“水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人”的設(shè)計(jì)

劉正云

水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人是一款實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)水流濁度，并能根據(jù)濁度情況自動(dòng)發(fā)出報(bào)警信息的設(shè)備。當(dāng)今社會(huì)，環(huán)境污染日益嚴(yán)重，尤其是水污染，不堪其憂。溫州中學(xué)處在三垟濕地旁，河水曾多次受到建筑泥漿污染，因此有的學(xué)生想實(shí)時(shí)了解水質(zhì)信息，一旦有所污染，可以立即采取措施補(bǔ)救。但學(xué)生發(fā)現(xiàn)市面上的水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器比較昂貴，而且難以做到實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人是溫州中學(xué)涂郁瀟穎同學(xué)設(shè)計(jì)的，她希望能用這一機(jī)器人解決以上問題。

● 創(chuàng)新點(diǎn)

較之其他水質(zhì)監(jiān)測(cè)儀器，該作品的創(chuàng)意點(diǎn)主要有：①采用機(jī)器人進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測(cè)，有較高的人工智能性，減少了人力投入；②數(shù)據(jù)采集采用自行設(shè)計(jì)的雙環(huán)探頭，大幅度降低了成本；③將最終數(shù)據(jù)處理繪成曲線圖，讓用戶直觀了解水質(zhì)監(jiān)測(cè)情況；④水質(zhì)數(shù)據(jù)實(shí)時(shí)采集匯總警報(bào)，提高了應(yīng)對(duì)水質(zhì)突發(fā)事件的能力。

● 方案設(shè)計(jì)實(shí)施

水質(zhì)監(jiān)測(cè)機(jī)器人由數(shù)據(jù)匯總機(jī)器人和監(jiān)測(cè)機(jī)器人兩部分組成，簡(jiǎn)稱一號(hào)、二號(hào)機(jī)器人。一號(hào)機(jī)器人只有一臺(tái)，而二號(hào)機(jī)器人根據(jù)需要，可以有很多臺(tái)。

1.二號(hào)機(jī)器人

二號(hào)機(jī)器人為監(jiān)測(cè)機(jī)器人，負(fù)責(zé)河水濁度的數(shù)據(jù)采集，自動(dòng)將數(shù)據(jù)發(fā)送給一號(hào)機(jī)器人，相當(dāng)于一號(hào)機(jī)器人的“觸手”。在這里，我們根據(jù)比濁法原理（透過懸浮質(zhì)點(diǎn)介質(zhì)的光強(qiáng)度來(lái)確定懸浮物質(zhì)濃度）采用高亮LED作為光源，用光敏電阻監(jiān)測(cè)光強(qiáng)度，傳至處理器，并將電信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)。學(xué)生設(shè)計(jì)了兩個(gè)相互垂直的同心圓環(huán)探頭來(lái)固定傳感器，同心環(huán)內(nèi)部空心以鋪設(shè)光敏模塊電路。LED燈與光敏電阻相隔8cm。通過兩個(gè)方向的光敏傳感器測(cè)量，取平均值，可得到較準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)。水質(zhì)監(jiān)測(cè)模塊設(shè)計(jì)如圖1所示。

2.一號(hào)機(jī)器人

一號(hào)機(jī)器人是建立在PC機(jī)上的數(shù)據(jù)匯總機(jī)器人，負(fù)責(zé)把二號(hào)機(jī)器人傳回的數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，并將實(shí)時(shí)水質(zhì)信息整理成圖表，描點(diǎn)繪圖，排除錯(cuò)誤數(shù)據(jù)并警報(bào)可疑數(shù)據(jù)。用戶也可以通過Web界面查看實(shí)時(shí)更新的可視化數(shù)據(jù)。

3.安裝方式

二號(hào)機(jī)器人的環(huán)狀采集數(shù)據(jù)傳感器安裝在水下60cm處，主板及太陽(yáng)能電池板等安裝在水面以上，通過水中木樁或其他方式固定。圖2為其安裝示意圖。

根據(jù)需要，在一個(gè)水域的關(guān)鍵點(diǎn)布置好多臺(tái)二號(hào)機(jī)器人，機(jī)器人之間用ZigBee技術(shù)組網(wǎng)，并將數(shù)據(jù)傳送到一號(hào)機(jī)器人。

● 發(fā)展前景

這款機(jī)器人價(jià)格低廉，用途廣泛，是解決水質(zhì)監(jiān)測(cè)難題的一次大膽嘗試。如果能夠量產(chǎn)，執(zhí)法部門就能隨時(shí)隨地監(jiān)測(cè)河水濁度。我們的環(huán)境將會(huì)越來(lái)越好，污染越來(lái)越少。endprint