一种基于单片机的采水器控制系统技术方案

本发明专利技术涉及一种分层采水器控制系统设计，控制系统以单片机为控制核心，使用压力传感器感知水深压力，数据采集单元采集传感器信息，并保存；通过电磁阀驱动电路控制电磁阀导通，触发采样瓶关闭。整个系统使用蓄电池进行供电，经电源管理单元给各个模块进行供电，采样前、后，使用无线通信模块进行数据的接收与发送。本发明专利技术可以一次性完成表层、中层和底层水样采集，提高了采样效率，使用无线通信模块进行传输数据避免了使用过程中连接电缆的步骤，搭载压力传感器提高了采样精度，整个系统的制作成本较低，具有较大的经济价值。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及一种用于水下水样采集装置的控制系统，适用于配合使用卡盖式采水器进行水样的分层采集。
技术介绍
随着工业的迅速发展，水污染问题日益严重。因此，水质监测成为了众多环境工作者的重要工作之一。其中，水样采集则是进行水环境研究和治理的基础环节。要全面了解水环境，通常需要得到水体各项指标的垂直分布信息，如此便需要对水体进行剖面的垂直分层取样。目前，尼斯金、霍斯金等采水器是使用较为广泛的水样采集仪器。在进行采样时，需要使用缆绳进行人工下放，在采水器下放达到预定采样深度时再从水面上释放重锤，触发采样瓶关闭。其在工作过程中，存在以下缺点。首先，采样时至少需要进行表层、中层和底层水样采集，工作量巨大，使用单个采样瓶时工作繁琐，需要耗费大量的人力、物力。此外，采水器通常需要绞车配合下放，其深度则依据钢丝绳下降的深度，但在实际工作环境中，采水器通常会由于水流等作用发生漂移，致使钢丝绳发生倾斜，这时采样精度难以保证，有时采水器倾斜过大，还会发生重锤无法触发采水器关闭的现象，无法顺利完成水样采集。泵吸式是另一种较为常用的水样采集方式，但在采样过程中，水体中的絮状物形态容易受到破坏，无法保证样本的原位状态，给后续的水体指标测定带来困难。CTD葵花式采水器是一种常用的水样采集装置，其在采集水样的同时可测量水质参数，但其需要使用电动机驱动采样瓶关闭，动力需求较高，功耗较大，并且价格非常昂贵。国家海洋局第一海洋研究所于2005年申请的“电动采水装置”，其在采样前、后均可保持采样瓶处于关闭状态，能够保持水样无污染、不泄露，不受生物附着的影响，但其在使用过程中需要电缆进行水下和水上的电气连接，使用较为不便；中国科学院海洋研究所于2006年申请的专利“一种可自动返回式采水器控制装置”，其不需要使用缆绳、也不需要使用电缆就可以完成水样的自动分层采集，但其在采样前仍然需要连接电缆进行深度数据的传输，并且由于返回是由采水器自身浮力提供，采水器返回位置并不确定，在水库水域中进行冬季采样时不易回收采水器。
技术实现思路
为了解决上述问题，本专利技术提供了一种基于单片机的采水器控制系统，可以配合尼斯金等采水器使用，提高采样精度，完成水样的自动分层采集。为实现上述目的，本专利技术采用以下技术方案：一种基于单片机的采水器控制系统，包括单片机、数据存储单元电源管理单元、电磁阀驱动电路、无线通信模块、电磁阀、电磁阀驱动电路、压力传感器、A/D转换单元；单片机为控制核心，系统输入端连接有压力传感器，通过A/D转换单元将信息采集到单片机内，单片机再将数据保存在数据存储单元中。系统的输出端连接电磁阀驱动电路，每个电磁阀驱动电路由光耦、三极管、二极管以及继电器组成，共有三个，分别控制三个电磁阀。三个电磁阀分别控制相应的采样瓶关闭。所述的采水器控制系统由蓄电池或者干电池经过电源管理单元进行供电，电源管理单元包括升压模块和降压模块，电源经过升压后给压力传感器、电磁阀供电，经过降压后给单片机、A/D转换单元、数据存储单元、电磁阀驱动电路以及无线通信模块供电。所述的压力传感器输出端与A/D转换单元的模拟输入端相连，A/D转换单元的输出端口与控制端口与单片机相连。单片机通信串口连接有无线通信模块，单片机可以通过控制其工作模式与外界进行数据交换。本专利技术具有以下有益效果：1.控制系统配有三个电磁阀驱动电路，在进行采样时，可以配备三个采样瓶进行采集，一次性可以完成水体的表层、中层以及底层水样采集，采样过程中无需人为干预，节省人力、物力，提高了采样效率；2.控制系统配备了压力传感器进行位置测定，从而避免了周围环境干扰而造成的采样深度不精确的问题，提高了采样精度；3.控制系统配备无线通信模块与外界进行数据交互，使用过程中不需要使用电缆进行数据传输等工作；4.本专利技术成本较低。附图说明：1.图1为控制系统整体结构示意图2.图2为控制系统电路原理图3.图3为搭配采样瓶使用示意图其中1为压力传感器，2为采样瓶触发机构，3为采样瓶，4为密封舱4.图4为控制程序流程图具体实施：本专利技术是为了提高采样精度和效率而使用的采水器控制系统。如图1所示，控制系统核心为单片机U1,系统输入端连接压力传感器，U1通过A/D转换单元U2采集压力传感器信息,并将信息存储于数据存储单元U3。系统可使用蓄电池或者干电池进行供电，经电源管理单元中的升压模块U4和降压模块U5进行供电。系统输出端连接三个触发采样瓶关闭的电磁阀，U1通过电磁阀驱动电路控制电磁阀“通、断”。同时单片机通信串口与无线通信模块相连，从而可以与外界进行信息交互。如图2所示，本实施例中，选用的单片机U1的型号为STC89C52,其时钟信号源由外部晶振供给，晶振频率为11.0592MHz，U1通过A/D转换单元U2采集压力传感器的信息，U2选取为TLC2543，其模拟输入端接压力传感器输出(0～5V电压信号)，传感器电源电压为24v，U2的控制端口与数据端口与单片机P1.3～P1.7相连，U1采集到数据后将其存于数据存储单元U3(AT24C64)中。如图2所示，本实施例采用采用12V蓄电池给系统供电，电源经过电源管理单元给各个模块供电。电源管理单元包括升压模块U4和降压模块U5,U4选取TPS61175，将12V电源电压升高到24V给压力传感器和电磁阀供电，U5选择TPS767D301将电源电压降至5v，其5V输出给单片机、A/D转换模块U2、数据存储单元U3、电磁阀驱动电路以及外接的无线通信模块供电。如图2所示，电磁阀驱动电路由输入端有光耦进行隔离，保护单片机正常工作，通过三极管(Q1～Q3)驱动继电器(J1～J3)导通，继电器输入端并联一个二极管(1N4007)，可以防止继电器断点后产生的反向电动势干扰。继电器输出端有三个触点，常闭触点4、公共触点2以及常开触点5，2和4接电磁阀两端，4同时与地端相连，5与TPS61175的输出端+24v相连。如图3所示，控制系统控制电磁触发采样瓶关闭的具体过程如下，单片机U1控制口(P1.0～P1.3)发出控制命令“低电平”，光耦导通，三极管的基级连接到+5v电压导通，继电器负输入端3与地端导通，继电器导通，其公共触点与常闭触点断开，并与常开触点相连，电磁阀通电吸合，其动铁芯在吸力作用下向下运动，带动连接的铁销向下运动并释放挂于铁销上的圆套，采样瓶自动关闭，采集到水样。如图2所示，本实施例中单片机串口(P3.0～P3.3)外本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于单片机的采水器控制系统，包括单片机、数据存储单元电源管理单元、电磁阀驱动电路、无线通信模块、电磁阀、电磁阀驱动电路、压力传感器、A/D转换单元；其特征在于，单片机为控制核心，系统输入端连接有压力传感器，通过A/D转换单元将信息采集到单片机内，单片机再将数据保存在数据存储单元中。系统的输出端连接电磁阀驱动电路，每个电磁阀驱动电路由光耦、三极管、二极管以及继电器组成，控制电磁阀。电磁阀控制相应的采样瓶关闭。所述的采水器控制系统由蓄电池或者干电池经过电源管理单元进行供电，电源管理单元包括升压模块和降压模块，电源经过升压后给压力传感器、电磁阀供电，经过降压后给单片机、A/D转换单元、数据存储单元、电磁阀驱动电路以及无线通信模块供电。所述的压力传感器输出端与A/D转换单元的模拟输入端相连，A/D转换单元的输出端口与控制端口与单片机相连；单片机通信串口连接有无线通信模块，单片机通过控制其工作模式与外界进行数据交换。

【技术特征摘要】
1.一种基于单片机的采水器控制系统，包括单片机、数据存储单元电源管理单元、电磁阀驱
动电路、无线通信模块、电磁阀、电磁阀驱动电路、压力传感器、A/D转换单元；其特征在
于，单片机为控制核心，系统输入端连接有压力传感器，通过A/D转换单元将信息采集到单
片机内，单片机再将数据保存在数据存储单元中。系统的输出端连接电磁阀驱动电路，每个
电磁阀驱动电路由光耦、三极管、二极管以及继电器组成，控制电磁阀。电磁阀控制相应的
采样瓶关闭。

【专利技术属性】
技术研发人员：韩敏，陈超，
申请(专利权)人：大连理工大学，
类型：发明
国别省市：辽宁;21