[发明专利]基于无人船的无线多路船载水质采样系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种无线控制可多点采样的水质采样系统，特别是一种用于无人船的无线多路船载水质采样系统。

背景技术

目前，在传统的水质采样方法中主要有人工现场采样和工作站自动定时采样。其中人工采样每一次采集，科研人员都需要现场租船，并只能采集有限范围内的水质，不仅严重浪费人力和财力，还增加了很多不必要的工作量，并且还存在采样误差大、周期长、监测数据分散等弊端，难以准确反映区域水质的实际污染和变化状况。工作站自动定时采样普遍分布在重要的河道边，存在建造站点昂贵，需要定期人工看守和检查设备，采样区域有限等缺点。为了有效解决传统水质采样问题，现主要使用无人船进行水质采样来取代人工采样，小型无人船还有体型小，易搬运，操作简便，用户只需要随时装后备箱中就可以在指定地点开展工作，并且其适用于较大面积和水况复杂的河流、水库和湖泊区域进行采样，灵活性强。

由于目前市场上普遍的水质采样设备都是在人工操纵下才能正常运行，而无人船上无法载人，控制通信协议也不相同，因此市场上很多水质采样设备无法在无人船上直接使用。另外，无人船中遍布各类电子设备，而采样设备中会有很多液体传输，有时很难保证整套设备具有完全的密闭性和防水性，因此无人船中应有专门的密闭空间来安放水质采样设备。可密闭的空间就会存在无法将无人船控制信号与采样控制设备进行通信，因此采用了一种成本低廉，通信稳定的无线蓝牙通信方式。同时考虑到其他无人船或载人船可以同样简单方便的使用该采样设备，还有水质采样容量的不同要求。该设备首先采用了模块化设计，对控制信号协议进行集成和简便化，因此整套设备变得可拆卸，易操纵，兼容性强。其他需要安装该采样设备的载体，只需要在相应的控制端串口处安装一个蓝牙模块，并发出特定的简单协议，该设备便可随时进行正常工作。其次充分考虑到用户对采样容量的扩展需求，在多通道的设计思路下，通过蠕动泵抽取采样后，由电磁止水阀来控制采样液体进入容器，在扩展中只需要添加电磁止水阀和容器便可以在额定最大容量范文内进行扩展。由此多通道可选择容器方案来实现水质的多点采样，对科学研究以及大面积抽检采样具有重要意义。该设备中的无线多路船载水质采样系统设计方案的应用是样品采集方法的一次创新,也是环境监测工作发展的需要。

发明内容

为了克服现有的水质采样设备普遍需要人工在现场操纵，并且无法与无人船兼容的情况，。本发明提供一种基于无人船的无线多路船载水质采样系统设计方案，该方案不仅可以通过无线通信方式来避免因采水过程中出现溢水情况而对无人船电路造成不必要的损坏，同时在集成好的简单通信协议中，可是很容易的实现无人船控制系统具备水质采样功能。目前市场上还有很多采用真空泵抽取样本的采样设备，其缺点是对采样容器和整个设备的密闭性要求高，布线复杂，同时采样容器越多，密闭稳定性就会越差，最后还可能存在气压不足，抽取样本缓慢等缺陷。针对此方案，该无线多路船载水质采样系统采用的是蠕动泵设计，存在原理简单，易操纵，对容器密闭性要求低，寿命长等优点。并且在采样通道分流管中预留了很多扩展空间，能够在最大采集容量范围内进行扩展，以满足用户对采集样品容量上的需求。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：第一、通过无线模块在密闭的采样空间内可以与无人船主控进行通信，既满足了电路防水的要求，又能达到稳定的控制效果。第二、是通过蠕动泵不断滚动的内部滚轮压缩硅胶软管，降低气压从而实现抽取采样液体的功能。由此达到稳定的采样，并且该方法对容器和整个管道的密闭性要求较低，实现简单，管道布线清晰。第三、在选择通道上直接采用常闭电磁止水阀设计，通过对电磁止水阀的掌控来对所采的样品分不同瓶子进行承装，这样可以满足多点采样的需求。第四、在整个系统中还留有两处扩展分支，可以满足需要采集大量样本的需求。首先是在入水口出液体进入蠕动泵前，留有分支口，可以扩展蠕动泵。其次是在选择通道处，每一个蠕动泵最大限度可以扩展10个1L的采样瓶，在更换更大流量的蠕动泵情况下还可以扩展更多。第五、在整个系统设计上采用了模块化设计方案，由于内部线路繁多容易混乱甚至出现信号间相互干扰的情况，因此设计了一款专用的集线电路板，将所有的线路都通过此板子进行整合，最后由条总线直接连通系统控制板进行统一控制。而该系统的模块设计方案可以满足各类无人船或载人船的采样需求，只需要在其控制系统的串口中加入一个蓝牙模块，并且设定串口发送集成好的简易指令就可以随意操纵采样设备进行正常工作。