CN110411776A - 一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置 - Google Patents

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Abstract

一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，包括箱体、控制器、取样机构、送样机构及储样盒；箱体上表面安装有太阳能发电板、摄像头及数据接收天线，箱体内部安装有与太阳能发电板相连的蓄电池，由太阳能发电板为蓄电池充电；控制器、取样机构和送样机构均安装在箱体内部，控制器内部嵌装有北斗定位芯片；箱体侧壁板上开设若干储样盒插装孔，每个储样盒插装孔内均插装有一个储样盒，储样盒共两排且平行分布；取样机构包括电动取样水泵、取样导管及滤水器，取样导管连接在电动取样水泵与滤水器之间，通过取样机构抽取采样水体；送样机构包括步进电机、丝杠、丝母、平移滑台、导向光轴、导向滑块、舵机及出水阀，通过送样机构调整出水位置。

Description

一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置
技术领域
本发明属于水质环境采样技术领域，特别是涉及一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置。
背景技术
随着现代社会的快速发展，环境污染问题变得愈发突出，尤其是水污染问题，而在面对水污染问题时，进行水质环境监测就显得尤为重要。
目前，水质环境监测采样一直以人工采样为主，不仅需要投入大量的人力和物力成本，而且采样效率不高，同时存在监测不全面等问题。
发明内容
针对现有技术存在的问题，本发明提供一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，能够搭载于各种类型的船体上，无需人力辅助可自动进行水样采集，能够有效提高采样效率，可实时获取采样点位置坐标，可利用太阳能进行供电，同时具有结构简单、便于安装、节能环保的特点。
为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，包括箱体、控制器、取样机构、送样机构及储样盒；在所述箱体顶板上表面分别安装有太阳能发电板、摄像头及数据接收天线，在箱体内部安装有蓄电池，蓄电池与太阳能发电板相连，通过太阳能发电板对蓄电池进行充电，摄像头及数据接收天线均由蓄电池进行供电；所述控制器、取样机构和送样机构均安装在箱体内部，在控制器内部嵌装有北斗定位芯片；在所述箱体侧壁板上开设若干储样盒插装孔，每个储样盒插装孔内均插装有一个储样盒，储样盒共两排且平行分布。
所述取样机构包括电动取样水泵、取样导管及滤水器，所述电动取样水泵固装在箱体底板上，取样导管一端与电动取样水泵的进水口相连通，滤水器安装在取样导管另一端，电动取样水泵的控制端与控制器相连；所述电动取样水泵由蓄电池进行供电。
所述送样机构包括步进电机、丝杠、丝母、平移滑台、导向光轴、导向滑块、舵机及出水阀；所述导向光轴数量为两根，两根导向光轴平行设置且位于两排储样盒的中间，导向光轴水平固连在箱体上；所述导向滑块套装在导向光轴上，导向滑块可沿导向光轴直线移动，所述平移滑台水平固装在导向滑块上；所述步进电机固装在箱体底板上，步进电机的电机轴通过联轴器与丝杠一端相固连，丝杠与导向光轴相平行，所述丝母套装在丝杠上，且丝母与平移滑台下表面相固连；所述舵机竖直固装在平移滑台上表面，舵机的主轴朝上设置，所述出水阀固装在舵机的主轴上，出水阀的进水口通过进水导管与电动取样水泵的出水口相连通，在出水阀的排水口安装有出水导管，出水导管的排水端管口位于储样盒正上方；所述步进电机和舵机均由蓄电池进行供电。
本发明的有益效果：
本发明的基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，能够搭载于各种类型的船体上，无需人力辅助可自动进行水样采集，能够有效提高采样效率，可实时获取采样点位置坐标，可利用太阳能进行供电，同时具有结构简单、便于安装、节能环保的特点。
附图说明
图1为本发明的一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置的结构示意图；
图2为本发明的一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置(内部剖视)的结构示意图；
图3为本发明的取样机构的结构示意图；
图4为本发明的送样机构的结构示意图；
图中，1—箱体，2—储样盒，3—太阳能发电板，4—摄像头，5—数据接收天线，6—电动取样水泵，7—取样导管，8—滤水器，9—步进电机，10—丝杠，11—丝母，12—平移滑台，13—导向光轴，14—导向滑块，15—舵机，16—出水阀，17—进水导管，18—出水导管。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明做进一步的详细说明。
如图1～4所示，一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，包括箱体1、控制器、取样机构、送样机构及储样盒2；在所述箱体1顶板上表面分别安装有太阳能发电板3、摄像头4及数据接收天线5，在箱体1内部安装有蓄电池，蓄电池与太阳能发电板3相连，通过太阳能发电板3对蓄电池进行充电，摄像头4及数据接收天线5均由蓄电池进行供电；所述控制器、取样机构和送样机构均安装在箱体1内部，在控制器内部嵌装有北斗定位芯片；在所述箱体1侧壁板上开设若干储样盒插装孔，每个储样盒插装孔内均插装有一个储样盒2，储样盒2共两排且平行分布。
所述取样机构包括电动取样水泵6、取样导管7及滤水器8，所述电动取样水泵6固装在箱体1底板上，取样导管7一端与电动取样水泵6的进水口相连通，滤水器8安装在取样导管7另一端，电动取样水泵6的控制端与控制器相连；所述电动取样水泵6由蓄电池进行供电。
所述送样机构包括步进电机9、丝杠10、丝母11、平移滑台12、导向光轴13、导向滑块14、舵机15及出水阀16；所述导向光轴13数量为两根，两根导向光轴13平行设置且位于两排储样盒2的中间，导向光轴13水平固连在箱体1上；所述导向滑块14套装在导向光轴13上，导向滑块14可沿导向光轴13直线移动，所述平移滑台12水平固装在导向滑块14上；所述步进电机9固装在箱体1底板上，步进电机9的电机轴通过联轴器与丝杠10一端相固连，丝杠10与导向光轴13相平行，所述丝母11套装在丝杠10上，且丝母11与平移滑台12下表面相固连；所述舵机15竖直固装在平移滑台12上表面，舵机15的主轴朝上设置，所述出水阀16固装在舵机15的主轴上，出水阀16的进水口通过进水导管17与电动取样水泵6的出水口相连通，在出水阀16的排水口安装有出水导管18，出水导管18的排水端管口位于储样盒2正上方；所述步进电机9和舵机15均由蓄电池进行供电。
本实施例中，箱体1的四面侧壁板均采用隔温板制造，箱体1采用方铝管制作支撑骨架，箱体1整体为长方形箱体，储样盒插装孔分布在长度较长的两面侧壁板上，每面侧壁板上均设置有三个储样盒插装孔，使储样盒插装孔的总数达到六个，因此储样盒2的数量也为六个。为了保证控制器的运行安全性，在箱体1内为控制器单独隔离出安装区域；电动取样水泵6采用385水泵，电动取样水泵6的进水口和出水口的孔径均为8mm；控制器采用自制方式制造，控制器以树莓派为主控板，树莓派由蓄电池进行供电，蓄电池为18650锂电池，蓄电池还配备有多个外接充电口，外接充电口采用micro USB接口，一个外接充电口用于与太阳能发电板3相连，其他外接充电口作为备用充电口，可以利用外部电源进行充电，太阳能发电板3的型号为PVM50；控制器内还设有升压模块和锂电池保护模块，太阳能发电板3依次通过升压模块和锂电池保护模块与蓄电池相连；在控制器内还设置有arduino UNO板，树莓派与arduino UNO板连接；步进电机9的型号为42BY34，步进电机9的控制端与arduino UNO板相连接，通过arduino UNO板控制步进电机9的转动；舵机15的型号为MG995，舵机15的控制端与arduino UNO板相连接，通过arduino UNO板控制舵机15的转动；在控制器内还设有L289N控制模块，arduino UNO板通过L289N控制模块与电动取样水泵6的控制端相连，通过L289N控制模块控制电动取样水泵6的转动；在控制器内还设有WiFi数传模块，树莓派通过WiFi数传模块与数据接收天线5相连，用于收发信息；树莓派直接与摄像头4相连，摄像头4获取的视频数据通过WiFi数传模块和数据接收天线5向计算机中进行传输，这里的计算机采用的是便携式笔记本，计算机由工作人员操作，工作人员位于船体内；在计算机中，可以实时显示由摄像头4获取的视频图像，每完成一次水样采集，北斗定位模块就会将采样点位置坐标传输到计算机中，并由计算机进行分析和存储。
下面结合附图说明本发明的一次使用过程：
首先将本发明的装置整体固定到船体的合适位置，然后将滤水器8抛入水体中，当工作人员确认采样位置后，就可以通过计算机发送采样指令，本发明的装置则通过数据接收天线5接受指令，此时电动取样水泵6首先启动，采样点的水体依次通过滤水器8、取样导管7、电动取样水泵6、进水导管17、出水阀16及出水导管18进入第一个储样盒2内，当储样盒2完成第一个采样点的水体存储后，电动取样水泵6停止，然后步进电机9启动，带动丝杠10转动，进而带动丝母11、平移滑台12、舵机15和出水阀16一同沿着丝杠10直线移动，直到出水导管18移动到第二个储样盒2正上方，此时步进电机9停止。
船体继续行驶，直到工作人员确认下一个采样位置后，计算机重新发送采样指令，电动取样水泵6首先启动，将第二个采样点的水体泵入第二个储样盒2内，直到完成第一个采样点的水体存储，然后步进电机9再次启动，并将出水导管18移动到第三个储样盒2正上方。
在进行第三个采样点的水体采样时，动作过程与第二个采样点的水体采样过程相同，当完成第一个采样点的水体采样后，舵机15启动，带动出水阀16旋转180°，使出水导管18移动到第四个储样盒2正上方，然后参照第一至第三个采样点的采用过程，完成第四至第六个采样点的水体采样。
另外，每完成一次水样采集，北斗定位模块就会将采样点位置坐标传输到计算机中，并由计算机进行分析和存储，而计算机中的显示屏上会实施显示出全局地图，每次采样点位置坐标采集结束后，都会在全局地图自动生成一个黄色圆点，更加方便后续数据分析。
实施例中的方案并非用以限制本发明的专利保护范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均包含于本案的专利范围中。

Claims (3)

1.一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，其特征在于：包括箱体、控制器、取样机构、送样机构及储样盒；在所述箱体顶板上表面分别安装有太阳能发电板、摄像头及数据接收天线，在箱体内部安装有蓄电池，蓄电池与太阳能发电板相连，通过太阳能发电板对蓄电池进行充电，摄像头及数据接收天线均由蓄电池进行供电；所述控制器、取样机构和送样机构均安装在箱体内部，在控制器内部嵌装有北斗定位芯片；在所述箱体侧壁板上开设若干储样盒插装孔，每个储样盒插装孔内均插装有一个储样盒，储样盒共两排且平行分布。
2.根据权利要求1所述的一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，其特征在于：所述取样机构包括电动取样水泵、取样导管及滤水器，所述电动取样水泵固装在箱体底板上，取样导管一端与电动取样水泵的进水口相连通，滤水器安装在取样导管另一端，电动取样水泵的控制端与控制器相连；所述电动取样水泵由蓄电池进行供电。
3.根据权利要求2所述的一种基于北斗定位的便携式水质环境采样装置，其特征在于：所述送样机构包括步进电机、丝杠、丝母、平移滑台、导向光轴、导向滑块、舵机及出水阀；所述导向光轴数量为两根，两根导向光轴平行设置且位于两排储样盒的中间，导向光轴水平固连在箱体上；所述导向滑块套装在导向光轴上，导向滑块可沿导向光轴直线移动，所述平移滑台水平固装在导向滑块上；所述步进电机固装在箱体底板上，步进电机的电机轴通过联轴器与丝杠一端相固连，丝杠与导向光轴相平行，所述丝母套装在丝杠上，且丝母与平移滑台下表面相固连；所述舵机竖直固装在平移滑台上表面，舵机的主轴朝上设置，所述出水阀固装在舵机的主轴上，出水阀的进水口通过进水导管与电动取样水泵的出水口相连通，在出水阀的排水口安装有出水导管，出水导管的排水端管口位于储样盒正上方；所述步进电机和舵机均由蓄电池进行供电。
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