本發(fā)明屬于水產(chǎn)養(yǎng)殖傳感器技術(shù)領(lǐng)域，尤其是一種水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)裝置。

背景技術(shù)：

由于水產(chǎn)養(yǎng)殖水體中含有多種微生物、雜質(zhì)和異物，而實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測功能的傳感器長期浸泡在水下，經(jīng)過一段時間的工作后，傳感器探頭極易附著雜物而又難于清洗和校準(zhǔn)，導(dǎo)致傳感器探頭靈敏度下降，直接影響采集數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。目前，對水下傳感器通常采用固定噴頭清洗方案，其存在的問題是：采用噴頭清洗需要水泵的功率較大，同時，僅采用射流清潔方案，對采樣水箱以及傳感器表面的微生物附著清潔效果不佳。此外，現(xiàn)有水質(zhì)監(jiān)測系統(tǒng)通常需要在每個監(jiān)測水槽中設(shè)置一組傳感器組件，由于傳感器價格昂貴，其監(jiān)測成本較高。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)裝置，解決水產(chǎn)養(yǎng)殖傳感器難于清潔以及監(jiān)測成本較高的問題。

本發(fā)明解決其技術(shù)問題是采取以下技術(shù)方案實現(xiàn)的：

一種水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)裝置，包括監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)和電控裝置，在監(jiān)測水槽系統(tǒng)中設(shè)有多個監(jiān)測水槽，在清水水槽系統(tǒng)中設(shè)有一個清水水槽，清水水槽和監(jiān)測水槽均為敞口水槽，清水水槽分別與多個監(jiān)測水槽連接在一起，三軸移動系統(tǒng)安裝在監(jiān)測水槽和清水水槽的上方，水質(zhì)監(jiān)測傳感器安裝在三軸移動系統(tǒng)的底部并隨三軸移動系統(tǒng)移至清水水槽內(nèi)或監(jiān)測水槽內(nèi)；所述電控裝置與監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)相連接實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)的控制功能。

進(jìn)一步地，所述三軸移動系統(tǒng)包括水平XY移動機(jī)構(gòu)和豎直移動機(jī)構(gòu)并安裝在監(jiān)測水槽和清水水槽的上方，在水平XY移動機(jī)構(gòu)和豎直移動機(jī)構(gòu)上分別安裝有X軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、Y軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)和Z軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、兩個X軸限位開關(guān)、兩個Y軸限位開關(guān)、兩個Z軸限位開關(guān)，上述步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、限位開關(guān)與電控裝置相連接。

進(jìn)一步地，所述監(jiān)測水槽系統(tǒng)包括監(jiān)測水槽、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、液位傳感器和超聲波發(fā)生器，進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥分別安裝在清水水槽的兩側(cè)，超聲波發(fā)生器安裝在清水水槽的外側(cè)底部實現(xiàn)對水槽的清潔功能，在監(jiān)測水槽的內(nèi)側(cè)底部安裝有液位傳感器用于監(jiān)測水槽中的水位；上述液位傳感器、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、超聲波發(fā)生器與電控裝置相連接。

進(jìn)一步地，所述清水水槽系統(tǒng)包括清水水槽、清水儲水箱、紫外除藻燈、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、液位傳感器、校準(zhǔn)傳感器、兩個清水循環(huán)泵、兩個清水過濾器和超聲波發(fā)生器，所述進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥分別安裝在清水水槽的兩側(cè)，所述清水儲水箱兩側(cè)均通過清水循環(huán)泵和清水過濾器連接進(jìn)水口電磁閥和出水口電磁閥；所述紫外除藻燈與清水儲水箱安裝在一起實現(xiàn)對清水儲水箱的除藻功能；所述超聲波發(fā)生器安裝在清水水槽底部外側(cè)實現(xiàn)對水槽的超聲清潔功能；所述校準(zhǔn)傳感器安裝在清水水槽內(nèi)實現(xiàn)對水質(zhì)監(jiān)測傳感器校準(zhǔn)功能；液位傳感器安裝在清水水槽內(nèi)的底部用于監(jiān)測水槽中的水位；上述進(jìn)水口電磁閥、液位傳感器、校準(zhǔn)傳感器、排水口電磁閥、清水循環(huán)泵、紫外除藻器、清水循環(huán)泵和超聲波發(fā)生器均與電控裝置相連接。

進(jìn)一步地，所述電控裝置包括控制器、控制面板、觸摸屏和供電電源電路；所述控制器與控制面板、觸摸屏、監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)相連接，電源供電電路為控制器、控制面板、觸摸屏、監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)供電。

進(jìn)一步地，所述控制器為PLC控制器或單片機(jī)。

進(jìn)一步地，所述控制器通過I/O接口模塊、RS485模塊或RS232模塊與控制面板、觸摸屏、監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)相連接。

進(jìn)一步地，所述控制面板上設(shè)有啟動開關(guān)、停機(jī)開關(guān)、手動強(qiáng)制清潔開關(guān)、自動循環(huán)開關(guān)、手動強(qiáng)制監(jiān)測旋鈕和參數(shù)復(fù)位開關(guān)。

進(jìn)一步地，所述水質(zhì)監(jiān)測傳感器包括水溫傳感器、溶解氧傳感器、氨氮傳感器、PH傳感器和鹽度傳感器；所述校準(zhǔn)傳感器包括水溫傳感器、溶解氧傳感器、氨氮傳感器、PH傳感器和鹽度傳感器。

本發(fā)明的優(yōu)點和積極效果是：

1、本發(fā)明通過三軸移動系統(tǒng)將水質(zhì)監(jiān)測傳感器在監(jiān)測水槽之間切換，實現(xiàn)對多個監(jiān)測點的水質(zhì)監(jiān)測功能，減少了傳感器的數(shù)量，降低了監(jiān)測成本。

2、本發(fā)明使用始終浸泡在清水水槽中的校準(zhǔn)傳感器實現(xiàn)對水質(zhì)監(jiān)測傳感器的性能評測與校準(zhǔn)，提高了整個監(jiān)測系統(tǒng)的可靠性。

3、本發(fā)明在水質(zhì)監(jiān)測傳感器不監(jiān)測時，通過三軸移動系統(tǒng)將其浸泡在清水水槽中，實現(xiàn)了傳感器的自動清潔功能，延長了傳感器的壽命與精度。

4、本發(fā)明能夠?qū)ΡO(jiān)測水槽依次清潔，減少了用于清潔的超聲波電源的功率，降低了能耗。

5、本發(fā)明的監(jiān)測水槽始終通過進(jìn)水口與水樣供水單元相連，保證了水樣的穩(wěn)定性。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的整體結(jié)構(gòu)示意圖；

圖2是本發(fā)明的監(jiān)測水槽系統(tǒng)連接示意圖；

圖3是本發(fā)明的清水水槽系統(tǒng)連接示意圖；

圖4是本發(fā)明的電控裝置電路方框圖；

圖5是電控裝置的觸摸屏人機(jī)交互示意圖。

具體實施方式

以下結(jié)合附圖對本發(fā)明實施例做進(jìn)一步詳述：

一種水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)裝置，包括監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)和電控裝置。在監(jiān)測水槽系統(tǒng)中設(shè)有多個監(jiān)測水槽，在清水水槽系統(tǒng)中設(shè)有一個清水水槽，如圖1所示，清水水槽和監(jiān)測水槽均為敞口水槽，清水水槽分別與多個監(jiān)測水槽連接在一起，監(jiān)測水槽的數(shù)量為1至5個。三軸移動系統(tǒng)安裝在監(jiān)測水槽和清水水槽的上方，所述水質(zhì)監(jiān)測傳感器安裝在三軸移動系統(tǒng)的底部并隨三軸移動系統(tǒng)移至清水水槽內(nèi)或監(jiān)測水槽內(nèi)。所述電控裝置與監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、三軸移動系統(tǒng)相連實現(xiàn)水產(chǎn)養(yǎng)殖用多點水質(zhì)監(jiān)測與傳感器清潔維護(hù)的控制功能。

所述三軸移動系統(tǒng)包括水平XY移動機(jī)構(gòu)和豎直移動機(jī)構(gòu)并安裝在監(jiān)測水槽和清水水槽的上方，移動機(jī)構(gòu)既可以采用絲杠螺母機(jī)構(gòu)實現(xiàn)，也可采用直線步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)，或者其他的形式。三軸移動系統(tǒng)與電控裝置相連接，電控裝置控制水平XY移動機(jī)構(gòu)移動到對應(yīng)水槽上方并通過豎直移動機(jī)構(gòu)上下運動使得安裝在三軸移動系統(tǒng)底部的水質(zhì)監(jiān)測傳感器進(jìn)入監(jiān)測水槽/清水水槽中或從監(jiān)測水槽/清水水槽中移出，實現(xiàn)水質(zhì)在線監(jiān)測功能或清潔維護(hù)功能。同時，在水質(zhì)監(jiān)測傳感器放入清水水槽中浸泡時，電控裝置控制水平XY機(jī)構(gòu)驅(qū)動傳感器組件高速往復(fù)移動，實現(xiàn)傳感器的沖刷清潔功能。

如圖2所示，監(jiān)測水槽系統(tǒng)包括監(jiān)測水槽、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、液位傳感器和超聲波發(fā)生器，進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥分別安裝在清水水槽的兩側(cè)，超聲波發(fā)生器安裝在清水水槽的外側(cè)底部實現(xiàn)對水槽的清潔功能，在監(jiān)測水槽的內(nèi)側(cè)底部安裝有液位傳感器用于監(jiān)測水槽中的水位。上述液位傳感器、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、超聲波發(fā)生器與電控裝置相連接，實現(xiàn)水質(zhì)監(jiān)測功能。在監(jiān)測水槽中，當(dāng)水樣流速不滿足要求時，電控裝置可控制水平XY移動機(jī)構(gòu)驅(qū)動傳感器組件相對運動，補(bǔ)償監(jiān)測水槽中的水流速度。

如圖3所示，清水水槽系統(tǒng)包括清水水槽、清水儲水箱、紫外除藻燈、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、液位傳感器、校準(zhǔn)傳感器、兩個清水循環(huán)泵、兩個清水過濾器和超聲波發(fā)生器，所述進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥分別安裝在清水水槽的兩側(cè)，所述清水儲水箱兩側(cè)均通過清水循環(huán)泵和清水過濾器連接進(jìn)水口電磁閥和出水口電磁閥，清水過濾器采用過濾精度為0.001～0.02μm的超純過濾系統(tǒng)，保證用于浸泡的清水系統(tǒng)的純度。所述紫外除藻燈與清水儲水箱安裝在一起實現(xiàn)對清水儲水箱的除藻功能；所述超聲波發(fā)生器安裝在清水水槽底部外側(cè)實現(xiàn)對水槽的超聲清潔功能；所述校準(zhǔn)傳感器安裝在清水水槽內(nèi)，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測傳感器浸泡在清水中時，電控裝置通過比對水質(zhì)監(jiān)測傳感器和校準(zhǔn)傳感器的數(shù)值，判斷監(jiān)測傳感器的工作狀態(tài)。液位傳感器安裝在清水水槽內(nèi)的底部用于監(jiān)測水槽中的水位。上述進(jìn)水口電磁閥、液位傳感器、校準(zhǔn)傳感器、排水口電磁閥、清水循環(huán)泵、紫外除藻器、清水循環(huán)泵和超聲波發(fā)生器均與電控裝置相連接，實現(xiàn)水質(zhì)傳感器的清潔維護(hù)功能。

如圖4所示，所述電控裝置包括控制器、控制面板、觸摸屏和供電電源電路。本實施例的電控裝置采用PLC控制器實現(xiàn)控制功能，在實際應(yīng)用時，還可以采用單片機(jī)進(jìn)行控制。電源供電電路為PLC控制器、控制面板、觸摸屏、水質(zhì)監(jiān)測傳感器、校準(zhǔn)傳感器、監(jiān)測水槽系統(tǒng)、清水水槽系統(tǒng)、水質(zhì)監(jiān)測傳感器供電。所述的PLC控制器通過I/O接口模塊與水質(zhì)監(jiān)測傳感器相連接采集各個水質(zhì)傳感器的信息。該PLC控制器通過I/O接口模塊與監(jiān)測水槽系統(tǒng)的電磁閥、超聲波發(fā)生器、液位傳感器相連接，實現(xiàn)對各個監(jiān)測水槽的控制功能。該PLC控制器通過I/O接口模塊與清水水槽系統(tǒng)的電磁閥、清水循環(huán)泵、超聲波發(fā)生器、液位傳感器、校準(zhǔn)傳感器相連接，實現(xiàn)對清水水槽系統(tǒng)的控制功能。該PLC通過I/O接口模塊與三軸移動系統(tǒng)的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動器、行程開關(guān)相連，實現(xiàn)三軸移動系統(tǒng)的運動控制功能；該PLC通過I/O接口模塊與控制面板相連接并通過控制面板上的開關(guān)或旋鈕實現(xiàn)對裝置的控制功能。該PLC通過點對點方式與觸摸屏相連接，實現(xiàn)工作參數(shù)設(shè)置及工作狀態(tài)顯示功能，觸摸屏可以采用mcgs觸摸屏。下面對電控裝置的各個部分分別進(jìn)行說明：

水質(zhì)監(jiān)測傳感器包括水溫傳感器、溶解氧傳感器、氨氮傳感器、PH傳感器，鹽度傳感器等；上述傳感器可以采用模擬方式集成，也可以采用數(shù)字方式集成。模擬方式集成時，其使用變送器將各傳感器調(diào)節(jié)成0-10V電壓信號或4-20mA的電流信號連接到PLC的模擬I/O接口模塊的輸入端口上；數(shù)字方式集成時，其將各傳感器的輸出信號采用變送器處理后，通過RS485接口，使用標(biāo)準(zhǔn)modbus協(xié)議或其他通訊協(xié)議連接到PLC的通訊接口，實現(xiàn)傳感器信號的匯集功能。

校準(zhǔn)傳感器包括水溫傳感器、氨氮傳感器、溶解氧傳感器、PH值傳感器、鹽度傳感器，上述傳感器可以采用模擬方式集成，也可以采用數(shù)字方式集成。模擬方式集成時，其使用變送器將各傳感器調(diào)節(jié)成0-10V電壓信號或4-20mA的電流信號連接到PLC的模擬I/O接口模塊的輸入端口上；數(shù)字方式集成時，其將各傳感器的輸出信號采用變送器處理后，通過RS485接口，使用標(biāo)準(zhǔn)modbus協(xié)議或其他通訊協(xié)議連接到PLC的通訊接口，實現(xiàn)傳感器信號的匯集功能。校準(zhǔn)傳感器始終浸泡在清水中，當(dāng)水質(zhì)監(jiān)測傳感器浸泡在清水中時，控制器通過比對采樣傳感器和校準(zhǔn)傳感器的數(shù)值，可以判斷校準(zhǔn)采樣傳感器的工作狀態(tài)。

三軸移動系統(tǒng)安裝有X軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、Y軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)及和Z軸步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、兩個X軸限位開關(guān)、兩個Y軸限位開關(guān)、兩個Z軸限位開關(guān)，上述步進(jìn)驅(qū)動電機(jī)、限位開關(guān)連接到通過PLC控制器的I/O接口模塊。三軸移動系統(tǒng)的XY軸通過TB6560步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板控制步進(jìn)電機(jī)轉(zhuǎn)動，實現(xiàn)XY平面的精確定位，Z軸是通過TB6560步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動板控制步進(jìn)電機(jī)實現(xiàn)Z軸的上下移動。由PLC控制三軸移動系統(tǒng)帶動集成傳感器組件實現(xiàn)傳感器組件在不同水槽之間的切換，從而最終實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)采集與清潔維護(hù)狀態(tài)的切換，通過限位開關(guān)實現(xiàn)三軸移動系統(tǒng)的的復(fù)位和保護(hù)功能。

監(jiān)測水槽系統(tǒng)中的液位傳感器、進(jìn)水口電磁閥、排水口電磁閥、超聲波發(fā)生器均通過I/O接口模塊與PLC控制器相連，實現(xiàn)水質(zhì)的監(jiān)測功能。清水水槽系統(tǒng)中的液位傳感器、進(jìn)水口電磁閥、校準(zhǔn)傳感器、排水口電磁閥、清水循環(huán)泵、紫外除藻器、清水循環(huán)泵和超聲波發(fā)生器均通過I/O接口模塊與PLC控制器相連，實現(xiàn)水質(zhì)傳感器的清潔維護(hù)功能。

控制面板與PLC控制器相連接，在控制面板上設(shè)有啟動開關(guān)、停機(jī)開關(guān)、手動強(qiáng)制清潔開關(guān)、自動循環(huán)開關(guān)、手動強(qiáng)制監(jiān)測旋鈕和參數(shù)復(fù)位開關(guān)，通過控制面板可以簡單有效地控制裝置的工作，上述開關(guān)或旋鈕連接到PLC的I/O接口模塊的輸入端口。

觸摸屏與PLC控制器采用點對點通信相連接，實現(xiàn)人機(jī)交互功能。如圖5所示，在觸摸屏上可以進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，如配置監(jiān)測水槽數(shù)量、自動循環(huán)采集時間間隔、監(jiān)測水槽一次采樣時長、監(jiān)測傳感器水槽相對運動速度、自動監(jiān)測水槽超聲波清洗時間間隔、手動強(qiáng)制超聲波清洗監(jiān)測水槽、手動強(qiáng)制清水清潔傳感器，清水清潔傳感器運動速度，水質(zhì)監(jiān)測報警閾值，并能顯示各水槽當(dāng)前采樣時間、水槽狀態(tài)(包括水位、電磁閥、超聲波清洗)，水質(zhì)監(jiān)測傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)、校準(zhǔn)傳感器監(jiān)測數(shù)據(jù)。觸摸屏設(shè)計有報警界面，當(dāng)PLC收到傳感器發(fā)送過來的監(jiān)測數(shù)據(jù)超過設(shè)定水質(zhì)監(jiān)測報警閾值時，觸摸屏畫面自動切換到報警界面，同時通過RS485通訊接口向遠(yuǎn)程監(jiān)控主機(jī)發(fā)送報警信息，要求工作人員采取措施來降低報警的參數(shù)。

電源供電電路由系統(tǒng)開關(guān)電源、電源濾波器、輔助電源連接構(gòu)成，為包括采樣傳感器、校準(zhǔn)傳感器、電磁閥、步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動、紫外除藻器、超聲波清潔系統(tǒng)超聲波發(fā)生器、臭氧發(fā)生器、清水泵在內(nèi)的整個系統(tǒng)供電。

本裝置為了便于遠(yuǎn)程調(diào)控，在PLC控制器上預(yù)留RS485通訊接口,可以通過一臺控制機(jī)實現(xiàn)對本系統(tǒng)的遠(yuǎn)程調(diào)控功能。

本裝置為了保證安全，PLC還連接有狀態(tài)指示燈、報警指示燈和報警器，通過狀態(tài)指示燈顯示工作狀態(tài)顯示，通過報警器和報警指示燈提供聲光報警功能。

需要強(qiáng)調(diào)的是，本發(fā)明所述的實施例是說明性的，而不是限定性的，因此本發(fā)明包括并不限于具體實施方式中所述的實施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)方案得出的其他實施方式，同樣屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。