CN111505232A - 一种智能化水质检测系统及方法 - Google Patents

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Abstract

一种智能化水质检测系统及检测方法,包括漂浮框架，漂浮框架上侧固定设有箱体，箱体内固定有支撑板，支撑板将箱体的内空间分为上区间、下区间，其中，上区间内安装有无线控制单元，下区间内安装有伸缩机构，伸缩机构上端与上区间内的驱动电机输出轴连接，伸缩机构下端伸出箱体、漂浮框架外并与检测探头连接，检测探头通过控制电路与无线控制单元连接。本发明提供的一种智能化水质检测系统及检测方法，可自动实时完成水体检测，简单方便。

Description

一种智能化水质检测系统及方法
技术领域
本发明涉及水质检测技术领域，尤其是一种智能化水质检测系统。
背景技术
水是生命不可缺少的要素之一，是人类生活和生产活动不可缺少的资源，也是制约经济和社会发展的重要因素，随着工业技术的不断发展，社会不断进步，人们的生活水平越来越高，但是工业的高速发展也带来了生态环境的破坏，尤其是水资源的污染，水是生命之源，保护水资源不受污染已经成为重中之重的工作，当前，我国水环境污染的状况日益严重，加强水资源管理，保障水资源安全成为关系国计民生的大事，因此，研究污染源水质在线自动监测系统，对加强我国水环境管理，提高水质监测技术水平具有重要意义。
水质自动监测在国外起步较早，我国在水质自动监测、移动快速分析等预警预报体系建设方面尚处于探索阶段。1998年以来，我国已先后在七大水系的10个重点流域建成了100个国家地表水水质自动监测站，各地方根据环境管理需要，也陆续建立了400多个地方级地表水水质自动监测站，实现了水质自动监测周报。目前国内所用的自动化监测系统多为国外进口设备，水质自动化监测装置在制造上已不能满足快速发展的水质监测的需要，因此，国产化自动监测仪有广阔的开发前景和潜在的销售市场。
其中专利号为CN106323943A，公开了一种水质检测系统，包括水质传感器、无线传感器网络以及接收终端；水质传感器包括外壳，外壳内设有光学系统，光学系统连接光电转换单元，光电转换单元将信号数据传输至数据处理单元，数据处理单元通过通信单元将数据发射出去，还包括锂电池，锂电池通过电缆连接通信单元。该发明采用拉曼散射技术，利用安装在传感器末端的光电转换和分析单元自动分析水质的颗粒物含量检测数据通过有线或者无线方式发送到接收端，系统可以采用播撒方式布置到测量区域，采用无线传感器网络进行数据收集，系统自带电池，回收方便，安装简单，整机体积减小，智能化水平高，安全性好，既满足分布式水质PPM测量的功能要求，又可以实现水质网络在线检测。
但是该发明的方案只能对水质进行单一的检测，由于河水的深度不同，河水的污染程度则不同，从而该发明的方案只能够对单一的对河水的固定深度进行检测，无法准确的获得河水的水质污染程度。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种智能化水质检测系统, 能够对不同深度的河水进行检测,较全面获得河水的水质污染状态。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：
一种智能化水质检测系统,包括漂浮框架，漂浮框架上侧固定设有箱体，箱体内固定有支撑板，支撑板将箱体的内空间分为上区间、下区间，其中，上区间内安装有无线控制单元，下区间内安装有伸缩机构，伸缩机构上端与上区间内的驱动电机输出轴连接，伸缩机构下端伸出箱体、漂浮框架外并与检测探头连接，检测探头通过控制电路与无线控制单元连接。
所述漂浮框架包括安装板，安装板下端固定有推进器、浮筒。
所述安装板四周设有第三丝杆，第三丝杆与安装板螺纹连接。
所述水质检测仪本体包括蓄电池、第一控制模块、无线收发模块、报警模块；所述第一控制模块分别连接无线收发模块、报警模块、检测探头；所述蓄电池分别连接第一控制模块、无线收发模块、报警模块，用于为这些模块提供电源；所述无线收发模块与终端模块无线通讯连接。
所述伸缩机构包括第一丝杆，第一丝杆与内螺纹套筒螺纹连接，内螺纹套筒外左右设有滑板，滑板与箱体下端开口滑动配合，滑板上端设有限位挡块，限位挡块位于下区间中并对内螺纹套筒移动距离进行限位。
所述检测探头外设有防护机构，防护机构包括防护网、固定环；所述防护网固定在检测探头的外部，防护网上端安装有插环，插环左右固定有第二丝杆，所述固定环固定在内螺纹套筒下端的安装板上，固定环上设有环形插槽、插孔，固定环通过环形插槽与插环插接；第二丝杆穿过插孔并通过螺纹环锁紧。
所述螺纹环的上侧均固定设有齿形转动环。
一种智能化水质检测系统进行水质检测的方法，包括以下步骤：
步骤1）、操作遥控器上的按钮，使检测探头复位，即将检测探头缩回到安装板内；随后通过气泵对浮筒进行充气，充气完成后，将该装置下放到水中。
步骤2）、操作遥控器上的按钮，使推进器动作，该装置最终移动到指定位置。
步骤3）、操作遥控器上的按钮，使驱动电机启动，驱动电机带动伸缩机构伸长一定距离，使得检测探头到达指定深度。
步骤4）、随即进行检测，当河水的水质被污染时，检测探头能够检测出河水中的水的质量，检测探头将水质的信号发送至水质检测仪本体，水质检测仪本体的控制器对检测探头检测到的信号进行分析处理，当水质污染程度超过设定的阈值时，第一控制模块控制报警模块发出报警提示。报警模块能够根据河水的污染程度，实现不同颜色的灯亮起；与此同时，第一控制模块将水质信号通过无线收发模块发生至终端模块，终端模块能够对水质实时监测、生成曲线图、并形成历史数据存储。
步骤5）、当一处完成检测后，重复步骤2）-步骤3），进行另一处的检测，直到最终完成所有检测。
步骤6）、完成检测后，操作遥控器上的按钮，使检测探头复位；然后使推进器动作，最终将该装置移至岸上，对浮筒进行放气即可。
在浅水域进行检测时,可直接将第二丝杆螺纹旋入水中插好即可。
本发明一种智能化水质检测系统及检测方法，具有以下技术效果：
1）、通过设置在箱体内部的水质检测仪本体、以及设置在内螺纹套筒上的检测探头，检测探头伸入在河水中，当河水的水质被污染时，检测探头能够检测出河水中的水的质量，检测探头将水质的信号发送至水质检测仪本体，水质检测仪本体的控制器对检测探头检测到的信号进行分析处理，当水质污染程度超过设定的阈值时，控制器控制报警模块发出报警提示。报警模块能够根据河水的污染程度，实现不同颜色的灯亮起；与此同时，控制器将水质信号通过无线收发模块发生至终端模块，终端模块能够对水质实时监测、生成曲线图、并形成历史数据存储。
2）、通过设置在箱体内部的驱动电机、第一丝杆、内螺纹套筒、安装板、检测探头、限位滑板和限位挡块，驱动电机能够带动第一丝杆旋转，第一丝杆能够推动内螺纹套筒从箱体的内部伸出，从而能够使得检测探头伸入在河水的不同深度中，进而能够对河水的不同深度进行检测。
3）、通过在检测探头外设置防护网、插环、固定环、第二丝杆、螺纹环和转动环，防护网能够将检测探头进行隔离，从而能够对检测探头进行保护。通过设置在固定环和插环之间的第二丝杆、螺纹环和转动环，当需要对检测探头进行维护时，工作人员手部调节转动环，转动环能够带动螺纹环旋转，使得螺纹环从第二丝杆上取出，这样能够将插环与固定环拆卸，从而能够快速对检测探头进行维护。
4）、通过设置可移动的漂浮框架，利用环形漂浮气囊保证整体漂浮且稳定，利用推进器进行制定移动，可按需求移动到相应的位置并进行不同深度的检测，保证该装置满足实际需求。
5）、这里设置简单的丝杠伸缩机构，可减少体积，也减少在水中时的撞击。另外，针对一些污染严重的水域，由于丝杠伸缩机构位于该装置的中心，可减少携带水体中过多的杂物（如可能漂浮的垃圾、杂草等），且粘附杂物后不会影响该装置整体的平衡，保证运行平稳。
6）、该装置可实现深水浴和浅水域采取两种不同方式定位来完成检测，简单方便。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明：
图1为本发明的主示意图。
图2为本发明中检测探头外部保护装置的示意图。
图3为本发明中水质检测仪本体的电路框图。
图4为本发明中驱动电机的电路框图。
图5为本发明中漂浮框架的结构示意图。
图6为本发明中漂浮框架的结构示意图。
图7为本发明工作状态示意图。
具体实施方式
如图1所示，一种智能化水质检测系统，包括漂浮框架1，漂浮框架1的上侧固定设有透明密封的箱体2，箱体2的内部上侧水平设有支撑板3，支撑板3的四周侧壁均与箱体2的四周内侧壁固定连接，并将箱体2的内空间分为上区间2-1、下区间2-2。
支撑板3的上表面右侧安装有水质检测仪本体6，所述水质检测仪本体6包括蓄电池4、第一控制模块5、第一无线收发模块7、报警模块8。
另外，在支撑板3的上表面左侧安装有第二控制模块28、第二无线收发模块29。
所述第一控制模块5分别连接第一无线收发模块7、报警模块8、检测探头13。
所述第二控制模块28分别连接第二无线收发模块29、驱动电机9、推进器1-2。
所述蓄电池4分别连接第一控制模块5、第一无线收发模块7、报警模块8、第二控制模块28、第二无线收发模块29,用于为这些模块提供电源。
所述第一无线收发模块7与终端模块无线通讯连接。
所述第二无线收发模块29与遥控器30无线通讯连接。
所述第一无线收发模块7、第二无线收发模块29采用WLK01L39无线通信器，配置WLK01L39为正常收发模式，可以通过串口与第一控制模块5实现数据收发通信。
所述蓄电池4采用大容量12V锂聚合物电池。
所述终端模块采用PC机或者笔记本电脑，PC机或者笔记本电脑连接有一个无线信号接收端，用于接收第一无线收发模块7传送的信号。所述报警模块8采用带蜂鸣器的ST45L多层警示灯，带红、黄、绿三色指示。所述第一控制模块5、第二控制模块28采用STM32F767IGT6处理器。
另外，在箱体2的顶部内壁且靠近中心的位置处固定设有驱动电机9，驱动电机9的输出端通过联轴器固定设有第一丝杆10，第一丝杆10远离驱动电机9的一端向下依次贯穿支撑板3的表面和箱体2的底部，且第一丝杆10远离驱动电机9的一端延伸至漂浮框架1的下方。
第一丝杆10的杆壁螺纹设置有内螺纹套筒11，内螺纹套筒11外镀锌防锈。内螺纹套筒11的下端延伸至漂浮框架1的下方。内螺纹套筒11下底端固定设有安装板12，安装板12的下表面中心处固定设有检测探头13。
检测探头13的内部设置有PH传感器、浊度传感器、溶解氧传感器、水温传感器和电导率传感器组成。
所述PH值传感器采用Sensorex 水质PH传感器。
所述浊度传感器采用梅特勒-托利多的InPro 8300 RAMS系列浊度传感器。
所述溶氧传感器采用FIGARO 溶解氧传感器 - KDS-25B。
所述水温传感器采用型号:CH-SBWZTA-B-PT100温度传感器。
所述电导率传感器采用GLI 3400系列电导率传感器。
PH传感器可以对水中的PH值进行实时监测；浊度传感器可以对水中的浑浊程度进行实时监测；溶解氧传感器可以对水中的溶解度进行实时监测；水温传感器可以对水中的水温进行实时监测；电导率传感器可以对水中的电导率进行实时监测。
检测探头13通过数据采集处理模块连接第一控制模块5。所述数据采集处理模块包括依次连接的信号放大电路，信号滤波电路、A/D转换电路，所述信号放大电路采用MAX4196芯片，实现传感器检测信号的放大；所述信号滤波电路采用二阶低通ButterWorth滤波电路，滤除传感器信号中的其他干扰杂波；所述A/D转换电路采用ADC0808芯片，实现传感器检测信号的数字转换。
驱动电机9能够带动第一丝杆10旋转，第一丝杆10能够推动内螺纹套筒11从箱体2的内部伸出，从而能够使得检测探头13伸入在河水的不同深度中，进而能够对河水的不同深度进行检测；当需要对河水更深的深度进行检测时，再继续启动驱动9电机工作，驱动电机9能够带动第一丝杆10旋转，旋转的第一丝杆10能够使得内螺纹套筒11持续向下移动，当内螺纹套筒11移动至河水的更深的深度之后，停止驱动电机9工作，此时内螺纹套筒11上的检测探头13停止在河水更深处，进而能够对河水的不同深度进行检测时。
这里的驱动电机9为伺服电机，灵敏度高，检测探头13下移的深度通过控制器控制伺服电机的旋转时间实现。这里设置简单的丝杠伸缩机构，可减少在水中时的撞击。另外，针对一些污染严重的水域，由于丝杠伸缩机构位于该装置的中心，可减少携带水体中过多的杂物（如可能漂浮的垃圾、杂草等），且粘附杂物后不会影响该装置整体的平衡。
另外，在内螺纹套筒11的筒壁设置有限位机构，限位机构包括限位滑板23和限位挡块24。限位滑板23呈左右对称固定设置于内螺纹套筒11的筒壁上，内螺纹套筒11的筒壁与箱体2的贯穿处开设有与限位滑板23相配合的限位滑槽。限位挡块24分别固定设置于两个限位滑板23的侧壁上顶部。该结构有利于检测探头13定向稳定下移、且避免滑脱。
如图2所示，检测探头13的外部设置有防护机构，防护机构包括防护网14、插环15和固定环16。防护网14位于检测探头13的外部，防护网14的开口处与插环15固定连接。固定环16固定设置于安装板12的圆周壁上，固定环16的下侧开设有环形插槽，插环15位于环形插槽的内部，插环15的上表面左右两侧均固定设有第二丝杆17。固定环16的环形插槽的槽底开设有用于第二丝杆17穿过的插孔，两个第二丝杆17均穿过插孔并延伸至固定环16的上侧。第二丝杆17通过螺纹环18锁紧。
另外，在螺纹环18顶端带有齿状的转动环19，当需要对检测探头13进行维护时，工作人员手部转动一侧的转动环19，转动环19能够带动螺纹环18旋转，使得螺纹环18从第二丝杆17上取出。然后再转动另一侧的转动环19，将另一侧的螺纹环18从另一侧的第二丝杆17上取出，能够将插环15与固定环16之间拆卸，从而能够对检测探头13进行维护。
如图1所示，固定机构包括第三丝杆20和转盘21，漂浮框架1的左右前后均开设有螺纹孔，第三丝杆20通过螺纹孔螺纹设置于漂浮框架1上，第三丝杆20的下端均延伸至漂浮框架1的下方，第三丝杆20的上端均延伸至漂浮框架1的顶部并分别于转盘21固定连接，当漂浮框架1不需要在河水的表面移动时，工作人员手部转动转盘21使得第三丝杆20旋转并向下移动，第三丝杆20在旋转向下移动时会与河水的底部接触，工作人员再持续转动转盘21并使得第三丝杆20旋入至河底内部，进而能够对漂浮框架1进行固定，避免漂浮框架1在河水的表面漂浮移动。
两个第三丝杆20的下端均为尖端设置。方便快速插入到水中。
如图4-5所示，所述漂浮框架1包括安装板1-1，安装板1-1下端固定有推进器1-2、浮筒22。这里的浮筒22为吹气式浮筒，且为环状结构，保证该装置漂浮在水体表面。这里的推进器1-2为4组，左右各两组且分别通过独立的防水电机驱动。
如图6所示，这里：第一无线收发模块7与岸上的无线接收器25无线通讯连接。无线接收器25与通过数字信号转换器26及笔记本电脑27的10COM1端口相连接，笔记本电脑给无线接收器25供电。
第二无线收发模块29与岸上的遥控器30无线通讯连接。遥控器30上设有驱动电机9、推进器1-2启停按钮，检测探头13复位按钮、检测探头13伸出不同段长度的多个按钮、推进器1-2前进、后退按钮、换向按钮等。
另外，第一控制模块5与报警模块8之间通过导线连接，当河水的水质被污染时，检测探头13能够检测出河水中的水的质量，检测探头13将水质的信号发送至水质检测仪本体6，水质检测仪本体6将信号发生至第一控制模块5，第一控制模块5控制报警模块8发生报警。
这里的报警模块8为声光报警器，工作，报警模块8根据河水的污染程度使得不同颜色的灯亮起，与此同时第一控制模块5通过第一无线收发模块7将信号发射至接收设备并提醒工作。
报警模块8采用红灯、黄灯和蓝灯报警灯，当水质污染严重时，红灯亮起，当水质污染中度时，黄灯亮起，当水质污染轻度时，蓝灯亮起。
工作原理及过程：
步骤1）、操作遥控器30上的按钮，使检测探头13复位，即将检测探头13缩回到安装板1-1内；这样减少转移过程中碰撞带来的损伤；随后通过气泵对浮筒22进行充气，充气完成后，将该装置下放到水中。
步骤2）、操作遥控器30上的按钮，使推进器1-2动作，该装置最终移动到指定位置。
步骤3）、操作遥控器30上的按钮，使驱动电机9启动，驱动电机9带动伸缩机构伸长一定距离，使得检测探头13到达指定深度。
步骤4）、随即进行检测，当河水的水质被污染时，检测探头13能够检测出河水中的水的质量，检测探头13将水质的信号发送至水质检测仪本体6，水质检测仪本体6的控制器对检测探头13检测到的信号进行分析处理，当水质污染程度超过设定的阈值时，第一控制模块5控制报警模块8发出报警提示。报警模块8能够根据河水的污染程度，实现不同颜色的灯亮起；与此同时，第一控制模块5将水质信号通过无线收发模块发生至终端模块，终端模块能够对水质实时监测、生成曲线图、并形成历史数据存储。
步骤5）、当一处完成检测后，重复步骤2）-步骤3），进行另一处的检测，直到最终完成所有检测。
步骤6）、完成检测后，操作遥控器30上的按钮，使检测探头13复位；然后使推进器1-2动作，最终将该装置移至岸上，对浮筒22进行放气即可。

Claims (9)

1.一种智能化水质检测系统,其特征在于： 包括漂浮框架（1），漂浮框架（1）上侧固定设有箱体（2），箱体（2）内固定有支撑板（3），支撑板（3）将箱体（2）的内空间分为上区间（2-1）、下区间（2-2），其中，上区间（2-1）内安装有水质检测仪本体（6），下区间（2-2）内安装有伸缩机构，伸缩机构上端与上区间（2-1）内的驱动电机（9）输出轴连接，伸缩机构下端伸出箱体（2）、漂浮框架（1）外并与检测探头（13）连接，检测探头（13）与水质检测仪本体（6）连接。
2.根据权利要求1所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于：所述漂浮框架（1）包括安装板（1-1），安装板（1-1）下端固定有推进器（1-2）、浮筒（22）。
3.根据权利要求2所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于：所述安装板（1-1）四周设有第三丝杆（20），第三丝杆（20）与安装板（1-1）螺纹连接。
4.根据权利要求1所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于： 所述水质检测仪本体（6）包括蓄电池（4）、第一控制模块（5）、第一无线收发模块（7）、报警模块（8）；所述第一控制模块（5）分别连接第一无线收发模块（7）、报警模块（8）、检测探头（13）；所述蓄电池（4）分别连接第一控制模块（5）、第一无线收发模块（7）、报警模块（8）,用于为这些模块提供电源；所述第一无线收发模块（7）与终端模块无线通讯连接。
5.根据权利要求1所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于：所述伸缩机构包括第一丝杆（10），第一丝杆（10）与内螺纹套筒（11）螺纹连接，内螺纹套筒（11）外左右设有滑板（23），滑板（23）与箱体（2）下端开口滑动配合，滑板（23）上端设有限位挡块（24），限位挡块（24）位于下区间（2-2）中并对内螺纹套筒（11）移动距离进行限位。
6.根据权利要求5所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于：所述检测探头（13）外设有防护机构，防护机构包括防护网（14）、固定环（16）；所述防护网（14）固定在检测探头（13）的外部，防护网（14）上端安装有插环（15），插环（15）左右固定有第二丝杆（17），所述固定环（16）固定在内螺纹套筒（11）下端的安装板（12）上，固定环（16）上设有环形插槽、插孔，固定环（16）通过环形插槽与插环（15）插接；第二丝杆（17）穿过插孔并通过螺纹环（18）锁紧。
7.根据权利要求6所述的一种智能化水质检测系统，其特征在于：所述螺纹环（18）的上侧均固定设有齿形转动环（19）。
8.根据权利要求1-7所述的一种智能化水质检测系统进行水质检测的方法，包括以下步骤：
步骤1）、操作遥控器（30）上的按钮，使检测探头（13）复位，即将检测探头（13）缩回到安装板（1-1）内；随后通过气泵对浮筒（22）进行充气，充气完成后，将该装置下放到水中；
步骤2）、操作遥控器（30）上的按钮，使推进器（1-2）动作，该装置最终移动到指定位置；
步骤3）、操作遥控器（30）上的按钮，使驱动电机（9）启动，驱动电机（9）带动伸缩机构伸长一定距离，使得检测探头（13）到达指定深度；
步骤4）、随即进行检测，当河水的水质被污染时，检测探头（13）能够检测出河水中的水的质量，检测探头（13）将水质的信号发送至水质检测仪本体（6），水质检测仪本体（6）的控制器对检测探头（13）检测到的信号进行分析处理；当水质污染程度超过设定的阈值时，第一控制模块（5）控制报警模块（8）发出报警提示；报警模块（8）能够根据河水的污染程度，实现不同颜色的灯亮起；与此同时，第一控制模块（5）将水质信号通过无线收发模块发生至终端模块，终端模块能够对水质实时监测、生成曲线图、并形成历史数据存储；
步骤5）、当一处完成检测后，重复步骤2）-步骤3），进行另一处的检测，直到最终完成所有检测；
步骤6）、完成检测后，操作遥控器（30）上的按钮，使检测探头（13）复位；然后使推进器（1-2）动作，最终将该装置移至岸上，对浮筒（22）进行放气即可。
9.根据权利要求8所述的一种智能化水质检测方法，其特征在于：在浅水域进行检测时,可直接将第二丝杆（17）螺纹旋入水中插好即可。
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