一种自动化河湖水质检测器的制作方法

1.本发明涉及一种水质检测器，尤其是一种自动化河湖水质检测器。


背景技术：

2.水是生命之源，人类在生活和生产活动中都离不开水，生活饮用水水质的优劣与人类健康密切相关，而饮用水多数都是从现有的河湖中进行取水。随着社会经济发展、科学进步和人民生活水平的提高，人们对生活饮用水的水质要求不断提高，因此需要对饮用水的取水源进行实时检测，从而确保饮用水的水源质量。目前，现有的河湖水质检测还是依赖于人工开船进行定点检测，在检测点较多的情况下，这种检测方法不仅检测效率低，而且每次巡检都至少需要耗费2
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3个人工才能完成。因此，有必要设计出一种自动化河湖水质检测器，能够实现自动化水质巡检，满足水质实时检测的需要，且无需人工直接参与巡检。


技术实现要素：

3.发明目的：提供一种自动化河湖水质检测器，能够实现自动化水质巡检，满足水质实时检测的需要，且无需人工直接参与巡检。
4.技术方案：本发明所述的自动化河湖水质检测器，包括圆筒形壳体、充放气机构、航行驱动机构、协调控制模块、电源模块以及太阳能充电机构；
5.在圆筒形壳体内水平设置有防水隔板，将圆筒形壳体内部分隔为上层电气空腔和下层检测空腔；在下层检测空腔的中部设置有防水围挡，且防水围挡与下层检测空腔的上侧和下侧腔壁构成蓄水空腔；充放气机构安装在上层电气空腔内，且充放气机构与蓄水空腔的顶部相连通；在防水围挡的竖向侧面上水平贯穿式安装有各个水质传感器的传感头；圆筒形壳体的底部中心向下凸起形成锥形凸台，并在锥形凸台的锥面上设置有与蓄水空腔相连通的进出水孔；
6.航行驱动机构包括转向驱动杆、航行驱动电机以及转向驱动单元；转向驱动杆的两端分别旋转式安装在防水隔板的中心处以及锥形凸台的锥顶部；航行驱动电机固定安装在转向驱动杆的下端上，并在航行驱动电机的输出轴上安装有航行桨叶；转向驱动单元安装在上层电气空腔内，用于驱动转向驱动杆旋转；
7.协调控制模块安装在上层电气空腔内，并分别对航行驱动电机、充放气机构以及转向驱动单元进行协调控制；电源模块安装在上层电气空腔内，用于分别为充放气机构、转向驱动单元、协调控制模块以及各个水质传感器供电；太阳能充电机构安装在圆筒形壳体的顶部，用于为电源模块充电。
8.进一步的，协调控制模块包括线路板以及设置在线路板上的控制器、存储器、定位模块、航行驱动电路、无线通信模块以及陀螺仪；线路板安装在上层电气空腔内；控制器分别与存储器、定位模块、航行驱动电路、无线通信模块、陀螺仪以及各个水质传感器电连接；航行驱动电路与航行驱动电机电连接。
9.进一步的，转向驱动单元包括旋转驱动电机、旋转驱动蜗轮以及旋转驱动蜗杆；旋
转驱动蜗轮固定安装在转向驱动杆的上端部上；旋转驱动电机固定安装在上层电气空腔内；旋转驱动蜗杆与旋转驱动电机的输出轴相对接，并与旋转驱动蜗轮相啮合；在线路板上设置有与控制器电连接的旋转驱动电路，旋转驱动电路与旋转驱动电机电连接；电源模块为旋转驱动电路供电。
10.进一步的，在防水隔板的中心处竖向贯穿式旋转安装有一根驱动套管，且转向驱动杆贯穿驱动套管，并在转向驱动杆与驱动套管之间设置有内部密封圈；在驱动套管的上端管口上固定安装有清理驱动蜗轮；在上层电气空腔内安装有清理驱动电机，并在清理驱动电机的输出轴上对接安装有与清理驱动蜗轮相啮合的清理驱动蜗杆；在驱动套管的管壁上垂直设置有多根刷毛杆，并在刷毛杆上设置有用于清理传感头的清理刷毛；在线路板上设置有与控制器电连接的清理驱动电路，清理驱动电路与清理驱动电机电连接；电源模块为清理驱动电路供电。
11.进一步的，在转向驱动杆的下端上固定安装有一个航行导流管，且航行驱动电机的输出轴位于航行导流管的中心轴线上；在进出水孔上安装有钢丝滤网。
12.进一步的，充放气机构包括双向气泵以及中间水箱；中间水箱和双向气泵均安装在上层电气空腔内；中间水箱的下侧面通过进出气管贯穿防水隔板与蓄水空腔相连通，并在进出气管上串接有一个与控制器电连接的电磁水阀；双向气泵的一侧进出气口与中间水箱的上侧面相连通，另一侧进出气口通过连通气管连通至圆筒形壳体的顶部外侧，且连通气管的外侧端部向下弯折，并在弯折的管口上安装有防护网；在中间水箱的上设置有用于检测内部水位的水浸传感器；在线路板上设置有与控制器电连接的气泵驱动电路，气泵驱动电路与双向气泵电连接；水浸传感器与控制器电连接；电源模块为气泵驱动电路、电磁水阀以及水浸传感器供电。
13.进一步的，太阳能充电机构包括收放驱动电机、四块支撑背板、四块太阳能电池板、收放驱动管、同步传动机构以及四个升降驱动单元；收放驱动管的下端贯穿式旋转安装在圆筒形壳体的顶部中心处，并在贯穿端上固定安装有收放驱动蜗轮；在收放驱动电机的输出轴端部上对接安装有收放驱动蜗杆，且收放驱动蜗杆与收放驱动蜗轮相啮合；四个升降驱动单元等弧度间隔安装在圆筒形壳体的外侧圆周上；在四块支撑背板的下侧面上均设置有一根底部支撑杆；四根底部支撑杆的端部分别固定安装在四个升降驱动单元上，由升降驱动单元驱动底部支撑杆升降运动；在收放驱动管的上端固定安装有收放驱动齿轮，且收放驱动齿轮通过同步传动机构对四个升降驱动单元进行同步升降驱动；四块太阳能电池板分别固定安装在四块支撑背板的上侧面上；在线路板上设置有与控制器电连接的收放驱动电路；收放驱动电路与收放驱动电机电连接；电源模块为收放驱动电路供电；在线路板上设置有太阳能充电电路，四块太阳能电池板通过太阳能充电电路为电源模块充电。
14.进一步的，四个升降驱动单元均包括侧边条形支座、升降驱动螺杆以及升降驱动座；同步传动机构包括四根同步传动杆；侧边条形支座竖向固定安装在圆筒形壳体的外侧圆周上；在侧边条形支座上竖向设置有导向条形槽，并在导向条形槽的两侧竖向槽边上均竖向设置有滚轮支撑槽；升降驱动座滑动式安装在导向条形槽内，并在升降驱动座的侧边上旋转式安装有各个升降支撑滚轮，且各个升降支撑滚轮支撑行走于对应侧的滚轮支撑槽内；底部支撑杆的端部固定安装在升降驱动座上；升降驱动螺杆竖向旋转式安装在导向条形槽中，且升降驱动螺杆的上端伸出侧边条形支座外，并在升降驱动螺杆的上端设置有从
动伞齿；升降驱动螺杆贯穿式螺纹旋合安装在升降驱动座上；四根同步传动杆均旋转式安装在圆筒形壳体的顶部上；在同步传动杆的一端上固定有与从动伞齿相啮合的驱动伞齿，在同步传动杆的另一端上固定有与收放驱动齿轮相啮合的收放从动齿轮。
15.进一步的，在四块底部支撑杆的下方均至少垂直安装有一根浮力撑杆，并在浮力撑杆的下端部上设置有浮力筒。
16.进一步的，在收放驱动管的下端下方设置有悬挑支架，并在悬挑支架上竖向设置有顶部支撑管，且顶部支撑管竖向贯穿收放驱动管；在顶部支撑管的上端上固定设置有顶部盒体；在顶部盒体的四个侧面上均设置有扬声器以及超声波测距传感器；在顶部盒体的顶部设置有指示灯；指示灯、扬声器以及超声波测距传感器的电连接线缆穿过顶部支撑管后进入上层电气空腔内与控制器电连接；电源模块为指示灯、扬声器以及超声波测距传感器供电；在顶部支撑管上安装有风力发电机构；在线路板上设置有风能充电电路，风力发电机构通过风能充电电路为电源模块充电。
17.本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用充放气机构能够对蓄水空腔进行充放气控制，从而在水质检测时将水吸入蓄水空腔进行水质检测，而在航行时将蓄水空腔内充满空气，将圆筒形壳体上浮，降低巡检装置的航行阻力；利用太阳能充电机构能够对电源模块进行充电，从而增强巡检装置的续航能力，满足大面积水域多点位的水质检测需要；利用航行驱动机构能够实现巡检装置的航行控制，无需人工进行巡检，提高定点检测效率；利用协调控制模块实现巡检航行和水质检测的协调控制，从而无需人工即可完成各个检测点的水质检测，确保水质检测的实时性和检测效率；利用锥形凸台能够在排水时将余水向内侧的凹面集中排出，降低蓄水空腔的余水量；利用转向驱动单元能够对转向驱动杆进行旋转驱动和定位，从而对航向进行调节。
附图说明
18.图1为本发明的整体结构示意图；
19.图2为本发明的剖视结构示意图；
20.图3为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
21.下面结合附图对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。
22.实施例1：
23.如图1
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3所示，本发明所述的自动化河湖水质检测器包括：圆筒形壳体1、充放气机构、航行驱动机构、协调控制模块、电源模块21以及太阳能充电机构；
24.在圆筒形壳体1内水平设置有防水隔板14，将圆筒形壳体1内部分隔为上层电气空腔8和下层检测空腔10；在下层检测空腔10的中部设置有防水围挡9，且防水围挡9与下层检测空腔10的上侧和下侧腔壁构成蓄水空腔15；充放气机构安装在上层电气空腔8内，且充放气机构与蓄水空腔15的顶部相连通；在防水围挡9的竖向侧面上水平贯穿式安装有各个水质传感器的传感头11；圆筒形壳体1的底部中心向下凸起形成锥形凸台2，并在锥形凸台2的锥面上设置有与蓄水空腔15相连通的进出水孔3；
25.航行驱动机构包括转向驱动杆6、航行驱动电机7以及转向驱动单元；转向驱动杆6的两端分别旋转式安装在防水隔板14的中心处以及锥形凸台2的锥顶部；航行驱动电机7固定安装在转向驱动杆6的下端上，并在航行驱动电机7的输出轴上安装有航行桨叶；转向驱动单元安装在上层电气空腔8内，用于驱动转向驱动杆6旋转；
26.协调控制模块安装在上层电气空腔8内，并分别对航行驱动电机7、充放气机构以及转向驱动单元进行协调控制；电源模块21安装在上层电气空腔内，用于分别为充放气机构、转向驱动单元、协调控制模块以及各个水质传感器供电；太阳能充电机构安装在圆筒形壳体1的顶部，用于为电源模块21充电。
27.利用充放气机构能够对蓄水空腔15进行充放气控制，从而在水质检测时将水吸入蓄水空腔15进行水质检测，而在航行时将蓄水空腔15内充满空气，将圆筒形壳体1上浮，降低巡检装置的航行阻力；利用太阳能充电机构能够对电源模块21进行充电，从而增强巡检装置的续航能力，满足大面积水域多点位的水质检测需要；利用航行驱动机构能够实现巡检装置的航行控制，无需人工进行巡检，提高定点检测效率；利用协调控制模块实现巡检航行和水质检测的协调控制，从而无需人工即可完成各个检测点的水质检测，确保水质检测的实时性和检测效率；利用锥形凸台2能够在排水时将余水向内侧的凹面集中排出，降低蓄水空腔15的余水量；利用转向驱动单元能够对转向驱动杆6进行旋转驱动和定位，从而对航向进行调节；利用防水围挡9能够便于安装各个水质传感器的传感头11，且能够对各个传感头11的接线端进行防水防护。
28.进一步的，协调控制模块包括线路板38以及设置在线路板38上的控制器、存储器、定位模块、航行驱动电路、无线通信模块以及陀螺仪；线路板38安装在上层电气空腔8内；控制器分别与存储器、定位模块、航行驱动电路、无线通信模块、陀螺仪以及各个水质传感器电连接；航行驱动电路与航行驱动电机7电连接。
29.利用陀螺仪、定位模块能够与航行驱动电路进行配合，从而实现水质检测器的航行定位，对各个检测点进行定点检测；利用无线通信模块能够及时将检测结构发送至远程控制中心。
30.进一步的，转向驱动单元包括旋转驱动电机20、旋转驱动蜗轮23以及旋转驱动蜗杆22；旋转驱动蜗轮23固定安装在转向驱动杆6的上端部上；旋转驱动电机20固定安装在上层电气空腔8内；旋转驱动蜗杆22与旋转驱动电机20的输出轴相对接，并与旋转驱动蜗轮23相啮合；在线路板38上设置有与控制器电连接的旋转驱动电路，旋转驱动电路与旋转驱动电机20电连接；电源模块21为旋转驱动电路供电。
31.利用旋转驱动蜗杆22与旋转驱动蜗轮23的配合，能够对转向驱动杆6进行旋转驱动和限位，从而对航行方向进行调节和限位，使得在进行清理时不影响转向驱动杆6的旋转。
32.进一步的，在防水隔板14的中心处竖向贯穿式旋转安装有一根驱动套管17，且转向驱动杆6贯穿驱动套管17，并在转向驱动杆6与驱动套管17之间设置有内部密封圈；在驱动套管17的上端管口上固定安装有清理驱动蜗轮16；在上层电气空腔8内安装有清理驱动电机12，并在清理驱动电机12的输出轴上对接安装有与清理驱动蜗轮16相啮合的清理驱动蜗杆13；在驱动套管17的管壁上垂直设置有多根刷毛杆18，并在刷毛杆18上设置有用于清理传感头11的清理刷毛19；在线路板38上设置有与控制器电连接的清理驱动电路，清理驱
动电路与清理驱动电机12电连接；电源模块21为清理驱动电路供电。
33.利用多根刷毛杆18上设置的清理刷毛19能够在旋转式对各个传感头11进行清理，使得各个传感头11保持清洁性，确保水质检测的可靠性；利用驱动套管17能够与转向驱动杆6同轴式安装，使得能够单独进行清理，此外通过清理驱动蜗轮16与清理驱动蜗杆13的配合，能够在非清理状态下对驱动套管17进行旋转限位，避免与转向驱动杆6同步旋转。
34.进一步的，在转向驱动杆6的下端上固定安装有一个航行导流管5，且航行驱动电机7的输出轴位于航行导流管5的中心轴线上；在进出水孔3上安装有钢丝滤网4。利用航行导流管5能够增强航行的稳定性；利用钢丝滤网4能够避免杂物进入蓄水空腔15。
35.进一步的，充放气机构包括双向气泵27以及中间水箱24；中间水箱24和双向气泵27均安装在上层电气空腔内；中间水箱24的下侧面通过进出气管贯穿防水隔板2与蓄水空腔15相连通，并在进出气管上串接有一个与控制器电连接的电磁水阀29；双向气泵27的一侧进出气口与中间水箱24的上侧面相连通，另一侧进出气口通过连通气管25连通至圆筒形壳体1的顶部外侧，且连通气管25的外侧端部向下弯折，并在弯折的管口上安装有防护网26；在中间水箱24的上设置有用于检测内部水位的水浸传感器28；在线路板38上设置有与控制器电连接的气泵驱动电路，气泵驱动电路与双向气泵27电连接；水浸传感器28与控制器电连接；电源模块21为气泵驱动电路、电磁水阀29以及水浸传感器28供电。
36.利用水浸传感器28能够检测中间水箱24内是否有水达到警戒水位，从而在检测到水浸时及时关断双向气泵27，避免双向气泵27损坏；利用中间水箱24能够构成一个溢流结构，避免抽吸空气过程中水被吸入双向气泵27；利用连通气管25的外侧端部向下弯折的设置，能够避免倒灌水；利用防护网26能够起到防止蚊虫进入的作用；利用双向气泵27能够向下层检测空腔内充气，从而使得圆筒形壳体1上浮，降低航行阻力，也能在检测前排出上个检测点的遗留水，确保检测的可靠性。
37.进一步的，太阳能充电机构包括收放驱动电机33、四块支撑背板47、四块太阳能电池板48、收放驱动管30、同步传动机构以及四个升降驱动单元；收放驱动管30的下端贯穿式旋转安装在圆筒形壳体1的顶部中心处，并在贯穿端上固定安装有收放驱动蜗轮31；在收放驱动电机33的输出轴端部上对接安装有收放驱动蜗杆32，且收放驱动蜗杆32与收放驱动蜗轮31相啮合；四个升降驱动单元等弧度间隔安装在圆筒形壳体1的外侧圆周上；在四块支撑背板47的下侧面上均设置有一根底部支撑杆46；四根底部支撑杆46的端部分别固定安装在四个升降驱动单元上，由升降驱动单元驱动底部支撑杆46升降运动；在收放驱动管30的上端固定安装有收放驱动齿轮35，且收放驱动齿轮35通过同步传动机构对四个升降驱动单元进行同步升降驱动；四块太阳能电池板48分别固定安装在四块支撑背板47的上侧面上；在线路板38上设置有与控制器电连接的收放驱动电路；收放驱动电路与收放驱动电机33电连接；电源模块21为收放驱动电路供电；在线路板38上设置有太阳能充电电路，四块太阳能电池板48通过太阳能充电电路为电源模块21充电。
38.利用收放驱动电机驱动33、同步传动机构以及四个升降驱动单元同步驱动四块太阳能电池板48升降运动，从而在航线时抬起浮力筒50，减少航线阻力，而在非航行时放下浮力筒50，增强检测器的水面稳定性。
39.进一步的，四个升降驱动单元均包括侧边条形支座41、升降驱动螺杆42以及升降驱动座44；同步传动机构包括四根同步传动杆37；侧边条形支座41竖向固定安装在圆筒形
壳体1的外侧圆周上；在侧边条形支座41上竖向设置有导向条形槽，并在导向条形槽的两侧竖向槽边上均竖向设置有滚轮支撑槽43；升降驱动座44滑动式安装在导向条形槽内，并在升降驱动座44的侧边上旋转式安装有各个升降支撑滚轮45，且各个升降支撑滚轮45支撑行走于对应侧的滚轮支撑槽43内；底部支撑杆46的端部固定安装在升降驱动座44上；升降驱动螺杆42竖向旋转式安装在导向条形槽中，且升降驱动螺杆42的上端伸出侧边条形支座41外，并在升降驱动螺杆42的上端设置有从动伞齿40；升降驱动螺杆42贯穿式螺纹旋合安装在升降驱动座44上；四根同步传动杆37均旋转式安装在圆筒形壳体1的顶部上；在同步传动杆37的一端上固定有与从动伞齿40相啮合的驱动伞齿39，在同步传动杆37的另一端上固定有与收放驱动齿轮35相啮合的收放从动齿轮36。
40.利用升降支撑滚轮45与滚轮支撑槽43的配合能够减小升降驱动座44的升降阻力，增强升降稳定性；利用四根同步传动杆37能够同步驱动四个升降驱动座44升降运动，确保升降的一致性，使得四个浮力筒50平稳支撑。
41.进一步的，在四块底部支撑杆46的下方均至少垂直安装有一根浮力撑杆49，并在浮力撑杆49的下端部上设置有浮力筒50。
42.利用浮力撑杆49和浮力筒50的设置，能够在进行太阳能电池板48下降时，使得浮力筒50悬浮水面，从而利用浮力进行支撑，确保水质检测停留时的稳定性。
43.进一步的，在收放驱动管30的下端下方设置有悬挑支架34，并在悬挑支架34上竖向设置有顶部支撑管51，且顶部支撑管51竖向贯穿收放驱动管30，并在之间的间隙设置有密封圈；在顶部支撑管51的上端上固定设置有顶部盒体53；在顶部盒体53的四个侧面上均设置有扬声器54以及超声波测距传感器55；在顶部盒体53的顶部设置有指示灯56；指示灯56、扬声器54以及超声波测距传感器55的电连接线缆穿过顶部支撑管51后进入上层电气空腔8内与控制器电连接；电源模块21为指示灯56、扬声器54以及超声波测距传感器55供电；在顶部支撑管51上安装有风力发电机构52；在线路板38上设置有风能充电电路，风力发电机构52通过风能充电电路为电源模块21充电。
44.利用超声波测距传感器55能够及时探测周围的障碍物，从而在航行过程中进行避障；利用扬声器54能够在水质检测过程中，当超声波测距传感器55检测到有物体靠近时及时发出语音报警，提醒注意避让，同时指示灯56进行闪烁提醒；利用风力发电机构52能够与太阳能充电机构构成风光互补，为电源模块21进行实时充电。
45.本发明公开的自动化河湖水质检测器中：控制器采用现有的单片机控制模块，用于实现水质检测器内各个电气协调控制；无线通信模块采用现有的4g通信模块或者5g通信模块，用于实现远程数据传输；定位模块采用现有的gps定位模块以及北斗定位模块，用于实现水质检测器的定位和导航；超声波测距传感器55采用现有的超声波测距传感器，用于对四个方向上进行障碍物测距，从而便于控制器对水质检测器进行避障航行；水质传感器包括现有的多类水质传感器，例如余氯传感器、toc传感器、电导率传感器、氨氮传感器、ph传感器、orp传感器、浊度传感器、水温传感器、盐度传感器、溶解氧传感器中的2
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8种；陀螺仪采用现有的陀螺仪，用于实现水质检测器的方向判断和导航；指示灯56采用现有的红色闪烁指示灯；扬声器54采用现有的扬声器，用于发出警示声音；气泵驱动电路、航行驱动电路、收放驱动电路、旋转驱动电路以及清理驱动电路采用现有的步进电机驱动电路，用于分别对双向气泵27、航行驱动电机7、收放驱动电机33、旋转驱动电机20以及清理驱动电机12
进行驱动控制；水浸传感器28采用现有的水浸传感器。
46.本发明公开的自动化河湖水质检测器在工作时包括如下步骤：
47.航行步骤：由远程控制中心通过无线通信的方式将检测命令发送至水质检测器，水质检测器在接收到检测命令后，由控制器根据检测命令确定各个检测点位的坐标，再对航行驱动机构进行控制，结合陀螺仪以及定位模块的数据，将水质检测器航行至指定的坐标位置处，待检测完毕后再航行至下一检测点位；
48.水质检测：在到达检测点位后，由控制器控制控制双向气泵27进行抽气，从而使得蓄水空腔15内充满水，再由各个传感头11对水质进行检测，控制器先将水质数据存储在存储器中，再通过无线通信模块将水质数据远程发送至远程控制中心；在水质检测完成后，再由控制器控制双向气泵27进行充气，从而将蓄水空腔15内的水排出，使得圆筒形壳体1上浮，从而降低航行阻力；
49.太阳能充电：水质检测器在未执行航行步骤时，由控制器对收放驱动电机33进行控制，将四块太阳能电池板48放下，使得浮力筒50悬浮于水中进行支撑，增强水质检测器的稳定性，四块太阳能电池板48通过太阳能充电电路为电源模块21充电；水质检测器在执行航行步骤时，由控制器对收放驱动电机33进行控制，将四块太阳能电池板48向上升起，此时浮力筒53脱离水面，从而降低航行阻力，同时不影响四块太阳能电池板48发电工作；
50.风力发电：风力发电机构52始终处于发电状态，与太阳能充电机构构成风光互补，为电源模块21进行实时充电；
51.探头清理步骤：在非水质检测状态下，由控制器定期控制控制双向气泵27进行抽气，从而使得蓄水空腔15内充满水，再由控制器控制清理驱动电机12，使得驱动套管17正反转各一周，利用清理刷毛19对各个传感头11进行清理，保持传感头11的清洁，确保检测的可靠性；在清理完成后，控制器控制双向气泵27进行充气，从而将蓄水空腔15内的水排出。
52.如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。