[发明专利]一种无人船取样系统及取样方法

权利要求书

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。

5.根据权利要求3所述的无人船取样系统，其特征在于：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。

6.根据权利要求1所述的无人船取样系统，其特征在于：所述取样瓶的底部固定在所述取样水槽的底壁上。

7.一种根据权利要求3所述的无人船取样系统的取样方法，其特征在于：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。