CN113917103B - 可自动调节深度的多水质参数检测装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了可自动调节深度的多水质参数检测装置，其包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备；该深度调节设备能够带动该多水质参数检测设备在水中环境进行升降，这样该多水质参数检测设备能够在水中环境的不同深度位置处检测得到多种不同类型的水质数据，这样通过一个多水质参数检测设备即可检测到水中环境不同深度位置的多种水质数据，从而大大降低在水中环境布置水质传感器的难度和成本；此外，该水质数据分析处理设备还能够根据检测得到的水质数据预测水质变化情况，以此进行相应的报警操作，这样能够有效地对水质数据进行高效的分析处理和提高水体水质检测的智能化程度。

Description

可自动调节深度的多水质参数检测装置

技术领域

本发明涉及水质监控的技术领域，特别涉及可自动调节深度的多水质参数检测装置。

背景技术

在对河流或者湖泊等水体环境进行水质检测时，同时会在水体环境内部放置水质传感器来检测水体内部特定深度位置的水质数据。通常而言，一种水质传感器只能检测一种类型的水质数据，若需要检测多种水质数据，则需要同时在水体内部设置多种不同的水质传感器。并且，现有技术中水质传感器在水体内部的设置位置是固定不变，其只能检测固定深度位置处的水质数据，为了检测水体内部不同深度位置的水质数据，则需要在不同深度位置同时设置多组水质传感器，这大大增加水质传感器在水体内部布置的工序繁琐性和成本。此外，目前当完成水质检测后只能将水质数据直接显示给工作人员，其无法对根据检测到的水质数据预测水体的水质变化情况，这无法有效地对水质数据进行高效的分析处理，以及降低水体水质检测的智能化程度。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明提供可自动调节深度的多水质参数检测装置，其包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备；该深度调节设备能够带动该多水质参数检测设备在水中环境进行升降，这样该多水质参数检测设备能够在水中环境的不同深度位置处检测得到多种不同类型的水质数据，这样通过一个多水质参数检测设备即可检测到水中环境不同深度位置的多种水质数据，从而大大降低在水中环境布置水质传感器的难度和成本；此外，该水质数据分析处理设备还能够根据检测得到的水质数据预测水质变化情况，以此进行相应的报警操作，这样能够有效地对水质数据进行高效的分析处理和提高水体水质检测的智能化程度。

本发明提供可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于，其包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备和供电设备；其中，

所述多水质参数检测设备包括圆柱形的外管、设置在所述外管内部的若干水质传感器、线缆；

所述深度调节设备包括控制箱、电机和转轴单元；所述控制箱与所述电机连接，其用于控制所述电机运转；所述电机与所述转轴单元连接，其用于控制所述转轴单元旋转；所述线缆缠绕在所述转轴单元上，并在所述转轴单元的旋转作用下，带动所述多水质参数检测设备在水中进行升降，从而调节所述多水质参数检测设备在水中的深度位置；

所述水质数据分析处理设备通过所述线缆获取来自若干水质传感器各自的水质检测数据，以及分析所述水质检测数据；再根据对所述水质检测数据的分析结果，进行水质参数变化状态的报警；

所述供电设备用于对所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备分别进行供电连接；

进一步，所述多水质参数检测装置还包括数据收发设备；

所述数据收发设备用于将外界终端分别与所述控制箱和所述水质数据分析处理模块；

所述数据收发设备用于将来自所述外界终端的控制指令传输至所述控制箱，从而使所述控制箱根据所述控制指令控制所述电机的运转；

所述数据收发设备还用于将所述水质数据分析处理模块获得的水质检测数据传输至所述外界终端；

进一步，所述外管内部还设置有传感器固定件和单片机；

每个水质传感器螺纹连接在所述传感器固定件上；

所述单片机分别与每个水质传感器信号连接；

所述外管的一端可拆卸地设置有保护盖，另一端设有后端盖；

所述后端盖设有线缆连接口，所述单片机与所述线缆连接口信号连接，所述线缆的一端连接有线缆对接头，所述线缆对接头与所述线缆连接口螺纹连接，从而使所述线缆能够将所述水质检测数据传输至所述水质数据分析处理设备；

所述外管靠近所述保护盖的区域、沿着所述外管的外侧壁周向均匀分布的若干流通孔；每个流通孔贯穿所述外侧壁；

进一步，每个水质传感器与所述传感器固定件连接的螺纹上设有第一防水圈和第二防水圈；所述第一防水圈与所述第二防水圈层叠设置；

每个水质传感器与所述传感器固定件连接的端部设有轴向防水圈；

所述第一防水圈、所述第二防水圈和所述轴向防水圈均由硅胶材质制成；

进一步，若干水质传感器包括余氯传感器、电导率传感器、PH值传感器、ORP传感器、氨氮传感器和浊度传感器；

进一步，所述转轴单元包括粗转轴和细转轴，所述粗转轴与所述细转轴同轴设置，所述粗转轴的直径大于所述细转轴的直径；

所述线缆缠绕在所述粗转轴上，所述电机的动力输出轴与所述细转轴连接，并驱动所述细转轴旋转，从而带动所述粗转轴同步旋转，以使所述多水质参数检测设备在水中进行升降；

进一步，所述电机的动力输出轴上设有第一齿轮，所述细转轴上设有第二齿轮；

所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合，以使所述动力输出轴能够驱动所述细转轴旋转；

所述控制箱通过其自身的电位器向所述电机输出驱动电压信号，从而使所述电机运转；

进一步，所述水质数据分析处设备包括导线、防水接口、数据处理器和报警器；

所述导线通过所述防水接口与所述线缆信号连接，从而将所述水质检测数据传输至所述数据处理器；

所述数据处理器用于采集所述驱动电压信号，并根据所述驱动电压信号，判断所述粗转轴的转动圈数；再根据所述转动圈数，确定所述多水质参数检测设备在水中的深度位置；

所述数据处理器还用于根据所述水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值；以及判断所述水质参数变化值是否超出预设水质参数变化范围；

所述报警器用于在所述水质参数变化值超出预设水质参数变化范围，则进行相应的报警；

进一步，所述供电设备包括太阳能电池板和蓄电池；

所述蓄电池与所述太阳能电池板连接，其用于存储所述太阳能电池板产生的电能；

所述蓄电池分别对所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备分别进行恒压供电；

所述供电设备还包括稳压供电控制器；

所述稳压供电控制与所述蓄电池连接，其用于对所述蓄电池输出的电压转换成分别与所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备一一对应的不同恒定电压，从而实现所述恒压供电

进一步，所述多水质参数检测装置的工作过程包括：

第一、利用下面公式(1)，根据所述驱动电压信号，判断所述粗转轴的转动圈数；再根据所述转动圈数，确定所述多水质参数检测设备在水中的深度位置

在上述公式(1)中，N(t)表示以所述粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t后，所述粗转轴的转动圈数；U表示所述驱动电压信号对应的电压值；I表示所述电机的额定电流值；m_s表示所述多水质参数检测装置的总质量；ρ表示水的密度值；g表示重力加速度；V_s表示所述多水质参数检测装置的总体积；R表示所述粗转轴的半径；H(t)表示以所述粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t后，所述多水质参数检测装置在水中的深度；H₀表示所述粗转轴开始转动的时刻，所述多水质参数检测装置在水中的深度，其中H₀＝0，即所述粗转轴开始转动的时刻，所述多水质参数检测装置处于水面位置；

第二、利用下面公式(2)，根据所述多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，

在上述公式(2)中，Δλ_H(T_down→T_on)表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，在T_down→T_on的未来预设时间段内预测的水体的水质参数变化值；T_down表示未来预设时间段对应的最小时间时刻；T_on表示未来预设时间段对应的最大时间时刻；T表示未来预设时间段对应的时间长度，即T＝T_on-T_down；λ_H(T_down-aT)表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置在T_down-aT时刻采集得到的水质参数值；λ_H[T_down-(a+1)T]表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置在T_down-(a+1)T时刻采集得到的水质参数值；T₀表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置首次采集水质参数值对应的时刻；

表示对括号内的参数/>

进行数值取整运算，即将T₀→T_down的时间间隔按照T的时间长度能够平均分成/>

份；

第三、先根据上述公式(2)计算出将a的值从1取到

过程中分别得到对应的Δλ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}即为未来预设时间段对应预测的水质参数变化值；在利用下面公式(3)，根据所述多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据以及预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，对未来预设时间段内的水体的水质参数变化值进行修正，

在上述公式(3)中，

表示在水中的深度为H时，修正后的T_down→T_on未来预设时间段内的水体的水质参数变化值；δ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}表示在水中的深度为H时，在[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)时间段内水质参数变化真实值与水质变化预测值之间的偏差值。

相比于现有技术，该可自动调节深度的多水质参数检测装置包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备；该深度调节设备能够带动该多水质参数检测设备在水中环境进行升降，这样该多水质参数检测设备能够在水中环境的不同深度位置处检测得到多种不同类型的水质数据，这样通过一个多水质参数检测设备即可检测到水中环境不同深度位置的多种水质数据，从而大大降低在水中环境布置水质传感器的难度和成本；此外，该水质数据分析处理设备还能够根据检测得到的水质数据预测水质变化情况，以此进行相应的报警操作，这样能够有效地对水质数据进行高效的分析处理和提高水体水质检测的智能化程度。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明提供的可自动调节深度的多水质参数检测装置的结构示意图。

图2为本发明提供的可自动调节深度的多水质参数检测装置中多水质参数检测设备的结构示意图。

图3为本发明提供的可自动调节深度的多水质参数检测装置中深度调节设备与水质数据分析处设备的结构示意图。

附图标记：1、外管；2、水质传感器；3、线缆；4、传感器固定件；5、保护盖；6、后端盖；7、线缆对接头；8、流通孔；9、控制箱；10、电机；11、粗转轴；12、细转轴；13、导线；14、防水接口；15、数据处理器；16、报警器。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

参阅图1，为本发明实施例提供的可自动调节深度的多水质参数检测装置的结构示意图。该可自动调节深度的多水质参数检测装置包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备和供电设备；其中，

该多水质参数检测设备包括圆柱形的外管1、设置在该外管1内部的若干水质传感器2、线缆3；

该深度调节设备包括控制箱9、电机10和转轴单元；该控制箱9与该电机10连接，其用于控制该电机10运转；该电机10与该转轴单元连接，其用于控制该转轴单元旋转；该线缆3缠绕在该转轴单元上，并在该转轴单元的旋转作用下，带动该多水质参数检测设备在水中进行升降，从而调节该多水质参数检测设备在水中的深度位置；

该水质数据分析处理设备通过该线缆3获取来自若干水质传感器2各自的水质检测数据，以及分析该水质检测数据；再根据对该水质检测数据的分析结果，进行水质参数变化状态的报警；

该供电设备用于对该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备分别进行供电连接。

上述技术方案的有益效果为：在该可自动调节深度的多水质参数检测装置中，该多水质参数检测设备内部集成有多种不同类型的水质传感器，当该多水质参数检测设备放置在水中环境时，该多水质参数检测设备能够同时检测水体的多种不同类型的水质数据。同时该深度调节设备能够驱动该多水质参数检测设备在水中环境进行升降，这样该多水质参数检测设备能够停靠在水中环境的任一深度位置处，从而使得该多水质参数检测设备能够连续地在不同深度位置进行多种不同类型水质数据的检测，这免去了在水中环境不同深度位置同时设置多个不同类型水质传感器的麻烦和降低水质传感器的设置难度与成本。

还有，该水质数据分析处理设备能够对检测到的多种不同类型的水质数据进行分析，由于该多种不同类型的水质数据反映了水中环境不同深度位置的水质状态，这样对这些水质数据进行分析，能够快速和准确地预测水中环境的水质状态随深度或者时间的优劣变化状态，从而为工作人员提供全面的水质分析结果。而该供电设备对该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备分别进行供电连接，能够保证多水质参数检测装置的持续正常工作。

优选地，该多水质参数检测装置还包括数据收发设备；

该数据收发设备用于将外界终端分别与该控制箱9和该水质数据分析处理模块；

该数据收发设备用于将来自该外界终端的控制指令传输至该控制箱9，从而使该控制箱9根据该控制指令控制该电机10的运转；

该数据收发设备还用于将该水质数据分析处理模块获得的水质检测数据传输至该外界终端。

上述技术方案的有益效果为：该多水质参数检测装置还包括数据收发设备，该数据收发设备用于实现该多水质参数检测装置与智能手机等外界终端之间的数据交互。该数据收发设备可为但不限于是无线或者蓝牙形式的数据收发端口。具体而言，该外界终端能够通过该数据收发设备向该多水质参数检测装置的控制箱发送相应的控制指令，该控制箱能够根据该控制指令，指示该电机进行运转，从而将该多水质参数检测设备升降至水中环境的不同深度位置。同时，该水质数据分析处理模块还能够将所有水质传感器检测得到的水质检测数据，通过该数据收发设备上传至该外界终端，该外界终端还能够将该水质检测数据进一步上传至相应的云端服务器进行存储。

优选地，该外管1内部还设置有传感器固定件4和单片机；

每个水质传感器2螺纹连接在该传感器固定件4上；

该单片机分别与每个水质传感器2信号连接；

该外管1的一端可拆卸地设置有保护盖5，另一端设有后端盖6；

该后端盖6设有线缆3连接口，该单片机与该线缆3连接口信号连接，该线缆3的一端连接有线缆对接头7，该线缆对接头7与该线缆3连接口螺纹连接，从而使该线缆3能够将该水质检测数据传输至该水质数据分析处理设备；

该外管1靠近该保护盖5的区域、沿着该外管1的外侧壁周向均匀分布的若干流通孔8；每个流通孔8贯穿该外侧壁。

上述技术方案的有益效果为：该外管整体呈圆柱形，该外管内可设有多个水质检测传感器，多个水质传感器通过传感器固定件固定在外管3的内部，多个水质传感器的信号输出端设置在同一侧，外管的一端设置有连接口，连接口设有向外伸出的线缆，线缆用于传输水质传感器的输出信号；外管的另一端可拆卸连接有保护盖，外管侧壁靠近保护盖的一端设有贯穿外管的外侧壁的流通孔。多个水质传感器集成在外管内，多个水质传感器的输出信号从线缆10输出，从而实现同时对水体的多参数检测，检测时，待测水体从流通孔进入到外管内并浸润外管内的水质传感器，水质传感器检测水质参数并通过线缆10传输出去。流通孔可沿着外管的圆周方向均匀设置有四个，设置四个流通孔方便外管内外水体的交换，使检测结果更加准确。外管内位于连接口和传感器固定件之间的位置设有单片机，水质传感器的信号输出端与单片机连接，线缆与单片机连接，单片机用于将水质传感器的输出信号输出至线缆。多个水质传感器的输出信号传输至单片机，经过单片机转换成一路信号从线缆输出，减少了线路。

此外，外管的右侧端部设有后端盖，后端盖螺纹连接在外管上，连接口设置在后端盖的中部位置。水质传感器螺纹连接在传感器固定件上，水质传感器方便与传感器固定件连接，同时也方便更换水质传感器。线缆连接有线缆对接头，线缆对接头与连接口螺纹连接，线缆通过线缆对接头与连接口连接，连接方便，对线缆对接头方便从连接口上拆卸。

优选地，每个水质传感器2与该传感器固定件4连接的螺纹上设有第一防水圈和第二防水圈；该第一防水圈与该第二防水圈层叠设置；

每个水质传感器2与该传感器固定件4连接的端部设有轴向防水圈；

该第一防水圈、该第二防水圈和该轴向防水圈均由硅胶材质制成。

上述技术方案的有益效果为：水质传感器与传感器固定件5连接的螺纹上设有第一防水圈和第二防水圈，第一防水圈和第二防水圈用于防水，从而避免外管内的水进入到水质传感器的电性部分，提高水质传感器的工作可靠性。水质传感器与传感器固定件连接的端部设有轴向防水圈，水质传感器4连接至传感器固定件上时挤压轴向防水圈，轴向防水圈进一步提高防水效果。第一防水圈、第二防水圈和轴向防水圈均由硅胶材质制成,这样能够提高第一防水圈、第二防水圈和轴向防水圈的弹性，从而使防水圈能够更好地避免水进入到水质传感器的电性部分。

优选地，若干水质传感器2包括余氯传感器、电导率传感器、PH值传感器、ORP传感器、氨氮传感器和浊度传感器。

上述技术方案的有益效果为：若干水质传感器可包括余氯传感器、电导率传感器、PH值传感器、ORP(溶解氧)传感器、氨氮传感器和浊度传感器；其中，该浊度传感器用于检测水中不溶性微粒的浓度。通过上述不同类型的水质传感器能够同时检测水体的余氯含量、电导率、PH值、溶解氧浓度、氨氮离子浓度和不溶性微粒等不同水质数据，从而实现对水体水质进行多参数检测。每个水质传感器的端部自带螺纹，用于连接至传感器固定件上。

优选地，该转轴单元包括粗转轴11和细转轴12，该粗转轴11与该细转轴12同轴设置，该粗转轴11的直径大于该细转轴12的直径；

该线缆3缠绕在该粗转轴11上，该电机10的动力输出轴与该细转轴12连接，并驱动该细转轴12旋转，从而带动该粗转轴11同步旋转，以使该多水质参数检测设备在水中进行升降。

上述技术方案的有益效果为：通过将该转轴单元设成包括粗转轴和细转轴，能够准确地控制该多水质参数检测设备在水体环境内部的深度位置。

优选地，该电机10的动力输出轴上设有第一齿轮，该细转轴12上设有第二齿轮；

该第一齿轮与该第二齿轮相互啮合，以使该动力输出轴能够驱动该细转轴12旋转；

该控制箱9通过其自身的电位器向该电机10输出驱动电压信号，从而使该电机10运转。

上述技术方案的有益效果为：电机的动力输出轴上设有第一齿轮，细转轴上设有第二齿轮，第一齿轮和第二齿轮相啮合，电机的动力输出轴旋转时，带动细转轴旋转。当电机无需工作时，该控制箱将使电机断电，降低系统功耗。该电机可采用23HS系列2相6线步进电机，其静力矩可达100N*Cm以上，电机轴上安装有半径为1cm的金属齿轮，与动力输出轴上半径为10cm金属齿轮相扣，带动动力输出轴转动。

优选地，该水质数据分析处设备包括导线13、防水接口14、数据处理器15和报警器16；

该导线13通过该防水接口14与该线缆3信号连接，从而将该水质检测数据传输至该数据处理器15；

该数据处理器15用于采集该驱动电压信号，并根据该驱动电压信号，判断该粗转轴11的转动圈数；再根据该转动圈数，确定该多水质参数检测设备在水中的深度位置；

该数据处理器15还用于根据该水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值；以及判断该水质参数变化值是否超出预设水质参数变化范围；

该报警器16用于在该水质参数变化值超出预设水质参数变化范围，则进行相应的报警。

上述技术方案的有益效果为：导线包括传感器电缆线和软导线；传感器电缆线绕设于粗转轴上，软导线绕设于细转轴上；水质传感器与传感器电缆线连接，传感器电缆线与软导线之间通过防水接口10连接，传感器电缆的长度根据实际采样深度选择；动力输出轴的一端与电位器的动触点相连，当动力输出轴转动时，电位器随动，电位器两端引脚接电压信号(即：0V和5V电压)，动触点(即：电位器的中间引脚)接控制模块的AD采样接口，通过采集控制箱接收电位器的电压信号，根据电压信号来判断当前转轴处于什么位置以及转轴上有多少圈传感器电缆线，进而判断水质传感器在水中的当前深度。加入电位器是为了防止在电机断电期间由于传感器自重等原因导致转轴转动，从而使电机下次上电时转轴位置偏离上次断电时的位置，以至于不能判断传感器的深度。当电机带动转轴转动时，传感器电缆线绕制在粗轴上，使水质传感器深度发生变化，而通过软导线绕于细轴可以防止在转动过程中导线反复扭动导致表皮绝缘层破裂。

控制模块用于对水质传感器采集的水质参数传输给数据收发模块；数据无线收发模块，用于将水质数据发送至上位机并接收来自上位机的数据命令，通过数据收发模块将控制模块传输的各项传感器数据发送到上位机，使远程监控人员能够及时了解和观察到水质情况的变化，同时本地带有显示屏，可以实时的显示最近一次采集到的水质情况，供本地工作人员了解水质变化情况。上位机可以为PC客户端、手机客户端等。

电机驱动模块通过控制模块输出的控制信号驱动所电机；供电模块用于提供恒定的电压给所述控制模块供电。太阳能电池板和蓄电池均连接于所述供电模块上，由供电模块提供恒定12V直流电压，最终输入到控制模块内，再经过控制模块内不同的稳压芯片转换成各模块所需要的工作电压。

控制模块还用于根据采集到的水质参数采用一元线性回归模型对未来预设时间段内的水质参数变化情况进行预测，当预测到的水质参数变化情况超出预测范围时进行报警。并且当电机空闲时，控制模块将使电机断电，降低系统功耗。

控制模块为单片机、PLC、DSP等控制单元，所有数据和控制命令均由其处理，以ATmega128A为例，其中包括时钟功能、存储功能、显示功能、按键调节功能、串口发送接收数据功能、电源管理功能、预警报警功能。时钟功能用于提供能量采集单元采集的信号，时钟定时以分钟为单位，由控制芯片即本实施例所述的ATmega128A写入具体值，范围时1-255min，默认情况下为10min，到定时时间后，时钟芯片产生中断信号，ATmega128A接收到中断请求后使控制模块中断采集；存储功能将水质传感器数据进行存储到本地，提供一定的存储空间，至少能够备份存储最近一个月的水质参数的数据；显示功能可以提供当前的水质参数及其他一些相关参数；按键调节功能用于调节配置一些测量过程中的一些参数，如：采集时间间隔、本地时钟设置等；通过RS232串口与数据收发模块相连，可以接收和发送数据给数据收发模块，串口也可以与上位机直接相连，直接读取存储器中的数据；电源管理功能能够使水质传感器和电机在空闲时刻断电，使该终端进入省电模式，降低功耗。另外，控制模块采用上电自动复位和手动复位两种方式，加入看门狗定时器，使系统能够在运行出错时重启。

控制模块还可以提供六组航空防水接口，包括8路模拟信号IO接口和8路数字IO接口，模拟接口可以手动选择接电压信号或接电流信号，六组接口中有包括两组模拟接口、两组数字接口和两组可复用接口。数字信号输入为0V和5V两种电平，直接接入ATmega128A，模拟信号为电压信号时输入范围为0-5V，10位二进制AD采样精度，当模拟信号为电流信号时，输入范围为0-20mA，通过内部电路转化成0-5V电压信号，然后接入单片机。每个接口提供12V、5V、3.3V电压，可根据传感器具体情况调节口电源电压。

控制模块还可以通过数据收发模块发送本地数据和接收远程数据，通过接收远程数据可以调节设备采样周期、校对本地时钟、使能传感器接口和设定传感器采样深度。

优选地，该供电设备包括太阳能电池板和蓄电池；

该蓄电池与该太阳能电池板连接，其用于存储该太阳能电池板产生的电能；

该蓄电池分别对该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备分别进行恒压供电。

上述技术方案的有益效果为：将该供电设备设成包括太阳能电池板和蓄电池，能够保证该供电设备进行持续稳定的供电。

优选地，该供电设备还包括稳压供电控制器；

该稳压供电控制与该蓄电池连接，其用于对该蓄电池输出的电压转换成分别与该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备一一对应的不同恒定电压，从而实现该恒压供电。

上述技术方案的有益效果为：利用该稳压供电控制器能够保证该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备获得稳定的电压供电，从而避免由于供电电压不稳定而导致该深度调节设备、该多水质参数检测设备和该水质数据分析处理设备工作异常的情况。

优选地，该多水质参数检测装置的工作过程包括：

第一、利用下面公式(1)，根据该驱动电压信号，判断该粗转轴的转动圈数；再根据该转动圈数，确定该多水质参数检测设备在水中的深度位置

在上述公式(1)中，N(t)表示以该粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t后，该粗转轴的转动圈数；U表示该驱动电压信号对应的电压值；I表示该电机的额定电流值；m_s表示该多水质参数检测装置的总质量；ρ表示水的密度值；g表示重力加速度；V_s表示该多水质参数检测装置的总体积；R表示该粗转轴的半径；H(t)表示以该粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t后，该多水质参数检测装置在水中的深度；H₀表示该粗转轴开始转动的时刻，该多水质参数检测装置在水中的深度，其中H₀＝0，即该粗转轴开始转动的时刻，该多水质参数检测装置处于水面位置；

第二、利用下面公式(2)，根据该多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，

在上述公式(2)中，Δλ_H(T_down→T_on)表示当该多水质参数检测装置在水中的深度为H时，在T_down→T_on的未来预设时间段内预测的水体的水质参数变化值；T_down表示未来预设时间段对应的最小时间时刻；T_on表示未来预设时间段对应的最大时间时刻；T表示未来预设时间段对应的时间长度，即T＝T_on-T_down；λ_H(T_down-aT)表示当该多水质参数检测装置在水中的深度为H时，该多水质参数检测装置在T_down-aT时刻采集得到的水质参数值；λ_H[T_down-(a+1)T]表示当该多水质参数检测装置在水中的深度为H时，该多水质参数检测装置在T_down-(a+1)T时刻采集得到的水质参数值；T₀表示当该多水质参数检测装置在水中的深度为H时，该多水质参数检测装置首次采集水质参数值对应的时刻；

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进行数值取整运算，即将T₀→T_down的时间间隔按照T的时间长度能够平均分成

份；

第三、先根据上述公式(2)计算出将a的值从1取到

过程中分别得到对应的Δλ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}即为未来预设时间段对应预测的水质参数变化值；在利用下面公式(3)，根据该多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据以及预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，对未来预设时间段内的水体的水质参数变化值进行修正，

在上述公式(3)中，

表示在水中的深度为H时，修正后的T_down→T_on未来预设时间段内的水体的水质参数变化值；δ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}表示在水中的深度为H时，在[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)时间段内水质参数变化真实值与水质变化预测值之间的偏差值。

上述技术方案的有益效果为：利用上述公式(1)根据驱动电压信号，判断粗转轴的转动圈数；再根据转动圈数，确定多水质参数检测装置在水中的深度位置，进而可以利用公式(1)对多水质参数检测装置在水中的深度进行程序自动运算出来，提高了系统的工作效率，减小了人员的计算；再利用上述公式(2)根据同一深度位置不同时刻的水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，进而通过历史时间段内水体的水质参数变化值进行预测可以保证预测的可靠性，并且加入权重因子保证预测的准确性；最后利用上述公式(3)根据同一深度位置不同时刻的水质检测数据以及对应预测值，对预测的未来预设时间段内水体的水质参数变化值进行修正，进而可以通过迭代修正的方式逐步提高预测的准确性。

从上述实施例的内容可知，该可自动调节深度的多水质参数检测装置包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备；该深度调节设备能够带动该多水质参数检测设备在水中环境进行升降，这样该多水质参数检测设备能够在水中环境的不同深度位置处检测得到多种不同类型的水质数据，这样通过一个多水质参数检测设备即可检测到水中环境不同深度位置的多种水质数据，从而大大降低在水中环境布置水质传感器的难度和成本；此外，该水质数据分析处理设备还能够根据检测得到的水质数据预测水质变化情况，以此进行相应的报警操作，这样能够有效地对水质数据进行高效的分析处理和提高水体水质检测的智能化程度。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (6)

1.可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于，其包括深度调节设备、多水质参数检测设备、水质数据分析处理设备和供电设备；其中，

所述多水质参数检测设备包括圆柱形的外管、设置在所述外管内部的若干水质传感器、线缆；

所述深度调节设备包括控制箱、电机和转轴单元；所述控制箱与所述电机连接，其用于控制所述电机运转；所述电机与所述转轴单元连接，其用于控制所述转轴单元旋转；所述线缆缠绕在所述转轴单元上，并在所述转轴单元的旋转作用下，带动所述多水质参数检测设备在水中进行升降，从而调节所述多水质参数检测设备在水中的深度位置；

所述水质数据分析处理设备通过所述线缆获取来自若干水质传感器各自的水质检测数据，以及分析所述水质检测数据；再根据对所述水质检测数据的分析结果，进行水质参数变化状态的报警；

所述供电设备用于对所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备分别进行供电连接；

所述转轴单元包括粗转轴和细转轴，所述粗转轴与所述细转轴同轴设置，所述粗转轴的直径大于所述细转轴的直径；

所述线缆缠绕在所述粗转轴上，所述电机的动力输出轴与所述细转轴连接，并驱动所述细转轴旋转，从而带动所述粗转轴同步旋转，以使所述多水质参数检测设备在水中进行升降；

所述电机的动力输出轴上设有第一齿轮，所述细转轴上设有第二齿轮；

所述第一齿轮与所述第二齿轮相互啮合，以使所述动力输出轴能够驱动所述细转轴旋转；

所述控制箱通过其自身的电位器向所述电机输出驱动电压信号，从而使所述电机运转；

所述水质数据分析处理设备包括导线、防水接口、数据处理器和报警器；

所述导线通过所述防水接口与所述线缆信号连接，从而将所述水质检测数据传输至所述数据处理器；

所述数据处理器用于采集所述驱动电压信号，并根据所述驱动电压信号，判断所述粗转轴的转动圈数；再根据所述转动圈数，确定所述多水质参数检测设备在水中的深度位置；

所述数据处理器还用于根据所述水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值；以及判断所述水质参数变化值是否超出预设水质参数变化范围；

所述报警器用于在所述水质参数变化值超出预设水质参数变化范围，则进行相应的报警；

所述多水质参数检测装置的工作过程包括：

第一、利用下面公式(1)，根据所述驱动电压信号，判断所述粗转轴的转动圈数；再根据所述转动圈数，确定所述多水质参数检测设备在水中的深度位置

/>

在上述公式(1)中，N(t₁)表示以所述粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t₁后，所述粗转轴的转动圈数；U表示所述驱动电压信号对应的电压值；I表示所述电机的额定电流值；m_s表示所述多水质参数检测装置的总质量；ρ表示水的密度值；g表示重力加速度；V_s表示所述多水质参数检测装置的总体积；R表示所述粗转轴的半径；H(t₂)表示以所述粗转轴开始转动的时刻为初始时刻并且经过时间t₂后，所述多水质参数检测装置在水中的深度；H₀表示所述粗转轴开始转动的时刻，所述多水质参数检测装置在水中的深度，其中H₀＝0，即所述粗转轴开始转动的时刻，所述多水质参数检测装置处于水面位置；其中t₁的单位是分钟，t₂的单位是小时；

第二、利用下面公式(2)，根据所述多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据，预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，

在上述公式(2)中，Δλ_H(T_down→T_on)表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，在T_down→T_on的未来预设时间段内预测的水体的水质参数变化值；T_down表示未来预设时间段对应的最小时间时刻；T_on表示未来预设时间段对应的最大时间时刻；T表示未来预设时间段对应的时间长度，即T＝T_on-T_down；λ_H(T_down-aT)表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置在T_down-aT时刻采集得到的水质参数值；λ_H[T_down-(a+1)T]表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置在T_down-(a+1)T时刻采集得到的水质参数值；T₀表示当所述多水质参数检测装置在水中的深度为H时，所述多水质参数检测装置首次采集水质参数值对应的时刻；

表示对括号内的参数/>

进行数值取整运算，即将T₀→T_down的时间间隔按照T的时间长度能够平均分成/>

份；

第三、先根据上述公式(2)计算出将a的值从1取到

过程中分别得到对应的Δλ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}即为未来预设时间段对应预测的水质参数变化值；在利用下面公式(3)，根据所述多水质参数检测装置在水中的同一深度位置的不同时刻的水质检测数据以及预测在未来预设时间段内水体的水质参数变化值，对未来预设时间段内的水体的水质参数变化值进行修正，

在上述公式(3)中，

表示在水中的深度为H时，修正后的T_down→T_on未来预设时间段内的水体的水质参数变化值；δ_H{[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)}表示在水中的深度为H时，在[T_down-(a+1)T]→(T_down-aT)时间段内水质参数变化真实值与水质变化预测值之间的偏差值。/>

2.如权利要求1所述的可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于：

所述多水质参数检测装置还包括数据收发设备；

所述数据收发设备用于将外界终端分别与所述控制箱和所述水质数据分析处理设备；

所述数据收发设备用于将来自所述外界终端的控制指令传输至所述控制箱，从而使所述控制箱根据所述控制指令控制所述电机的运转；

所述数据收发设备还用于将所述水质数据分析处理设备获得的水质检测数据传输至所述外界终端。

3.如权利要求1所述的可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于：

所述外管内部还设置有传感器固定件和单片机；

每个水质传感器螺纹连接在所述传感器固定件上；

所述单片机分别与每个水质传感器信号连接；

所述外管的一端可拆卸地设置有保护盖，另一端设有后端盖；

所述后端盖设有线缆连接口，所述单片机与所述线缆连接口信号连接，所述线缆的一端连接有线缆对接头，所述线缆对接头与所述线缆连接口螺纹连接，从而使所述线缆能够将所述水质检测数据传输至所述水质数据分析处理设备；

所述外管靠近所述保护盖的区域、沿着所述外管的外侧壁周向均匀分布的若干流通孔；每个流通孔贯穿所述外侧壁。

4.如权利要求3所述的可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于：

每个水质传感器与所述传感器固定件连接的螺纹上设有第一防水圈和第二防水圈；所述第一防水圈与所述第二防水圈层叠设置；

每个水质传感器与所述传感器固定件连接的端部设有轴向防水圈；

所述第一防水圈、所述第二防水圈和所述轴向防水圈均由硅胶材质制成。

5.如权利要求1所述的可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于：

若干水质传感器包括余氯传感器、电导率传感器、PH值传感器、ORP传感器、氨氮传感器和浊度传感器。

6.如权利要求1所述的可自动调节深度的多水质参数检测装置，其特征在于：

所述供电设备包括太阳能电池板和蓄电池；

所述蓄电池与所述太阳能电池板连接，其用于存储所述太阳能电池板产生的电能；

所述蓄电池分别对所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备分别进行恒压供电；

所述供电设备还包括稳压供电控制器；

所述稳压供电控制与所述蓄电池连接，其用于对所述蓄电池输出的电压转换成分别与所述深度调节设备、所述多水质参数检测设备和所述水质数据分析处理设备一一对应的不同恒定电压，从而实现所述恒压供电。

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