一种河湖水质巡检装置的制作方法

1.本发明涉及一种巡检装置，尤其是一种河湖水质巡检装置。


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，有必要设计出一种河湖水质巡检装置，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：提供一种河湖水质巡检装置，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：本发明所述的河湖水质巡检装置，包括圆筒形壳体、水质检测机构、升降驱动机构、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.在圆筒形壳体的底部设置有向上凹陷的圆形收纳凹陷，升降驱动机构安装在圆形收纳凹陷的顶部，水质检测机构安装在升降驱动机构上，由升降驱动机构升降驱动水质检测机构进出圆形收纳凹陷；航行驱动机构旋转式安装在圆筒形壳体下部的外圆周上，用于驱动圆筒形壳体在水面航行；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、无线通信模块以及陀螺仪；线路板安装在圆筒形壳体内；控制器分别与存储器、定位模块、无线通信模块以及陀螺仪电连接，并分别对水质检测机构、升降驱动机构以及航行驱动机构进行协调控制；电源模块安装在圆筒形壳体内，用于分别为水质检测机构、升降驱动机构、航行驱动机构以及协调控制模块供电；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。
6.进一步的，水质检测机构包括传感器安装座以及各个水质传感器的传感头；各个水质传感器的传感头固定安装在传感器安装座竖向侧面上，且各个传感头的接线端位于传感器安装座内；传感器安装座固定安装在升降驱动机构上；控制器分别与各个水质传感器电连接；电源模块为各个水质传感器供电。
7.进一步的，升降驱动机构包括升降支撑管、升降驱动电机以及升降提拉管；升降支撑管竖向安装在圆形收纳凹陷的顶部中心处，并在升降支撑管的上端管口处旋转式安装有升降从动齿轮；升降提拉管的上端贯穿升降支撑管，并在升降提拉管的外壁上设置有升降驱动外螺纹；在升降从动齿轮的中心处设置有升降驱动螺纹孔，且升降驱动外螺纹与升降驱动螺纹孔螺纹旋合安装；在升降驱动电机的输出轴上设置有与升降从动齿轮相啮合的升降驱动齿轮；升降提拉管的下端固定安装在传感器安装座的上侧面中心处，各个传感头的
电连接线缆通过穿过升降提拉管进入圆筒形壳体内；在线路板上设置有与控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与升降驱动电机电连接；电源模块为升降驱动电路供电。
8.进一步的，在圆形收纳凹陷的竖向侧壁上竖向设置有t形插槽，并在t形插槽上插装有t形插条；在t形插条上分布设置有清理刷毛，且清理刷毛指向圆形收纳凹陷中心处，用于对各个传感头进行清理；升降支撑管与圆形收纳凹陷的顶部为旋转密封式安装，并在升降支撑管上固定安装有旋转驱动蜗轮；在圆筒形壳体内设置有旋转驱动电机，并在旋转驱动电机的输出轴上对接安装有旋转驱动蜗杆，且旋转驱动蜗轮与旋转驱动蜗杆相啮合；在升降提拉管的外壁上竖向设置有旋转同步滑槽，在升降支撑管的内壁上设置有滑动式嵌入旋转同步滑槽内的旋转同步滑块；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；电源模块为升降驱动电路供电。
9.进一步的，在圆筒形壳体内部中心处设置有防水围挡；升降驱动电机和旋转驱动电机均位于防水围挡内；电源模块位于防水围挡外。
10.进一步的，太阳能充电机构包括矩形框架杆、四块支撑背板、四块太阳能电池板、四根折叠拉绳、收放驱动电机以及收放驱动管；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；在收放驱动管的上端上固定安装有收放绞盘；矩形框架杆通过斜撑杆安装在圆筒形壳体的顶部上方，四块支撑背板的内侧边缘通过背板铰接座分别铰接安装在矩形框架杆的四个侧壁框上；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；四根折叠拉绳的一端分别固定在四块支撑背板的外侧边缘上，四根折叠拉绳的另一端均固定在收放绞盘上；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。
11.进一步的，在圆筒形壳体的顶部边缘竖向设置有短立柱，并在短立柱的上端倾斜设置有斜撑板；在斜撑板的侧面上设置有用于支撑对应侧太阳能电池板的柔性支撑垫；在四块支撑背板的下侧面边缘均垂直安装有一根浮力撑杆，并在浮力撑杆的端部上设置有浮力筒。
12.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圆筒形壳体内与控制器电连接；电源模块为指示灯、扬声器以及超声波测距传感器供电。
13.进一步的，航行驱动机构包括驱动环套、转向驱动电机以及两个航行驱动电机；驱动环套旋转式套设在圆筒形壳体的下部，并在驱动环套的内侧面上设置有支撑环槽；在圆筒形壳体的下部外侧面上旋转式安装有各个支撑滚轮，且各个支撑滚轮分别支撑行走在支撑环槽的对应侧槽边上；在驱动环套的外侧圆周上沿直径两端分别设置有侧边驱动杆，两个航行驱动电机分别固定安装在两个侧边驱动杆的端部上，并在两个航行驱动电机的输出轴端部上均固定设置有航行桨叶；在驱动环套的上侧边缘上设置有驱动齿圈；转向驱动电
机安装在圆筒形壳体内，且输出轴伸出圆筒形壳体外，并在伸出端上固定安装有与驱动齿圈相啮合的转向驱动齿轮；在线路板上设置有与控制器电连接的转向驱动电路以及航行驱动电路；转向驱动电路以及航行驱动电路分别与转向驱动电机以及航行驱动电机电连接；电源模块为转向驱动电路以及航行驱动电路供电。
14.进一步的，在圆筒形壳体的下部设置有防护罩盖，驱动齿圈以及转向驱动齿轮均位于防护罩盖内；在驱动环套的外侧面上设置有l形安装管，并在l形安装管上端设置有摄像头；在圆筒形壳体的上部外壁上设置有线缆固定座，在线缆固定座与l形安装管之间连接有一根螺旋线缆；在驱动环套的外侧圆周上且位于l形安装管与两个航行驱动电机之间设置有线缆防护管；两个航行驱动电机的电连接线缆穿过线缆防护管后进入l形安装管内；航行驱动电路和电源模块通过螺旋线缆与l形安装管内的航行驱动电机的电连接线缆电连接，控制器和电源模块通过螺旋线缆与l形安装管内的摄像头的电连接线缆电连接。
15.本发明与现有技术相比，其有益效果是：利用升降驱动机构能够升降驱动水质检测机构进出圆形收纳凹陷，从而在水质检测时将水质检测机构伸出圆形收纳凹陷进行检测，在航行时将水质检测机构收回圆形收纳凹陷内，而不影响巡检装置航行；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；利用航行驱动机构的旋转式安装，从而能够实现巡检装置的快速转向，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。
附图说明
16.图1为本发明的整体结构示意图；
17.图2为本发明的剖视结构示意图；
18.图3为本发明的电路结构示意图。
具体实施方式
19.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。
20.实施例1：
21.如图1
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3所示，本发明所述的河湖水质巡检装置包括：圆筒形壳体1、水质检测机构、升降驱动机构、航行驱动机构、协调控制模块、电源模块3以及太阳能充电机构；
22.在圆筒形壳体1的底部设置有向上凹陷的圆形收纳凹陷11，升降驱动机构安装在圆形收纳凹陷11的顶部，水质检测机构安装在升降驱动机构上，由升降驱动机构升降驱动水质检测机构进出圆形收纳凹陷11；航行驱动机构旋转式安装在圆筒形壳体1下部的外圆周上，用于驱动圆筒形壳体1在水面航行；协调控制模块包括线路板33以及设置在线路板33上的控制器、存储器、定位模块、无线通信模块以及陀螺仪；线路板33安装在圆筒形壳体1内；控制器分别与存储器、定位模块、无线通信模块以及陀螺仪电连接，并分别对水质检测机构、升降驱动机构以及航行驱动机构进行协调控制；电源模块3安装在圆筒形壳体1内，用于分别为水质检测机构、升降驱动机构、航行驱动机构以及协调控制模块供电；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3充电。
23.利用升降驱动机构能够升降驱动水质检测机构进出圆形收纳凹陷11，从而在水质检测时将水质检测机构伸出圆形收纳凹陷11进行检测，在航行时将水质检测机构收回圆形收纳凹陷11内，而不影响巡检装置航行；利用太阳能充电机构能够对电源模块3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；利用航行驱动机构的旋转式安装，从而能够实现巡检装置的快速转向，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。
24.进一步的，水质检测机构包括传感器安装座4以及各个水质传感器的传感头5；各个水质传感器的传感头5固定安装在传感器安装座4竖向侧面上，且各个传感头5的接线端位于传感器安装座4内；传感器安装座4固定安装在升降驱动机构上；控制器分别与各个水质传感器电连接；电源模块3为各个水质传感器供电。
25.利用传感器安装座4能够便于安装各个水质传感器的传感头5，从而便于传感头5的统一电气安装。
26.进一步的，升降驱动机构包括升降支撑管9、升降驱动电机14以及升降提拉管6；升降支撑管9竖向安装在圆形收纳凹陷11的顶部中心处，并在升降支撑管9的上端管口处旋转式安装有升降从动齿轮16；升降提拉管6的上端贯穿升降支撑管9，并在升降提拉管6的外壁上设置有升降驱动外螺纹8；在升降从动齿轮16的中心处设置有升降驱动螺纹孔，且升降驱动外螺纹8与升降驱动螺纹孔螺纹旋合安装；在升降驱动电机14的输出轴上设置有与升降从动齿轮16相啮合的升降驱动齿轮15；升降提拉管6的下端固定安装在传感器安装座4的上侧面中心处，各个传感头5的电连接线缆通过穿过升降提拉管6进入圆筒形壳体1内；在线路板33上设置有与控制器电连接的升降驱动电路；升降驱动电路与升降驱动电机14电连接；电源模块3为升降驱动电路供电。
27.利用升降驱动螺纹孔与升降驱动外螺纹8的配合能够实现升降提拉管6的升降驱动；利用升降提拉管6能够便于各个传感头5的电连接线缆进入圆筒形壳体1内进行电连接。
28.进一步的，在圆形收纳凹陷11的竖向侧壁上竖向设置有t形插槽18，并在t形插槽18上插装有t形插条17；在t形插条17上分布设置有清理刷毛19，且清理刷毛19指向圆形收纳凹陷11中心处，用于对各个传感头5进行清理；升降支撑管9与圆形收纳凹陷11的顶部为旋转密封式安装，并在升降支撑管9上固定安装有旋转驱动蜗轮10；在圆筒形壳体1内设置有旋转驱动电机12，并在旋转驱动电机12的输出轴上对接安装有旋转驱动蜗杆13，且旋转驱动蜗轮10与旋转驱动蜗杆13相啮合；在升降提拉管6的外壁上竖向设置有旋转同步滑槽7，在升降支撑管9的内壁上设置有滑动式嵌入旋转同步滑槽7内的旋转同步滑块；在线路板33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12电连接；电源模块3为升降驱动电路供电。
29.利用t形插槽18和t形插条17的安装配合，能够便于维护时更换新的清理刷毛19；利用旋转同步滑槽7与旋转同步滑块的配合，能够确保旋转同步驱动，又不影响升降提拉管6的上下升降移动；利用旋转驱动蜗轮10与旋转驱动蜗杆13的配合，能够实现升降支撑管9的旋转驱动，同时在停止后又能够对升降支撑管9的旋转进行限位，不跟随升降从动齿轮16的旋转。
30.进一步的，在圆筒形壳体1内部中心处设置有防水围挡2；升降驱动电机14和旋转
驱动电机12均位于防水围挡2内；电源模块3位于防水围挡2外。
31.利用防水围挡2能够增强防水性能，确保电源模块3和协调控制模块的使用安全性。
32.进一步的，太阳能充电机构包括矩形框架杆45、四块支撑背板51、四块太阳能电池板52、四根折叠拉绳53、收放驱动电机43以及收放驱动管40；收放驱动管40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42；在收放驱动电机43的输出轴端部上对接安装有收放驱动蜗杆44，且收放驱动蜗杆44与收放驱动蜗轮42相啮合；在收放驱动管40的上端上固定安装有收放绞盘41；矩形框架杆45通过斜撑杆50安装在圆筒形壳体1的顶部上方，四块支撑背板51的内侧边缘通过背板铰接座49分别铰接安装在矩形框架杆45的四个侧壁框上；四块太阳能电池板52分别固定安装在四块支撑背板51的上侧面上；四根折叠拉绳53的一端分别固定在四块支撑背板51的外侧边缘上，四根折叠拉绳53的另一端均固定在收放绞盘41上；在线路板33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43电连接；电源模块3为收放驱动电路供电；在线路板33上设置有太阳能充电电路，四块太阳能电池板52通过太阳能充电电路为电源模块3充电。
33.利用四根折叠拉绳53与收放绞盘41的配合，能够实现四块支撑背板51的同步收放；利用四块太阳能电池板52和太阳能充电电路的配合，能够对电源模块3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检测需要；利用收放驱动蜗杆44与收放驱动蜗轮42的配合，从而实现折叠收放的驱动控制和收放定位限制。
34.进一步的，在圆筒形壳体1的顶部边缘竖向设置有短立柱46，并在短立柱46的上端倾斜设置有斜撑板47；在斜撑板47的侧面上设置有用于支撑对应侧太阳能电池板52的柔性支撑垫48；在四块支撑背板51的下侧面边缘均垂直安装有一根浮力撑杆54，并在浮力撑杆54的端部上设置有浮力筒55。
35.利用柔性支撑垫48能够便于柔性支撑折叠后的四块太阳能电池板52，避免受损；利用浮力撑杆54和浮力筒55的设置，能够在进行太阳能电池板52展开时，浮力筒55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，此外在折叠后，通过浮力撑杆54和浮力筒55的悬挑设置，从而使得支撑背板51有一个向外的力，从而在折叠拉绳53释放时太阳能电池板52能够顺利展开。
36.进一步的，在收放驱动管40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35，且顶部支撑管35竖向贯穿收放驱动管40；在顶部支撑管35的上端上固定设置有顶部盒体36；在顶部盒体36的四个侧面上均设置有扬声器37以及超声波测距传感器38；在顶部盒体36的顶部设置有指示灯39；指示灯39、扬声器37以及超声波测距传感器38的电连接线缆穿过顶部支撑管35后进入圆筒形壳体1内与控制器电连接；电源模块3为指示灯39、扬声器37以及超声波测距传感器38供电。
37.利用超声波测距传感器38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37能够在水质检测过程中，当超声波测距传感器38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39进行闪烁提醒。
38.进一步的，航行驱动机构包括驱动环套25、转向驱动电机21以及两个航行驱动电机27；驱动环套25旋转式套设在圆筒形壳体1的下部，并在驱动环套25的内侧面上设置有支
撑环槽24；在圆筒形壳体1的下部外侧面上旋转式安装有各个支撑滚轮28，且各个支撑滚轮28分别支撑行走在支撑环槽24的对应侧槽边上；在驱动环套25的外侧圆周上沿直径两端分别设置有侧边驱动杆26，两个航行驱动电机27分别固定安装在两个侧边驱动杆26的端部上，并在两个航行驱动电机27的输出轴端部上均固定设置有航行桨叶20；在驱动环套25的上侧边缘上设置有驱动齿圈22；转向驱动电机21安装在圆筒形壳体1内，且输出轴伸出圆筒形壳体1外，并在伸出端上固定安装有与驱动齿圈22相啮合的转向驱动齿轮23；在线路板33上设置有与控制器电连接的转向驱动电路以及航行驱动电路；转向驱动电路以及航行驱动电路分别与转向驱动电机21以及航行驱动电机27电连接；电源模块3为转向驱动电路以及航行驱动电路供电。
39.利用支撑环槽24与各个支撑滚轮28的配合，能够实现驱动环套25的旋转式安装，且具有较好的旋转平稳性；利用驱动齿圈22以及转向驱动齿轮23的配合，能够对驱动环套25进行旋转驱动，从而能够快速调节两个航行驱动电机27的方向，实现航向的快速调节，提高巡航效率；利用两个航行驱动电机27对称设置，能够增强航行的平稳性。
40.进一步的，在圆筒形壳体1的下部设置有防护罩盖29，驱动齿圈22以及转向驱动齿轮23均位于防护罩盖29内；在驱动环套25的外侧面上设置有l形安装管56，并在l形安装管56上端设置有摄像头57；在圆筒形壳体1的上部外壁上设置有线缆固定座31，在线缆固定座31与l形安装管56之间连接有一根螺旋线缆32；在驱动环套25的外侧圆周上且位于l形安装管56与两个航行驱动电机27之间设置有线缆防护管30；两个航行驱动电机27的电连接线缆穿过线缆防护管30后进入l形安装管56内；航行驱动电路和电源模块3通过螺旋线缆32与l形安装管56内的航行驱动电机27的电连接线缆电连接，控制器和电源模块3通过螺旋线缆32与l形安装管56内的摄像头57的电连接线缆电连接。
41.利用防护罩盖29能够对驱动齿圈22以及转向驱动齿轮23进行防护，防止碰撞损坏或者杂物缠绕；利用螺旋线缆32能够实现弹性的电连接，便于旋转状态下的摄像头57以及两个航行驱动电机27的电连接；利用线缆防护管30能够对线缆进行防护，防止碰撞损坏。
42.本发明所述的河湖水质巡检装置中：控制器采用现有的单片机控制模块，用于实现巡检装置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，用于实现巡检装置的定位和导航；摄像头57采用现有的红外摄像头，用于实现水面环境图像采集；超声波测距传感器38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，从而便于控制器对巡检装置进行避障航行；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，用于实现巡检装置的方向判断和导航；指示灯39采用现有的红色闪烁指示灯；扬声器37采用现有的扬声器，用于发出警示声音；转向驱动电路、航行驱动电路、收放驱动电路、旋转驱动电路以及升降驱动电路采用现有的步进电机驱动电路，用于分别对转向驱动电机21、航行驱动电机27、收放驱动电机43、旋转驱动电机12以及升降驱动电机14进行驱动控制。
43.本发明所述的河湖水质巡检装置在工作时包括如下步骤：
44.航行步骤：由远程控制中心通过无线通信的方式将巡检命令发送至巡检装置，巡检装置在接收到巡检命令后，由控制器根据巡检命令确定各个巡检点位的坐标，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，将巡检装置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；
45.水质检测步骤：在到达检测点位后，由控制器控制升降驱动机构，从而将传感器安装座4下降至脱离圆形收纳凹陷11，再由各个传感头5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，再由控制器控制升降驱动机构，从而将传感器安装座4上升至圆形收纳凹陷11内，从而不影响航行；
46.太阳能充电：巡检装置在执行航行步骤前和后，由控制器对收放驱动电机43进行控制，将四块太阳能电池板52放下至水平状态，从而由太阳能电池板52通过太阳能充电电路为电源模块3充电；巡检装置在执行航行步骤时，由控制器对收放驱动电机43进行控制，将四块太阳能电池板52拉扯至支撑在柔性支撑垫48上，此时浮力筒55脱离水面，从而降低航行阻力；巡检装置在执行水质检测步骤时，若时间较长，同样可以展开四块太阳能电池板52进行充电；在没有接收到巡检命令或者在巡检命令全部执行完毕后，展开四块太阳能电池板52进行充电；
47.探头清理步骤：在传感器安装座4上升至圆形收纳凹陷11内后，由控制器定期控制旋转驱动电机12，使得传感器安装座4正反转各一周，利用清理刷毛19对各个传感头5进行清理，保持传感头5的清洁，确保检测的可靠性。
48.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。