本發(fā)明屬于海洋科學(xué)儀器，具體涉及一種基于stm32單片機的智能海水分層采樣器及其控制方法，適用于海洋水文調(diào)查、海洋水質(zhì)監(jiān)測等科研及實際應(yīng)用場景。

背景技術(shù)：

1、海洋是地球上最大的水體，其溫度、鹽度、深度等參數(shù)對海洋生態(tài)、氣候變化等具有重要影響。為了獲取準(zhǔn)確的海洋環(huán)境數(shù)據(jù)，需要對不同深度的海水進行分層采樣。傳統(tǒng)方法多依賴人工操作，存在效率低、成本高、采樣精度受限等問題。

2、因此，亟需開發(fā)一種能夠自主、精確、高效地進行海水分層采樣的智能設(shè)備。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、為了實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采取了如下技術(shù)方案：

2、一種基于stm32單片機的智能海水分層采樣器，包括：

3、采樣器架，所述采樣器架上設(shè)置有藍(lán)牙模塊天線和定位天線；

4、控制機構(gòu)，所述控制機構(gòu)設(shè)置在所述采樣器架上，并與所述藍(lán)牙模塊天線和定位天線連接，用于接收并傳輸信號；

5、多個采樣機構(gòu)，多個所述采樣機構(gòu)均勻分布在所述采樣器架上，并分別與所述控制機構(gòu)連接，用于對不同深度的海水進行分層采樣；

6、壓力傳感器，所述壓力傳感器設(shè)置在所述采樣器架上，并與所述控制機構(gòu)連接；所述壓力傳感器將檢測到的壓力傳輸至所述控制機構(gòu)中，通過所述控制機構(gòu)對傳輸?shù)膲毫M行分析，獲取采樣器所在海底的深度。

7、進一步的，控制機構(gòu)包括控制艙和與所述采樣機構(gòu)相匹配的多個控制艙水密接頭；

8、所述控制艙的內(nèi)腔設(shè)置有用于提供能源的電池和用于控制所述采樣器運行的主控板；

9、多個所述控制艙水密接頭均勻分布在所述控制艙的外頂部，并與所述采樣機構(gòu)對應(yīng)設(shè)置；所述控制艙水密接頭與所述采樣機構(gòu)連接。

10、進一步的，所述控制艙的外頂部還設(shè)置有壓縮氣罐和折疊的浮力氣囊，所述壓縮氣罐通過充氣電磁閥與所述浮力氣囊連接；其中，所述充氣電磁閥設(shè)置在所述控制艙的內(nèi)腔中，并分別與所述浮力氣囊和所述壓縮氣罐螺紋密封連接；

11、所述采樣器架上還設(shè)置用于方便回收所述采樣器的示警燈；

12、所述示警燈、所述充氣電磁閥分別與所述主控板連接。

13、進一步的，所述采樣機構(gòu)包括采樣桶、采樣桶密封艙和采樣桶水密接頭；其中，所述采樣桶密封艙設(shè)置在所述采樣桶的頂部，且所述采樣桶密封艙與所述采樣桶密封連接；

14、所述采樣桶水密接頭設(shè)置在所述采樣桶密封艙外，并與所述控制艙水密接頭連接；

15、所述采樣桶密封艙的內(nèi)腔設(shè)置有微型伺服馬達(dá)，所述微型伺服馬達(dá)與所述采樣桶水密接頭連接，用于實現(xiàn)電氣控制；

16、所述采樣桶的內(nèi)腔設(shè)置有連接轉(zhuǎn)軸，所述連接轉(zhuǎn)軸通過連接桿穿過所述采樣桶的頂部、所述采樣桶密封艙，并與所述微型伺服馬達(dá)連接；

17、所述采樣桶的頂部開設(shè)有上孔洞，所述采樣桶的底部開設(shè)有下孔洞；所述連接轉(zhuǎn)軸的兩端分別設(shè)置有上密封組件和下密封組件；其中，所述上密封組件與所述下密封組件沿所述連接轉(zhuǎn)軸做相對/相背的運動；

18、所述上密封組件與所述上孔洞相匹配，所述上密封組件與所述采樣桶的頂部配合形成密封面；所述下密封組件與所述下孔洞相匹配，所述下密封組件與所述采樣桶的底部配合形成密封面。

19、進一步的，所述連接轉(zhuǎn)軸包括上連接轉(zhuǎn)軸和下連接轉(zhuǎn)軸，所述上連接轉(zhuǎn)軸的一端通過轉(zhuǎn)軸連接套與下連接轉(zhuǎn)軸的一端連接；其中，所述上密封組件套設(shè)在所述上連接轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離所述下連接轉(zhuǎn)軸的一端，所述下密封組件套設(shè)在所述下連接轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離所述上連接轉(zhuǎn)軸的一端；

20、其中，所述上連接轉(zhuǎn)軸與所述下連接轉(zhuǎn)軸的接觸面為螺旋面。

21、進一步的，在所述上密封組件與所述轉(zhuǎn)軸連接套之間的所述上連接轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有第一彈簧；在所述下密封組件與所述轉(zhuǎn)軸連接套之間的所述下連接轉(zhuǎn)軸上套設(shè)有第二彈簧。

22、進一步的，所述上密封組件包括上密封閥座和多個上密封閥；所述上密封閥座套設(shè)在上連接轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離所述下連接轉(zhuǎn)軸的一端；所述上密封閥座開設(shè)有第一螺旋槽，所述上連接轉(zhuǎn)軸設(shè)置有第一銷軸，所述第一銷軸可滑動的設(shè)置在所述第一螺旋槽內(nèi)；多個所述上密封閥沿所述上連接轉(zhuǎn)軸的周向方向均勻分布在所述上密封閥座上；所述上孔洞設(shè)置有多個，多個所述上孔洞與多個所述上密封閥相匹配，所述上密封閥與所述采樣桶的頂部配合形成密封面；

23、所述下密封組件包括下密封閥座和多個下密封閥；所述下密封閥座套設(shè)在下連接轉(zhuǎn)軸遠(yuǎn)離所述上連接轉(zhuǎn)軸的一端；所述下密封閥座開設(shè)有第二螺旋槽，所述下連接轉(zhuǎn)軸設(shè)置有第二銷軸，所述第二銷軸可滑動的設(shè)置在所述第二螺旋槽內(nèi)；多個所述下密封閥沿所述下連接轉(zhuǎn)軸的周向方向均勻分布在所述下密封閥座上；所述下孔洞設(shè)置有多個，多個所述下孔洞與多個所述下密封閥相匹配，所述下密封閥與所述采樣桶的底部配合形成密封面；

24、其中，所述第一螺旋槽與所述第二螺旋槽旋向相反。

25、進一步的，所述采樣桶的底部還設(shè)置有用于排出采樣桶內(nèi)水的放水口，所述放水口內(nèi)設(shè)置有放水閥。

26、進一步的，還包括用戶終端無線接收模塊，所述主控板包括穩(wěn)壓模塊、定位模塊、藍(lán)牙模塊、自動上浮模塊、無線傳輸模塊和微控器；

27、所述穩(wěn)壓模塊分別與所述壓力傳感器、所述定位模塊、所述藍(lán)牙模塊、所述無線傳輸模塊和所述微控器連接，用于將信號傳輸至所述壓力傳感器、所述定位模塊、所述藍(lán)牙模塊、所述無線傳輸模塊和所述微控器中；

28、所述示警燈、所述壓力傳感器、多個所述微型伺服馬達(dá)以及所述充氣電磁閥分別與所述微控器連接；其中，所述壓力傳感器所述壓力傳感器用于將檢測到的壓力傳輸至所述微控器中，通過所述微控器對傳輸?shù)膲毫M行分析，獲取采樣器所在海底的深度信號，所述微控器通過對所述深度信號進行分析，并分別控制所述微型伺服馬達(dá)、所述充氣電磁閥以及所述示警燈運行；

29、所述藍(lán)牙模塊、所述定位模塊分別與所述微控器連接，用于將所述采樣器的坐標(biāo)信息傳輸至所述微控器中；其中，所述藍(lán)牙模塊與所述藍(lán)牙模塊天線連接，所述定位模塊與所述定位天線連接；

30、所述無線傳輸模塊分別與所述微控器、所述用戶終端無線接收模塊連接，用于將所述微控器獲取到的坐標(biāo)位置信息傳輸至所述用戶終端無線接收模塊中。

31、基于stm32單片機的智能海水分層采樣器的控制方法，包括以下步驟：

32、s1、設(shè)置多個采樣深度，將設(shè)置的多個采樣深度數(shù)據(jù)傳輸至采樣器，啟動采樣器進行初始化；微型伺服馬達(dá)反轉(zhuǎn)鎖定上密封閥和下密封閥，使上密封閥與采樣桶的頂部配合形成密封面，下密封閥與采樣桶的底部配合形成密封面，防止非采樣深度液體進入采樣桶；

33、s2、將采樣器拋投入海水中，采樣器自動下沉，當(dāng)壓力傳感器檢測到采樣器到達(dá)設(shè)置的第一采樣深度信號后，主控板發(fā)出指令，其中一個采樣機構(gòu)中的微型伺服馬達(dá)正轉(zhuǎn)，使上密封閥座、下密封閥座沿連接轉(zhuǎn)軸相對運動，帶動打開采樣桶上密封閥和下密封閥，從上孔洞排除空氣，同時下孔洞進水；

34、s3、一定時間后，主控板發(fā)出指令，采樣機構(gòu)中的微型伺服馬達(dá)反轉(zhuǎn)，使上密封閥座、下密封閥座沿連接轉(zhuǎn)軸相背運動，使上密封閥與采樣桶的頂部配合形成密封面，下密封閥與采樣桶的底部配合形成密封面，關(guān)閉上密封閥和下密封閥；當(dāng)主控板監(jiān)測到微型伺服馬達(dá)電流接近堵轉(zhuǎn)電流時，微型伺服馬達(dá)停止并鎖定采樣桶；

35、s4、采樣器繼續(xù)下沉，壓力傳感器檢測到采樣器到達(dá)設(shè)置的第二采樣深度信號后，主控板發(fā)出指令，對另一采樣機構(gòu)中微型伺服馬達(dá)發(fā)出指令，重復(fù)步驟s2-s3；

36、s5、重復(fù)步驟s2-s4直至完成設(shè)置的不同設(shè)定采用深度采樣桶采樣；

37、s6、分層采樣完成后，主控板對充氣電磁閥發(fā)出指令，充氣電磁閥閥門開啟，使壓縮氣罐中壓縮空氣進入折疊浮力氣囊，使折疊浮力氣囊充氣后膨脹，帶動采樣器上??；

38、s7、采樣器上浮，當(dāng)壓力傳感器檢測壓力為0時，系統(tǒng)通過定位天線接收定位信號并通過無線傳輸模塊向用戶終端無線接收模塊發(fā)送定位數(shù)據(jù)，并打開示警燈間斷示警。

39、有益效果：

40、1、精確控制采樣深度：通過壓力傳感器和主控板，實現(xiàn)對采樣深度的精確控制，提高采樣數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。

41、2、智能化操作：用戶只需通過手機app設(shè)定采樣深度，即可完成采樣器的自動投放、下沉、采樣、上浮和定位等操作，簡化操作流程。

42、3、實時定位和數(shù)據(jù)傳輸：通過定位模塊和無線傳輸模塊，實現(xiàn)采樣器的實時定位和數(shù)據(jù)傳輸，方便用戶及時獲取采樣數(shù)據(jù)。

43、4、安全可靠：壓縮氣罐、折疊的浮力氣囊以及示警燈的設(shè)計，確保采樣器在完成采樣任務(wù)后能夠安全返回，并提醒用戶注意。

44、5、拓展性強：通過手機app可同時對多個采樣桶進行控制，實現(xiàn)一次投放分層采樣。