[發明專利]一種無人船取樣系統及取樣方法

在審

• 申請號: 201810360366.8
• 申請日: 2018-04-20
• 公開（公告）號: CN108267342A
• 公開（公告）日: 2018-07-10
• 發明（設計）人: 葛化敏;許四杰;王杰;夏廣浩;華昭杰
• 申請（專利權）人: 南京信息工程大學
• 主分類號: G01N1/14
• 分類號: G01N1/14
• 代理公司: 南京鐘山專利代理有限公司 32252
• 代理人: 戴朝榮

1.一種無人船取樣系統，包括船體、用于驅動船體移動的動力裝置和電源裝置，其特征在于：所述船體上安裝有取樣系統，所述取樣系統包括取樣瓶、水泵、絞盤、牽引線、位置步進電機、絲桿、取樣步進電機、Z型固定支架、彈性水管和鉛錘，所述船體上設有取樣水槽，所述取樣水槽內從左端至右端均勻分布有若干個取樣瓶，所述絲桿通過軸承支座固定在所述船體上且絲桿位于取樣水槽內的取樣瓶的正上方，所述絲桿通過聯軸器與位置步進電機連接，所述絲桿連接有絲桿螺母且絲桿螺母上固定有滑塊，所述水泵的出水口通過出水管固定在所述滑塊上，所述取樣水槽內的左端設有取樣排水口，所述取樣排水口通過排水管延伸至船體的外側，所述水泵的進水口連接有彈性水管的出水端，所述取樣步進電機安裝在所述船體的右端，所述取樣步進電機連接有絞盤，所述絞盤上纏繞有牽引線，所述Z型固定支架的一端固定在所述船體的右端，所述彈性水管固定在所述Z型固定支架上，所述Z型固定支架的另一端的表面設有穿線孔且絞盤上的牽引線位于穿線孔的正上方，所述牽引線的另一端穿過穿線孔并與彈性水管的進水端和鉛錘連接，所述動力裝置、位置步進電機、取樣步進電機和水泵均與電源裝置電連接。

2.根據權利要求1所述的無人船取樣系統，其特征在于：所述動力裝置包括螺旋槳和驅動電機，所述驅動電機固定在所述船體上，所述驅動電機與所述螺旋槳連接。

3.根據權利要求2所述的無人船取樣系統，其特征在于：所述無人船上設有主控制器、定位系統、無線通信系統、動力電機驅動模塊、水泵驅動模塊、位置步進電機驅動模塊和取樣步進電機驅動模塊，所述定位系統、無線通信系統、動力電機驅動模塊、水泵驅動模塊、位置步進電機驅動模塊和取樣步進電機驅動模塊均與主控制器電連接，所述無線通信系統遠程連接有上位機，所述動力電機驅動模塊與所述驅動電機電連接，所述水泵驅動模塊與所述水泵電連接，所述位置步進電機驅動模塊與所述位置步進電機電連接，所述取樣步進電機驅動模塊與所述取樣步進電機電連接，所述主控制器、定位系統、無線通信系統、動力電機驅動模塊、水泵驅動模塊、位置步進電機驅動模塊和取樣步進電機驅動模塊均與電源裝置電連接。

4.根據權利要求3所述的無人船取樣系統，其特征在于：所述主控制器采用單片機STM32F103ZET6，所述定位系統采用北斗RTK定位系統，所述無線通信系統采用GPRS無線通信系統，所述動力電機驅動模塊中的驅動電路采用L298N芯片，所述水泵驅動模塊中的驅動電路采用L298N芯片，所述位置步進電機驅動模塊采用TB6600步進電機驅動器，所述取樣步進電機驅動模塊采用TB6600步進電機驅動器。

5.根據權利要求3所述的無人船取樣系統，其特征在于：所述位置步進電機和取樣步進電機均采用42BYGH47-401A兩相四線混合式步進電機。

6.根據權利要求1所述的無人船取樣系統，其特征在于：所述取樣瓶的底部固定在所述取樣水槽的底壁上。

7.一種根據權利要求3所述的無人船取樣系統的取樣方法，其特征在于：包括：

（1）上位機通過無線通信系統發送初始化信號到主控制器，主控制器通過位置步進電機驅動模塊控制位置步進電機，位置步進電機通過滑塊帶動水泵的出水口移動到取樣排水口；

（2）上位機通過無線通信系統發送取樣指令到主控制器，主控制器分析取樣指令從而獲得取樣參數，所述取樣參數包括取樣深度、取樣瓶的編號和取樣地點的坐標點；

（3）主控制器根據取樣地點的坐標點以及定位系統定位的坐標點控制動力裝置，動力裝置帶動船體巡航至取樣地點的坐標點；

（4）主控制器根據取樣深度計算出取樣步進電機轉動的角度從而控制取樣步進電機，取樣步進電機帶動絞盤旋轉從而將彈性水管的進水端下放到與取樣深度一致的位置；

（5）主控制器通過水泵驅動模塊控制水泵，水泵在第一預設時間段內進行抽水，水泵達到第一預設時間段后停止抽水，主控制器根據取樣瓶的編號控制位置步進電機，位置步進電機通過滑塊帶動水泵的出水口移動到與該編號相同的取樣瓶的入水口處；

（6）主控制器通過水泵驅動模塊再次控制水泵，水泵在第二預設時間段內進行抽水，水泵達到第二預設時間段后停止抽水；

（7）主控制器通過無線通信系統將本次取樣的取樣地點的坐標點、取樣深度、取樣瓶的編號和第二預設時間段發送至上位機；

（8）主控制器通過位置步進電機驅動模塊控制位置步進電機，位置步進電機通過滑塊帶動水泵的出水口移動到取樣排水口；

（9）主控制器根據步驟（4）計算出的取樣步進電機轉動的角度控制取樣步進電機，取樣步進電機帶動絞盤旋轉從而收回牽引線，彈性水管收回從而保持自然形狀。