CN110779770A - 一种高精度在线多深度地下水自动采集系统 - Google Patents

一种高精度在线多深度地下水自动采集系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种高精度在线多深度地下水自动采集系统，包括数据平台和自动采集设备，数据平台将接受的数据进行处理，自动采集设备负责水样采集工作；自动采集设备包括主机外壳，主机外壳内部由上托板、下托板划分为电气层、储样层和管线层；上托板上表面设置蠕动泵、电池组、电路控制模块，下表面设置一号步进电机和输水管嘴；下托板上表面设置存样瓶，下表面设置二号步进电机；二号步进电机与绕管盘通过联轴器连接，绕管盘与主机外壳通过轴承连接，吸水管缠绕于绕管盘，吸水管一端与蠕动泵连接，另一端与过滤器连接。本发明实现长时期、多时刻、多区域、多深度自动化取水，取样效果好，整体体积小，便于携带，大大提高了取样的灵活性。

Description

一种高精度在线多深度地下水自动采集系统
技术领域
本发明涉及一种地下水采集系统，更具体的说，是涉及一种高精度在线多深度地下水自动采集系统。
背景技术
地下水采集一直是环境科研工作者的科研内容之一，了解地下水的特性，掌握多深度、多时间、多空间下地下水的变化，对深入研究相关涉及课题有着重要的意义。
目前，市面上销售的自动取样器大多体积庞大，但由于地下水的采集位置往往各种各样，地形复杂多变，因此对设备的便携性提出了较大的要求。同时，由于科研的精确性要求，地下水的采集工作往往时长期持续的，因此人工重复采集会消耗大量的人力物力与时间，所以亟需一种高精度在线多深度地下水自动采集系统。
发明内容
本发明的目的是为了克服现有技术中的不足，提出一种高精度在线多深度地下水自动采集系统，实现长时期、多时刻、多区域、多深度自动化取水，取样效果好，整体体积小且呈圆柱形，便于携带，大大提高了取样的灵活性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的。
本发明高精度在线多深度地下水自动采集系统，包括数据平台和至少一个自动采集设备，所述数据平台用于将接受的数据进行处理，每个所述自动采集设备用于负责水样采集工作；
所述数据平台通过互联网的方式连接设备端与用户端(PC端、移动客户端)；通过设备端现场设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数，现场参数同步更新至数据平台；或通过用户端(PC端、移动客户端)设置参数，得到实时的水位数据，并设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数；各深度默认以绝对海拔显示，设置相对高程；各采集设备的位置信息通过设备自带的GPS定位后由设备端发送至数据平台，数据平台处理推送至用户端(PC端、移动客户端)；取样记录生成报告，以excel导出；
所述自动采集设备包括主机外壳，所述主机外壳内部从上至下依次由上托板、下托板划分为电气层、储样层和管线层；所述上托板上表面设置有蠕动泵、电池组、电路控制模块，下表面设置有一号步进电机和输水管嘴，所述一号步进电机与输水管嘴物理连接，带动输水管嘴转动，所述输水管嘴一端经输水管与蠕动泵连接，另一端悬空；
所述下托板上表面设置有存样瓶，下表面设置有二号步进电机；所述存样瓶放在下托板上表面的托槽中，每一个托槽设有编号，与电路控制模块内预设的编号位置保持一致；所述二号步进电机与下托板物理连接，所述二号步进电机与绕管盘通过联轴器物理连接，所述绕管盘与主机外壳底部间通过轴承物理连接，所述吸水管缠绕于绕管盘，所述吸水管一端与蠕动泵连接，另一端穿过主机外壳底部槽孔与过滤器物理连接，所述过滤器上固定设置有液位传感器；
所述电路控制模块与蠕动泵、电池组、一号步进电机、二号步进电机、液位传感器电气连接。
所述主机外壳顶部设有可开合的盖体，盖体内圈设有橡胶密封圈，盖体通过扣盖关闭扣合，以保证设备上部的密封性。
所述主机外壳与上托板通过卡槽物理连接；所述主机外壳与下托板通过卡槽物理连接。
所述上托板与下托板均在边缘设置有防水橡胶密封圈，以保证各层之间的密封性。
所述电路控制模块包括MCU中央处理器，所述MCU中央处理器分别连接有LCD液晶显示模块、按键输入模块、RTC实时时钟系统模块、GPRS模块、GPS模块、电机驱动模块、用于连接蠕动泵的蠕动泵通讯接口、用于连接电池组的电源接口、用于连接液位传感器的液位传感器通讯接口；所述电机驱动模块设置为两个，其中一个连接一号步进电机通讯接口，另一个连接二号步进电机通讯接口。
与现有技术相比，本发明的技术方案所带来的有益效果是：
(1)本发明整体体积小，便携性极高，大大提高了设备运输的便利性；
(2)本发明设备内置GPS，放置在取水点后，可通过PC端、移动客户端远程设置多个取水深度，每个深度可单独设定取水时间、取水重量与取水数量。现场网络信号不佳时，也可通过设备实体按键进行现场参数设置。
(3)本发明可实时查看设备点位，在线对各个取水点位进行整体把控；
(4)参数设置结束后无需人工监管，设备自动完成复杂取样工作，且可长期工作，实现长时期、多时刻、多区域、多深度自动化取水。
附图说明
图1是本发明的系统结构示意图；
图2是本发明中自动采集设备的外观示意图；
图3是本发明中自动采集设备的结构示意图图；
图4是本发明中电路控制模块的原理框图。
附图标记：1主机外壳，2吸水管，3输水管，4电路控制模块，5电池组，6蠕动泵，7一号步进电机，8存样瓶，9上托板，10输水管嘴，11下托板，12二号步进电机，13绕管盘，14过滤器，15液位传感器。
具体实施方式
下面结合附图对本发明详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。
如图1至图4所示，本发明高精度在线多深度地下水自动采集系统，由数据平台和至少一个自动采集设备组成，所述数据平台用于将接受的数据进行处理，每个所述自动采集设备用于负责水样采集工作。
所述数据平台(即含有数据库的主服务器)通过互联网的方式连接设备端与用户端(PC端、移动客户端)；可以通过设备端现场设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数，现场参数同步更新至数据平台；也可以通过用户端(PC端、移动客户端)设置参数，得到实时的水位数据，并可设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数；各深度默认以绝对海拔显示，也可设置相对高程；各采集设备的位置信息通过设备自带的GPS定位后由设备端发送至数据平台，数据平台处理推送至用户端(PC端、移动客户端)，在用户端(PC端、移动客户端)，用户可以实时查看在线设备的平面地理位置、工作状态，设置参数；取样记录可生成报告，报告含有取样时间、取样地点(以X,Y,Z空间坐标信息展示)、取样备注信息、取样水量、取样点位编号、取样高程、实际水深等，报告以excel导出。
所述自动采集设备包括主机外壳1，所述主机外壳1内部从上至下依次由上托板9、下托板11划分为电气层、储样层和管线层，共计三层，每一层均可拆卸。所述主机外壳1顶部设有可开合的盖体，盖体内圈设有橡胶密封圈，盖体通过扣盖关闭扣合，以保证设备上部的密封性。所述主机外壳1与上托板9通过卡槽物理连接；所述主机外壳1与下托板11通过卡槽物理连接；所述上托板9与下托板11均在边缘设置有防水橡胶密封圈，以保证各层之间的密封性。
所述主机外壳1中的上托板9上表面设置有蠕动泵6、电池组5、电路控制模块4；所述蠕动泵6与吸水管2物理连接，所述蠕动泵6与输水管3物理连接。所述主机外壳1中的上托板9下表面设置有一号步进电机7和输水管嘴10，一号步进电机7与输水管嘴10物理连接，步进电机7的转动带动输水管嘴10的转动；所述输水管嘴10一端经输水管3与蠕动泵6连接，另一端悬空。所述电池组5放于电池槽中，电池槽与上托板9物理连接；所述蠕动泵6与上托板9物理连接；上托板9与一号步进电机7物理连接；所述输水管3与输水管嘴10物理连接。
所述主机外壳1中的下托板11上表面设置有存样瓶8，下表面设置有二号步进电机12。所述存样瓶8放在下托板11上表面的托槽中，每一个托槽设有编号，与电路控制模块4内预设的编号位置保持一致。所述二号步进电机12与下托板11物理连接；所述二号步进电机12与绕管盘13通过联轴器物理连接，所述绕管盘13与主机外壳10底部间通过轴承物理连接，所述吸水管2缠绕于绕管盘13，所述吸水管2一端与蠕动泵6连接，另一端穿过主机外壳1底部中央设置的槽孔与过滤器14物理连接，所述过滤器14上固定设置有液位传感器15。
所述电路控制模块4分别与蠕动泵6、电池组5、一号步进电机7、二号步进电机12、液位传感器15电气连接。所述电路控制模块4包括MCU中央处理器，所述MCU中央处理器分别连接有LCD液晶显示模块、按键输入模块、RTC实时时钟系统模块、GPRS模块、GPS模块、电机驱动模块、蠕动泵通讯接口、电源接口、液位传感器通讯接口；所述电机驱动模块设置为两个，其中一个连接一号步进电机通讯接口，另一个连接二号步进电机通讯接口。具体地，蠕动泵6与蠕动泵通讯接口连接、一号步进电机7与一号步进电机通讯接口连接、二号步进电机12与二号步进电机通讯接口连接、电池组5与电源接口连接、液位传感器15与液位传感器通讯接口连接。
本发明的工作过程：通过现场设定或者远程用户端(PC端、移动客户端)设定参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度。电路控制模块4结合GPS系统，计算出需要下降的吸水管管线长度，到达设定取样时刻前10分钟，电路控制模块4控制二号步进电机12开始工作，二号步进电机12转动，当转动步数达到对应值后，吸水管2的吸水端到达指定深度，等待作业。与此同时，电路控制模块4控制一号步进电机7开始工作，一号步进电机7旋转带动输水管嘴10到达对应编号的存样瓶瓶口。时间到达设定取样时刻后，电路控制模块4控制蠕动泵6开始工作，地下水通过过滤器14进入吸水管2，再经由输水管3通过输水管嘴10进入存样瓶8。当取样质量达到设定值后，电路控制模块4控制蠕动泵6停止工作。液位传感器反馈实际液位，电路控制模块4通过GPRS模块将取水状态实时反馈至数据平台，同时用户端(PC端、移动客户端)可实时查看在线设备的平面地理位置、工作状态、设置参数；取样记录可生成报告，报告含有取样时间、取样地点(以X,Y,Z空间坐标信息展示)、取样备注信息、取样水量、取样点位编号、取样高程、实际水深等，报告以excel导出。
尽管上面结合附图对本发明的功能及工作过程进行了描述，但本发明并不局限于上述的具体功能和工作过程，上述的具体实施方式仅仅是示意性的，而不是限制性的，本领域的普通技术人员在本发明的启示下，在不脱离本发明宗旨和权利要求所保护的范围情况下，还可以做出很多形式，这些均属于本发明的保护之内。

Claims (5)

1.一种高精度在线多深度地下水自动采集系统，其特征在于，包括数据平台和至少一个自动采集设备，所述数据平台用于将接受的数据进行处理，每个所述自动采集设备用于负责水样采集工作；
所述数据平台通过互联网的方式连接设备端与用户端(PC端、移动客户端)；通过设备端现场设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数，现场参数同步更新至数据平台；或通过用户端(PC端、移动客户端)设置参数，得到实时的水位数据，并设置设备参数，包括取样时刻、取样重量、取样深度、取样个数；各深度默认以绝对海拔显示，设置相对高程；各采集设备的位置信息通过设备自带的GPS定位后由设备端发送至数据平台，数据平台处理推送至用户端(PC端、移动客户端)；取样记录生成报告，以excel导出；
所述自动采集设备包括主机外壳(1)，所述主机外壳(1)内部从上至下依次由上托板(9)、下托板(11)划分为电气层、储样层和管线层；所述上托板(9)上表面设置有蠕动泵(6)、电池组(5)、电路控制模块(4)，下表面设置有一号步进电机(7)和输水管嘴(10)，所述一号步进电机(7)与输水管嘴(10)物理连接，带动输水管嘴(10)转动，所述输水管嘴(10)一端经输水管(3)与蠕动泵(6)连接，另一端悬空；
所述下托板(11)上表面设置有存样瓶(8)，下表面设置有二号步进电机(12)；所述存样瓶(8)放在下托板(11)上表面的托槽中，每一个托槽设有编号，与电路控制模块(4)内预设的编号位置保持一致；所述二号步进电机(12)与下托板(11)物理连接，所述二号步进电机(12)与绕管盘(13)通过联轴器物理连接，所述绕管盘(13)与主机外壳(10)底部间通过轴承物理连接，所述吸水管(2)缠绕于绕管盘(13)，所述吸水管(2)一端与蠕动泵(6)连接，另一端穿过主机外壳(1)底部槽孔与过滤器(14)物理连接，所述过滤器(14)上固定设置有液位传感器(15)；
所述电路控制模块(4)与蠕动泵(6)、电池组(5)、一号步进电机(7)、二号步进电机(12)、液位传感器(15)电气连接。
2.根据权利要求1所述的高精度在线多深度地下水自动采集系统，其特征在于，所述主机外壳(1)顶部设有可开合的盖体，盖体内圈设有橡胶密封圈，盖体通过扣盖关闭扣合，以保证设备上部的密封性。
3.根据权利要求1所述的高精度在线多深度地下水自动采集系统，其特征在于，所述主机外壳(1)与上托板(9)通过卡槽物理连接；所述主机外壳(1)与下托板(11)通过卡槽物理连接。
4.根据权利要求1所述的高精度在线多深度地下水自动采集系统，其特征在于，所述上托板(9)与下托板(11)均在边缘设置有防水橡胶密封圈，以保证各层之间的密封性。
5.根据权利要求1所述的高精度在线多深度地下水自动采集系统，其特征在于，所述电路控制模块(4)包括MCU中央处理器，所述MCU中央处理器分别连接有LCD液晶显示模块、按键输入模块、RTC实时时钟系统模块、GPRS模块、GPS模块、电机驱动模块、用于连接蠕动泵(6)的蠕动泵通讯接口、用于连接电池组(5)的电源接口、用于连接液位传感器(15)的液位传感器通讯接口；所述电机驱动模块设置为两个，其中一个连接一号步进电机通讯接口，另一个连接二号步进电机通讯接口。
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