CN205679598U - 水下机器人水质监测装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种水下机器人水质监测装置，该装置以水下机器人为加载平台，包括水质采集与处理单元、电源单元、接口单元、传感器组和一套注/排水容器；水质采集与处理单元包括主控模块，以及与主控模块相连的传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块和显示模块。监测时，机器人主控制单元发送命令至主控模块，水泵控制模块控制水泵开始将水吸入水槽内，同时，传感器控制模块会控制传感器组的工作状态，测得所需水质参数后传给主控模块并存储，显示模块实时显示所测水质参数的大小，再通过接口单元将水质参数传给机器人主控制单元，监测完成后将水排出水槽。本实用新型可实时、远程监测水质，且更加灵活，可控制，方便了研究人员的监测。

Description

水下机器人水质监测装置

技术领域

本实用新型属于监测装置，具体涉及一种水下机器人水质监测装置。

背景技术

随着人口增长和工业的发展，水污染成为十分重要的问题，而水又是人类生存的重要资源。水质的监测是预防和治理污染的重要技术保障，这就显得水质监测尤为重要。随着科技的发展，市面上出现了很多的水质监测仪器。

但是目前，我国水质监测主要存在检测仪器设备的国产化过低，性能不稳定，故障率高等问题。并且传统的水质监测方法也存在着一些问题，比如：测量周期长，程序繁杂，在检测的过程中必须使用药剂，这或多或少都会对环境形成“二次污染”。基于此背景下，为了方便研究人员对水质进行实时、远程监测，设计一种水下机器人水质监测装置是本实用新型的研究课题。

实用新型内容

发明目的：鉴于此，本实用新型针对现有技术中存在的上述或其他缺陷，设计一种水下机器人水质监测装置，以方便研究人员实时、远程监测水质，且此装置更加灵活，可控制。

技术方案：为了实现上述目的，本实用新型提供了一种水下机器人水质监测装置，包括水质采集与处理单元、电源单元、接口单元、传感器组和一套注/排水容器；所述水质采集与处理单元包括主控模块，以及与主控模块相连的传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块和显示模块；所述注/排水容器包括水槽、吸水管、水泵和排水管；所述接口单元用于水质采集与处理单元和机器人主控制单元的通信；所述传感器控制模块与传感器组中的各传感器相连，所述水泵控制模块与水泵相连。

作为优选，所述传感器组中包括pH值传感器、溶解氧传感器、电导率传感器和液位传感器。

作为优选，所述水槽为具有内外两层的圆筒形结构，水槽内层用于存储水，所述传感器组中各传感器固定在水槽内层的内表面，所述水泵、水泵控制模块和传感器控制模块固定在水槽内层的外表面；所述主控模块、显示模块、存储模块和电源单元固定在水槽外层的外表面。

作为优选，所述水槽内层的外表面和水槽外层的外表面分别设有防水罩， 所述水泵控制模块、传感器控制模块、主控模块、显示模块、存储模块和电源单元设置在防水罩内。

作为优选，所述吸水管和排水管分别和水泵相连，吸水管上设有过滤网，排水管的一端深入到水槽底部。

作为优选，所述主控模块采用ARM芯片S3C2440X，传感器控制模块采用C8051F530单片机，水泵控制模块采用MSP430单片机。

有益效果：本实用新型的水下机器人水质监测装置，通过将水质监测装置置于水下机器人中，可以方便监测到更深的水域，而不需要人为的深入到水中。其水质采集与处理单元通过接口单元实现与机器人主控单元的通信，进而由主控模块控制其他模块的运作，此水质采集与处理单元可以单独运作，也可放在水下机器人中进行联合运作。所测得的水质监测数据既会传输给机器人主控制单元又会存储在存储模块中，可在机器人上岸后拔出存储模块中的SD卡将水质参数直接传输到电脑中。这些使得研究人员能够方便、实时、远程、全面监测水质情况。

附图说明

为了使本实用新型的内容更容易被清楚的理解，结合附图对本发明作进一步详细的说明，其中：

图1是本实用新型的原理框图。

图2是本实用新型的物理结构示意图。

图3是本实用新型的传感器控制模块原理图。

具体实施方式

结合附图对本实用新型作进一步的描述如下：

如图1所示，为本实用新型的原理框图，该装置以水下机器人为加载平台，包括水质采集与处理单元、电源单元和接口单元，以及传感器组和一套注/排水容器；其中水质采集与处理单元用于水质参数的采集与处理，电源单元用于水质采集与处理单元的供电，接口单元用于水质采集与处理单元与机器人主控制单元的通信。水质采集与处理单元包括主控模块、传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块和显示模块；传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块、显示模块分别和主控模块相连。主控模块以ARM为核心(包含S3C2440X芯片，UART、SPI、IIC等各接口转换电路)，控制水质采集与处理单元上各模块工作。 注/排水容器包括水槽、吸水管、水泵和排水管。监测时，机器人主控制单元发送命令至主控模块，水泵控制模块控制水泵开始将水吸入水槽内，同时，传感器控制模块会控制传感器组的工作状态，测得所需水质参数后通过RS-485总线传给主控模块并存储，而且显示模块会实时显示所测水质参数的大小，再通过接口单元将水质参数传给机器人主控制单元，监测完成后将水排出水槽。

主控模块用于接收机器人主控制单元的命令、发送数据到机器人主控制单元以及对传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块、显示模块发送指令使它们进行有序工作；传感器控制模块中的传感器控制器是用来控制相应传感器的停止和启动的；存储模块是用来存储所测水质参数的，在机器人上岸后可将存储模块中的SD卡拔出直接上传水质监测数据至电脑；显示模块是通过LED数码管直观显示所测水质参数大小的。

本实例中，主控模块采用ARM芯片S3C2440X；水泵控制模块采用MSP430；传感器控制模块采用C8051F530单片机，传感器控制模块通过RS-485总线实现与主控模块的连接；显示模块通过IIC总线与主控模块连接；存储模块通过SDIO总线与主控模块连接；水泵控制模块通过串口与主控模块相连。

如图2所示，为本实用新型的物理结构示意图，水质采集与处理单元安装在水下机器人里。水槽1具有内外两层的圆筒形结构，可采用不锈钢材质，水槽内层用于存储水。传感器控制模块中传感器控制器10用来控制传感器组，其固定在水槽内层外表面，其中传感器组包括pH值传感器11、溶解氧传感器12、电导率传感器13和液位传感器2，固定在水槽内层内表面，用于水质数据的采集和水位的测量。存储模块8存储采集到的水质参数，固定在水槽外层的外表面，等到机器人回到岸上时可以把存储模块中的SD卡拔出直接将水质参数到电脑。水泵控制模块中水泵控制器14用来控制水泵5注/排水至水槽内层，固定在水槽内层外表面，吸水管4和排水管3分别和水泵5相连，吸水管4上设有过滤网，排水管3的一端深入到水槽内层底部。为了防止各电模块接触到水，在水槽内层的外表面和水槽外层的外表面分别设防水罩，水泵控制模块、传感器控制模块、主控模块、显示模块、存储模块和电源单元均设置在防水罩内。显示模块6用来直观显示所测水质参数的大小，固定在水槽外层的外表面。监测时，机器人主控制单元发送命令至主控模块7，水泵控制模块控制水泵开始 将水吸入水槽内，同时，传感器控制模块会控制传感器组的工作状态，测得所需水质参数后通过RS-485总线传给主控模块并存储，而且显示模块会实时显示所测水质参数的大小，再通过接口单元将水质参数传给机器人主控制单元，监测完成后将水排出水槽。

本实例中，电源单元9提供12V、5V、3.3V电压，分别为水泵控制模块、传感器控制模块、显示模块和主控模块提供工作电压。

如图3所示，为本实用新型的传感器控制模块原理图。pH信号与C8051F530的P1.1和P1.2连接，液位信号与C8051F530的P1.3和P1.4连接，溶解氧信号与C8051F530的P0.1和P0.2连接，电导率信号与C8051F530的P1.5和P1.6连接，主控模块通过RS-485总线发送水质采集信号到传感器控制模块，传感器组测得水质参数的模拟信号，经过放大电路和A/D转换电路得到水质参数的数字信号送至C8051F530，再经过RS-485转换电路，其中RS-485转换电路采用SN7516芯片，它的DI、RE、RO、DE引脚分别和C8051F530的P0.4/TX、P0.7/X1、P0.5/RX、P0.3引脚连接，接着通过RS-485总线将水质参数的数字信号和反馈脉冲信号传至主控模块。

本实用新型的监测装置的具体使用方法如下：

1)在某水域内，水下机器人到达监测区域后，机器人主控制单元发送命令至主控模块，主控模块向水泵控制模块发送指令，控制水泵将水吸入水槽内，当液位传感器发送达到最高位信号时水泵停止注水。

2)同时传感器控制模块就会控制传感器运作，水质传感器测得的水质参数的模拟信号经过放大电路和A/D转换电路成数字信号，再经过RS-485转换电路，将水质参数的数字信号通过RS-485总线传给主控模块并通过SDIO总线将数据存储在存储器中，显示模块会通过IIC总线实时显示水质参数的大小，再通过接口单元传给机器人主控制单元。

3)监测完，将水排出，液位传感器发送到达最低位信号时水泵停止排水。

4)此后，水下机器人运动到另一监测区域，机器人主控制单元又开始发送命令，进行新一轮的监测工作，重复上述1)到3)步骤。

5)机器人到达岸上后，将水质监测装置从机器人身上取出，此时我们可以从显示模块中直观的看出所测水质参数的大小，并且将存储模块中的SD卡直接 取出连接到电脑上得到水质参数。

以上结合附图详细描述了本实用新型的实施方式，但是，本实用新型并不限于上述实施方式中的具体细节，在本实用新型的技术构思范围内，可以对本实用新型的技术方案进行多种等同变换，这些等同变换均属于本实用新型的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本实用新型对各种可能的组合方式不再另行说明。

Claims (7)

1.一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：包括水质采集与处理单元、电源单元、接口单元、传感器组和一套注/排水容器；所述水质采集与处理单元包括主控模块，以及与主控模块相连的传感器控制模块、水泵控制模块、存储模块和显示模块；所述注/排水容器包括水槽、吸水管、水泵和排水管；所述接口单元用于水质采集与处理单元和机器人主控制单元的通信；所述传感器控制模块与传感器组中的各传感器相连，所述水泵控制模块与水泵相连。

2.根据权利要求1所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：所述传感器组中包括pH值传感器、溶解氧传感器、电导率传感器和液位传感器。

3.根据权利要求1所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：所述水槽为具有内外两层的圆筒形结构，水槽内层用于存储水，所述传感器组中各传感器固定在水槽内层的内表面，所述水泵、水泵控制模块和传感器控制模块固定在水槽内层的外表面；所述主控模块、显示模块、存储模块和电源单元固定在水槽外层的外表面。

4.根据权利要求3所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：所述水槽内层的外表面和水槽外层的外表面分别设有防水罩，所述水泵控制模块、传感器控制模块、主控模块、显示模块、存储模块和电源单元设置在防水罩内。

5.根据权利要求1所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：所述吸水管和排水管分别和水泵相连，吸水管上设有过滤网，排水管的一端深入到水槽底部。

6.根据权利要求1所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：所述主控模块采用ARM芯片S3C2440X，传感器控制模块采用C8051F530单片机，水泵控制模块采用MSP430单片机。

7.根据权利要求6所述的一种水下机器人水质监测装置，其特征在于：传感器组的pH值传感器信号与C8051F530的P1.1和P1.2连接，液位传感器信号与C8051F530的P1.3和P1.4连接，溶解氧传感器信号与C8051F530的P0.1和P0.2连接，电导率传感器信号与C8051F530的P1.5和P1.6连接；所述C8051F530通过RS-485转换电路连接RS-485总线实现与主控模块的连接，其中RS-485转换电路采用SN7516芯片，它的DI、RE、RO、DE引脚分别和C8051F530的P0.4/TX、P0.7/X1、P0.5/RX、P0.3引脚连接。