一种无人水质取样检测系统技术方案

提供一种无人水质取样检测系统，用于长时间连续多次对不同深度、不同区域的检测及取样，包括无人机、控制箱、拉线和取样筒。其中控制箱内设置有电池、电路控制模块、升降电机、电机支架和卷筒；尤其设计了一种取样筒，顶部无盖，底部为圆锥形，内部包含传感器组、水压计、密封电机以及密封盖，通过控制密封电机打开关闭密封盖来实现水质的取样；同时系统主控单元的核心芯片使用低功耗的器件，主控单元检测水压计的水深数据，控制打开/关闭传感器组，大幅提高连续工作时间。通过该套装置可以在不同水深条件下，连续多次对水质情况进行在线测量、记录以及自动取样。

【技术实现步骤摘要】
一种无人水质取样检测系统
本技术涉及水质取样检测领域，尤其涉及一种基于无人机的水质取样检测系统。
技术介绍
基于无人机的水源侦检系统实时性强，能够在高危地区作业，非常适合于各种自然灾害的应急救援，在未来重大自然灾害救援饮水安全保障过程中，可减少卫勤人员及救援人员在地震、泥石流、洪水等恶劣地质灾害下的意外伤害，还可以在恶劣自然灾害条件下，在安全区域实现远程饮水的快速检测，更换消毒模块后还可进行小面积水域快速消毒。目前，基于无人机技术的水源侦检系统往往只能够在线检测，很少具备同时进行水源取样和在线检测的功能，而且缺乏长时间连续多次对不同深度、不同区域的检测及自动取样。
技术实现思路
针对上述已有技术存在的不足，本技术提供一种无人水质取样检测系统，用于长时间连续多次对不同深度、不同区域的检测及自动取样。为了解决上述技术问题，本技术所采取的技术方案为：一种无人水质取样检测系统，包括：无人机，下方安装有滑轨；控制箱,与无人机通过滑轨相连，内部有电池、电路控制模块、升降电机、电机支架和卷筒。升降电机安装于电机支架上，电机支架固定于控制箱的底部，卷筒与升降电机之间由联轴器相连接。拉线，与卷筒相连，在升降电机的驱动下进行卷线与放线的动作，进而通过拉线控制取样筒抬升与落下，可缠绕于卷筒上，内部包裹着水密电缆。水密电缆与电路控制模块相连。取样筒，顶部无盖，均匀排列至少两个用于固定拉线的固定点，底部为圆锥形，开口，内部包含传感器组、水压计、密封电机以及密封盖、电机固定底座、丝杆。水密电缆与传感器组、水压计和密封电机相连，传感器组和水压计吊置于取样筒的上部，密封电机固定于电机固定底座，电机固定底座通过至少2个支撑臂固定于取样筒内壁，密封盖与丝杆固定连接，以使密封电机带动密封盖转动，通过该套装置可以在不同水深条件下，连续多次对水质情况进行在线测量、记录以及取样。控制箱内电路控制模块由主控单元、采集控制单元、电机驱动单元和电源单元组成。主控单元用于控制无人机飞行路径、通信，收集采集控制单元采集的水质数据，送至无人机转发给远端；采集控制单元可对水体质量进行综合检测以及对水样采集进行控制；电源单元用于供电电压转换，为电路控制模块、升降电机、密封电机提供电力；电机驱动单元将控制密封电机打开或关闭密封盖，并控制升降电机收起或下放取样筒。作为优选，主控单元的核心芯片使用超低功耗器件MSP430FR69x，其有益效果是降低系统功耗，提高连续工作时间。作为优选，主控单元检测水压计的水深数据，控制打开/关闭传感器组，其有益效果是进一步降低系统功耗，提高连续工作时间。作为优选，传感器组包含了PH传感器、溶解氧传感器、电导率传感器、浊度传感器和温度传感器，可以同时测量水质的5种参数，其有益效果是可对水体质量进行综合检测。作为优选，电源单元使用高效率的DC-DC开关电源芯片，其有益效果是提高转换电源效率，用于进一步降低系统功耗。作为优选，控制箱的中间的面及取样筒的箱体采用高强度塑料材质，其有益效果是降低设备整体重量，用于降低系统功耗。作为优选，无人机采用可悬停的多旋翼无人机，其有益效果是工作作业稳定，检测数据波动小。升降电机采用直流减速型，其有益效果是能够直接驱动卷筒旋转。作为优选，电池、拉线、密封电机、以及电路控制模块中的主控单元、电源单元、采集控制单元、电机驱动单元均采用外部涂覆防水胶的方式进行防水处理，其有益效果是保证了水下作业的安全。本技术的有益效果是，该无人水质取样检测系统能够实时在线检测，并根据水压计的结果进行不同深度水质检测，根据检测结果控制密封电机和密封盖对水样进行下密封，取样方便，同时通过控制密封电机和密封盖在指定水域打开，也可用于无人消毒。附图说明下面结合附图和实施例对本技术进一步说明。图1是本技术的无人水质取样检测系统的整体结构图；图2是本技术的无人水质取样检测系统的控制箱的结构示意图；图3是本技术的无人水质取样检测系统的取样筒的结构示意图；图4是本技术的无人水质取样检测系统的电路控制模块结构示意图；图5是本技术的无人水质取样检测系统与无人机连接示意图。图中：1.无人机，2.控制箱，3.拉线，4.取样筒，5.电源，6.电路控制模块，7.升降电机，8.电机支架，9.卷筒，10.水密电缆，11.传感器组，12.水压计，13.密封电机，14.密封盖，15.电机固定底座，16.丝杆，17.主控单元，18.采集控制单元，19.电机驱动单元，20.电源单元具体实施方式现在结合附图对本技术作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本技术的基本结构，因此其仅显示与本技术有关的构成。如图1所示，一种无人水质取样检测系统，包括无人机、控制箱、拉线、取样筒。控制箱和取样筒安装在无人机上，通过无人机水面悬停检测水质，并自动取样，通过无人机的通信模块反馈给后台操控平台的设备。控制箱可通过内部的升降电机控制取样筒的上升和降落。如图2所示，控制箱内部有电池、电路控制模块、升降电机、电机支架和卷筒。升降电机安装于电机支架上，电机支架固定于控制箱的底部，卷筒与升降电机之间由联轴器相连接，在升降电机的驱动下进行卷线与放线的动作。如图5所示，控制箱与无人机通过滑轨相连，安装简单可靠，只要从无人机正面将装置沿轨道平行推入卡牢固即可。如图3所示，取样筒顶部无盖，均匀排列至少两个用于固定拉线的固定点，底部为圆锥形，开口，内部包含传感器组、水压计、密封电机以及密封盖、电机固定底座、丝杆。水密电缆与传感器组、水压计和密封电机相连，传感器组和水压计吊置于取样筒的上部，密封电机为丝杆步进电机，固定于电机固定底座，电机固定底座通过至少2个支撑臂固定于取样筒内壁，密封盖与丝杆固定连接，密封电机转动带动密封盖上下移动，从而对取样筒进行开合，密封盖四周使用密封用的胶条包裹，能够增强水样的密封性能。通过该套装置可以在不同水深条件下，连续多次对水质情况进行在线测量、记录以及自动取样。如图4所示，控制箱按功能可划分为由主控单元、采集控制单元、电机驱动单元和电源单元组成等五部分组成。主控单元用于控制无人机飞行路径、通信，收集采集控制单元采集的水质数据，送至无人机转发给远端；采集控制单元可对水体质量进行综合检测以及对水样采集进行控制，通过RS485接口和Modbus协议读取传感器组检测到的水质参数；电源单元用于供电电压转换，为电路控制模块、升降电机、密封电机提供电力；电机驱动单元将控制密封电机打开或关闭密封盖，并控制升降电机收起或下放取样筒。使用时，无人机飞到指定地点水域，在水面悬停，首先主控单元控制密封电机打开密封盖，然后控制升降电机，放下取样筒。当主控单元检测到取样筒放入水中指定深度时，升降电机停止工作，此时，将开启传感器组检测状态，同时测量水质的5种参数，通过RS232接口经由无人机发送给远端。根据测量结果选择直接取样带走，或者在不同深度开始新的检测，取样时主控单元控制密封电机关闭密封盖，每次检测结束时关闭传感器组用于降低系统功耗，整个检测取样完毕后，主控单元控制升降收回取样筒。无人机与检测箱之间的通信为自定义协议，区分水质数据和无人机控制数据，灵活安全。检测系统工作依靠无人机上的电池供电，降低使用功耗，可以延本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种无人水质取样检测系统，可长期连续取样及检测水质，其特征在于，包括无人机(1)、控制箱(2)、拉线(3)和取样筒(4)；所述无人机(1)下方安装有滑轨；通过滑轨与所述控制箱(2)连接，所述控制箱(2)内设置有电池(5)、电路控制模块(6)、升降电机(7)、电机支架(8)和卷筒(9)，所述升降电机(7)安装于所述电机支架(8)上，所述电机支架(8)固定于所述控制箱(2)的底部，所述卷筒(9)与所述升降电机(7)之间由联轴器相连接；与所述卷筒(9)连接的拉线(3)，所述拉线(3)可缠绕于所述卷筒(9)上，在升降电机(7)的驱动下进行卷线与放线的动作，进而通过拉线(3)控制取样筒(4)抬升与落下，所述拉线(3)内部包裹着水密电缆(10)；所述水密电缆(10)与所述电路控制模块(6)相连；与所述拉线(3)尾部连接的取样筒(4)，所述取样筒(4)顶部无盖，均匀排列至少两个用于固定拉线的固定点，底部为圆锥形开口设计，取样筒(4)内部包含传感器组(11)、水压计(12)、密封电机(13)以及密封盖(14)、电机固定底座(15)、丝杆(16)。

【技术特征摘要】
1.一种无人水质取样检测系统，可长期连续取样及检测水质，其特征在于，包括无人机(1)、控制箱(2)、拉线(3)和取样筒(4)；所述无人机(1)下方安装有滑轨；通过滑轨与所述控制箱(2)连接，所述控制箱(2)内设置有电池(5)、电路控制模块(6)、升降电机(7)、电机支架(8)和卷筒(9)，所述升降电机(7)安装于所述电机支架(8)上，所述电机支架(8)固定于所述控制箱(2)的底部，所述卷筒(9)与所述升降电机(7)之间由联轴器相连接；与所述卷筒(9)连接的拉线(3)，所述拉线(3)可缠绕于所述卷筒(9)上，在升降电机(7)的驱动下进行卷线与放线的动作，进而通过拉线(3)控制取样筒(4)抬升与落下，所述拉线(3)内部包裹着水密电缆(10)；所述水密电缆(10)与所述电路控制模块(6)相连；与所述拉线(3)尾部连接的取样筒(4)，所述取样筒(4)顶部无盖，均匀排列至少两个用于固定拉线的固定点，底部为圆锥形开口设计，取样筒(4)内部包含传感器组(11)、水压计(12)、密封电机(13)以及密封盖(14)、电机固定底座(15)、丝杆(16)。2.如权利要求1所述的无人水质取样检测系统，其特征在于，所述水密电缆(10)与传感器组(11)、水压计(12)和密封电机(13)相连，所述传感器组(11)和水压计(12)吊置于所述取样筒(4)的上部，所述密封电机(13)为丝杆步进电机，固定于电机固定底座(15)，所述电机固定底座(15)通过至少2个支撑臂固定于所述取样筒(4)内壁，所述密封盖(14)与丝杆(16)固定连接，以使密封电机带动密封盖，以使所述密封电机(13)转动带动所述密封盖(14)上下移动，从而对取样筒进行开合，可以在不同水深条件下，连续多次对水质情况进行在线测量、记录以及自动取样。3.如权利要求2所述的无人水质取样检测系统，其特征在于，所述电路控制模块(6)由主控单元(17)、采集控制单元...

【专利技术属性】
技术研发人员：高志贤，李双，宁保安，白家磊，王江，彭媛，任汉林，马新华，孙欣，李超，焦庆琳，阎武旺，王龙飞，
申请(专利权)人：军事科学院军事医学研究院环境医学与作业医学研究所，
类型：新型
国别省市：天津,12