CN109696328A - 用于水质监测的移动采集装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种用于水质监测的移动采集装置，包括船体，船体的顶部设有甲板，甲板上设有网络摄像机，船体的舱内设有核心控制计算机、PH检测器、第一直流电机和第二直流电机；所述船体的下方设有PH电极，PH电极经电缆与PH检测器相连，电缆的中部设置在深度调节机构上；所述船体的后侧设有两个导流圆管，两个导流圆管内均设有一个螺旋桨，第一直流电机和第二直流电机分别经传动轴与两个螺旋桨相连，且所述的传动轴贯穿船体的后侧；所述核心控制计算机连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体的两侧还设有稳定侧翼。本发明能按指定深度进行水样的采集并对水质进行监测，并且本发明具有不易侧翻、转向操作简单的特点。

Description

用于水质监测的移动采集装置

技术领域

本发明涉及水质监测领域，特别是一种用于水质监测的移动采集装置。

背景技术

目前，环保监查部门为掌握所辖水域的水质情况，通常是对水质进行定期或不定期的取样检测分析,依水质的各项质量指标决定相应的环保措施。然而，现有水质自动监测站由于位置固定难以及时发现污染源，而移动监测手段多为有人驾驶的水质监测车或监测船，不仅成本高，而且受城市水体的复杂地形影响，部分水域人工监测船或监测车根本无法驶入，造成目前水质监测体系存在响应不及时、时间与空间分辨率较低等问题。目前市场上用于水质监测的移动采集方式不能指定深度采集、船体容易侧翻、转向操作难度大。因此，确有必要对现有技术进行改进以解决现有技术之不足。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种用于水质监测的移动采集装置。本发明能按指定深度进行水样的采集并对水质进行监测，并且本发明具有不易侧翻、转向操作简单的特点。

本发明的技术方案：用于水质监测的移动采集装置，包括船体，船体的顶部设有甲板，甲板上设有网络摄像机，船体的舱内设有核心控制计算机、PH检测器、第一直流电机和第二直流电机，核心控制计算机经通信接口与网络摄像机、PH检测器、第一直流电机和第二直流电机；所述船体的下方设有PH电极，PH电极经电缆与PH检测器相连，电缆的中部设置在深度调节机构上；所述船体的后侧设有两个导流圆管，两个导流圆管内均设有一个螺旋桨，第一直流电机和第二直流电机分别经传动轴与两个螺旋桨相连，且所述的传动轴贯穿船体的后侧；所述核心控制计算机连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体的两侧还设有稳定侧翼，所述的稳定侧翼包括设置在船体侧面的固定支架，固定支架上设有固定板，固定板的内侧设有第一滑槽，固定板上设有伸缩架，伸缩架的两个底端分别设有一个滑动杆，每个滑动杆的两端均设有滑轮，固定板的内侧设有与所述滑轮相配合的第一滑槽，伸缩架的两个顶端分别设有第一滑板和第二滑板，第一滑板的一侧设有与第二滑板相对应的第二滑槽，且第二滑板的一部分设置在第二滑槽内；所述第一滑板的上下两侧均设有一对卡台，所述卡台上设有紧固槽；所述第一滑板的前部设有安装板，安装板的上下两侧均设有一对U形支撑臂，所述U形支撑臂的末端设有第一凹槽，U形支撑臂的两侧设有第二凹槽，两个第二凹槽均与第一凹槽相连通，第一凹槽的内部固定有弹簧，弹簧的末端设有与紧固槽相对应的锁紧块，锁紧块的两侧分别设有贯穿两个第二凹槽的T形杆；所述安装板的前部连接有漂浮球。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述的甲板上设有固定槽，固定槽内设有自由度云台，所述的自由度云台包括水平舵机和垂直舵机，水平舵机的输出端设有支撑板，垂直舵机设置在支撑板上，且自由度云台经通信接口与核心控制计算机相连，所述网络摄像机与垂直舵机的输出端相连。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述船体的舱内还设有4G通讯模块，4G通讯模块经通讯接口与核心控制计算机相连；所述甲板上设有GPS信号接收器，GPS信号接收器与4G通讯模块上的GPS接口通过天线连接。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述甲板上还设有三色指示灯，三色指示灯与核心控制计算机相连。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述支撑板上还设有超声波测距仪，超声波测距仪与核心控制计算机相连。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述核心控制计算机经通讯接口连接有电压电流检测器。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述深度调节机构包括设置在甲板上的支撑架，支撑架上设有转动轴，转动轴上固定有滚轮，滚轮上设有第一导向孔，转动轴的一端设有与第一导向孔连通的第二导向孔，所述电缆绕设在滚轮上，且电缆贯穿第一导向孔和第二导向孔；所述船体的后侧还设有多个导向约束环，电缆贯穿每个导向约束环；所述甲板上还设有第三直流电机，第三直流电机的电机轴连接有主动皮带轮，转动轴的另一端设有被动皮带轮，主动皮带轮和被动皮带轮上包覆有皮带。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述PH电极上设有质量块。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述船体的后侧还设有两个支撑块，两个支撑块的底部均设有一个连杆，两个连杆上均设有一块导流板，两块导流板分别设置在两个导流圆管的后方，且每块导流板的侧面均设有导流凸起。

前述的用于水质监测的移动采集装置中，所述船体的前部设有安全气囊。

与现有技术相比，本发明的PH电极经电缆与PH检测器相连，PH检测器与核心控制计算机相连，PH检测器通过PH电极采集的数据传输给核心控制计算机，核心控制计算机将采集的数据上传到云端服务器，云端服务器再发送到指定的终端，以实时获取水质信息，通过在甲板设置网络摄像机便可在终端实时监控本装置的工作环境。本发明的第一直流电机和第二直流电机通电后带动两个螺旋桨转动来驱动小船前进，并且电缆的中部设置在深度调节机构上，在无人驾驶的情况下按指定深度对不同地点进行水样的采集并对水质进行监测。转向时，由核心控制计算机发出的PWM波信号实现对第一直流电机和第二直流电机转速的控制，并通过两个螺旋桨的转速差完成对本装置的转向控制，转向操作简单且效果好。船体的侧面还设有稳定侧翼，在大风天气通过伸开伸缩架，展开稳定侧翼，同时稳定侧翼末端设置了漂浮球，增大本装置的漂浮力，使得船体两侧的力臂大大增加，因此，本装置在大风大浪的情况下船体不易侧翻。同时由于本装置的体积小，收起稳定侧翼时，无论是在水面宽阔的环境，还是在窄河道或是水沟里，都能畅通行驶，因此，本装置具有不易受水体地形影响的优点。

本发明将网络摄像头设置在自由度云台上，能通过设定程序自动调整网络摄像机的视角，以实时监控本装置的工作环境。

本发明通过天线将GPS信号接收器与4G通讯模块上的GPS接口直接连接，采集的GPS信息通过4G模块发送给核心控制计算机，实时掌握本装置的位置信息。

本发明的支撑板上设有超声波测距仪，超声波测距仪与核心控制计算机相连，通过计算超声波之间的时间差来获取距离信息，从而躲避行驶过程中的障碍物，防止船体因与障碍物发生碰撞而损坏。

本发明的核心控制计算机经通讯接口连接有电压电流检测器，经程序计算后得出剩余电量百分比等信息，工作人员在终端便能收到该信息，在装置电量较少时，及时回收进行充电。

本发明的PH电极上设有质量块，通过质量块增加PH电极的重量，使PH电极下沉到指定深度。

本发明的两个导流圆管的后方均设置了一个导流板，导流板既能减小船体的震动，又能小幅度增加船速。导流板侧面的导流凸起具有能使减小导流板阻力的特点。

本发明船体的前部设有安全气囊，在船体与障碍物意外发生碰撞时保护船体不受损坏。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的等轴视图；

图3是本发明的主视图；

图4是船体舱内的结构示意图；

图5是深度调节机构的局部剖视图；

图6是本发明稳定侧翼展开时的结构示意图；

图7是稳定侧翼的结构示意图；

图8是稳定侧翼的局部放大图；

图9是稳定侧翼的局部剖视图；

图10是本发明的通讯框架示意图。

附图中的标记为：1-船体，2-甲板，3-安全气囊，4-固定槽，5-自由度云台，6-水平舵机，7-垂直舵机，8-支撑板，9-超声波测距仪，10-网络摄像机，11-GPS信号接收器，12-三色指示灯，13-漂浮球，14-深度调节机构，15-支撑架，16-第三直流电机，17-主动皮带轮，18-被动皮带轮，19-皮带，20-滚轮，21-电缆，22-导流圆管，23-支撑块，24-连杆，25-导流板，26-导流凸起，27-导向约束环，28-螺旋桨，29-PH电极，30-质量块，31-核心控制计算机,32-PH检测器，33-电压电流检测器，34-4G通讯模块，35-第一直流电机，36-第二直流电机，37-转动轴，38-第一导向孔，39-第二导向孔，40-稳定侧翼，41-固定支架，42-固定板,43-伸缩架，44-滑动杆，45-滑轮，46-第一滑槽，47-气缸，48-第一滑板，49-第二滑板，50-第二滑槽，51-卡台，52-安装板，53-U形支撑臂，54-紧固槽，55-第二凹槽，56-T形杆，57-第一凹槽，58-弹簧，59-锁紧块。

具体实施方式

下面结合实施例对本发明作进一步说明，但并不作为对本发明限制的依据。

实施例：用于水质监测的移动采集装置，构成如附图1-10所示，包括船体1，船体1的顶部设有甲板2，在甲板2底部设置多个凸起，船体1顶部设置与多个凸起相对应的多个凹槽，将多个凸起嵌入对应的凹槽内，且每个凸起与每个凹槽过盈配合，从而将甲板2固定在船体1上。甲板2上设有网络摄像机10，可采用CS-C2C-1A1WFR网络摄像机，船体1的舱内设有核心控制计算机31、PH检测器32、第一直流电机35和第二直流电机36，核心控制计算机31经通信接口与网络摄像机10、PH检测器32、第一直流电机35和第二直流电机36，其中，核心控制计算机31使用的是树莓派3B+主板，搭载ARM Cortex-A53CPU，拥有4个USB2.0接口，以及40个GPIO引脚等，具备所有PC的基本功能。本装置由连接7200mah 8A锂电池的PWR.A53.B电源板进行供电。所述船体1的下方设有PH电极29，PH电极29经电缆21与PH检测器32相连，电缆21的中部设置在深度调节机构14上，如附图1和附图5所示，所述深度调节机构14包括设置在甲板2上的支撑架15，支撑架15上设有转动轴37，转动轴37上固定有滚轮20，滚轮20上设有第一导向孔38，转动轴37的一端设有与第一导向孔38连通的第二导向孔39，所述电缆21绕设在滚轮20上，且电缆21贯穿第一导向孔38和第二导向孔39。所述船体1的后侧还设有多个导向约束环27，电缆21贯穿每个导向约束环27。所述甲板2上还设有第三直流电机16，第三直流电机16的电机轴连接有主动皮带轮17，转动轴37的另一端设有被动皮带轮18，主动皮带轮17和被动皮带轮18上包覆有皮带19，通过核心控制计算机31控制第三直流电机16带动皮带19传动，控制滚轮20正转与反转，从而控制PH电极29下沉的深度。PH电极29上设有质量块30，通过质量块30增加PH电极29的重量，辅助PH电极29下沉到指定深度，防止PH电极29上浮。所述船体1的后侧设有两个导流圆管22，两个导流圆管22内均设有一个螺旋桨28，第一直流电机35和第二直流电机36分别经传动轴与两个螺旋桨28相连，且所述的传动轴贯穿船体1的后侧。第一直流电机35和第二直流电机36通电后带动两个螺旋桨28转动来驱动小船前进。转向时，由核心控制计算机31发出的PWM波信号实现对第一直流电机35和第二直流电机36转速的控制，并通过两个螺旋桨28的转速差完成对本装置的转向控制。例如，第一直流电机35接收到的占空比比第二直流电机36接收到的占空比高时，第一直流电机35转速会大于第二直流电机36的转速，使本装置前进的受力不平衡，实现单侧转向前进，这种转向控制方法简单且效果好。所述船体1的后侧还设有两个支撑块23，两个支撑块23的底部均设有一个连杆24，两个连杆24上均设有一块导流板25，两块导流板25分别设置在两个导流圆管22的后方，且每块导流板25的侧面均设有导流凸起26，导流板25既能减小船体1的震动，又能小幅度增加船速，导流凸起26具有能使减小导流板25阻力的特点。所述核心控制计算机31连接有云端服务器，云端服务器与终端相连，终端可以是PC或手机。所述船体1的侧面还设有漂浮球13，由于漂浮球13增大了本装置的漂浮力，遇大风大浪的情况船体1不易侧翻。船体1的前部设有安全气囊3，在船体1与障碍物意外发生碰撞时保护船体1不受损坏。同时由于本装置的体积小，无论是在水面宽阔的环境，还是在窄河道或是水沟里，都能畅通行驶，因此，本装置具有不易受水体地形影响的优点。如附图6-9所示，所述船体1的两侧还设有稳定侧翼40，所述的稳定侧翼40包括经螺钉固定在船体1侧面上的固定支架41，固定支架41上经螺栓固定有固定板42，固定板42的内侧设有第一滑槽46，固定板42上设有伸缩架43，伸缩架43的两个底端分别设有一个滑动杆44，每个滑动杆44的两端均设有滑轮45，固定板42的内侧设有与所述滑轮45相配合的第一滑槽46，伸缩架43的两个顶端分别铰接有第一滑板48和第二滑板49，第一滑板48的一侧设有与第二滑板49相对应的第二滑槽50，且第二滑板49的一部分设置在第二滑槽50内。所述第一滑板48的上下两侧均设有一对卡台51，所述卡台51上设有紧固槽54。所述第一滑板48的前部设有安装板52，安装板52的上下两侧均设有一对U形支撑臂53，所述U形支撑臂53的末端设有第一凹槽57，U形支撑臂53的两侧设有第二凹槽55，两个第二凹槽55均与第一凹槽57相连通，第一凹槽57的内部固定有弹簧58，弹簧58选择弹性系数较大的弹簧58，弹簧58的末端设有与紧固槽54相对应的锁紧块59，锁紧块59的两侧分别设有贯穿两个第二凹槽55的T形杆56，固定时弹簧58将锁紧块59牢牢压在紧固槽54内，拆卸时只需拉动锁紧块59侧面的T形杆56将锁紧块59从紧固槽54中拉出，便可轻松实现安装板52的拆卸。所述安装板52的前部连接有漂浮球13。可将气缸47的输出端与伸缩架43相连，通过核心控制计算机31控制气缸47的收回或推出，从而控制伸缩架43的收回或伸开。在大风天气通过伸开伸缩架43，展开稳定侧翼40，同时稳定侧翼40末端设置了漂浮球13，增大本装置的漂浮力，使得船体1两侧的力臂大大增加，因此，本装置在大风大浪的情况下船体1不易侧翻。在无风的情况下，收起稳定侧翼40，既减小阻力，又能保证其较好得通过狭窄的水道。如附图1所示，所述的甲板2上设有固定槽4，固定槽4内设有自由度云台5，所述的自由度云台5包括水平舵机6和垂直舵机7，水平舵机6的输出端设有支撑板8，垂直舵机7设置在支撑板8上，且自由度云台5经通信接口与核心控制计算机31相连，所述网络摄像机10与垂直舵机7的输出端相连。核心控制计算机31控制产生的PWM波占空比以控制两个舵机的转动角度。当本装置上电后，自由度云台5按照设定好的程序当自动回转至指定角度，并锁定网络摄像机10的视角。网络摄像机10可以与云端服务器进行实时数据传输，将视频画面上传至云端服务器，再发送到指定的手机APP客户端，以实时监控本装置的工作环境。

如附图1和附图4所示，所述船体1的舱内还设有4G通讯模块34，4G通讯模块34经通讯接口与核心控制计算机31相连。所述甲板2上设有GPS信号接收器11，GPS信号接收器11与4G通讯模块34上的GPS接口通过天线连接，并将采集的GPS信息通过4G通讯模块34发送至核心控制计算机31。

如附图1所示，所述甲板2上还设有三色指示灯12，三色指示灯12与核心控制计算机31相连。三色指示灯12由红、黄、绿三种颜色的LED灯组成，用来反映本装置程序运行的状态。初始状态下，LED灯为熄灭状态。总开关开启后，红灯亮起，表示系统开始运行，各内置模块开始初始化。随后红灯关闭，黄灯开始亮起，表示GPS接收器正在尝试接收信号，当核心控制计算机31获取到GPS信号后，黄灯熄灭绿灯亮起，表示所有程序运行正常，此时绿灯常亮。若绿灯亮起，黄灯仍未熄灭则表示GPS信号接收出错，无法返回有关GPS信息。

如附图1所示，所述支撑板8上还设有超声波测距仪9，超声波测距仪9与核心控制计算机31相连。通过计算超声波之间的时间差来获取距离信息，从而躲避行驶过程中的障碍物，防止船体1因与障碍物发生碰撞而损坏。

如附图4所示，所述核心控制计算机31经通讯接口连接有电压电流检测器33，电压电流检测器33的可测电压范围：0-36V，可测电流范围：DC 0-8A。经程序计算后得出剩余电量百分比等信息，工作人员在终端便能收到该信息，在装置电量较少时，及时回收进行充电。

工作原理：本发明的PH电极29经电缆21与PH检测器32相连，PH检测器32与核心控制计算机31相连，PH检测器32通过PH电极29采集的数据传输给核心控制计算机31，核心控制计算机31将采集的数据上传到云端服务器，云端服务器再发送到指定的终端，以实时获取水质信息，通过在甲板2设置网络摄像机10便可在终端实时监控本装置的工作环境。本发明的第一直流电机35和第二直流电机36通电后带动两个螺旋桨28转动来驱动小船前进，并且电缆21的中部设置在深度调节机构14上，通过核心控制计算机31控制第三直流电机16运行，便可带动主动皮带轮17转动，主动皮带轮17经皮带19带动被动皮带轮18转动，从而带动滚轮20转动，最后控制电缆21上升或下降至特定的深度，在无人驾驶的情况下按指定深度对不同地点进行水样的采集并对水质进行监测。转向时，由核心控制计算机31发出的PWM波信号实现对第一直流电机35和第二直流电机36转速的控制，并通过两个螺旋桨28的转速差完成对本装置的转向控制，转向操作简单且效果好。船体1的侧面还设有稳定侧翼40，在大风天气通过伸开伸缩架43，展开稳定侧翼40，同时稳定侧翼40末端设置了漂浮球13，增大本装置的漂浮力，使得船体1两侧的力臂大大增加，因此，本装置在大风大浪的情况下船体1不易侧翻。同时由于本装置的体积小，收起稳定侧翼40时，无论是在水面宽阔的环境，还是在窄河道或是水沟里，都能畅通行驶，因此，本装置具有不易受水体地形影响的优点。

Claims (10)

1.用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：包括船体(1)，船体(1)的顶部设有甲板(2)，甲板(2)上设有网络摄像机(10)，船体(1)的舱内设有核心控制计算机(31)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)，核心控制计算机(31)经通信接口与网络摄像机(10)、PH检测器(32)、第一直流电机(35)和第二直流电机(36)；所述船体(1)的下方设有PH电极(29)，PH电极(29)经电缆(21)与PH检测器(32)相连，电缆(21)的中部设置在深度调节机构(14)上；所述船体(1)的后侧设有两个导流圆管(22)，两个导流圆管(22)内均设有一个螺旋桨(28)，第一直流电机(35)和第二直流电机(36)分别经传动轴与两个螺旋桨(28)相连，且所述的传动轴贯穿船体(1)的后侧；所述核心控制计算机(31)连接有云端服务器，云端服务器与终端相连；所述船体(1)的两侧还设有稳定侧翼(40)，所述的稳定侧翼(40)包括设置在船体(1)侧面的固定支架(41)，固定支架(41)上设有固定板(42)，固定板(42)的内侧设有第一滑槽(46)，固定板(42)上设有伸缩架(43)，伸缩架(43)的两个底端分别设有一个滑动杆(44)，每个滑动杆(44)的两端均设有滑轮(45)，固定板(42)的内侧设有与所述滑轮(45)相配合的第一滑槽(46)，伸缩架(43)的两个顶端分别设有第一滑板(48)和第二滑板(49)，第一滑板(48)的一侧设有与第二滑板(49)相对应的第二滑槽(50)，且第二滑板(49)的一部分设置在第二滑槽(50)内；所述第一滑板(48)的上下两侧均设有一对卡台(51)，所述卡台(51)上设有紧固槽(54)；所述第一滑板(48)的前部设有安装板(52)，安装板(52)的上下两侧均设有一对U形支撑臂(53)，所述U形支撑臂(53)的末端设有第一凹槽(57)，U形支撑臂(53)的两侧设有第二凹槽(55)，两个第二凹槽(55)均与第一凹槽(57)相连通，第一凹槽(57)的内部固定有弹簧(58)，弹簧(58)的末端设有与紧固槽(54)相对应的锁紧块(59)，锁紧块(59)的两侧分别设有贯穿两个第二凹槽(55)的T形杆(56)；所述安装板(52)的前部连接有漂浮球(13)。

2.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述的甲板(2)上设有固定槽(4)，固定槽(4)内设有自由度云台(5)，所述的自由度云台(5)包括水平舵机(6)和垂直舵机(7)，水平舵机(6)的输出端设有支撑板(8)，垂直舵机(7)设置在支撑板(8)上，且自由度云台(5)经通信接口与核心控制计算机(31)相连，所述网络摄像机(10)与垂直舵机(7)的输出端相连。

3.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述船体(1)的舱内还设有4G通讯模块(34)，4G通讯模块(34)经通讯接口与核心控制计算机(31)相连；所述甲板(2)上设有GPS信号接收器(11)，GPS信号接收器(11)与4G通讯模块(34)上的GPS接口通过天线连接。

4.根据权利要求3所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述甲板(2)上还设有三色指示灯(12)，三色指示灯(12)与核心控制计算机(31)相连。

5.根据权利要求3所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述支撑板(8)上还设有超声波测距仪(9)，超声波测距仪(9)与核心控制计算机(31)相连。

6.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述核心控制计算机(31)经通讯接口连接有电压电流检测器(33)。

7.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述深度调节机构(14)包括设置在甲板(2)上的支撑架(15)，支撑架(15)上设有转动轴(37)，转动轴(37)上固定有滚轮(20)，滚轮(20)上设有第一导向孔(38)，转动轴(37)的一端设有与第一导向孔(38)连通的第二导向孔(39)，所述电缆(21)绕设在滚轮(20)上，且电缆(21)贯穿第一导向孔(38)和第二导向孔(39)；所述船体(1)的后侧还设有多个导向约束环(27)，电缆(21)贯穿每个导向约束环(27)；所述甲板(2)上还设有第三直流电机(16)，第三直流电机(16)的电机轴连接有主动皮带轮(17)，转动轴(37)的另一端设有被动皮带轮(18)，主动皮带轮(17)和被动皮带轮(18)上包覆有皮带(19)。

8.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述PH电极(29)上设有质量块(30)。

9.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述船体(1)的后侧还设有两个支撑块(23)，两个支撑块(23)的底部均设有一个连杆(24)，两个连杆(24)上均设有一块导流板(25)，两块导流板(25)分别设置在两个导流圆管(22)的后方，且每块导流板(25)的侧面均设有导流凸起(26)。

10.根据权利要求1所述的用于水质监测的移动采集装置，其特征在于：所述船体(1)的前部设有安全气囊(3)。