一种无人船取样系统及取样方法技术方案

本发明专利技术公开了一种无人船取样系统及取样方法，包括船体，船体上安装有取样系统，取样系统包括取样瓶、水泵、绞盘、牵引线、位置步进电机、丝杆、取样步进电机、Z型固定支架、弹性水管和铅锤，船体上设有取样水槽，取样水槽内分布有若干个取样瓶，丝杆位于取样水槽内的取样瓶的正上方，丝杆与位置步进电机连接，丝杆连接有丝杆螺母且丝杆螺母上固定有滑块，水泵的出水口通过出水管固定在所述滑块上，取样水槽内的左端设有取样排水口，水泵的进水口连接有弹性水管，取样步进电机连接有绞盘，绞盘上缠绕有牵引线，牵引线与弹性水管的进水端和铅锤连接，本发明专利技术不会造成水管堵塞、水管打结等问题，可以指定取样深度，避免多次取样之间的样本污染。

A sampling system and sampling method for unmanned ship

The invention discloses a sampling system and sampling method for unmanned ship, including a ship body. A sampling system is installed on the hull. The sampling system includes a sampling bottle, a pump, a winch, a traction line, a position stepping motor, a silk rod, a sampling step motor, a Z fixed bracket, an elastic pipe and a lead hammer, and a sampling tank on the hull. There are several sampling bottles in the sample tank, the silk rod is located above the sampling bottle in the sampling trough, the silk rod is connected with the position stepping motor, the silk rod is connected with the screw nut and the slider is fixed on the screw nut, and the water outlet of the pump is fixed on the slider through the outlet pipe, and the left end in the sampling sink is provided with sampling and drainage. The inlet of the water pump is connected with an elastic water pipe, the sampling step motor is connected with a winch, the winch is entangled with a traction line, the traction line is connected with the inlet of the elastic water pipe and the lead hammer. The invention will not cause water pipe blockage, pipe knot and other problems, and the sampling depth can be specified to avoid sample contamination between multiple sampling.

【技术实现步骤摘要】
一种无人船取样系统及取样方法
本专利技术涉及无人船
，具体涉及一种无人船取样系统及取样方法。
技术介绍
目前，环保监查部门为掌握所辖水域的水质情况,通常是对水质进行定期或不定期的取样检测分析,依水质的各项质量指标决定相应的环保措施。然而，现有水质自动监测站由于位置固定难以及时发现污染源，而移动监测手段多为有人驾驶的水质监测车或监测船，不仅成本高，而且受城市水体的复杂地形影响，部分水域人工监测船或监测车根本无法驶入，造成目前水质监测体系存在响应不及时、时间与空间分辨率较低等问题，因此出现了无人船取样。目前市场上无人船取样方式不能指定深度取样、取样结构复杂、易堵塞水管。例如：采用把水管缠绕在绞盘上，让后让电机带动绞盘进行向下放水管取样，该装置具有取样装置笨重不灵活、结构复杂、易折叠堵塞，由于水管较粗取样时容易造成计算取样深度的不精确，并且在取样、收回水管时容易造成水管堵塞并且不能指定取样深度和多次取样。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是针对上述现有技术的不足提供一种无人船取样系统及取样方法，本无人船取样系统及取样方法成本低，结构简单，在取样的过程中不会造成水管堵塞、水管打结等问题，可以指定取样深度，可以多次取样，同时还可以避免多次取样之间的样本污染。为实现上述技术目的，本专利技术采取的技术方案为：一种无人船取样系统，包括船体、用于驱动船体移动的动力装置和电源装置，所述船体上安装有取样系统，所述取样系统包括取样瓶、水泵、绞盘、牵引线、位置步进电机、丝杆、取样步进电机、Z型固定支架、弹性水管和铅锤，所述船体上设有取样水槽，所述取样水槽内从左端至右端均匀分布有若干个取样瓶，所述丝杆通过轴承支座固定在所述船体上且丝杆位于取样水槽内的取样瓶的正上方，所述丝杆通过联轴器与位置步进电机连接，所述丝杆连接有丝杆螺母且丝杆螺母上固定有滑块，所述水泵的出水口通过出水管固定在所述滑块上，所述取样水槽内的左端设有取样排水口，所述取样排水口通过排水管延伸至船体的外侧，所述水泵的进水口连接有弹性水管的出水端，所述取样步进电机安装在所述船体的右端，所述取样步进电机连接有绞盘，所述绞盘上缠绕有牵引线，所述Z型固定支架的一端固定在所述船体的右端，所述弹性水管固定在所述Z型固定支架上，所述Z型固定支架的另一端的表面设有穿线孔且绞盘上的牵引线位于穿线孔的正上方，所述牵引线的另一端穿过穿线孔并与弹性水管的进水端和铅锤连接，所述动力装置、位置步进电机、取样步进电机和水泵均与电源装置电连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述动力装置包括螺旋桨和驱动电机，所述驱动电机固定在所述船体上，所述驱动电机与所述螺旋桨连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述无人船上设有主控制器、定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块，所述定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块均与主控制器电连接，所述无线通信系统远程连接有上位机，所述动力电机驱动模块与所述驱动电机电连接，所述水泵驱动模块与所述水泵电连接，所述位置步进电机驱动模块与所述位置步进电机电连接，所述取样步进电机驱动模块与所述取样步进电机电连接，所述主控制器、定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块均与电源装置电连接。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述主控制器采用单片机STM32F103ZET6，所述定位系统采用北斗RTK定位系统，所述无线通信系统采用GPRS无线通信系统，所述动力电机驱动模块中的驱动电路采用L298N芯片，所述水泵驱动模块中的驱动电路采用L298N芯片，所述位置步进电机驱动模块采用TB6600步进电机驱动器，所述取样步进电机驱动模块采用TB6600步进电机驱动器。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述位置步进电机和取样步进电机均采用42BYGH47-401A两相四线混合式步进电机。作为本专利技术进一步改进的技术方案，所述取样瓶的底部固定在所述取样水槽的底壁上。为实现上述技术目的，本专利技术采取的另一个技术方案为：一种无人船取样系统的取样方法，包括：（1）上位机通过无线通信系统发送初始化信号到主控制器，主控制器通过位置步进电机驱动模块控制位置步进电机，位置步进电机通过滑块带动水泵的出水口移动到取样排水口；（2）上位机通过无线通信系统发送取样指令到主控制器，主控制器分析取样指令从而获得取样参数，所述取样参数包括取样深度、取样瓶的编号和取样地点的坐标点；（3）主控制器根据取样地点的坐标点以及定位系统定位的坐标点控制动力装置，动力装置带动船体巡航至取样地点的坐标点；（4）主控制器根据取样深度计算出取样步进电机转动的角度从而控制取样步进电机，取样步进电机带动绞盘旋转从而将弹性水管的进水端下放到与取样深度一致的位置；（5）主控制器通过水泵驱动模块控制水泵，水泵在第一预设时间段内进行抽水，水泵达到第一预设时间段后停止抽水，主控制器根据取样瓶的编号控制位置步进电机，位置步进电机通过滑块带动水泵的出水口移动到与该编号相同的取样瓶的入水口处；（6）主控制器通过水泵驱动模块再次控制水泵，水泵在第二预设时间段内进行抽水，水泵达到第二预设时间段后停止抽水；（7）主控制器通过无线通信系统将本次取样的取样地点的坐标点、取样深度、取样瓶的编号和第二预设时间段发送至上位机；（8）主控制器通过位置步进电机驱动模块控制位置步进电机，位置步进电机通过滑块带动水泵的出水口移动到取样排水口；（9）主控制器根据步骤（4）计算出的取样步进电机转动的角度控制取样步进电机，取样步进电机带动绞盘旋转从而收回牵引线，弹性水管收回从而保持自然形状。本专利技术的有益效果为：（1）本专利技术结构简单，能够根据不同的水域状况以及取样深度来更换不同的弹性水管和取样瓶，更换简单易于操作。（2）本专利技术通过上位机与无人船上的主控制器进行交互的方式，只需要在上位机设置取样参数，即可实现全自动取样。（3）本专利技术采用无线通信系统，实时上传无人船本次取样的位置信息（坐标点）、取样深度、保存取样样本的取样瓶的编号和取样时间，确保无人船在取样过程中的可靠性。（4）本专利技术可以在上位机上根据实际需要设置取样深度位置以及保存样本的取样瓶的编号以便于适应不同的水域状况。（5）本专利技术设计巧妙，能够通过主控制器控制采样步进电机从而实现更加精确到达指定深度位置获取的水质样本，另弹性水管、绞盘、牵引线和铅锤的结构设置确保了取样过程中不会造成水管堵塞、水管打结等的情况。（6）本专利技术设置多个取样瓶，可以多次取样，同时可以避免取样样本污染等问题，确保取样的多样性。即在取样前，位置步进电机通过滑块带动水泵的出水口移动到取样排水口，防止无人船在行驶过程中水泵或弹性水管残留的水污染下次取样。附图说明图1为本专利技术的结构示意图。图2为本专利技术的取样水槽的结构示意图。图3为本专利技术的电路原理示意图。图4为本专利技术的流程图。具体实施方式下面根据图1至图4对本专利技术的具体实施方式作出进一步说明：针对上述问题，本专利技术设计开发了一种无人船取样系统可在指定水域获取指定深度的水质样本，该无人船取样系统在取样的过程中不会造成水管堵塞、水管打结等问题，并且可以多次本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人船取样系统，包括船体、用于驱动船体移动的动力装置和电源装置，其特征在于：所述船体上安装有取样系统，所述取样系统包括取样瓶、水泵、绞盘、牵引线、位置步进电机、丝杆、取样步进电机、Z型固定支架、弹性水管和铅锤，所述船体上设有取样水槽，所述取样水槽内从左端至右端均匀分布有若干个取样瓶，所述丝杆通过轴承支座固定在所述船体上且丝杆位于取样水槽内的取样瓶的正上方，所述丝杆通过联轴器与位置步进电机连接，所述丝杆连接有丝杆螺母且丝杆螺母上固定有滑块，所述水泵的出水口通过出水管固定在所述滑块上，所述取样水槽内的左端设有取样排水口，所述取样排水口通过排水管延伸至船体的外侧，所述水泵的进水口连接有弹性水管的出水端，所述取样步进电机安装在所述船体的右端，所述取样步进电机连接有绞盘，所述绞盘上缠绕有牵引线，所述Z型固定支架的一端固定在所述船体的右端，所述弹性水管固定在所述Z型固定支架上，所述Z型固定支架的另一端的表面设有穿线孔且绞盘上的牵引线位于穿线孔的正上方，所述牵引线的另一端穿过穿线孔并与弹性水管的进水端和铅锤连接，所述动力装置、位置步进电机、取样步进电机和水泵均与电源装置电连接。

【技术特征摘要】
1.一种无人船取样系统，包括船体、用于驱动船体移动的动力装置和电源装置，其特征在于：所述船体上安装有取样系统，所述取样系统包括取样瓶、水泵、绞盘、牵引线、位置步进电机、丝杆、取样步进电机、Z型固定支架、弹性水管和铅锤，所述船体上设有取样水槽，所述取样水槽内从左端至右端均匀分布有若干个取样瓶，所述丝杆通过轴承支座固定在所述船体上且丝杆位于取样水槽内的取样瓶的正上方，所述丝杆通过联轴器与位置步进电机连接，所述丝杆连接有丝杆螺母且丝杆螺母上固定有滑块，所述水泵的出水口通过出水管固定在所述滑块上，所述取样水槽内的左端设有取样排水口，所述取样排水口通过排水管延伸至船体的外侧，所述水泵的进水口连接有弹性水管的出水端，所述取样步进电机安装在所述船体的右端，所述取样步进电机连接有绞盘，所述绞盘上缠绕有牵引线，所述Z型固定支架的一端固定在所述船体的右端，所述弹性水管固定在所述Z型固定支架上，所述Z型固定支架的另一端的表面设有穿线孔且绞盘上的牵引线位于穿线孔的正上方，所述牵引线的另一端穿过穿线孔并与弹性水管的进水端和铅锤连接，所述动力装置、位置步进电机、取样步进电机和水泵均与电源装置电连接。2.根据权利要求1所述的无人船取样系统，其特征在于：所述动力装置包括螺旋桨和驱动电机，所述驱动电机固定在所述船体上，所述驱动电机与所述螺旋桨连接。3.根据权利要求2所述的无人船取样系统，其特征在于：所述无人船上设有主控制器、定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块，所述定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块均与主控制器电连接，所述无线通信系统远程连接有上位机，所述动力电机驱动模块与所述驱动电机电连接，所述水泵驱动模块与所述水泵电连接，所述位置步进电机驱动模块与所述位置步进电机电连接，所述取样步进电机驱动模块与所述取样步进电机电连接，所述主控制器、定位系统、无线通信系统、动力电机驱动模块、水泵驱动模块、位置步进电机驱动模块和取样步进电机驱动模块均与电源装置电连接。4.根据权利要求3所述的无人船取样系统，其特征在于：所述主控制器采用单片机STM32F103ZE...

【专利技术属性】
技术研发人员：葛化敏，许四杰，王杰，夏广浩，华昭杰，
申请(专利权)人：南京信息工程大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32