一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统及方法，由远程控制中心和多个移动式监测设备组成，所述远程控制中心包括主控单元、电机控制模块、机械传动控制模块、传感单元、数据传输单元和监测数据处理及显示模块；作为基于物联网环境下的智能监测系统，本发明专利技术利用物联网的在线监测功能、通信功能和大数据处理功能，实时监测湖水中水质的参数变化，实时反馈湖水的污染程度，实现了水质监测的集成化与智能化。化与智能化。化与智能化。

【技术实现步骤摘要】
一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统及方法


[0001]本专利技术涉及水环境远程在线监测
，尤其涉及一种用于湖泊水质远程在线监测的可移动浮标式水质在线监测系统及其集成实现方案。

技术介绍

[0002]水质的监测治理是坚持可持续发展道路的重要手段。以湖泊为例，相比于河流交叉流动的生态系统，其自我调节能力要弱得多。特别是在城镇公园等作为人员密集区，包揽着成千上万人的生活，给湖泊水质情况也带来更多不确定性。许多人类活动的痕迹都可能影响湖泊水质，比如随意丢弃的垃圾会随风飘到水中影响水质，过度投喂水生生物会使水的营养富集，还有雾霾、扬尘会影响水的浑浊度等。人为因素和自然环境变化的交织使得保护湖泊水质有对其监测的必要。
[0003]现有的水质监测系统主要以基于无线通信网络的固定位置长期自动监测水质的系统设计，并且目前的无线网络水质监测技术主要用于作用距离短、传输速率低的电子设备之间，进行数据的传输。此外，现有的远程水质监测系统相对于传统水质监测系统，虽然效率、功能等方面都有了较大的提升，但仍存在水质检测范围小、精度低和数据传输不安全等问题。

技术实现思路

[0004]针对以上相关技术的不足，本专利技术提出一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统及方法，将远程监测设备做可自由移动位置的结构设计，来实现实时移动监测多个预定区域的水质状况。
[0005]本专利技术利用以下技术方案实现：
[0006]一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统，该系统由远程控制中心和多个移动式监测设备组成；其中：/>[0007]所述远程控制中心包括主控单元、电机控制模块、机械传动控制模块、传感单元、数据传输单元和监测数据处理及显示模块；其中，所述电机控制模块与主控单元连接，由主控单元实现自由控制，所述电机控制模块进一步控制所述机械传动控制模块，所述机械传动控制模块控制所述传感单元实现自由移动实现多种水质参数采集，所述传感单元至少包括多种水质参数传感器、水质COD检测仪、电压传感器和位传感器，所述传感单元将多种水质参数采集数据传输至数据传输单元，数据传输单元通过无线网络连接水质数据采集模块，水质数据采集模块连接监测数据处理及显示模块；
[0008]所述移动监测设备分为支撑板上部、支撑板和支撑板下部三个部分，其中所述支撑板上部为盖子，所述支撑板下部设置两个浮标、一个导流板以及两组机械传动部件；在所述支撑板上放置水质检测数字传感器和水质COD检测仪；
[0009]每组所述机械传动部件的结构进一步包括设置于直流无刷电机和螺旋桨之间的减速齿轮组和锥齿轮组、传动轴以及输出轴；其中，所述减速齿轮组包括一对直齿齿轮，分
别为大直齿轮和小直齿轮；所述锥齿轮组为一对锥齿轮，所述锥齿轮组设置于齿轮箱体中，分别为第一锥齿轮、第二锥齿轮；其中，所述大直齿轮和所述第一锥齿轮安装在传动轴上，所述螺旋桨和所述第二锥齿轮安装在输出轴上；所述螺旋桨产生的推力传递到齿轮箱体上，带动所述锥齿轮组的传动；所述小直齿轮安装在直流无刷电机的电机轴上；所述直流无刷电机设置于电机箱体中，所述电机箱体设置于所述减速齿轮组下方且位于所述支撑板的上方；所述输出轴呈水平布置，所述传动轴呈竖直布置。
[0010]一种浮标式的远程湖泊水质移动监测方法，该方法包括以下步骤：
[0011]利用远程控制中心的主控单元发送控制命令对电机控制模块、机械传动控制模块、传感单元、数据传输单元和监测数据处理及显示模块进行整体功能控制；
[0012]利用所述电机控制模块实现电机轴的自由控制，从而控制机械传动控制模块；
[0013]利用所述机械传动控制模块控制所述传感单元实现自由移动实现多种水质参数采集，
[0014]利用传感单元中的各种水质传感器实现水质数据的采集，传输给数据传输单元；
[0015]利用数据传输单元把传感器采集的数据传输到云端服务器，PC端通过使用Niagara软件进行数据处理，数据处理文件上传给网络，通过监测数据处理及显示模块实现水质各个参数的数据变化的实时观察。
[0016]与现有技术相比，本专利技术利用物联网的在线监测功能、通信功能和大数据处理功能，实时监测湖水中水质的参数变化，实时反馈湖水的污染程度，实现了水质监测的集成化与智能化；并且对提出了多种优化的检测性能提升的方法。
附图说明
[0017]图1为本专利技术的移动式监测设备整体结构示意图；(1a)主视图，(1b)剖面图，(1c)侧视图；
[0018]图2为盖子的结构示意图；(2a)主视图，(2b)仰视图；
[0019]图3为浮标的结构示意图；
[0020]图4为导流板的结构示意图；(4a)主视图，(4b)左视图的全剖面图，(4c)仰视图；
[0021]图5为支撑板的结构示意图；(5a)主视图，(5b)剖面图；
[0022]图6为机械传动部件结构示意图；(6a)主视图，(6b)剖面图；
[0023]图7为齿轮箱体的结构示意图；(7a)主视图，(7b)齿轮箱体右半部示意图；(7c)俯视图；
[0024]图8为传动轴的结构示意图；(8a)主视图，(8b)左或右视图；
[0025]图9为输出轴的结构示意图；(9a)主视图，(9b)左或右视图；
[0026]图10为本专利技术的远程控制中心模块图；
[0027]图11为基于聚类方法实现悬浮物干扰下对COD参数测量的校准流程图；
[0028]图12为为基于光源稳定性监测的COD参数检测性能改进流程图；
[0029]图13为光学窗口污染至水质COD检测仪失效机理及相应的寿命提升方法流程图。
[0030]附图标记：
[0031]1、报警灯，2、盖子，3、支撑板，4、梯形凹槽，51、52、浮标，6、导流板，71、72、螺旋桨，8、机械传动部件，9、第二锥齿轮，10、定位橡胶圈，11、螺旋桨连接件，12、第二船模防水轴
套，13、轴套支撑法兰，14、第二角接触球轴承，15、输出轴，16、第二定位轴套，17、第一锥齿轮，18、第一定位轴套，19、第一角接触球轴承，20、传动轴，21、齿轮箱体定位螺钉，22、第一定位橡胶圈，23、第一船模防水轴套，24、电机箱体，25、大直齿轮，26、小直齿轮，27、电机箱盖螺钉，28、电机箱盖，29、直流无刷电机，30、隔离罩，31、螺钉，321～330、螺纹孔，33、中心通孔，34、太阳能电池板，35、通孔，36、齿轮箱体，37、6参数水质传感器，38、水质COD检测仪，39、第一锥齿轮安装孔，40、大直齿轮安装孔，41、第二锥齿轮安装孔。
具体实施方式
[0032]为进一步阐述本专利技术的技术方案与特征，下面采用了本专利技术技术方案以某抽水蓄能电站工程为例作详细说明，但本
技术实现思路
不限于具体实施例所述内容。
[0033]如图1所示，为本专利技术的一种可移动浮标式的远程湖泊水质监测设备整体结构示意图。该设备的整体分为支撑板上部、支撑板3以及支撑板下部三个部分。该结构设计也是为了方便太本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统，其特征在于，该系统由远程控制中心和多个移动式监测设备组成；其中：所述远程控制中心包括主控单元、电机控制模块、机械传动控制模块、传感单元、数据传输单元和监测数据处理及显示模块；其中，所述电机控制模块与主控单元连接，由主控单元实现自由控制，所述电机控制模块进一步控制所述机械传动控制模块，所述机械传动控制模块控制所述传感单元实现自由移动实现多种水质参数采集，所述传感单元至少包括多种水质参数传感器、水质COD检测仪、电压传感器和位传感器，所述传感单元将多种水质参数采集数据传输至数据传输单元，数据传输单元通过无线网络连接水质数据采集模块，水质数据采集模块连接监测数据处理及显示模块；所述移动监测设备分为支撑板上部、支撑板和支撑板下部三个部分，其中所述支撑板上部为盖子，所述支撑板下部设置两个浮标、一个导流板以及两组机械传动部件；在所述支撑板上放置水质检测数字传感器和水质COD检测仪；每组所述机械传动部件的结构进一步包括设置于直流无刷电机和螺旋桨之间的减速齿轮组和锥齿轮组、传动轴以及输出轴；其中，所述减速齿轮组包括一对直齿齿轮，分别为大直齿轮和小直齿轮；所述锥齿轮组为一对锥齿轮，所述锥齿轮组设置于齿轮箱体中，分别为第一锥齿轮、第二锥齿轮；其中，所述大直齿轮和所述第一锥齿轮安装在传动轴上，所述螺旋桨和所述第二锥齿轮安装在输出轴上；所述螺旋桨产生的推力传递到齿轮箱体上，带动所述锥齿轮组的传动；所述小直齿轮安装在直流无刷电机的电机轴上；所述直流无刷电机设置于电机箱体中，所述电机箱体设置于所述减速齿轮组下方且位于所述支撑板的上方；所述输出轴呈水平布置，所述传动轴呈竖直布置。2.如权利要求1所述的一种浮标式的远程湖泊水质移动监测系统，其特征在于，所述盖子上设置四方斜面，在所述四方斜面上设置梯形凹槽，以放置太阳能电池板。3.如权利要求1所述的一种浮标式的远程湖泊水质移动监测方法，其特征在于，所述输出轴采用分段式设计，其中：在齿轮箱体中的轴段，采用一对角接触球轴承反装来支撑轴的旋转，承担部分径向力以及全部轴向力；在齿轮箱体以外与水接触的轴段，采用船模用轴套支撑该部分轴的旋转。4.一种浮标式的远程湖泊水质移动监测方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：利用远程控制中心的主控单元发送控制命令对电机控制模块、机械传动控制模块、传感单元、数据传输单元和监测数据处理及显示模块进行整体控制；利用所述电机控制模块实现电机轴的自由控制，从而控制机械传动控制模块；利用所述机械传动控制模块控制所述传感单元实现自由移动实现多种水质参数采集；利用传感单元中的各种水质传感器实现水质数据的采集，传输给数...

【专利技术属性】
技术研发人员：李志猛，钟文，石永刚，
申请(专利权)人：天津城建大学，
类型：发明
国别省市：