脚1和管脚2分别接P6电机驱动的OUT1和OUT2。
U4为接收外来信息的485总线模块，其中U4的管脚2和管脚10接GND，管脚1接VCC，在VCC与GND之间连接着并联的电容C5(0.1uF)和电容C6(10uF)。在管脚8、管脚9与GND之间连接着三个二极管分别为D5、D4和D8。又在管脚8、管脚9分别连接着P1的管脚44和管脚43。管脚3和管脚4的RxD、TxD接外来的传输信号。
U5为ttl转485的模块，这个模块是将电路板母体上的传感器传输指令，传给传感器。其中U5的管脚2和管脚10接GND，管脚1接VCC，在VCC与GND之间连接着并联的电容C5(0.1uF)和电容C6(10uF)。在管脚8、管脚9与GND之间连接着三个二极管分别为D9、D10和D11。又在管脚8、管脚9分别连接着P7的管脚1和管脚2。管脚3和管脚4分别接P1的管脚18和管脚19，用于接收P1发出的传感器信号。
U6为降压模块，其中U6的管脚1接VIN的管脚2，其为VCC。管脚3和管脚5接GND，在VCC与GND之间接有电容C10(100uF)。管脚2与GND之间接有二极管D12，管脚4与GND之间接有电容C13(220uF)，管脚2与VOUT的管脚1之间接有电感L1，其VOUT的管脚1接VCC，在其VOUT的管脚1与GND之间接有并联的电容C13(220uF)和电容C14(220uF)。
电源指示灯是将VCC与GND之间接有电阻R1(5K)和发光二极管LED0，用来对电源进行监控。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (5)

1.一种水下传感器的保护装置，其特征是包括：
连接该水下传感器的传输线缆和电路板母体；
外置于该水下传感器的壳体；该壳体上位于水下传感器的两侧设有漏水孔；该壳体内设有与传输线缆相连的电机和螺旋桨；
该电路板母体包括数据处理模块；电机模块；储存模块和通信模块；
还包括执行如下步骤的程序：
水下传感器采集的数据信息通过线缆传输给电路板母体的储存模块；
电机模块控制电机带动螺旋桨发生正反转；
数据处理模块通过通信模块与远程基站进行数据传输。
2.如权利要求1所述的水下传感器的保护装置，其特征是：所述传输线缆为A485总线。
3.如权利要求1所述的水下传感器的保护装置，其特征是：所述的壳体是椭球形，所述漏水孔位于该壳体的上端与下端；为圆漏孔。
4.如权利要求1所述的水下传感器的保护装置，其特征是：所述储存模块包括SD卡。
5.如权利要求1所述的水下传感器的保护装置，其特征是：所述的水下传感器包括用于检测水质的温度传感器、酸碱度传感器、溶解氧传感器或浊度传感器；用于检测RGB颜色的叶绿素a或蓝绿藻探测传感器；和用于检测氨氮盐的磷酸盐及氨氮传感器。
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