申请日2018.03.21
公开(公告)日2018.08.31
IPC分类号G01N21/84; G01P5/00; G05B19/05
摘要
本发明公开了一种用于污水在线分析的智能系统，包括污水采集模块和用于对污水采集模块进行在线分析的污水分析模块，还包括图像监测模块，图像分析模块通过所述图像监测模块对智能系统安装的水面上周围环境进行在线分析;水流监测模块;PLC控制模块，对图像分析模块处理数据和水流监测模块的处理数据进行接收;转动保护机构，当PLC控制模块判定水面上有速度和体积都超过设定阈值的物体靠近智能系统时或者当PLC控制模块接收到水流速度超过设定阈值的信息时，PLC控制模块控制转动保护机构对智能系统进行转动保护。改变智能系统的受力位置，不容易被水流冲走，能对安装处水面上端的异物运动速度和大小进行监测。
权利要求书
1.一种用于污水在线分析的智能系统，包括污水采集模块和用于对污水采集模块进行在线分析的污水分析模块，其特征在于：还包括
图像监测模块，图像分析模块通过所述图像监测模块对所述智能系统安装处的水面环境进行在线分析;
水流监测模块，对水流速度进行分析并判定是否超过水流速度阈值;
PLC控制模块，对图像分析模块处理数据和水流监测模块的处理数据进行接收;
转动保护机构，当PLC控制模块判定水面上有速度和体积都超过设定阈值的物体靠近所述智能系统时或者当PLC控制模块接收到水流速度超过设定阈值的信息时，PLC控制模块控制转动保护机构对所述智能系统进行转动保护。
2.根据权利要求1所述的一种用于污水 在线分析的智能系统，其特征在于：所述转动保护机构包括一圆柱形的箱体(1)，所述箱体(1)侧面开设有沿其中心线相对称的两个开口(2)，所述箱体(1)上端设置有一用于所述智能系统固定安装的安装轴(3)，所述安装轴(3)下端通过竖向轴(51)固定连接有竖直旋转步进电机(53)，所述竖直旋转步进电机(53)底部通过转动环(54)与箱体(1)连接，竖直旋转步进电机(53)在竖直方向上通过转动轮(54)带动箱体(1)围绕竖直方向上进行转动，转动轮(54)与竖直旋转步进电机(53)的旋转轴之间枢接，旋转轮(54)绕转动轮(54)与竖直旋转步进电机(53)的旋转轴之间的枢接轴进行旋转，竖向轴(51)下部侧壁上固定设置水平旋转步进电机(55)，水平旋转步进电机(55)水平设置的旋转轴通过连接块(56)与箱体(1)的顶部连接，所述在水平旋转步进电机(55)转动时，带动箱体(1)绕水平方向旋转，竖直旋转步进电机(53)和水平旋转步进电机(55)由PLC控制模块控制转动。
3.根据权利要求2所述的一种用于污水在线分析的智能系统，其特征在于：所述转动保护机构还包括安装在箱体(1)上的拉力传感器和至少一个刮板(4)，所述拉力传感器安装在箱体(1)与旋转轮(54)连接处;所述刮板(4)安装在箱体(1)的侧面上，并通过安装在安装轴(3)上的直流电机(57)驱动围绕箱体(1)侧面转动，所述直流电机(57)输出端通过一个中空的转动套(52)连接所述刮板(4)，转动套(52)转动套接于竖向轴(51)上，转动套(52)的侧壁上固定刮板(4);所述直流电机(57)和拉力传感器均与PLC控制模块连接。
4.根据权利要求2所述的一种用于污水在线分析的智能系统，其特征在于：所述智能系统还包括通信传输模块，所述污水分析模块、图像分析模块、水流监测模块的分析数据经过存储模块进行数据备份并由通信传输模块进行数据传输;所述通信传输模块、存储模块、污水采集模块、污水分析模块、PLC控制模块、图像分析模块均设置在转动保护机构内;所述水流监测模块至少有两个且分别安装在两个开口(2)处，所述图像监测模块安装在安装轴(3)上端并伸出水面。
5.根据权利要求4所述的一种用于污水在线分析的智能系统，其特征在于：所述图像分析模块的在线分析包括对图像监测模块拍摄的图像中的运动目标采用帧间差分法进行速度分析和对图像进行增强、二值化、目标提取的预处理，从而分析出上游目标物体大小的体积;当所述图像分析模块中分析的运动物体速度和体积均大于PLC控制模块中设置的水面上物体运动速度和体积阈值时，PLC控制模块控制水平旋转步进电机(55)带动箱体(1)围绕水平方向转动60度角。
6.根据权利要求4所述的一种用于污水在线分析的智能系统，其特征在于：所述PLC控制模块电性连接有定位模块、报警模块，所述PLC控制模块与通信传输模块信号连接。
7.一种用于污水在线分析的智能系统的使用方法，其特征在于：包括下列步骤，
第一步，对水面环境进行图像采集，同时对水流速度进行采集;
第二步，对所述图像中的运动物体进行速度和体积分析，同时对水流速度进行分析，判断是否超过设定阈值;
若没有超过设定阈值，反复进行第一步，否则进行第三步;
第三步，当图像中的运动物体速度和体积均超过设定阈值或者水流速度超过设定阈值时，控制转动保护机构对所述智能系统进行转动保护。
8.根据权利要求7所述的一种用于污水在线分析的智能系统的使用方法，其特征在于：所述第一步执行前利用安装轴(3)将智能系统固定在水中，将图像监测模块安装在水面上，利用供电蓄电池对智能系统各个工作模块运行进行供电;所述转动保护机构还包括安装在箱体(1)上的拉力传感器和至少一个刮板(4)，当拉力传感器监测到箱体(1)本身的重量大于PLC控制模块内设定的重量阈值时，说明箱体(1)上被异物缠绕，此时PLC控制模块利用LG9110芯片对直流电机驱动，带动刮板(4)绕箱体(1)侧面运动，对异物进行割断。
9.根据权利要求7所述的一种用于污水在线分析的智能系统的使用方法，其特征在于：
第一步的具体操作为图像监测模块采用广角摄像头进行拍摄，能够对智能系统安装处水面上的环境进行图像拍摄采集，利用水流监测模块对水流速度进行监测;
第二步的具体操作为通过图像分析模块对采集的图像进行分析，并将分析的结果传输到PLC控制模块当中与设定的相关阈值比较，同时利用水流监测模块对水流速度进行分析并判定是否超过水流速度阈值;
第三步的具体操作为当图像分析模块分析到图像监测模块当中的图像出现体积及运动速度数值都超过PLC控制模块内设定的阈值的运动物体时，PLC控制模块控制转动保护机构上的水平旋转步进电机(55)带动箱体(1)进行围绕水平方向的转动，通过图像分析模块中该运动物体的运动方位来分析出运动物体朝向所述智能系统运动的模拟轨迹，进一步控制水平旋转步进电机(55)的转动方向，使所述智能系统转动方向与运动物体运动轨迹方向相反，通过PLC控制模块脉冲输出控制水平旋转步进电机(55)驱动器的信号使水平旋转步进电机(55)转动60度角;当水流监测模块中判定出水流速度超过设定的阈值时，PLC控制模块对竖直旋转步进电机(53)进行驱动，竖直旋转步进电机(53)带动箱体(1)围绕竖直方向转动设定的角度，箱体(1)的两个可进出水的开口(2)流过的水量减小，降低水流流过箱体(1)的速度，当水流监测模块监测到的水流速度小于设定阈值时，对箱体(1)的位置进行复位，这样不会影响对污水的在线分析，而且减轻了水流对箱体(1)的开口(2)处的正面冲击力。
10.根据权利要求9所述的一种用于污水在线分析的智能系统的使用方法，其特征在于：该智能系统使用时还包括对分析的数据和采集的数据进行存储，存储模块包括至少内存2G的硬盘，方便后续对数据进行读取，通信传输模块采用GPRS无线传输方式或者采用3G无线传输方式与用户进行PLC控制模块和存储模块信息传输。
说明书
一种用于污水在线分析的智能系统及其使用方法
技术领域
本发明涉及污水监测技术领域，具体为一种用于污水在线分析的智能系统及其使用方法。
背景技术
自然界中有着各种各样的水生动物和植物。生物与水、生物与生物之间进行着复杂的物质和能量的交换，从数量上保持着一种动态的平衡关系。但在人类活动的影响下，这种平衡遭到了破坏。当人类向水中排放污染物时，一些有益的水生生物会中毒死亡，而一些耐污的水生生物会加剧繁殖，大量消耗溶解在水中的氧气，使有益的水生生物因缺氧被迫迁栖他处，或者死亡。
污水对水中生物的危害极大，因此涌现了很多的污水监测设备，对污水的监测手段也日渐成熟，不过传统的污水监测设备存在很多弊端。
一方面，传统的污水监测设备在水流较大时，监测设备受水流直接冲击造成受力过大，很容易被水流冲走;另一方面，传统的污水监测设备很难对安装处水面上端的异物运动速度和大小进行监测，导致当运动较大的物体以较快速度砸向监测设备时损坏监测设备。
发明内容
针对以上问题，本发明提供了一种用于污水在线分析的智能系统及其使用方法，改变智能系统的受力位置，不容易被水流冲走，能对安装处水面上端的异物运动速度和大小进行监测，可以有效解决背景技术中的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用于污水在线分析的智能系统，包括污水采集模块和用于对污水采集模块进行在线分析的污水分析模块，还包括
图像监测模块，图像分析模块通过所述图像监测模块对所述智能系统安装处的水面环境进行在线分析;图像监测模块采用广角摄像头进行拍摄，能够对智能系统安装处水平上端的周围进行图像拍摄采集，通过图像分析模块对采集的图像进行分析，并将分析的结果传输到PLC控制模块当中与设定的相关阈值比较，从而控制转动保护机构上的其中一个步进电机带动箱体进行转动。
水流监测模块，对水流速度进行分析并判定是否超过水流速度阈值;
PLC控制模块，对图像分析模块处理数据和水流监测模块的处理数据进行接收;
转动保护机构，当PLC控制模块判定水面上有速度和体积都超过设定阈值的物体靠近所述智能系统时或者当PLC控制模块接收到水流速度超过设定阈值的信息时，PLC控制模块控制转动保护机构对所述智能系统进行转动保护。
当图像分析模块分析到图像监测模块当中的图像出现体积及运动速度数值都超过PLC控制模块内设定的阈值的运动物体时，PLC控制模块控制转动保护机构上的水平旋转步进电机带动箱体进行围绕水平方向的转动，通过图像分析模块中该运动物体的运动方位来分析出运动物体朝向所述智能系统运动的模拟轨迹，进一步控制水平旋转步进电机的转动方向，使所述智能系统转动方向与运动物体运动轨迹方向相反，通过PLC控制模块脉冲输出控制水平旋转步进电机驱动器的信号使水平旋转步进电机转动60度角;当水流监测模块中判定出水流速度超过设定的阈值时，PLC控制模块对竖直旋转步进电机进行驱动，竖直旋转步进电机带动箱体围绕竖直方向转动设定的角度，箱体的两个可进出水的开口流过的水量减小，降低水流流过箱体的速度，当水流监测模块监测到的水流速度小于设定阈值时，对箱体的位置进行复位。
作为本发明一种优选的技术方案，所述转动保护机构包括一圆柱形的箱体，所述箱体侧面开设有沿其中心线相对称的两个开口，所述箱体上端设置有一用于所述智能系统固定安装的安装轴，所述安装轴下端通过竖向轴固定连接有竖直旋转步进电机，所述竖直旋转步进电机底部通过转动环与箱体连接，竖直旋转步进电机在竖直方向上通过转动轮带动箱体围绕竖直方向上进行转动，转动轮与竖直旋转步进电机的旋转轴之间枢接，旋转轮绕转动轮与竖直旋转步进电机的旋转轴之间的枢接轴进行旋转，竖向轴下部侧壁上固定设置水平旋转步进电机，水平旋转步进电机水平设置的旋转轴通过连接块与箱体的顶部连接，所述在水平旋转步进电机转动时，带动箱体绕水平方向旋转，竖直旋转步进电机和水平旋转步进电机由PLC控制模块控制转动。
作为本发明一种优选的技术方案，所述转动保护机构还包括安装在箱体上的拉力传感器和至少一个刮板，所述拉力传感器安装在箱体与旋转轮连接处;所述刮板安装在箱体的侧面上，并通过安装在安装轴上的直流电机驱动围绕箱体侧面转动，所述直流电机输出端通过一个中空的转动套连接所述刮板，转动套转动套接于竖向轴上，转动套的侧壁上固定刮板;所述直流电机和拉力传感器均与PLC控制模块连接。拉力传感器安装在安装轴与旋转轮连接处，能够感知箱体的重力;当拉力传感器监测到箱体的重量大于PLC控制模块内设定的重量阈值时，说明该箱体上被异物缠绕，此时PLC控制模块利用LG9110芯片对直流电机驱动，带动刮板绕侧面运动，对异物进行割断。
作为本发明一种优选的技术方案，所述智能系统还包括通信传输模块，所述污水分析模块、图像分析模块、水流监测模块的分析数据经过存储模块进行数据备份并由通信传输模块进行数据传输;所述通信传输模块、存储模块、污水采集模块、污水分析模块、PLC控制模块、图像分析模块均设置在转动保护机构内;所述水流监测模块至少有两个且分别安装在两个开口处，所述图像监测模块安装在安装轴上端并伸出水面。方便对污水的采集和水平面上的图像进行采集。
作为本发明一种优选的技术方案，所述图像分析模块的在线分析包括对图像监测模块拍摄的图像中的运动目标采用帧间差分法进行速度分析和对图像进行增强、二值化、目标提取的预处理，从而分析出上游目标物体大小的体积;当所述图像分析模块中分析的运动物体速度和体积均大于PLC控制模块中设置的水面上物体运动速度和体积阈值时，PLC控制模块控制水平旋转步进电机带动箱体围绕水平方向转动60度角。当所述图像分析模块中分析的运动物体速度和体积均大于PLC控制模块中设置的水面上异物运动和体积阈值时，PLC控制模块采用S-300PLC为主控芯片;PLC控制模块通过输出脉冲大小和次数控制步进电机驱动器从而进一步控制水平旋转步进电机带动箱体围绕水平方向运动60度角。当水流超过阈值时，PLC控制模块对竖直旋转步进电机进行驱动，竖直旋转步进电机带动箱体围绕竖直方向转动一定角度，箱体的两个可进出水的开口流过的水量减小，降低水流流过箱体的速度，当水流监测模块监测到的水流速度小于设定阈值时，对箱体的位置进行复位。
作为本发明一种优选的技术方案，所述PLC控制模块电性连接有定位模块、报警模块，所述PLC控制模块与通信传输模块信号连接。定位器采用GPS定位器、格洛纳斯定位器、伽利略定位器或北斗卫星定位器中的一种来实现。
本发明还提供了用于污水在线分析的智能系统的使用方法，包括下列步骤：
第一步，对水面环境进行图像采集，同时对水流速度进行采集;
第二步，对所述图像中的运动物体进行速度和体积分析，同时对水流速度进行分析，判断是否超过设定阈值;
若没有超过设定阈值，反复进行第一步，否则进行第三步;
第三步，当图像中的运动物体速度和体积均超过设定阈值或者水流速度超过设定阈值时，控制转动保护机构对所述智能系统进行转动保护。
作为本发明一种优选的技术方案，所述转动保护机构还包括安装在箱体上的拉力传感器和至少一个刮板，当拉力传感器监测到箱体本身的重量大于PLC控制模块内设定的重量阈值时，说明箱体上被异物缠绕，此时PLC控制模块利用LG9110芯片对直流电机驱动，带动刮板绕箱体侧面运动，对异物进行割断。
作为本发明一种优选的技术方案，
第一步的具体操作为图像监测模块采用广角摄像头进行拍摄，能够对智能系统安装处水面上的环境进行图像拍摄采集，利用水流监测模块对水流速度进行监测;
第二步的具体操作为通过图像分析模块对采集的图像进行分析，并将分析的结果传输到PLC控制模块当中与设定的相关阈值比较，同时利用水流监测模块对水流速度进行分析并判定是否超过水流速度阈值;
第三步的具体操作为当图像分析模块分析到图像监测模块当中的图像出现体积及运动速度数值都超过PLC控制模块内设定的阈值的运动物体时，PLC控制模块控制转动保护机构上的水平旋转步进电机带动箱体进行围绕水平方向的转动，通过图像分析模块中该运动物体的运动方位来分析出运动物体朝向所述智能系统运动的模拟轨迹，进一步控制水平旋转步进电机的转动方向，使所述智能系统转动方向与运动物体运动轨迹方向相反，通过PLC控制模块脉冲输出控制水平旋转步进电机驱动器的信号使水平旋转步进电机转动60度角;当水流监测模块中判定出水流速度超过设定的阈值时，PLC控制模块对竖直旋转步进电机进行驱动，竖直旋转步进电机带动箱体围绕竖直方向转动设定的角度，箱体的两个可进出水的开口流过的水量减小，降低水流流过箱体的速度，当水流监测模块监测到的水流速度小于设定阈值时，对箱体的位置进行复位，这样不会影响对污水的在线分析，而且减轻了水流对箱体的开口处的正面冲击力。
作为本发明一种优选的技术方案，该智能系统使用时还包括对分析的数据和采集的数据进行存储，存储模块包括至少内存2G的硬盘，方便后续对数据进行读取，通信传输模块采用GPRS无线传输方式或者采用3G无线传输方式与用户进行PLC控制模块和存储模块信息传输。
所述第一步执行前利用安装轴将智能系统固定在水中，具体地可以将安装轴系在一根置于水面的绳的上，拉力传感器安装在安装轴与箱体的连接处，实时监测到箱体的重量;将图像监测模块安装在水面上，利用供电蓄电池对智能系统各个工作模块运行进行供电。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
1、能改变智能系统的受力位置，不容易被水流冲走;
2、能对安装处水面上端的异物运动速度和大小进行监测，改变智能系统的水平方位，不会让水面上落下的体积大且速度快的物体对智能系统造成损坏;
3、对智能系统进行实时定位，方便智能系统丢失后对其寻找。