CN111855299A - 一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其技术方案为：包括遥控器、信息处理控制器、取样器升降线缆、取样控制器、取样器，遥控器通过无线传输方式与遥控器连接，信息处理控制器通过485总线与多个取样控制器相连，每个取样控制器均连接取样器；取样器与取样器升降线缆相连，且取样器升降线缆连接至485总线。本发明能够实现不同深度、不同位置及不同时间的多点、多次远距离遥控水质取样，具有高可靠性、高时效性及高效率的特点。

Description

一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置

技术领域

本发明涉及水质采样领域，尤其涉及一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置。

背景技术

目前，水文上传统的水质取样方式采用手持式悬杆采样器较多，在恶劣环境下工作时，效率低、危险系数高，不能满足多时段、多点深水采样的要求。另外，目前已有的遥控式多点取样器采用水下无线通讯的方式控制采样动作，误码率较高；或采用浮球的方式将通讯信号引入到水下，造成整体系统复杂，使用不便等问题。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，能够实现不同深度、不同位置及不同时间的多点、多次远距离遥控水质取样，具有高可靠性、高时效性及高效率的特点。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

本发明的实施例提供了一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，包括遥控器、信息处理控制器、取样器升降线缆、取样控制器、取样器，遥控器通过无线传输方式与遥控器连接，信息处理控制器通过485总线与多个取样控制器相连，每个取样控制器均连接取样器；取样器与取样器升降线缆相连，且取样器升降线缆连接至485总线。

作为进一步的实现方式，所述遥控器具有面板，面板内部设置硬件结构；所述面板连接天线，面板表面设置电源开关和若干按键。

作为进一步的实现方式，所述硬件结构包括电源转换电路、按键输入电路、指示灯电路、CPU最小系统、LoRa无线模块，电源转换电路连接CPU最小系统；CPU最小系统的输入端连接按键输入电路，输出端连接指示灯电路；LoRa无线模块与CPU最小系统连接。

作为进一步的实现方式，所述信息处理控制器的硬件结构包括CPU最小系统、电源输入处理电路、电源转换电路、LoRa模块电路、485总线电路，CPU最小系统的输入端连接电源转换电路，电源转换电路与电源输入处理电路相连；CPU最小系统与LoRa模块电路、485总线电路分别连接。

作为进一步的实现方式，所述取样器升降线缆采用铠装电缆，铠装电缆一端通过导线滑环连接485总线，另一端与取样控制器通过485总线相连。

作为进一步的实现方式，所述取样控制器的硬件结构包括电源输入处理电路、电磁铁控制电路、CPU最小系统、电源转换电路，电源输入处理电路与电磁铁控制电路相连，电磁铁控制电路连接电磁铁、CPU最小系统；电源输入处理电路通过电源转换电路连接CPU最小系统。

作为进一步的实现方式，所述取样器包括取样器腔体，取样器腔体两端对称安装仓盖，两个仓盖之间连接有复位弹簧；取样器腔体下方设有用于检测仓盖开、关的仓盖状态检测传感器。

作为进一步的实现方式，所述仓盖外侧安装固定杆，固定杆与取样器腔体顶部铰接；取样器腔体顶部安装支撑架，所述支撑架一侧安装取样执行机构，所述取样执行机构连接电磁铁；在仓盖打开时，取样执行机构能够将固定杆固定。

作为进一步的实现方式，所述取样执行机构包括两个支撑卡轮、与支撑卡轮相连的取样控制杆，所述取样控制杆通过伸缩杆连接电磁铁。

作为进一步的实现方式，所述安装架一侧固定有用于固定取样控制器的安装腔，安装架顶部开设有升降线缆固定孔。

上述本发明的实施例的有益效果如下：

(1)本发明的一个或多个实施方式的取样装置包括遥控器、信息处理控制器、取样控制器及多台电磁拉动式取样器，能够借助缆道、船舶等多种水上运载工具，根据水深、位置、时间等的要求灵活的实现多次、多点水质采样，并能实时的监控水质采样动作的执行情况，确保采样水域的位置、深度及采样时间的正确性；

(2)本发明的一个或多个实施方式能够携带多个取样器，每个取样器都由一个取样控制器进行监控，取样控制器通过485总线与信息处理控制器通讯获得控制指令，并发送取样器的状态信息，各取样控制器可通过电源总线相互供电；取样器在取样控制器的控制下执行水质标本取样动作。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的连接框图；

图2是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器面板示意图；

图3是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器功能框图；

图4是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器电源转换电路；

图5是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器按键输入电路；

图6是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器LED指示灯电路；

图7是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器CPU最小系统；

图8是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器LoRa模块电路图；

图9是本发明根据一个或多个实施方式的遥控器逻辑功能图；

图10是本发明根据一个或多个实施方式的信息处理控制器硬件框图；

图11是本发明根据一个或多个实施方式的信息处理控制器电源输入处理电路；

图12是本发明根据一个或多个实施方式的信息处理控制器电源转换电路；

图13是本发明根据一个或多个实施方式的信息处理控制器LoRa模块电路图；

图14是本发明根据一个或多个实施方式的连接信息处理控制器的485总线电路图；

图15是本发明根据一个或多个实施方式的信息处理控制器CPU最小系统图；

图16是本发明根据一个或多个实施方式的数据处理控制器逻辑框图；

图17是本发明根据一个或多个实施方式的取样器升降线缆示意图；

图18是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器功能结构框图；

图19是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器电源输入处理电路图；

图20是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器总线供电结构图；

图21是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器电源转换电路图；

图22是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器CPU最小系统图；

图23是本发明根据一个或多个实施方式的连接取样控制器的485总线电路图；

图24是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器电磁铁控制电路；

图25是本发明根据一个或多个实施方式的取样器仓盖检测电路图；

图26是本发明根据一个或多个实施方式的取样控制器的逻辑功能；

图27(a)是本发明根据一个或多个实施方式的取样器仓盖闭合时主视图；

图27(b)是本发明根据一个或多个实施方式的取样器仓盖闭合时后视图；

图27(c)是本发明根据一个或多个实施方式的取样器仓盖闭合时侧视图；

图27(d)是本发明根据一个或多个实施方式的取样器仓盖张开示意图；

图27(e)是本发明根据一个或多个实施方式的取样器的剖面图；

图27(f)是本发明根据一个或多个实施方式的取样执行机构结构示意图；

其中，1、升降线缆固定孔；2、支撑卡轮；3、仓盖；4、固定架；5、配重固定孔；6、搬运握孔；7、复位弹簧；8、安装腔；9、电磁铁；10、仓盖张开支撑端点；11、固定杆；12、转轴；13、取样器腔体；14、伸缩杆；15、取样控制杆；16、固定柱；17、水平推杆；19、支撑架；20、仓盖状态检测传感器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分:本申请中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

取样控制器：用于控制取样器的控制器。

实施例一：

本实施例提供了一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，如图1所示，包括遥控器、信息处理控制器、取样器升降线缆、取样控制器、取样器，遥控器通过无线通讯的方式实现与信息处理控制器的信息交互，以控制和监督取样装置的运行过程。信息处理控制器通过485总线与多个取样控制器相连，具有信息中转的作用；每个取样控制器均连接取样器。使用时，信息处理控制器固定在取样装置运载工具上。

取样器升降线缆与485总线相连，在本实施例中，取样器升降线缆采用加固的铠装电缆，铠装电缆内部的4根导线的一端通过4线中空式电刷滑环与信息处理控制器的485总线相连，4根导线的另一端与多个取样控制器的485总线相连，取样器升降线缆起到了通讯载体的作用。

取样器的个数可以根据实际要求选择，在本实施例中，取样器设置8个，每个取样器都由一个取样控制器进行监控，取样控制器通过485总线与信息处理控制器通讯获得控制指令，并发送取样器的状态信息，各个取样控制器可通过电源总线相互供电；取样器在取样控制器的控制下执行水质标本取样动作。

用户通过遥控器发出水质样本取样动作的指令，并监视取样动作的执行情况。如图2所示，遥控器具有LoRa天线T，遥控器面板上设置电源开关K和若干按键，每个按键对应一个指示灯。在本实施例中，按键包括8个取样控制按键KEY1—KEY8，按下某一按键后，即可向对应序号的取样器发出水质取样指令。8个LED指示灯L1—L8分别指示对应序号的取样器状态，通过LoRa模块可实现3千米的远距离无线通讯功能。可以理解的，在其他实施例中，取样控制按键也可以为其他个数，只要与取样器个数保持一致即可。

取样装置运行时，指示灯L1-L8通过不同的闪烁频率表示对应取样器的状态：

1)指示灯熄灭，表示对应序号的取样器没有挂载，或者没有上电；

2)LED以1Hz的频率闪烁，表示对应序号的取样器的仓盖处于开启状态，等待取样；

3)LED以4Hz的频率闪烁，表示对应序号的取样器的仓盖处于关闭状态，取样完成；

4)LED常亮，表示对应序号的取样器的控制执行器电量不足。

如图3所示，采用通用的6V电池为遥控器供电，通过8个按键分别控制8个取样器的取样动作，取样动作通过LoRa无线模块发送给信息处理控制器，再由信息处理控制器通过485总线发送到对应的取样执行器；8个LED指示灯以不同的闪烁频率表明对应序号的取样执行器是否存在以及存在的状态。

遥控器的逻辑功能如图9所示，遥控器采用电池供电，需要软件实现低功耗设计；遥控器功能的核心是LoRa模块的无线数据的发送和接收，以及对无线数据的处理。在本实施例中，遥控器以300ms为周期通过LoRa模块向信息处理控制器发送控制指令，但是如果有按键按下，则立即通过LoRa模块将按键指令发送给信息处理控制器。

信息处理控制器收到遥控器发送的LoRa查询信息后，立刻返回取样控制器检测的取样器的状态信息，包括电池电压、取样器仓盖状态等。遥控器的每一个按键、LED灯与一个指定序号的取样器相对应，根据信息处理控制器返回的状态信息控制LED的闪烁频率，当某序号的取样器节点不存在时，遥控器对应序号的LED保持熄灭状态；当取样控制器的电压不足时，LED保持长亮；当某取样器的仓盖处于打开状态时，相应的LED灯以1Hz的频率闪烁；当取样器的仓盖关闭时，相应的LED灯以4Hz的频率闪烁。

遥控器的内部硬件结构包括电源转换电路、按键输入电路、指示灯电路、CPU最小系统、LoRa无线模块，电源转换电路由电池供电，且电源转换电路连接CPU最小系统。CPU最小系统的输入端连接按键输入电路，输出端连接指示灯电路。LoRa无线模块与CPU最小系统连接。

具体的，电源转换电路如图4所示，6V电池从J2接口输入，0欧姆电阻R2用于短接开关SWITCH，SWITCH接口是控制遥控器电池供电的开关。双向稳压管D2的型号为SMBJ8.5CA，将输入电压限制在9V以下，保护后级的元器件；二极管D1单向导电，防止电源输入口J2反接；0.1uF/50V的电容C2和10uF/50V的电容C3的作用是滤除电源输入口的高频和低频谐波。两个10K的1％精度的电阻R4和R7分压后得到输入给CPU的AD检测引脚的电源检测点BAT6V_AD，检测6V电池电压的电量；稳压器U2的型号为ME6210A33PG，将6V电压转换为稳定的3.3V电压，为系统供电，10uF/50V的电容C11用于滤除输入的低频谐波，10uF/10V的电容C12用于滤除输出的低频谐波。

当然，上述电阻、双向稳压管、电容、稳压器等的型号、具体数值可以根据实际要求设定，并不限于上述内容。

按键输入电路如图5所示，通过10K的上拉电阻输入到CPU，如当按键K1没有按下时，10K的上拉电阻R13使KEY1为高电平，输入到CPU的IO引脚；当按键K1按下时，KEY1与GND相连接，CPU的IO引脚输入为低电平。

LED指示灯电路如图6所示，8个相同的LED指示灯通过MOSFET控制，以D5为例，1K的限流电阻R11与D5的阳极相连，D5的阴极与MOSFET管Q3漏极相连，Q3的栅极与CPU的IO控制引脚LED_CON 1相连；当LED_CON1为高电平时，Q3的漏源之间导通，D5点亮，当LED_CON1为低电平时，Q3的漏源之间断路，LED熄灭。

遥控器的CPU最小系统如图7所示，核心为微控制器芯片STM32L152，晶振Y1的震荡频率为8MHz，阻值为1M的反馈电阻R8及两个22pF的电容C4、C5与晶振Y1一起构成谐振电路；复位电容C1的参数为0.1uF/10V，启动地址选择电阻R3、R5的阻值均为10K，5个0.1uF/10V的滤波电容C6、C7、C8、C9、C10为STM32L152的电源滤波；接口HEADER5的5个引脚分别与3.3V电源、CPU的PA13与PA14引脚、GND及CPU的nRST引脚相连，提供了CPU的仿真接口。

LoRa模块电路如图8所示，采用WH-L101模块，第4、23、21引脚通过三个10K的上拉电阻R19、R20、R21与CPU相应的引脚相连接；第19、20、24引脚与CPU相应引脚直接相连；天线接口部分的两个0.1uF/10V的滤波电容C13、C14可根据传输的距离适当选取，0欧姆的电阻R18连接输入信号，电容C13、C14及电阻R18需要根据传输距离计算阻抗配置值，一般不用焊接两个电容，R18采用0欧姆电阻即可；0.1uF/50V的电容C15给电源引脚VCC1滤波，10uF/10V的电容C16用于给电源引脚VCC2滤波。

信息处理控制器的控制逻辑流程如图16所示，信息处理控制器的作用是接收遥控器通过LoRa模块传送来的遥控指令，并把遥控指令通过485总线传送给取样控制器，实现无线信号接收和控制指令中转的任务。另一方面，接收来自取样控制器返回的状态信息，通过LoRa模块发送给遥控器。

信息处理控制器的硬件结构包括CPU最小系统、电源输入处理电路、电源转换电路、LoRa模块电路、485总线电路，如图10所示，电源输入处理电路采用锂电池供电，且电源输入处理电路通过电源转换电路连接CPU最小系统。CPU最小系统与、LoRa模块电路、485总线电路相连。

具体的，电源输入处理电路如图11所示，其具有三个电源接口J1、J2、J3，其中J3为锂电池充电接口，接24V锂离子充电器；J2为锂离子电池输入接口；J1为24V电源输出接口。并联二极管D1和D2防止输入24V电源反接；双向稳压管D3防止外部输入电压过高，将输入的电源电压限制在26V；可恢复保险丝F1的输出+24V_CON可为外部提供4A的输出电流，如果外部电路发生短路，可恢复保险丝将迅速过热断开；可恢复保险丝F2的作用是防止电路板内部器件短路导致的电流过大，起到保护电源及器件的作用；两个0.1uF/50V的电容C2和C3用于滤除输入电源的高频谐波，两个10uF/50V的电容C4和C5用于滤除低频谐波；两个1％精度的电阻R9和R5的阻值分别为1.5K和10K，分压后得到BAT24V_AD的值为3.1V，输入到CPU的AD引脚，检测输入电压是否过低。

电源转换电路如图12所示，包括24V转5V和5V转3.3V两个转换电路。24V转5V的转换电路由开关电源控制芯片MP9486完成，两个参数为2.2uF/100V的电容C9和C10的作用是过滤高频输入谐波；二极管D4、感值为33uH的电感L1及MP9486构成了BUCK降压电路；4.7uF/10V的电容C12的作用是滤除高频的输出谐波，两个容值为47uF/10V的电容C13、C14具有滤除低频谐波及储能的作用；10K的电阻R12和240K的电阻R11分压后得到反馈电压输入到MP9486的FB端口，0.1uF/50V的电容C11的作用是给分压后的反馈信号滤波。

5V转3.3V的转换电路由AP2114完成，输入电容C22的参数为0.1uF/10V、C23的参数为4.7uF/10V，滤除输入电源的谐波；输出电容C24的参数为4.7uF/10V、C25的参数为0.1uF/10V，滤除输出电源的谐波。

信息处理控制器的LoRa模块电路如图13所示，采用有WH-L101模块，第4、23、21引脚通过三个10K的上拉电阻R18、R19、R20连接到CPU相应的引脚；第19、20、24引脚与CPU直接相连；天线接口部分的两个滤波0.1uF/10V的电容C26、C27可根据传输的距离适当选取，0欧姆的电阻R17用于连接输入信号，电容C26、C27及电阻R17需要根据传输距离计算阻抗配置值，一般不用焊接两个电容，R17采用0欧姆即可；0.1uF/50V的电容C31给电源引脚VCC1滤波，10uF/10V的电容C30用于给电源引脚VCC2滤波。

485总线电路如图14所示，MAX3485是485总线系统的核心芯片，MAX3485的第1引脚RO与CPU的MCU_RXD2引脚相连，向CPU传输数据；MAX3485的第2引脚RE与第3引脚DE相连后通过10K的下拉电阻R17与CPU的MCU_485_TRC1引脚相连；MAX3485的第4引脚DI与CPU的MCU_TXD2引脚相连接，接收来自CPU的数据；电容C21的参数为0.1uF/50V，作用是滤除电源谐波；瞬态抑制二极管RLST23A712C的作用是抑制485总线上过高的电压脉冲；485总线通过接口J4与其他节点相连；电阻R16的阻值为120欧姆，用于匹配485总线的端电阻，485总线只需要在首、末两端的两个节点上添加匹配电阻，不是每个节点都加匹配电阻，通过跳线JP4进行匹配电阻的选择。

如图15所示，信息处理控制器的CPU最小系统的核心为微控制器芯片STM32L152，晶振Y1的震荡频率为8MHz，阻值为1M的反馈电阻R10及两个22pF的电容C6、C7与晶振Y1一起构成谐振电路；复位电容C1的参数为0.1uF/10V，启动地址选择电阻R6、R7的阻值为10K，5个0.1uF/10V的滤波电容C15、C16、C17、C18、C19为STM32L152滤除电源谐波；接口HEADER5的5个引脚分别与3.3V电源、CPU的PA13与PA14引脚、GND及CPU的nRST引脚相连，提供CPU与仿真器的接口。

如图17所示，取样器升降线缆绕在放线滚轮上，其一端连接导电滑环，导电滑环通过485总线连接信息处理控制器；另一端通过485总线连接取样控制器。进一步的，信息处理控制器的485总线与空心导电滑环静止部分的导线相连，空心导电滑环的转动部分与放线滚轮同轴固定，空心导电滑环转动部分的输出线与铠装电缆内层的导线相连，铠装电缆作为485总线与取样控制器内部的485总线接口相连，实现485总线通讯的载体。

取样控制器安装固定在取样器上，采用485总线与信息处理控制器通讯，获得控制指令，并根据控制指令控制取样器完成取样动作；取样控制器检测取样器的执行状态，并通过485总线发送给信息处理控制器。取样控制器本身带有24V锂离子电池作为电源，并同取样器一起下放到水中，因此要做防水设计。

如图26所示，取样控制器的控制逻辑包括485总线数据接收及解析、执行器状态监控、电磁铁动作控制。取样控制器接到信息处理控制器通过485总线发送的控制指令后，判断是否驱动电磁铁动作，并将当前取样控制器的检测信息通过485总线发送给信息处理控制器，检测信息包括取样控制器的电池状态、取样器的仓盖状态。

如图18所示，取样控制器采用内置的24V锂离子电池供电，电源输入处理电路采用了稳压及防反接的措施，并可将24V电源输出给其他外部取样控制器。电磁铁控制电路给电磁铁的电磁线圈通电，控制电磁铁的动子带动取样器的取样执行机构实现取样动作。电源转换电路完成24V到5V、3.3V的转换，给CPU及其他电子器件供电；485总线控制器完成485信号的转换、接收和发送，并与CPU交互信息；其CPU最小系统采用STM32L152低功耗微控制器为核心。

具体的，如图19所示，取样控制器的电源输入处理电路具有三个对外接口J1、J2、J3，其中J3为锂电池充电接口，接24V锂离子充电器；J2为锂离子电池输入接口；J1为24V电源输出接口。

本实施例能够同时控制8个取样器，采用电源总线的方式供电，每个取样器可以单独采用24V锂电池供电，也可以用某一个取样器的24V锂离子电池同时为8个取样器供电。如图20所示，其中的二极管即为图19中的并联二极管D1和D2。对于单个取样器，二极管的作用是防止输入电源反接，从二极管输出后为取样器内部提供电源；对于电源总线，二极管输出的电源除了给取样控制器内部器件供电外，同时也可以给外部其他取样器供电。二极管的单向导电性使锂电池只能对外输出电能，却不能从电源总线中吸收电能，并且在同一时刻只能由电压最高的取样器的电池对外输出电能，当某个取样器的电池电量不足时，可以从其他电能充足的取样器的电池中获得电能。

双向稳压管D3的作用是防止外部输入电压过高，将输入到取样控制器内部的电源电压限制在24V；可恢复保险丝F1的输出+24V_CON是为外部的电磁铁控制线圈提供电能，同时将输出电流限制在4A以内，如果外部电路发生短路，可恢复保险丝将迅速过热断开，起到保护电池的作用；可恢复保险丝F2的作用是防止电路板内部器件短路导致的电流过大，起到保护电源及器件的作用；两个0.1uF/50V的电容C2和C3用于滤除输入电源的高频谐波，两个10uF/50V的电容C4和C5用于滤除低频谐波；两个1％的高精度电阻R9和R5的阻值分别为1.5K和10K，分压后的BAT24V_AD的值为3.1V，输入到CPU的AD引脚，用于判断输入电压是否过低。

如图21所示，取样控制器的电源转换电路包括24V转5V和5V转3.3V两个转换电路。24V转5V的转换电路由开关电源控制芯片MP9486完成，两个容值为2.2uF/100V的输入电容C14和C15的作用是过滤高频的输入谐波；二极管D4、感值为33uH的电感L1及MP9486构成了BUCK降压电路；参数为4.7uF/10V的电容C17的作用是滤除高频的电压输出谐波，两个容值为47uF/10V的电容C18、C19具有滤除低频谐波及储能的作用；10K的电阻R12和240K的电阻R11分压后得到反馈电压输入到MP9486的FB端口，0.1uF/50V的电容C16的作用是为分压后的反馈信号滤波。

5V转3.3V的转换电路由AP2114构成，输入电容C22的参数为0.1uF/10V、C23的参数为4.7uF/10V，对输入电源进行滤波；电容C24的参数为4.7uF/10V、C25的参数为0.1uF/10V，对输出电源进行滤波。

取样控制器的CPU最小系统如图22所示，其核心为微控制器芯片STM32L152，晶振Y1的震荡频率为8MHz，阻值为1M的反馈电阻R10及两个22pF的电容C6、C7与晶振Y1一起构成谐振电路；复位电容C1的参数为0.1uF/10V，启动地址选择电阻R6、R7的阻值为10K，5个0.1uF/10V的滤波电容C9、C10、C11、C12、C3用于STM32L152的电源滤波；接口HEADER5的5个引脚分别与3.3V电源、CPU的PA13与PA14引脚、GND及CPU的nRST引脚相连，用于提供CPU与仿真器的接口；三个跳线JP1、JP2、JP3分别通过3个10K的上拉电阻R1、R2、R3与CPU的引脚相连接，通过不同的跳线连线方式可以设置取样控制器的标号，作为取样器的识别标识。

与取样控制器相连的485总线的核心是芯片MAX3485，如图23所示，该芯片实现了与STM32L152的通讯，同时也实现了差分电平的总线转换功能。MAX3485的第1引脚RO与CPU的MCU_RXD1引脚相连，实现了向CPU传输数据的功能；MAX3485的第2引脚RE与第3引脚DE相连后与10K的下拉电阻R17相连，再与CPU的MCU_485_TRC1引脚相连；MAX3485的第4引脚DI与CPU的MCU_TXD1引脚相连接，接收来自CPU的数据；电容C21的参数为0.1uF/50V，用于对电源滤波；瞬态抑制二极管组RLST23A712C的作用是抑制485总线上过高的电压干扰，保护器件；485总线通过接口J5与其他节点相连；电阻R18的阻值为120欧姆，用于匹配485总线的端电阻，由于485总线只需在首、末端两个节点上添加匹配电阻，并不需要每个节点都加匹配电阻，所以这里通过跳线JP4进行匹配电阻的选择。

电磁铁控制电路如图24所示，CPU的控制引脚与MOSFET管Q2的第1引脚相连，MOSFET管Q2的漏极通过1K的电阻R15与5V电源相连；当MOSFET管Q2的漏源间不导通时，5V电源通过1K电阻R15和100欧姆的电阻R16给功率MOSFET管Q1提供驱动电压，使Q1的漏源间形成导电沟道而导通，24V电源通过J4接口连接的电磁铁控制线圈与GND间形成控制电流，电磁铁吸合，完成取样操作；反之，当MOSFET管Q2的漏源之间导通时，Q1的栅极电压为0V，Q1的漏源之间没有形成通路，24V电源无法为与J4连接的电磁铁控制线圈供电，电磁铁不动作。稳压管D8的作用时保护MOSFET管Q1的控制电压不超过规定值，双向稳压管D5的作用是当电磁铁的控制线圈电流断开时，为线圈泄放电流提供通路；470欧姆的电阻R13和1uF/100V的电容C20构成阻容吸收电路，用于吸收电磁铁线圈断开时瞬间能量泄放。

取样器仓盖状态检测电路如图25所示，取样器两侧都有仓盖，所以要设置两个相同的仓盖状态检测电路。CPU的输入引脚IN_01(IN_02)通过4.7K的上拉电阻R19(R20)与3.3V电源相连，外部检测电路采用常开式的电磁开关装置，当仓盖打开时，检测电路的输入端J6(J7)为断开状态，CPU输入引脚IN_01(IN_02)为高电平，当仓盖闭合时，检测电路的输入端J6(J7)与GND短接，CPU输入引脚IN_01(IN_02)为低电平；稳压管D9(D10)的作用是防止CPU的输入引脚电压过高而损害CPU。

如图27(a)-图27(f)所示，取样器包括取样器腔体13，取样器腔体13两端对称安装仓盖3；仓盖3倾斜设置，两个仓盖3之间连接有复位弹簧7，且复位弹簧7位于取样器腔体13一侧。仓盖3外侧安装固定杆11，固定杆11通过转轴12与取样器腔体13顶部铰接；固定杆11顶端为仓盖张开支撑端点10。取样器腔体13下方连接固定架4，固定架4的两侧安装有仓盖状态检测传感器20。在本实施例中，所述仓盖状态检测传感器20为接近开关。所述固定架4开设有两个搬运握孔6，两个搬运握孔6之间设有搬运握孔5。

取样器腔体13顶部安装支撑架19，支撑架19一侧固定有安装腔8，安装腔8用于安装取样控制器及电池。支撑架19顶端开设有升降线缆固定孔1，取样器升降线缆连接至升降线缆固定孔1，以实现取样器升降线缆与取样器的连接。支撑架19一侧安装取样执行机构，所述取样执行机构连接电磁铁9。

进一步的，取样执行机构包括支撑卡轮2、取样控制杆15、伸缩杆14和水平推杆17，支撑卡轮2设置有两个，每个支撑卡轮2连接一个取样控制杆15。两个取样控制杆15分别通过水平推杆17连接同一个伸缩杆14，所述伸缩杆14连接电磁铁9。取样控制杆15通过固定柱16与支撑架19铰接，取样控制杆15与伸缩杆14相连的一端开设导向槽，导向槽内设置有水平推杆17，所述水平推杆17与伸缩杆14相连。

取样器通过升降线缆固定孔1悬挂放入水中，将仓盖固定杆11绕转轴12旋转，靠支撑卡轮2卡住仓盖张开支撑端点10，使仓盖3张开；当仓盖3打开时，仓盖状态检测传感器20处于断开状态。当安装腔8中的取样控制器收到信息处理控制器发来的取样指令后，给电磁铁9的线圈上电，伸缩杆14向上运动，通过固定在伸缩杆14下方两侧的水平推杆17向两侧推动取样控制杆15的上半部分。在固定柱16的作用下，取样控制杆15的下半部分带动支撑卡轮2向内侧移动，释放仓盖张开支撑端点10，则仓盖3在复位弹簧7的作用下关闭取样器腔体13，完成取样操作，此时仓盖状态检测传感器20处于连接状态。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，包括遥控器、信息处理控制器、取样器升降线缆、取样控制器、取样器，遥控器通过无线传输方式与遥控器连接，信息处理控制器通过485总线与多个取样控制器相连，每个取样控制器均连接取样器；取样器与取样器升降线缆相连，且取样器升降线缆连接至485总线。

2.根据权利要求1所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述遥控器具有面板，面板内部设置硬件结构；所述面板连接天线，面板表面设置电源开关和若干按键。

3.根据权利要求2所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述硬件结构包括电源转换电路、按键输入电路、指示灯电路、CPU最小系统、LoRa无线模块，电源转换电路连接CPU最小系统；CPU最小系统的输入端连接按键输入电路，输出端连接指示灯电路；LoRa无线模块与CPU最小系统连接。

4.根据权利要求1所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述信息处理控制器的硬件结构包括CPU最小系统、电源输入处理电路、电源转换电路、LoRa模块电路、485总线电路，CPU最小系统的输入端连接电源转换电路，电源转换电路与电源输入处理电路相连；CPU最小系统与LoRa模块电路、485总线电路分别连接。

5.根据权利要求1所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述取样器升降线缆采用铠装电缆，铠装电缆一端通过导线滑环连接485总线，另一端与取样控制器通过485总线相连。

6.根据权利要求1所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述取样控制器的硬件结构包括电源输入处理电路、电磁铁控制电路、CPU最小系统、电源转换电路，电源输入处理电路与电磁铁控制电路相连，电磁铁控制电路连接电磁铁、CPU最小系统；电源输入处理电路通过电源转换电路连接CPU最小系统。

7.根据权利要求1所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述取样器包括取样器腔体，取样器腔体两端对称安装仓盖，两个仓盖之间连接有复位弹簧；取样器腔体下方设有用于检测仓盖开、关的仓盖状态检测传感器。

8.根据权利要求7所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述仓盖外侧安装固定杆，固定杆与取样器腔体顶部铰接；取样器腔体顶部安装支撑架，所述支撑架一侧安装取样执行机构，所述取样执行机构连接电磁铁；在仓盖打开时，取样执行机构能够将固定杆固定。

9.根据权利要求8所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述取样执行机构包括两个支撑卡轮、与支撑卡轮相连的取样控制杆，所述取样控制杆通过伸缩杆连接电磁铁。

10.根据权利要求8所述的一种远距离遥控的分布式多点水质取样装置，其特征在于，所述安装架一侧固定有用于固定取样控制器的安装腔，安装架顶部开设有升降线缆固定孔。

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