水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型公開了一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，該裝置以水下機(jī)器人為加載平臺(tái)，包括水質(zhì)采集與處理單元、電源單元、接口單元、傳感器組和一套注/排水容器；水質(zhì)采集與處理單元包括主控模塊，以及與主控模塊相連的傳感器控制模塊、水泵控制模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊。監(jiān)測時(shí)，機(jī)器人主控制單元發(fā)送命令至主控模塊，水泵控制模塊控制水泵開始將水吸入水槽內(nèi)，同時(shí)，傳感器控制模塊會(huì)控制傳感器組的工作狀態(tài)，測得所需水質(zhì)參數(shù)后傳給主控模塊并存儲(chǔ)，顯示模塊實(shí)時(shí)顯示所測水質(zhì)參數(shù)的大小，再通過接口單元將水質(zhì)參數(shù)傳給機(jī)器人主控制單元，監(jiān)測完成后將水排出水槽。本實(shí)用新型可實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測水質(zhì)，且更加靈活，可控制，方便了研究人員的監(jiān)測。
【專利說明】
水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實(shí)用新型屬于監(jiān)測裝置，具體涉及一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置。
【背景技術(shù)】
[0002]隨著人口增長和工業(yè)的發(fā)展，水污染成為十分重要的問題，而水又是人類生存的重要資源。水質(zhì)的監(jiān)測是預(yù)防和治理污染的重要技術(shù)保障，這就顯得水質(zhì)監(jiān)測尤為重要。隨著科技的發(fā)展，市面上出現(xiàn)了很多的水質(zhì)監(jiān)測儀器。
[0003]但是目前，我國水質(zhì)監(jiān)測主要存在檢測儀器設(shè)備的國產(chǎn)化過低，性能不穩(wěn)定，故障率高等問題。并且傳統(tǒng)的水質(zhì)監(jiān)測方法也存在著一些問題，比如:測量周期長，程序繁雜，在檢測的過程中必須使用藥劑，這或多或少都會(huì)對環(huán)境形成“二次污染”?；诖吮尘跋?，為了方便研究人員對水質(zhì)進(jìn)行實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測，設(shè)計(jì)一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置是本實(shí)用新型的研究課題。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0004]發(fā)明目的:鑒于此，本實(shí)用新型針對現(xiàn)有技術(shù)中存在的上述或其他缺陷，設(shè)計(jì)一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，以方便研究人員實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程監(jiān)測水質(zhì)，且此裝置更加靈活，可控制。
[0005]技術(shù)方案:為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本實(shí)用新型提供了一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，包括水質(zhì)采集與處理單元、電源單元、接口單元、傳感器組和一套注/排水容器;所述水質(zhì)采集與處理單元包括主控模塊，以及與主控模塊相連的傳感器控制模塊、水栗控制模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊;所述注/排水容器包括水槽、吸水管、水栗和排水管;所述接口單元用于水質(zhì)采集與處理單元和機(jī)器人主控制單元的通信;所述傳感器控制模塊與傳感器組中的各傳感器相連，所述水栗控制模塊與水栗相連。
[0006]作為優(yōu)選，所述傳感器組中包括pH值傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器和液位傳感器。
[0007]作為優(yōu)選，所述水槽為具有內(nèi)外兩層的圓筒形結(jié)構(gòu)，水槽內(nèi)層用于存儲(chǔ)水，所述傳感器組中各傳感器固定在水槽內(nèi)層的內(nèi)表面，所述水栗、水栗控制模塊和傳感器控制模塊固定在水槽內(nèi)層的外表面;所述主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源單元固定在水槽外層的外表面。
[0008]作為優(yōu)選，所述水槽內(nèi)層的外表面和水槽外層的外表面分別設(shè)有防水罩，所述水栗控制模塊、傳感器控制模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源單元設(shè)置在防水罩內(nèi)。
[0009]作為優(yōu)選，所述吸水管和排水管分別和水栗相連，吸水管上設(shè)有過濾網(wǎng)，排水管的一端深入到水槽底部。
[0010]作為優(yōu)選，所述主控模塊采用ARM芯片S3C2440X，傳感器控制模塊采用C8051F530單片機(jī)，水栗控制模塊采用MSP430單片機(jī)。
[0011]有益效果:本實(shí)用新型的水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，通過將水質(zhì)監(jiān)測裝置置于水下機(jī)器人中，可以方便監(jiān)測到更深的水域，而不需要人為的深入到水中。其水質(zhì)采集與處理單元通過接口單元實(shí)現(xiàn)與機(jī)器人主控單元的通信，進(jìn)而由主控模塊控制其他模塊的運(yùn)作，此水質(zhì)采集與處理單元可以單獨(dú)運(yùn)作，也可放在水下機(jī)器人中進(jìn)行聯(lián)合運(yùn)作。所測得的水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)既會(huì)傳輸給機(jī)器人主控制單元又會(huì)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)模塊中，可在機(jī)器人上岸后拔出存儲(chǔ)模塊中的SD卡將水質(zhì)參數(shù)直接傳輸?shù)诫娔X中。這些使得研究人員能夠方便、實(shí)時(shí)、遠(yuǎn)程、全面監(jiān)測水質(zhì)情況。
【附圖說明】
[0012]為了使本實(shí)用新型的內(nèi)容更容易被清楚的理解，結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明，其中:
[0013]圖1是本實(shí)用新型的原理框圖。
[0014]圖2是本實(shí)用新型的物理結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3是本實(shí)用新型的傳感器控制模塊原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]結(jié)合附圖對本實(shí)用新型作進(jìn)一步的描述如下:
[0017]如圖1所示，為本實(shí)用新型的原理框圖，該裝置以水下機(jī)器人為加載平臺(tái)，包括水質(zhì)采集與處理單元、電源單元和接口單元，以及傳感器組和一套注/排水容器;其中水質(zhì)采集與處理單元用于水質(zhì)參數(shù)的采集與處理，電源單元用于水質(zhì)采集與處理單元的供電，接口單元用于水質(zhì)采集與處理單元與機(jī)器人主控制單元的通信。水質(zhì)采集與處理單元包括主控模塊、傳感器控制模塊、水栗控制模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊;傳感器控制模塊、水栗控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊分別和主控模塊相連。主控模塊以ARM為核心(包含S3C2440X芯片，UART、SP1、IIC等各接口轉(zhuǎn)換電路)，控制水質(zhì)采集與處理單元上各模塊工作。注/排水容器包括水槽、吸水管、水栗和排水管。監(jiān)測時(shí)，機(jī)器人主控制單元發(fā)送命令至主控模塊，水栗控制模塊控制水栗開始將水吸入水槽內(nèi)，同時(shí)，傳感器控制模塊會(huì)控制傳感器組的工作狀態(tài)，測得所需水質(zhì)參數(shù)后通過RS-485總線傳給主控模塊并存儲(chǔ)，而且顯示模塊會(huì)實(shí)時(shí)顯示所測水質(zhì)參數(shù)的大小，再通過接口單元將水質(zhì)參數(shù)傳給機(jī)器人主控制單元，監(jiān)測完成后將水排出水槽。
[0018]主控模塊用于接收機(jī)器人主控制單元的命令、發(fā)送數(shù)據(jù)到機(jī)器人主控制單元以及對傳感器控制模塊、水栗控制模塊、存儲(chǔ)模塊、顯示模塊發(fā)送指令使它們進(jìn)行有序工作;傳感器控制模塊中的傳感器控制器是用來控制相應(yīng)傳感器的停止和啟動(dòng)的;存儲(chǔ)模塊是用來存儲(chǔ)所測水質(zhì)參數(shù)的，在機(jī)器人上岸后可將存儲(chǔ)模塊中的SD卡拔出直接上傳水質(zhì)監(jiān)測數(shù)據(jù)至電腦;顯示模塊是通過LED數(shù)碼管直觀顯示所測水質(zhì)參數(shù)大小的。
[0019]本實(shí)例中，主控模塊采用ARM芯片S3C2440X；水栗控制模塊采用MSP430 ；傳感器控制模塊采用C8051F530單片機(jī)，傳感器控制模塊通過RS-485總線實(shí)現(xiàn)與主控模塊的連接;顯示模塊通過IIC總線與主控模塊連接;存儲(chǔ)模塊通過SD1總線與主控模塊連接;水栗控制模塊通過串口與主控模塊相連。
[0020]如圖2所示，為本實(shí)用新型的物理結(jié)構(gòu)示意圖，水質(zhì)采集與處理單元安裝在水下機(jī)器人里。水槽I具有內(nèi)外兩層的圓筒形結(jié)構(gòu)，可采用不銹鋼材質(zhì)，水槽內(nèi)層用于存儲(chǔ)水。傳感器控制模塊中傳感器控制器10用來控制傳感器組，其固定在水槽內(nèi)層外表面，其中傳感器組包括PH值傳感器11、溶解氧傳感器12、電導(dǎo)率傳感器13和液位傳感器2，固定在水槽內(nèi)層內(nèi)表面，用于水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集和水位的測量。存儲(chǔ)模塊8存儲(chǔ)采集到的水質(zhì)參數(shù)，固定在水槽外層的外表面，等到機(jī)器人回到岸上時(shí)可以把存儲(chǔ)模塊中的SD卡拔出直接將水質(zhì)參數(shù)到電腦。水栗控制模塊中水栗控制器14用來控制水栗5注/排水至水槽內(nèi)層，固定在水槽內(nèi)層外表面，吸水管4和排水管3分別和水栗5相連，吸水管4上設(shè)有過濾網(wǎng)，排水管3的一端深入到水槽內(nèi)層底部。為了防止各電模塊接觸到水，在水槽內(nèi)層的外表面和水槽外層的外表面分別設(shè)防水罩，水栗控制模塊、傳感器控制模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源單元均設(shè)置在防水罩內(nèi)。顯示模塊6用來直觀顯示所測水質(zhì)參數(shù)的大小，固定在水槽外層的外表面。監(jiān)測時(shí)，機(jī)器人主控制單元發(fā)送命令至主控模塊7，水栗控制模塊控制水栗開始將水吸入水槽內(nèi)，同時(shí)，傳感器控制模塊會(huì)控制傳感器組的工作狀態(tài)，測得所需水質(zhì)參數(shù)后通過RS-485總線傳給主控模塊并存儲(chǔ)，而且顯示模塊會(huì)實(shí)時(shí)顯示所測水質(zhì)參數(shù)的大小，再通過接口單元將水質(zhì)參數(shù)傳給機(jī)器人主控制單元，監(jiān)測完成后將水排出水槽。
[0021 ]本實(shí)例中，電源單元9提供12V、5V、3.3V電壓，分別為水栗控制模塊、傳感器控制模塊、顯示模塊和主控模塊提供工作電壓。
[0022]如圖3所示，為本實(shí)用新型的傳感器控制模塊原理圖。pH信號(hào)與C8051F530的Pl.1和卩1.2連接，液位信號(hào)與08051?530的？1.3和？1.4連接，溶解氧信號(hào)與08051?530的？0.1和P0.2連接，電導(dǎo)率信號(hào)與C8051F530的Pl.5和Pl.6連接，主控模塊通過RS-485總線發(fā)送水質(zhì)采集信號(hào)到傳感器控制模塊，傳感器組測得水質(zhì)參數(shù)的模擬信號(hào)，經(jīng)過放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路得到水質(zhì)參數(shù)的數(shù)字信號(hào)送至C8051F530，再經(jīng)過RS-485轉(zhuǎn)換電路，其中RS-485轉(zhuǎn)換電路采用SN7516芯片，它的D1、RE、R0、DE引腳分別和C8051F530的P0.4/TX、P0.7/X1、P0.5/RX、P0.3引腳連接，接著通過RS-485總線將水質(zhì)參數(shù)的數(shù)字信號(hào)和反饋脈沖信號(hào)傳至主控模塊。
[0023]本實(shí)用新型的監(jiān)測裝置的具體使用方法如下:
[0024]I)在某水域內(nèi)，水下機(jī)器人到達(dá)監(jiān)測區(qū)域后，機(jī)器人主控制單元發(fā)送命令至主控模塊，主控模塊向水栗控制模塊發(fā)送指令，控制水栗將水吸入水槽內(nèi)，當(dāng)液位傳感器發(fā)送達(dá)到最高位信號(hào)時(shí)水栗停止注水。
[0025]2)同時(shí)傳感器控制模塊就會(huì)控制傳感器運(yùn)作，水質(zhì)傳感器測得的水質(zhì)參數(shù)的模擬信號(hào)經(jīng)過放大電路和A/D轉(zhuǎn)換電路成數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過RS-485轉(zhuǎn)換電路，將水質(zhì)參數(shù)的數(shù)字信號(hào)通過RS-485總線傳給主控模塊并通過SD1總線將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在存儲(chǔ)器中，顯示模塊會(huì)通過IIC總線實(shí)時(shí)顯示水質(zhì)參數(shù)的大小，再通過接口單元傳給機(jī)器人主控制單元。
[0026]3)監(jiān)測完，將水排出，液位傳感器發(fā)送到達(dá)最低位信號(hào)時(shí)水栗停止排水。
[0027]4)此后，水下機(jī)器人運(yùn)動(dòng)到另一監(jiān)測區(qū)域，機(jī)器人主控制單元又開始發(fā)送命令，進(jìn)行新一輪的監(jiān)測工作，重復(fù)上述I)到3)步驟。
[0028]5)機(jī)器人到達(dá)岸上后，將水質(zhì)監(jiān)測裝置從機(jī)器人身上取出，此時(shí)我們可以從顯示模塊中直觀的看出所測水質(zhì)參數(shù)的大小，并且將存儲(chǔ)模塊中的SD卡直接取出連接到電腦上得到水質(zhì)參數(shù)。
[0029]以上結(jié)合附圖詳細(xì)描述了本實(shí)用新型的實(shí)施方式，但是，本實(shí)用新型并不限于上述實(shí)施方式中的具體細(xì)節(jié)，在本實(shí)用新型的技術(shù)構(gòu)思范圍內(nèi)，可以對本實(shí)用新型的技術(shù)方案進(jìn)行多種等同變換，這些等同變換均屬于本實(shí)用新型的保護(hù)范圍。
[0030]另外需要說明的是，在上述【具體實(shí)施方式】中所描述的各個(gè)具體技術(shù)特征，在不矛盾的情況下，可以通過任何合適的方式進(jìn)行組合。為了避免不必要的重復(fù)，本實(shí)用新型對各種可能的組合方式不再另行說明。
【主權(quán)項(xiàng)】
1.一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:包括水質(zhì)采集與處理單元、電源單元、接口單元、傳感器組和一套注/排水容器;所述水質(zhì)采集與處理單元包括主控模塊，以及與主控模塊相連的傳感器控制模塊、水栗控制模塊、存儲(chǔ)模塊和顯示模塊;所述注/排水容器包括水槽、吸水管、水栗和排水管;所述接口單元用于水質(zhì)采集與處理單元和機(jī)器人主控制單元的通信;所述傳感器控制模塊與傳感器組中的各傳感器相連，所述水栗控制模塊與水栗相連。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述傳感器組中包括PH值傳感器、溶解氧傳感器、電導(dǎo)率傳感器和液位傳感器。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述水槽為具有內(nèi)外兩層的圓筒形結(jié)構(gòu)，水槽內(nèi)層用于存儲(chǔ)水，所述傳感器組中各傳感器固定在水槽內(nèi)層的內(nèi)表面，所述水栗、水栗控制模塊和傳感器控制模塊固定在水槽內(nèi)層的外表面;所述主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源單元固定在水槽外層的外表面。4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述水槽內(nèi)層的外表面和水槽外層的外表面分別設(shè)有防水罩，所述水栗控制模塊、傳感器控制模塊、主控模塊、顯示模塊、存儲(chǔ)模塊和電源單元設(shè)置在防水罩內(nèi)。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述吸水管和排水管分別和水栗相連，吸水管上設(shè)有過濾網(wǎng)，排水管的一端深入到水槽底部。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:所述主控模塊采用ARM芯片S3C2440X，傳感器控制模塊采用C8051F530單片機(jī)，水栗控制模塊采用MSP430單片機(jī)。7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種水下機(jī)器人水質(zhì)監(jiān)測裝置，其特征在于:傳感器組的pH值傳感器信號(hào)與C8051F530的Pl.1和Pl.2連接，液位傳感器信號(hào)與C8051F530的Pl.3和Pl.4連接，溶解氧傳感器信號(hào)與C8051F530的P0.1和P0.2連接，電導(dǎo)率傳感器信號(hào)與C8051F530的Pl.5和Pl.6連接;所述C8051F530通過RS-485轉(zhuǎn)換電路連接RS-485總線實(shí)現(xiàn)與主控模塊的連接，其中RS-485轉(zhuǎn)換電路采用SN7516芯片，它的D1、RE、R0、DE引腳分別和C8051F530的P0.4/ΤΧ、Ρ0.7/Χ1、Ρ0.5/RX、P0.3引腳連接。
【文檔編號(hào)】G01N33/18GK205679598SQ201620561021
【公開日】2016年11月9日
【申請日】2016年6月12日 公開號(hào)201620561021.5, CN 201620561021, CN 205679598 U, CN 205679598U, CN-U-205679598, CN201620561021, CN201620561021.5, CN205679598 U, CN205679598U
【發(fā)明人】王敏敏, 王慧斌, 邵鶴帥, 陳哲
【申請人】河海大學(xué)