基于无线传感网的大型湖面水质监测系统、方法技术方案

本发明专利技术公开了基于无线传感网的大型湖面水质监测系统、方法，涉及水质监测技术领域。本发明专利技术包括水质监测浮体、移动式水质监测终端；移动式水质监测终端采用船体造型，尾部设置有由行进驱动控制模块控制的马达和舵机，实现无人自动化航行。本发明专利技术能够在大型湖面需要进行水质取样位置进行随时随地主动式进行取样并在线水质检测，相对于现有的静态的水质监测浮体与基站的配合，具有主动性更强、效率更高的优点；能够对应于湖面不同水层深度的水体样本进行高效取样，提高了水体检测的范围，提升了水体检测的精度和效率，成本大大降低；对应的移动式水质监测终端适用场景广，能够重复使用且不受限于地点的约束。且不受限于地点的约束。且不受限于地点的约束。

【技术实现步骤摘要】
基于无线传感网的大型湖面水质监测系统、方法


[0001]本专利技术属于水质监测
，特别是涉及基于无线传感网的大型湖面水质监测系统以及利用该无线传感网的大型湖面水质监测系统进行的监测方法。

技术介绍

[0002]水资源与人类生活息息相关，特别是位于内陆以湖面、河流、水库等形式存在的淡水资源，是人类生存和发展的重要资源，为了实现可持续发展，对于大型湖面进行水质监测是必要的手段之一，有利于可持续发展地利用水资源。无线传感网络是一种分布式传感网络，通过无线通信技术把数以万计的传感器节点以自由式进行组织与结合进而形成的网络形式；构成传感器节点的单元分别为：数据采集单元、数据传输单元、数据处理单元以及能量供应单元；无线传感器网络当中的节点分为两种，一个是汇聚节点，一个是传感器节点。
[0003]现有技术方案的无线传感网络采用的基站作为汇聚节点，然后通过带有水质检测传感器的浮体作为传感器节点；如申请号为CN201110080576.X，专利名称为“一种用于湖泊水质监测的分布式无线传感网络系统”的专利技术专利以及申请号为CN200910219367.1，专利名称为“一种无线传感器网络及基于该传感器网络的水质监测系统”，上述该技术均是用于水质监测，但是，由于均采用zigbee模块实现无线传感网络，对于小型湖面水域，可以适用，因为zigbee模块的网络传输距离为200
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250m，但是对于面积达到几十公顷甚至几百公顷的大型的湖面水质监测，不可能会采用全覆盖的形式，采用基站加带有水质监测传感器浮体进行大型湖面水质监测的形式具有一定的局限性。并且，对应的由于采用位置固定且不移动的浮体上安装水质检测器的方式，不便于对所需要特定位置水样水质采集的动作和流程，不便于对不同位置对应的不同位置、不同位置对应的不同水深的水样进行采样检测。

技术实现思路

[0004]本专利技术提供了基于无线传感网的大型湖面水质监测系统、方法，解决了以上问题。
[0005]为解决上述技术问题，本专利技术是通过以下技术方案实现的：
[0006]本专利技术的基于无线传感网的大型湖面水质监测系统，包括位于大型湖面上的安装有Zigbee模块及浮体水质检测传感器的水质监测浮体，以及能够于大型湖面上进行无人自动化航行的移动式水质监测终端，所述移动式水质监测终端采用船体造型，尾部设置有由行进驱动控制模块控制的马达和舵机，实现无人自动化航行；
[0007]所述移动式水质监测终端包括船体，所述船体表面横向等间距开设有若干圆孔以及位于圆孔一侧部的条形侧开孔，位于每个圆孔的表面两侧对称垂直设置有两组升降直线行程，对应圆孔表面的两组升降直线行程同一竖向高度的工作台上分别固定安装有垂直布置的连接杆，两连接杆的底端固定安装有顶部为开口的取样杯，所述取样杯的侧部通过连接块安装有防水推杆，防水推杆的端部设置有经推动后与取样杯的杯口相对应遮盖的盖板；所述取样杯与圆孔位置相对应且同轴心，取样杯经连接杆随工作台于对应两组升降直线行程的导轨上进行升降动作，实现对取样杯的下降取水及取样后升起；
[0008]所述船体表面位于圆孔另一侧部横向设置有行走直线行程，所述行走直线行程的工作台面上垂直设置有支撑柱，所述支撑柱的顶端安装有在线水质自动检测装置以及与升降直线行程成垂直角度布置的横移直线行程，所述横移直线行程的前端下方通过旋转台安装有一转盘，所述转盘上环绕等间距安装有若干垂直布置的终端水质检测传感器，所述终端水质检测传感器与在线水质自动检测装置相连，所述终端水质检测传感器的底部与升起后的取样杯杯口相对应，在升降直线行程的工作台升至最高端后，使转盘上对应的单个终端水质检测传感器刚好伸入至取样杯内进行水质检测；所述支撑柱由行走直线行程横向移动使对应的带有终端水质检测传感器的转盘移动至对应的其它圆孔的正上方分别进行水质检测；
[0009]所述船体表面设置有控制盒，所述控制盒内设置有终端控制器以及与终端控制器分别电性相连的Zigbee模块、电池、电池控制器；所述船体上安装有无线通讯模块、用于无人自动远控的远控辅助相机、太阳能光伏板；所述行进驱动控制模块、无线通讯模块、远控辅助相机、旋转台、防水推杆、横移直线行程、升降直线行程、行走直线行程分别与终端控制器电性相连；所述太阳能光伏板与电池控制器相连；
[0010]所述移动式水质监测终端在大型湖面上进行自由行驶进行特定位置随时随地由取样杯进行湖面不同深度的湖水样本取样，并由在线水质自动检测装置进行在线水质检测，由移动式水质监测终端上的Zigbee模块在靠近水质监测浮体后获取由水质检测浮体上的Zigbee模块发送的水质检测浮体检测获取的水质检测数据，并由终端控制器经整合后由无线通讯模块传输至水质监测中心的终端上，所述移动式水质监测终端由后台无人驾驶控制设备进行位置和行进控制，实现自动无人化的行进和取样动作。
[0011]进一步地，所述取样杯与圆孔位置相对应、数量一致且为间隙配合。
[0012]进一步地，所述条形侧开孔与圆孔相连，且所述条形侧开孔与对应取样杯上盖板收缩后的防水推杆形成的整体轮廓相对应。
[0013]进一步地，所述行走直线行程与各圆孔的圆心相连后的直线相平行。
[0014]进一步地，每个所述圆孔的表面两侧对称垂直设置有两组升降直线行程为同步控制，升降动作保持一致。
[0015]进一步地，所述无线通讯模块采用4G或5G模块。
[0016]进一步地，所述取样杯上由防水推杆控制伸缩的盖板在下降取水过程中保持与取样杯密封遮盖，在取样杯伸至对应湖面水深后挪开，至取样杯内盛装有对应湖面水深的样本水后再次密封遮盖，然后取样杯升起直至到船体表面高度后挪开，然后使取样杯升至对应的终端水质检测传感器检测的位置和高度进行水质检测。
[0017]基于无线传感网的大型湖面水质监测方法，使用基于无线传感网的大型湖面水质监测系统实现，包括如下步骤：
[0018]S1、根据大型湖面水质监测的需要，组装好移动式水质监测终端；
[0019]S2、由水质监测中心的后台无人驾驶控制设备对移动式水质监测终端进行控制使移动至对应的水面位置，通过在线水质自动检测装置与旋转台、转盘、终端水质检测传感器、行走直线行程、升降直线行程、横移直线行程的配合下实现对对应未被水质检测浮体检测到的位置的水体进行水质检测；在行进至对应的水质检测浮体旁边，可被水质检测浮体上Zigbee模块感应到位置时，获取由水质检测浮体上由浮体水质检测传感器所检测到的该
浮体对应位置的水质信息数据；
[0020]S3、在完成需要移动至对应水面位置进行水质检测的任务和路线以及对应需要感知水质监测浮体经Zigbee模块传输的水质信息数据后，承载对应需进行检测位置的水体样本返回至移动式水质监测终端出发的回收处，由工作人员对水体样本进行进一步的检测和保存。
[0021]本专利技术相对于现有技术包括有以下有益效果：
[0022]1、本专利技术采用独立可远控自由移动的移动式水质监测终端，可于对应的大型湖面需要进行水质取样位本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无线传感网的大型湖面水质监测系统，包括位于大型湖面上的安装有Zigbee模块及浮体水质检测传感器的水质监测浮体，以及能够于大型湖面上进行无人自动化航行的移动式水质监测终端，所述移动式水质监测终端采用船体造型，尾部设置有由行进驱动控制模块控制的马达和舵机，实现无人自动化航行，其特征在于：所述移动式水质监测终端包括船体(1)，所述船体(1)表面横向等间距开设有若干圆孔(102)以及位于圆孔(102)一侧部的条形侧开孔(101)，位于每个圆孔(102)的表面两侧对称垂直设置有两组升降直线行程(109)，对应圆孔(102)表面的两组升降直线行程(109)同一竖向高度的工作台(202)上分别固定安装有垂直布置的连接杆(201)，两连接杆(201)的底端固定安装有顶部为开口的取样杯(2)，所述取样杯(2)的侧部通过连接块安装有防水推杆(204)，防水推杆(204)的端部设置有经推动后与取样杯(2)的杯口相对应遮盖的盖板(203)；所述取样杯(2)与圆孔(102)位置相对应且同轴心，取样杯(2)经连接杆(201)随工作台(202)于对应两组升降直线行程(109)的导轨上进行升降动作，实现对取样杯(2)的下降取水及取样后升起；所述船体(1)表面位于圆孔(102)另一侧部横向设置有行走直线行程(107)，所述行走直线行程(107)的工作台面上垂直设置有支撑柱(3)，所述支撑柱(3)的顶端安装有在线水质自动检测装置(305)以及与升降直线行程(109)成垂直角度布置的横移直线行程(301)，所述横移直线行程(301)的前端下方通过旋转台(302)安装有一转盘(303)，所述转盘(303)上环绕等间距安装有若干垂直布置的终端水质检测传感器(304)，所述终端水质检测传感器(304)与在线水质自动检测装置(305)相连，所述终端水质检测传感器(304)的底部与升起后的取样杯(2)杯口相对应，在升降直线行程(109)的工作台(202)升至最高端后，使转盘(303)上对应的单个终端水质检测传感器(304)刚好伸入至取样杯(2)内进行水质检测；所述支撑柱(3)由行走直线行程(107)横向移动使对应的带有终端水质检测传感器(304)的转盘(303)移动至对应的其它圆孔(102)的正上方分别进行水质检测；所述船体(1)表面设置有控制盒(104)，所述控制盒(104)内设置有终端控制器以及与终端控制器分别电性相连的Zigbee模块、电池、电池控制器；所述船体(1)上安装有无线通讯模块(106)、用于无人自动远控的远控辅助相机(105)、太阳能光伏板(108)；所述行进驱动控制模块、无线通讯模块(106)、远控辅助相机(105)、旋转台(302)、防水推杆(204)、横移直线行程(301)、升降直线行程(109)、行走直线行程(107)分别与终端控制器电性相连；所述太阳能光伏板(108)与电池控制器相连；所述移动式水质监测终端在大型湖面上进行自由行驶进行特定位置随时随地由取样杯(2)进行湖面不同深度的湖水样本取样，并由在线水...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘增贤，孙长峙，马农乐，姚俊，薛宣，曹靖怡，
申请(专利权)人：上海东南工程咨询有限责任公司，
类型：发明
国别省市：