專利名稱：應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種采用嵌入式技術、無線通信技術、GPS定位技術的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法。
背景技術：
近年來，我國乃至全球的水污染事件發(fā)生頻率不斷上升，在應對突發(fā)性水污染事故時，由于缺乏現(xiàn)場機動監(jiān)測設備，不能對污染水域進行移動監(jiān)測，無法及時跟蹤污染物擴散狀況，難以對污染水域進行評估判斷。傳統(tǒng)人工劃船取水測量，由于水域面積大，肉眼判斷位置準確定度低且存在一定危險；現(xiàn)有的自動監(jiān)測站由于位置固定，監(jiān)測范圍較小，不能全面反映水質狀況，難以實時發(fā)現(xiàn)和跟蹤污染；常用的應急監(jiān)測手段多是船載專業(yè)人員現(xiàn)場測量，但這會帶來較多的制造成本和勞力成本，且一旦水質事故發(fā)生，監(jiān)測船的調度也并不能非常及時。如何快速獲取有效水樣本成為應急監(jiān)測的一大難題。
在申請?zhí)枮?00910143532. X的中國發(fā)明專利中，所述的水樣采集器能夠接受岸上操作人員的指令到達指定地點采集水樣，通過先前設定的采樣深度，在不同地點采集不同深度水樣，并返回出發(fā)處。但是采樣地的地理位置和實際采樣深度沒能記錄，不利于監(jiān)測人員對水環(huán)境的評估，同時其執(zhí)行機構單一，不能滿足復雜水域的應急監(jiān)測；此外該發(fā)明中對水樣采集部分的描述過于簡單，難以實現(xiàn)。在申請?zhí)枮?01110173075. 6的中國發(fā)明專利中，所設計的采樣監(jiān)測船配置水上、水下攝像頭及基站中心視頻監(jiān)控功能，大大加強了對采樣系統(tǒng)的調控能力，但對采樣模塊的描述僅僅為“單片機輸出端接蠕動泵控制模塊輸入端， 控制泵的啟停和樣品量”，這對發(fā)明的實現(xiàn)和后續(xù)研究作用不大。當遇到突發(fā)水污染事故需要多個斷面同時監(jiān)測時，該發(fā)明內容無法滿足要求。發(fā)明內容
本發(fā)明的目的是針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法。
本發(fā)明的目的是通過采用以下技術方案實現(xiàn)的一種應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法，它包括基站監(jiān)控終端、若干個手持遙控終端和若干個執(zhí)行子系統(tǒng)，所有執(zhí)行子系統(tǒng)均通過GPRS與基站監(jiān)控終端通信，每個執(zhí)行子系統(tǒng)均與一手持遙控終端無線通信。執(zhí)行子系統(tǒng)由采樣裝置和控制裝置相連組成。所述采樣裝置包括水管升降機、 蠕動泵、分流接頭、渦輪流量計、若干電磁閥和若干保溫儲水槽。水管升降機由步進電機、卷盤、采樣軟管和支架組成，采樣軟管纏繞在卷盤上，卷盤用支架支撐固定，步進電機通過齒輪與卷盤連接，帶動卷盤轉動。采樣軟管的一端套上過濾網(wǎng)，另一端接金屬彎管。金屬彎管通過卷盤上的卷盤軸孔伸入卷盤內并與二向接頭緊密連接。金屬管的一端與二向接頭的另一端相接，接口處套有橡皮圈與軸承。金屬管的另一端接蠕動泵的輸入端，蠕動泵、渦輪流量計和分流接頭依次連接，分流接頭分別通過管道與若干保溫儲水槽相連，每個管道上安裝控制該管道通斷的電磁閥。
控制裝置由第一中央處理器、第一無線模塊、GPRS模塊、GPS模塊、RS232接口電路、步進電機驅動模塊、直流電機驅動模塊、繼電器開關電路、流量信號處理電路和電源模塊組成；所述第一無線模塊和GPRS模塊通過RS232接口電路與第一中央處理器連接，流量信號處理電路接第一中央處理器輸入端。第一中央處理器輸出端分別接直流電機驅動模塊、步進電機驅動模塊和繼電器開關電路，直流電機驅動模塊連接蠕動泵的直流減速電機， 步進電機驅動模塊連接步進電機，繼電器開關電路模塊連接電磁閥。
手持遙控終端由第二中央處理器、第二無線模塊、TFT觸摸顯示屏、RS232接口電路、SD卡和電源模塊組成；第二無線模塊通過RS232接口電路與第二中央處理器連接，TFT 觸摸顯示屏和SD卡均與第二中央處理器連接。
基站監(jiān)控終端為具有固定外網(wǎng)IP的計算機，通過監(jiān)聽IP數(shù)據(jù)，與執(zhí)行子系統(tǒng)上的GPRS模塊進行通信，發(fā)送控制指令，接收采樣時間、位置、深度、樣品量等信息，并調用 GOOGLE MAP定位跟蹤。
一種應用上述采樣系統(tǒng)的采樣方法，包括如下步驟(1)將采樣系統(tǒng)的若干執(zhí)行子系統(tǒng)分布于待測水域位置，執(zhí)行子系統(tǒng)上電并初始化后， 通過GPRS模塊向基站監(jiān)控終端發(fā)送相應分機編號；執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器處于串口中斷待命狀態(tài)；(2)基站監(jiān)控終端或手持遙控終端將采樣信息(包括采樣位置、采樣深度、采樣量)發(fā)送到執(zhí)行子系統(tǒng)；(3)執(zhí)行子系統(tǒng)的GPRS模塊或者第一無線模塊接收到指令后，首先輸入到第一中央處理器，第一中央處理器判斷指令是否有效，若上一指令尚未執(zhí)行完畢或者指令順序有誤， 則第一中央處理器返回錯誤警報，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端；若指令有效，則第一中央處理器首先清除采樣裝置狀態(tài)，停止所有電機運行，并進行指令解析；(4)第一中央處理器根據(jù)所解析的指令輸出具體的控制信號執(zhí)行相應操作；執(zhí)行順序為(4. I)第一中央處理器打開相應串口，讀取GPS信息獲取采樣點經(jīng)緯度；(4. 2)第一中央處理器輸出啟動信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動， 將采樣軟管送至設定的深度；(4. 3)第一中央處理器輸出導通信號到繼電器開關電路，打開電磁閥，導通樣品序號對應的管路；(4. 4)第一中央處理器輸出啟動信號到直流電機驅動模塊，驅動蠕動泵的直流電機開始抽水；(4. 5)渦輪流量計實時檢測管路流量信號輸入到流量信號處理電路，信號處理后輸入到第一中央處理器，第一中央處理器根據(jù)累計流量控制蠕動泵的啟停，使取樣量達到設定要求；(4. 6)—次取樣結束后，第一中央處理器輸入控制信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機反向轉動，收回采樣軟管； 或步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動另一角度，將采樣軟管送至另一個設定的深度，繼續(xù)開始采樣；(4. 7)待當前指令執(zhí)行結束后，執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器重新處于串口中斷待命狀態(tài)；(5)第一中央處理器自收到指令到該指令執(zhí)行結束整個過程中，每隔2s發(fā)回當前運行狀態(tài)和位置信息，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端。
本發(fā)明相對于現(xiàn)有技術，其有益效果是(I)本發(fā)明具備的功能滿足《水質采樣方案設計技術規(guī)定GB12997-91》，《水質采樣器技術要求及監(jiān)測辦法HJ/J372-2007》相關規(guī)定，保證了采樣點和采樣深度的精確性，發(fā)送并保存米樣信息。
(2)應對突發(fā)性水污染事故時，能夠快速獲取有效水樣品，用于污染程度分析、污染源跟蹤、污染模擬預測。
(3)系統(tǒng)配置若干個執(zhí)行子系統(tǒng)可用于大型水域多斷面采樣監(jiān)測，便于基站管理和數(shù)據(jù)處理。


圖I是本發(fā)明的系統(tǒng)示意圖；圖2是本發(fā)明執(zhí)行子系統(tǒng)采樣裝置結構圖；圖3是本發(fā)明執(zhí)行子系統(tǒng)控制裝置設計圖；圖4是本發(fā)明執(zhí)行子系統(tǒng)控制裝置流量信號處理電路圖；圖5是本發(fā)明執(zhí)行子系統(tǒng)控制裝置RS232接口電路圖；圖6是本發(fā)明手持遙控終端設計圖；圖7是本發(fā)明手持遙控終端工作流程圖；圖8是本發(fā)明基站監(jiān)控界面設計圖；圖9是本發(fā)明執(zhí)行子系統(tǒng)軟件控制流程圖；圖中，采樣裝置I、控制裝置2、執(zhí)行子系統(tǒng)3、手持遙控終端4、基站監(jiān)控終端5、步進電機6、齒輪7、卷盤8、過濾網(wǎng)9、采樣軟管10、二向接頭11、金屬彎管12、軸承13、卷盤軸孔 14、金屬管15、支架16、蠕動泵17、分流接頭18、渦輪流量計19、電磁閥20、保溫儲水槽21。
具體實施方式
如圖I所示，本發(fā)明應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法包括基站監(jiān)控終端5、若干個手持遙控終端4和若干個執(zhí)行子系統(tǒng)3，所有執(zhí)行子系統(tǒng)3均通過 GPRS與基站監(jiān)控終端通信，每個執(zhí)行子系統(tǒng)3均與一手持遙控終端無線通信。執(zhí)行子系統(tǒng) 3由采樣裝置I和控制裝置2相連組成。
如圖2所示,采樣裝置I包括水管升降機、螺動泵17、分流接頭18、潤輪流量計19、 若干電磁閥20和若干保溫儲水槽21。水管升降機由步進電機6、卷盤8、采樣軟管10和支架16組成，采樣軟管10纏繞在卷盤8上，卷盤8用支架16支撐固定，步進電機6通過齒輪7 與卷盤8連接，帶動卷盤8轉動。采樣軟管10的一端套上過濾網(wǎng)9，另一端接金屬彎管12。 金屬彎管12通過卷盤8上的卷盤軸孔14伸入卷盤8內并與二向接頭11緊密連接。金屬管15的一端與二向接頭11的另一端相接，接口處套有橡皮圈與軸承13。金屬管15的另一端接蠕動泵17的輸入端，蠕動泵17、渦輪流量計19和分流接頭18依次連接，分流接頭18 分別通過管道與若干保溫儲水槽21相連，每個管道上安裝控制該管道通斷的電磁閥20。
如圖3所示，控制裝置2由第一中央處理器、第一無線模塊、GPRS模塊、GPS模塊、 RS232接口電路、步進電機驅動模塊、直流電機驅動模塊、繼電器開關電路、流量信號處理電路、電源模塊組成。第一無線模塊和GPRS模塊通過RS232接口電路與第一中央處理器連接， 流量信號處理電路接第一中央處理器輸入端。第一中央處理器輸出端分別接直流電機驅動模塊、步進電機驅動模塊和繼電器開關電路，直流電機驅動模塊連接蠕動泵17的直流減速電機，步進電機驅動模塊連接步進電機6，繼電器開關電路連接電磁閥20。電源模塊為各模塊供電。
如圖6所示，手持遙控終端4由第二中央處理器、第二無線模塊、TFT觸摸顯示屏、 RS232接口電路、SD卡、電源模塊組成。第二無線模塊通過RS232信號轉換電路與第二中央處理器連接，TFT觸摸顯示屏和SD卡均與第二中央處理器連接。電源模塊為各模塊供電。
基站監(jiān)控終端5可以由具有固定外網(wǎng)IP的普通PC機實現(xiàn)。
實施例I:如圖I所示，遙控立體采樣系統(tǒng)包括基站監(jiān)控終端5、若干手持遙控終端4、若干執(zhí)行子系統(tǒng)3和設在執(zhí)行子系統(tǒng)3上的控制裝置2、采樣裝置I。
如圖2所示,采樣裝置I包括水管升降機、螺動泵17、分流接頭18、潤輪流量計19、 若干電磁閥20和若干保溫儲水槽21。水管升降機由步進電機6、卷盤8、軟管10和支架 16組成,步進電機6通過齒輪7與卷盤8連接,帶動卷盤8轉動。步進電機6可采用型號 86HS9850A4,具有靜力矩8. 2N. m,由于其額定電流較大，額定電壓較小，因此選用MD680模塊進行驅動，該模塊24V供電，設置為12800步數(shù)時振動較小，又滿足深度調節(jié)的精度要求。 具有大扭矩的步進電機可實現(xiàn)功能。
水管升降機的構造為本發(fā)明重點，具體為采樣軟管10的一端套上過濾網(wǎng)9與250g 重物浸入待測水域中，采樣軟管10纏繞于卷盤8，采樣軟管10的另一端接金屬彎管12。金屬彎管12通過卷盤軸孔14伸入卷盤8軸內部，與二向接頭11緊密連接。金屬管15與二向接頭11的另一端相接，接口處套有橡皮圈與軸承13，既保證管路的密封性，又減小二向接頭11與金屬管15之間的滑動摩擦力。其設計的目的是卷盤8帶動采樣軟管10入水端升降，同時保證水管升降機出口端金屬管15固定不動，連接蠕動泵17。
蠕動泵17由蠕動泵頭和直流減速電機組成。蠕動泵頭可采用型號YZ2515X，其具備的抽水能力為I. 7 1740mL/min，所配的軟管型號為24# (內徑6. 4mm，壁厚2. 5mm)。該配置能夠保證5米深度內抽水流量不衰減，有效抽水深度達10米。帶動蠕動泵頭的電機可采用600轉/分鐘的直流減速電機，可用單片機的IO 口控制啟停、調節(jié)轉速，控制采樣量。具備5米以上抽水能力的低電壓水泵均可實現(xiàn)功能。
渦輪流量計19可采用型號LWGY-4，選用DN4 (I分管)的儀表口徑，其測量范圍為 60(T4000mL/min，適用于流量80(Tl500mL/min的采樣裝置。該流量計輸出脈沖頻率信號， 頻率大小對應流量大小。信號通過圖4的處理電路降壓后輸入單片機獲取頻率值，換算成累計流量值后反饋調節(jié)蠕動泵的抽水。由于該流量計的最大輸出頻率不超過4KHz，故所選電路元件均符合要求。
分流接頭18輸出端做成標準插口，電磁閥20和其所在管路可根據(jù)具體采樣樣品數(shù)量的增減直接插拔。電磁閥20可采用型號2W-06 二位二通直動式膜片電磁閥，選用(I分管)的儀表口徑，所需的額定電壓為12V，符合采樣裝置水樣分離控制的需求。
所述保溫儲水槽21為手提結構，分內外兩層。外層起到隔離保溫左右，內層為潔凈的玻璃器皿。水槽口通過旋鈕與管路連接，方便裝卸。
如圖3所示，控制裝置2包括第一中央處理器、第一無線模塊、GPRS模塊、GPS定位模塊、RS232信號轉換電路、步進電機驅動模塊、直流電機驅動模塊、繼電器開關控制模塊、 流量信號處理電路、電源模塊。
第一中央處理器可采用STM32RBT6單片機，主要功能為兩種通信實現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)、 解析指令并輸出控制信號、讀取流量數(shù)據(jù)、讀取GPS。所述單片機共64管腳，三個USART串口資源，分別連接無線模塊、GPRS模塊、GPS模塊，三個模塊與單片機接口之間還需要RS232 接口電路進行信號轉換，如圖5。擁有三個串口資源的單片機基本可以實現(xiàn)功能。單片機通用I/O 口和PWM輸出口用以控制步進電機驅動模塊、直流減速電機驅動模塊、電機開關控制模塊。
第一無線模塊可采用FHL0603系列433MHz無線數(shù)據(jù)傳輸模塊，最大發(fā)射功率 500mW，可靠傳輸距離大于2km，實際有效通信距離大于1km，完全滿足岸邊遙控控制需求。 該模塊可直接通過串口中斷讀取數(shù)據(jù)，無需附加程序驅動。具有較大范圍通信能力的無線模塊可以實現(xiàn)功能。所述GPRS與GPS模塊可采用SM908集成芯片，通過單片機寫入AT指令設置具體功能，使能后也可直接通過串口中斷讀取數(shù)據(jù)。
步進電機驅動模塊可采用MD680，具備恒流輸出和細分調節(jié)功能，可用單片機I/O 口交替脈沖信號控制。直流減速電機驅動模塊采用L298N橋式電路，可用一組單片機PWM 輸出控制轉速。繼電器開關控制模塊控制電磁閥組的通斷，采用30V/10A繼電器組配以三極管隔離電路，利用單片機I/O 口高低電平控制。
電源模塊包含24V蓄電池和兩塊12V蓄電池，構成24V、 z 12V電源，同時利用穩(wěn)壓芯片制作12V轉5V、5V轉3. 3V電路。
手持遙控終端4由第二中央處理器、第二無線模塊、TFT觸摸顯示屏、RS232信號轉換電路、SD卡、電源模塊組成。觸摸顯示屏為2. 8寸TFTIXD，以字符串方式顯示接收數(shù)據(jù)， 以觸點區(qū)域識別方式捕捉屏幕按鍵，從而形成控制指令編碼發(fā)送。所述第二中央處理器采用STM32RBT6單片機，其中34腳驅動顯示屏，一個USART串口資源連接FHL0603第二無線模塊，與執(zhí)行子系統(tǒng)3進行IOOOm內短距離通信，一個SPI資源連接SD卡，記錄接收到的采樣信息。64腳以上的單片機可實現(xiàn)第二中央處理器的功能。手持遙控終端4的界面分為主菜單(功能選擇)和子菜單(參數(shù)設定)，子菜單中設有參數(shù)發(fā)送欄和采樣信息接收欄。手持遙控終端4的電源模塊為5V電池和5V轉3. 3V的穩(wěn)壓電路。手持遙控終端工作如圖7所/Jn ο
所述基站監(jiān)控終端5可以由具有固定外網(wǎng)IP的普通PC機實現(xiàn)，其上位監(jiān)聽界面如圖8所示，包含本機IP設置欄、對方IP監(jiān)聽欄、指令發(fā)送欄、數(shù)據(jù)接收欄、GOOGLE MAP 顯示欄。所述上位監(jiān)聽界面利用C#編寫，利用本機IP地址和所選端口號創(chuàng)建Socket實例，建立TCPListener連接，與執(zhí)行子系統(tǒng)3上的GPRS模塊進行遠程通信。使用C#中的 webBrowser控件調用訪問GOOGLE MAP,根據(jù)接收到的GPS數(shù)據(jù)，在地圖上描繪位置軌跡，掌握執(zhí)行子系統(tǒng)的實時方位，進行綜合調度管理。
如圖9所示，本發(fā)明的采樣過程如下1、將采樣系統(tǒng)的若干執(zhí)行子系統(tǒng)分布于待測水域位置，執(zhí)行子系統(tǒng)上電并初始化后， 通過GPRS模塊向基站監(jiān)控終端發(fā)送相應分機編號；執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器處于串口中斷待命狀態(tài)；2、基站監(jiān)控終端或手持遙控終端將采樣信息(包括采樣位置、采樣深度、采樣量)發(fā)送到執(zhí)行子系統(tǒng)；
3、執(zhí)行子系統(tǒng)的GPRS模塊或者第一無線模塊接收到指令后，首先輸入到第一中央處理器，第一中央處理器判斷指令是否有效，若上一指令尚未執(zhí)行完畢或者指令順序有誤，則第一中央處理器返回錯誤警報，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端；若指令有效，則第一中央處理器首先清除采樣裝置狀態(tài)，停止所有電機運行，并進行指令解析；
4、第一中央處理器根據(jù)所解析的指令輸出具體的控制信號執(zhí)行相應操作；執(zhí)行順序為I)第一中央處理器打開相應串口，讀取GPS信息獲取采樣點經(jīng)緯度；2)第一中央處理器輸出啟動信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動，將采樣軟管送至設定的深度；3)第一中央處理器輸出導通信號到繼電器開關電路，打開電磁閥，導通樣品序號對應的管路；4)第一中央處理器輸出啟動信號到直流電機驅動模塊，驅動蠕動泵的直流電機開始抽水；5)渦輪流量計實時檢測管路流量信號輸入到流量信號處理電路， 信號處理后輸入到第一中央處理器，第一中央處理器根據(jù)累計流量控制蠕動泵的啟停，使取樣量達到設定要求；6) —次取樣結束后，第一中央處理器輸入控制信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機反向轉動，收回采樣軟管；或步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動另一角度，將采樣軟管送至另一個設定的深度，繼續(xù)開始采樣。7)待當前指令執(zhí)行結束后，執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器重新處于串口中斷待命狀態(tài)。
5、第一中央處理器自收到指令到該指令執(zhí)行結束整個過程中，每隔2s發(fā)回當前運行狀態(tài)和位置信息，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端。
權利要求
1.一種應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)，其特征在于，它包括基站監(jiān)控終端(5)、若干個手持遙控終端(4)和若干個執(zhí)行子系統(tǒng)(3)等，所有執(zhí)行子系統(tǒng)(3)均通過GPRS 與基站監(jiān)控終端通信，每個執(zhí)行子系統(tǒng)(3)均與一手持遙控終端無線通信；執(zhí)行子系統(tǒng)(3) 由采樣裝置(I)和控制裝置(2)相連組成；所述采樣裝置(I)包括水管升降機、蠕動泵(17)、 分流接頭(18)、渦輪流量計(19)、若干電磁閥(20)和若干保溫儲水槽(21);水管升降機由步進電機(6)、卷盤(8)、采樣軟管(10)和支架(16)組成，采樣軟管(10)纏繞在卷盤(8)上， 卷盤(8)用支架(16)支撐固定,步進電機(6)通過齒輪(7)與卷盤(8)連接,帶動卷盤(8) 轉動；采樣軟管(10)的一端套上過濾網(wǎng)(9)，另一端接金屬彎管(12);金屬彎管(12)通過卷盤(8)上的卷盤軸孔(14)伸入卷盤(8)內并與二向接頭(11)緊密連接；金屬管(15)的一端與二向接頭(11)的另一端相接，接口處套有橡皮圈與軸承(13);金屬管(15)的另一端接蠕動泵(17)的輸入端，蠕動泵(17)、渦輪流量計(19)和分流接頭(18)依次連接，分流接頭(18)分別通過管道與若干保溫儲水槽(21)相連，每個管道上安裝控制該管道通斷的電磁閥 (20)。
2.根據(jù)權利要求I所述應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)，其特征在于，所述控制裝置(2)由第一中央處理器、第一無線模塊、GPRS模塊、GPS模塊、RS232接口電路、步進電機驅動模塊、直流電機驅動模塊、繼電器開關電路、流量信號處理電路和電源模塊組成； 所述第一無線模塊和GPRS模塊通過RS232接口電路與第一中央處理器連接，流量信號處理電路接第一中央處理器輸入端；第一中央處理器輸出端分別接直流電機驅動模塊、步進電機驅動模塊和繼電器開關電路，直流電機驅動模塊連接蠕動泵(17)的直流減速電機，步進電機驅動模塊連接步進電機(6 )，繼電器開關電路連接電磁閥(20 )。
3.根據(jù)權利要求I所述應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)，其特征在于，所述手持遙控終端(4)由第二中央處理器、第二無線模塊、TFT觸摸顯示屏、RS232接口電路、SD 卡和電源模塊組成；所述第二無線模塊通過RS232接口電路與第二中央處理器連接，TFT觸摸顯示屏和SD卡均與第二中央處理器連接。
4.根據(jù)權利要求I所述應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)，其特征在于，基站監(jiān)控終端(5)可以由具有固定外網(wǎng)IP的普通PC機實現(xiàn)。
5.一種應用權利要求I所述采樣系統(tǒng)進行的采樣方法，其特征在于，包括如下步驟(1)將采樣系統(tǒng)的若干執(zhí)行子系統(tǒng)分布于待測水域位置，執(zhí)行子系統(tǒng)上電并初始化后， 通過GPRS模塊向基站監(jiān)控終端發(fā)送相應分機編號；執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器處于串口中斷待命狀態(tài)；(2)基站監(jiān)控終端或手持遙控終端將采樣信息(包括采樣位置、采樣深度、采樣量)發(fā)送到執(zhí)行子系統(tǒng)；(3)執(zhí)行子系統(tǒng)的GPRS模塊或者第一無線模塊接收到指令后，首先輸入到第一中央處理器，第一中央處理器判斷指令是否有效，若上一指令尚未執(zhí)行完畢或者指令順序有誤， 則第一中央處理器返回錯誤警報，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端；若指令有效，則第一中央處理器首先清除采樣裝置狀態(tài)，停止所有電機運行，并進行指令解析；(4)第一中央處理器根據(jù)所解析的指令輸出具體的控制信號執(zhí)行相應操作；執(zhí)行順序為(4. I)第一中央處理器打開相應串口，讀取GPS信息獲取采樣點經(jīng)緯度；(4. 2)第一中央處理器輸出啟動信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動， 將采樣軟管送至設定的深度；(4. 3)第一中央處理器輸出導通信號到繼電器開關電路，打開電磁閥，導通樣品序號對應的管路；(4. 4)第一中央處理器輸出啟動信號到直流電機驅動模塊，驅動蠕動泵的直流電機開始抽水；(4. 5)渦輪流量計實時檢測管路流量信號輸入到流量信號處理電路，信號處理后輸入到第一中央處理器，第一中央處理器根據(jù)累計流量控制蠕動泵的啟停，使取樣量達到設定要求；(4. 6)—次取樣結束后，第一中央處理器輸入控制信號到步進電機驅動模塊，步進電機驅動模塊控制步進電機反向轉動，收回采樣軟管； 或步進電機驅動模塊控制步進電機正向轉動另一角度，將采樣軟管送至另一個設定的深度，繼續(xù)開始采樣；(4. 7)待當前指令執(zhí)行結束后，執(zhí)行子系統(tǒng)的第一中央處理器重新處于串口中斷待命狀態(tài)；(5)第一中央處理器自收到指令到該指令執(zhí)行結束整個過程中，每隔2s發(fā)回當前運行狀態(tài)和位置信息，由GPRS模塊發(fā)回基站監(jiān)控終端或者由第一無線模塊發(fā)回手持遙控終端。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種應用于水質應急監(jiān)測的遙控立體采樣系統(tǒng)及采樣方法，包括基站監(jiān)控終端、手持遙控終端和執(zhí)行子系統(tǒng)。監(jiān)控終端采用普通PC機，對執(zhí)行子系統(tǒng)進行遠程監(jiān)控；手持遙控終端包括觸摸顯示屏、中央處理器、無線模塊、SD卡存儲，與執(zhí)行子系統(tǒng)進行短距離通信；執(zhí)行子系統(tǒng)包括控制裝置和采樣裝置，采樣裝置包括水管升降機、蠕動泵、分流接頭、渦輪流量計、電磁閥和保溫儲水槽，一次可采取多個不同深度的水樣。執(zhí)行子系統(tǒng)可用于水質突發(fā)事件的快速取樣和地表水域的常規(guī)巡檢，此外，基站監(jiān)控支持多個執(zhí)行子系統(tǒng)同時運作時的綜合管理。本發(fā)明體積小，操作便捷，功能實用，節(jié)省人力且價格低廉，可較好地幫助有關部門應對水質突發(fā)事件。
文檔編號G01N1/14GK102937538SQ201210444479
公開日2013年2月20日 申請日期2012年11月8日 優(yōu)先權日2012年11月8日
發(fā)明者張光新, 魯天龍, 侯迪波, 黃平捷, 包瑩, 馮天恒, 陳驍 申請人:浙江大學