CN110937074A

CN110937074A - 一种小型自动巡航水质监测船

Info

Publication number: CN110937074A
Application number: CN201911308483.0A
Authority: CN
Inventors: 黄礼敏; 郑舒泽; 庄乾铎; 苟志明; 杨建国; 马学文; 王洁; 王義昂
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2019-12-18
Filing date: 2019-12-18
Publication date: 2020-03-31

Abstract

本发明涉及一种小型自动巡航水质监测船，属于环境监测技术领域。本发明通过GPS模块实时定位，并通过避障模块即时对船体周围环境进行检测，芯片一控制电机和舵机进行自动巡航，通过水质采集系统进行水体采样，并通过水质检测模块和图传系统即时对船体周围进行检测，最后将检测的水质信息、时间信息和图像信息通过无线通信模块和无线通信模块发送给上位机。本发明不必监测人员到现场取水就可以监测河道和水库的水质情况，其中当对水面临时指定区域进行水质监测时，可切换成遥控模式，通过遥控器控制，可以快速到达水面临时指定区域内对水质进行监测。本发明减小了船体尺寸，降低了设计及使用成本，能够自动巡航定位，提高了监测水平和工作效率。

Description

一种小型自动巡航水质监测船

技术领域

本发明涉及一种巡航自动控制及水质自动监测船设备，具体是一种小型自动巡航水质监测船，属于环境监测技术领域。

背景技术

河道和水库等水域的水质需要经常监测，如果监测人员每日去现场亲自或使用辅助设备进行水质检测，会浪费大量时间，监测效率十分低。并且水质监测存在多种实施困难——较多不便于到达的水面，例如浅谈，沼泽；传统单点采样，效率低成本高，例如人工采样，固定水质监测点。现有水质监测船的船型较大，转弯半径较大，难以满足形状多变的崎岖蜿蜒河道的水质监测要求；同时运行维护费用高、适用环境范围小，并不能完全达到解决生态问题的水质监测作用。同时，现有的水质监测船不能随地取样与同时监测并行，所以设计一种小型工作效率高、能够自动巡航定位、快速移动到指定水域进行水质检测的设备是非常有必要的。

发明内容

本发明的目的是为了解决检测人员到现场亲自或使用辅助设备进行水质检测效率低的问题而提供一种小型自动巡航水质监测船，是一种小型、高工作效率、能够自动巡航定位、快速移动到指定水域进行水质检测的设备。

本发明的目的是这样实现的：一种小型自动巡航水质监测船，包括船体、自动巡航系统、图传系统、水质监测系统、水质采集系统、遥控器和上位机；船体内部有空腔、水密舱及上甲板舱，水密舱位于船体空腔内部；自动巡航系统包括动力电源、降压模块、分线板、电调、电机一、电机二、舵机、芯片一、无线传输模块一、GPS模块、电磁继电器模块、水泵一、水管道一和无线接收模块一；图传系统包括摄像头、图传模块和无线接收模块二；水质监测系统包括控制电源、PH传感器、温度自动检测仪、TDS自动检测仪、芯片二、无线发射模块三和无线接收模块三；水质采集系统包括水泵二、水囊和水管道二，水管道二和水囊均与水泵二相连。

本发明还包括这样一些结构特征：

1、所述水密舱内安装有动力电源、降压模块、分线板和电磁继电器模块，动力电源与降压模块相连，降压模块与分线板相连，分线板与电磁继电器模块、水泵一、水泵二和图传模块相连。

2、所述船体的上层为甲板舱，甲板仓内安装有芯片一、无线传输模块一、GPS模块、控制电源、PH传感器、温度自动检测仪、TDS自动检测仪、芯片二和无线发射模块三，芯片一与GPS模块、舵机和无线传输模块一相连，电源与芯片二相连，芯片二与PH传感器和温度自动检测仪、TDS自动检测仪和无线发射模块三相连。

3、所述船体前甲板上固定有水密箱，水密箱内安装有摄像头、图传模块和无线传输模块二；图传模块与摄像头和无线传输模块二相连。

4、所述自动巡航系统还包括避障模块，避障模块包括超声波检测模块和红外检测障模块。

5、所述自动巡航系统中，芯片一分别与GPS模块、无线通信模块一和舵机连接，芯片一的第一输出端与电调的输入端连接，芯片一的第二输出端与避障模块的输入端连接，电调的第一输出端与电机一的输入端连接，电调的第二输出端与电机二的输入端连接。

6、所述水质监测系统还包括含氧量自动检测仪、盐度自动检测仪、氯化物自动检测仪和水分自动检测仪；温度自动检测仪、PH传感器、TDS自动检测仪、含氧量自动检测仪、盐度自动检测仪、氯化物自动检测仪和水分自动检测仪均与芯片二连接。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：现有水质监测船的船型较大，转弯半径较大，难以满足形状多变的崎岖蜿蜒河道的水质监测要求；同时使用成本较高，并不能完全达到解决生态问题的水质监测作用；同时，现有的水质监测船不能随地取样与同时监测并行，本发明减小了船体尺寸，降低了设计及使用成本，提高了监测水平；在结构上，本发明整个船体长度1.2m，宽度0.5m，投资小，携带方便；采用双螺旋浆推进器加舵机转向的行进装置，在水面上航行稳定性好，航行速度快；船体防雨水性能好，同时船体内有水密舱，电子设备置于该水密舱内，不会发生破坏。在特征功能上，本发明能够自动巡航定位，可方便快捷到达指定水域，人工干预少；它可按照需求定制监测项目，扩展能力强，自动测验，省时省力；它可以切换成遥控模式，通过遥控器控制，快速到达水面临时指定区域内对水质进行监测，工作效率高，使用方便；它的控制模块分为两部分，芯片一负责控制自动巡航系统，芯片而负责控制水质检测系统，独立运作，当水质检测系统损坏时仍能确保船舶安全返回。在应用特点上，本发明为小型移动式，投资小，携带方便，可代替数量众多的固定监测点；它的水分检测仪检测到船体内含有水分会向上位机发射信号，工作人员对船舱进行检修；它的水质采集系统和水质监测系统分离，水质监测系统对船周围水质进行检测时不影响水质采集系统对预设点的水样采集。同时本发明已经在哈尔滨松花江流域5级风环境下进行实验，结果稳定。

附图说明

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明的控制原理图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

本发明提供一种自动巡航水质监测船，包括船体、自动巡航系统、图传系统、水质监测系统、水质采集系统、遥控器和上位机。所述的船体内部有空腔、水密舱及上甲板舱，水密舱位于船体空腔内部。所述的自动巡航系统，包括动力电源、降压模块、分线板、电调、电机一、电机二、舵机、芯片一、无线传输模块一、GPS模块、电磁继电器模块、水泵一、水管道一和无线接收模块一，具体连接见图2。所述的图传系统，包括摄像头、图传模块和无线接收模块二，具体连接见图2。所述的水质检测系统，包括控制电源、PH和温度自动检测仪、TDS自动检测仪、芯片二、无线发射模块三和无线接收模块三，具体连接见图2。所述的水质采集系统，包括水泵二、水囊和水管道二，水管道二和水囊均与水泵二相连。所述自动巡航系统还包括避障模块，所述的避障模块包括超声波检测模块和红外检测障模块，具体连接见图2。所述水质监测系统还包括氧含量自动检测仪、盐度自动检测仪和氯化物自动检测仪，具体连接见图2。

如附图1所示，是本发明的结构示意图；本发明一种自动巡航水质监测船，包括船体20，所述的船体20内置有自动巡航系统、图传系统、水质监测系统和水质采集系统，所述的自动巡航系统包括动力电源1、降压模块2、分线板3、电磁继电器模块4、电调5、电机6、舵机 9、芯片一7、无线传输模块一10、GPS模块8和水泵一15，所述的图传系统包括摄像头12、图传模块11和无线传输模块二13，所述的水质检测系统包括控制电源17、PH和温度自动检测仪21、TDS自动检测仪22、芯片二19和无线发射模块三19，所述的水质采集系统包括水泵二14、水囊16。

所述的船体内固定水密舱，所述水密舱内安装动力电源1、降压模块2、分线板3和电磁继电器模块4，所述的动力电源与降压模块2相连，所述降压模块2与分线板3相连，所述分线板3与电磁继电器模块4、水泵一15、水泵二14、图传模块11相连。

所述的船体上层为甲板舱，所述甲板仓内固定芯片一7、无线传输模块一10、GPS模块 8、控制电源17、PH和温度自动检测仪21、TDS自动检测仪22、芯片二18和无线发射模块三19，所述芯片一7与GPS模块8、舵机9、无线传输模块一10相连，所述电源17与芯片二18相连，所述芯片二18与PH和温度自动检测仪21、TDS自动检测仪22、无线发射模块三19相连。

所述船体前甲板上固定有水密箱，所述水密箱内固定摄像头12、图传模块11和无线传输模块二13，所述图传模块11与摄像头12、无线传输模块二13相连。

如附图2所示，是本发明的控制原理图；本发明一种自动巡航水质监测船，所述芯片一7分别与GPS模块8、无线通信模块一10和舵机9连接，所述芯片一7的第一输出端与电调5的输入端连接，所述芯片一7的第二输出端与避障模块的输入端连接，所述电调5的第一输出端与电极一6的输入端连接，所述电调5的第二输出端与电极二6的输入端连接。通过 GPS模块8实时定位，芯片一7控制电机6和舵机9进行自动巡航，并通过避障模块即时对船体周围环境进行检测，检测到障碍物时改变局部路线继续巡航。其中当对水面临时指定区域进行水质监测时，可以切换成遥控模式，通过遥控器控制，可以快速到达水面临时指定区域内对水质进行监测。

本发明一种自动巡航水质监测船通过水质采集系统进行水体采样，并通过水质检测模块和图传系统即时对船体周围进行检测，最后将检测的水质信息、时间信息和图像信息通过无线通信模块三和无线通信模块二发送给上位机。其中，水样采集系统由水囊16、水泵二14 等设备构成。所述水质检测模块包括但不限于温度传感器、PH传感器、TDS传感器、含氧量传感器、盐度传感器和氯化物传感器，所述温度传感器、PH传感器、TDS传感器、含氧量传感器、盐度传感器和氯化物传感器均与芯片二连接。所述水质检测系统采用可更换式模块化设计，工作人员可根据实际需求灵活更换或增加水质监测传感器。本发明实施例中采用高精度传感器，实现快速监测，数据实时生成。

综上，本发明公开了一种自动巡航水质监测船，包括船体、自动巡航系统、图传系统、水质监测系统、水质采集系统、遥控器和上位机。通过GPS模块实时定位，并通过避障模块即时对船体周围环境进行检测，芯片一控制电机和舵机进行自动巡航。通过水质采集系统进行水体采样，并通过水质检测模块和图传系统即时对船体周围进行检测，最后将检测的水质信息、时间信息和图像信息通过无线通信模块和无线通信模块发送给上位机。提高了监测效率，不必监测人员到现场取水就可以监测河道和水库的水质情况。其中当对水面临时指定区域进行水质监测时，可以切换成遥控模式，通过遥控器控制，可以快速到达水面临时指定区域内对水质进行监测。

Claims

1.一种小型自动巡航水质监测船，包括船体、自动巡航系统、图传系统、水质监测系统、水质采集系统、遥控器和上位机；其特征在于：所述船体内部有空腔、水密舱及上甲板舱，水密舱位于船体空腔内部；自动巡航系统包括动力电源、降压模块、分线板、电调、电机一、电机二、舵机、芯片一、无线传输模块一、GPS模块、电磁继电器模块、水泵一、水管道一和无线接收模块一；图传系统包括摄像头、图传模块和无线接收模块二；水质监测系统包括控制电源、PH传感器、温度自动检测仪、TDS自动检测仪、芯片二、无线发射模块三和无线接收模块三；水质采集系统包括水泵二、水囊和水管道二，水管道二和水囊均与水泵二相连。

2.根据权利要求1所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述水密舱内安装有动力电源、降压模块、分线板和电磁继电器模块，动力电源与降压模块相连，降压模块与分线板相连，分线板与电磁继电器模块、水泵一、水泵二和图传模块相连。

3.根据权利要求2所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述船体的上层为甲板舱，甲板仓内安装有芯片一、无线传输模块一、GPS模块、控制电源、PH传感器、温度自动检测仪、TDS自动检测仪、芯片二和无线发射模块三，芯片一与GPS模块、舵机和无线传输模块一相连，电源与芯片二相连，芯片二与PH传感器和温度自动检测仪、TDS自动检测仪和无线发射模块三相连。

4.根据权利要求3所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述船体前甲板上固定有水密箱，水密箱内安装有摄像头、图传模块和无线传输模块二；图传模块与摄像头和无线传输模块二相连。

5.根据权利要求4所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述自动巡航系统还包括避障模块，避障模块包括超声波检测模块和红外检测障模块。

6.根据权利要求5所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述自动巡航系统中，芯片一分别与GPS模块、无线通信模块一和舵机连接，芯片一的第一输出端与电调的输入端连接，芯片一的第二输出端与避障模块的输入端连接，电调的第一输出端与电机一的输入端连接，电调的第二输出端与电机二的输入端连接。

7.根据权利要求6所述一种小型自动巡航水质监测船，其特征在于：所述水质监测系统还包括含氧量自动检测仪、盐度自动检测仪、氯化物自动检测仪和水分自动检测仪；温度自动检测仪、PH传感器、TDS自动检测仪、含氧量自动检测仪、盐度自动检测仪、氯化物自动检测仪和水分自动检测仪均与芯片二连接。