具备污垢判别能力的水池清洗器

摘要

本发明涉及一种具备污垢判别能力的水池清洗器，可用于专业或经营性游泳场馆以及有类似需求的蓄水池，由电机密封式罩壳、无刷直流水泵电机、红外测距传感器、箱体、水流循环出口及过滤袋、工业控制计算机及相关软件、PT电阻池水温度传感器和池水水质pH值传感器、履带式爬行机构、滚刷，组合电缆、插头组件、混合式步进电机组成，其特点在于，在箱体上置有污垢判别装置。本发明的优点是采用了智能化自适应技术加以计算机控制和交直流低压驱动，能根据池底污垢的不同分布状况选择相应的清洗力度，本发明结构简单，通用性强，可靠性高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种具备污垢判别能力的水池清洗器，可用于专业或经营性游泳场馆以及有类似需求的蓄水池，属于智能化电动器具技术领域。

背景技术

水池池底及池壁受水中各种杂质和杂物的侵蚀、污染、沉淀，需要定期清洗，以游泳池为例，传统的方法是人工操作，利用附带水泵吸管的排刷清洗头来回拖动洗刷，将污垢和池水一起抽出，劳动强度大，效率低，水资源浪费严重，国外近年来开发的水池清洗器，  运用单片机控制，可自动检测泳池面积，自动设置清洗时间及运行模式，但由于污垢分布是不均匀的，如果单纯以泳池的面积为依据设定时间去控制清洗器的整个工作过程，在大部分作业时间内，清洗所占比例不高，清洗效率不高。

发明内容

本发明的目的是提供一种针对不同程度的污垢分布，施加不同力度的清洗要求的具备污垢判别能力的水池清洗器。

为实现以上目的，本发明的技术方案是提供一种具备污垢判别能力的水池清洗器，由电机密封式罩壳、无刷直流水泵电机、红外测距传感器、箱体、水流循环出口及过滤袋、工业控制计算机及相关软件、PT电阻池水温度传感器和池水水质PH值传感器、履带式爬行机构、滚刷、组合电缆、插头组件、混合式步进电机组成，其特点在于，在箱体上置有污垢判别装置。

所述的污垢判别装置可以是电荷耦合CCD摄像器或者是专用混浊度传感器及相关软件。

所述的工业控制计算机包括人机界面、箱体、三轴步进电机控制卡、多通道A/D转换卡、继电器端子板，图像采集卡，三轴步进电机控制卡与混合式步进发机连接，多通道A/D转换卡分别与红外测距传感器、PT电阻池水温度传感器和池水水质PH值传感器连接，继电器端子板与无刷直流水泵电机连接，图像采集卡与电荷耦合CCD摄像器连接。

本发明的优点是采用了智能化自适应技术加以计算机控制和交直流低压驱动，能根据池底污垢的不同分布状况选择相应的清洗力度，本发明结构简单，通用性强，可靠性高。

附图说明

图1为装有电荷耦合CCD摄像器的具备污垢判别能力的水池清洗器结构示意图；

图2为具备污垢判别能力的水池清洗器俯视图；

图3为装有专用混浊度传感器的具备污垢判别能力的水池清洗器结构示意图；

图4为工业控制计算机人机界面显示图；

图5为工业控制计算机结构图；

图6为具备污垢判别能力的水池清洗器与工业控制计算机连接方框图；

图7为控制软件流程图；

图8为专用混浊度传感器结构示意图；

图9为专用混浊度传感器测试原理图；

图10为多级信号放大电路图；

图11为专用混浊度传感器判别污垢的方法流程图。

具体实施方式

以下结合附图和两个实施例对本发明作进一步说明。

实施例1：

以装有电荷耦合CCD摄像器的具备污垢判别能力的水池清洗器为例。

本发明采用电荷耦合CCD摄像器在清洗器工作过程中，不断摄取清洗器爬行方向正前下方待清洗部位的图像，并将其通过A/D转换形成最多可达256阶的灰度等级且与事先存储的池底标准图像信息不断进行比较，最后经过计算机系统处理去控制驱动清洗器爬行的速度，以达到清洗器能针对污垢分布的不同施加不同清洗力度的目的。

如图1、2所示，为装有电荷耦合CCD摄像器的具备污垢判别能力的水池清洗器结构示意图，由电机密封式罩壳1、无刷直流水泵电机2、红外测距传感器3、箱体4、电荷耦合CCD摄像器5、水流循环出口及过滤袋6、工业控制计算机7及相关软件、PT电阻池水温度传感器8、池水水质PH值传感器9、履带式爬行机构10、滚刷11，可调试手柄12、插头组件14、混合式步进电机15组成，电机密封式罩壳1罩在无刷直流水泵电机2上，电机密封式罩壳1两侧分别装有一台混合式步进电机15，箱体4的前侧装有红外传测距感器3，箱体4的前上端装有电荷耦合CCD摄像器5，PT电阻池水温度传感器8和池水水质PH值传感器9装在箱体4的下面，上面与水流循环出口及过滤袋6连接，履带式爬行机构10装在箱体4的前后端，两侧装上滚刷11，组合电缆12装在箱体4的当中，电源箱供给水池清洗器和工业控制计算机7的电源，工业控制计算机7通过组合电缆12连接插头组件14与水池清洗器连接。

如图4所示，为工业控制计算机人机界面显示图，面板图的中间显示待清洗水池的面积，浅蓝色表示已清洗的面积，深蓝色表示还未清洗的面积，能一目了然清洗器工作的状况，面板图的左面设置自动和手动开关，右面设置开始、停止和继续开关，上面能显示水温、已清洗的时间和池水PH值。

如图5所示，为工业控制计算机结构图，由人机界面16、箱体17、三轴步进电机控制卡18、多通道A/D转换卡19、继电器端子板20，图像采集卡21组成。

如图6所示，为具由污垢判别能力的水池清洗器与工业控制计算机连接方框图，三轴步进电机控制卡18与混合式步进电机15连接，多通道A/D转换卡19分别与红外测距传感器3、PT电阻池水温度传感器8和池水水质PH值传感器9连接，继电器端子板20与无刷直流水泵电机2连接，图像采集卡21与电荷耦合CCD摄像器5连接。

清洗作业时，置于清洗器前端的电荷耦合CCD摄像器5先选择池底清洁而的图像作为原始标准图像存储于工业控制计算机7中，清洗作业时电荷耦合CCD摄像器5摄取位于清洗器爬行方向正前下方待清洗部位的图像，该视频信号通过高速图像采集卡21实施A/D转换，配合相应的图像处理软件与存储在工业控制计算机7的池底原始标准图像进行比较，当池底的沉淀物多时，实时摄取的图像灰阶等级与原始标准图像的灰阶等级相差大，比较输出的电压高，反之，输出的电压低。该电压信号被送至工业控制计算机7中由相关软件进行处理，处理后输出的脉冲信号指令经继电器端子板20分别去控制清洗器左右两台混合式步进电机15的驱动，清洗器爬行速度的快慢间接反映了清洗力度的大小，同时配合红外测距传感器3，可实现清洗器的前进、后退或左右转向。

现选择矩形标准游泳池为例，结合图7的控制软件流程图来说明具备自适应清洗能力的水池清洗器的工作方式和清洗程序。

通电选择自适应清洗能力的清洗模式，清洗器开始工作，首先进行水池面积测量，水池面积为S＝a×b，a为矩形水池的长，b为矩形水池的宽，测量完成，同时PT电阻池水温度传感器8和池水水质PH值传感器9测量水温和池水水质PH值，人机界面显示水池面积模拟图形以及水温、池水水质PH值，清洗器进入清洗程序，

电荷耦合CCD摄像器5在清洗时不断摄取位于清洗器爬行方向正前下方待清洗部位的图像，该视频信号通过高速图像采集卡21实施A/D转换及工业计算机7和相关软件进行处理后，再经继电器端子板20分别去控制清洗器左右两台混合式步进电机15的转速，以实现自适应清洗，即不同的清洗力度对应不同的污垢分布。清洗器爬行接近池壁时，红外测距传感器3发出开关信号，在满足清洗器转弯半径的条件下以左右履带轮的不同配合方式实现180°左传或右转，再进行反向清洗，依此类推，直到整个水池清洗完毕。

水池面积模拟图形中不断显示已清洗的面积及清洗时间，已清洗面积S′＝0.6R∫θdt，其中R为驱动带轮的半径，θ为步进电机的步距角，当水池面积模拟图形全部变为浅蓝色时，清洗器工作结束。

实施例2：

以装有专用混浊度传感器的具备污垢判别能力的水池清洗器为例。

本实施例采用专用混浊度传感器，把清洗器在作业过程中，前端滚刷的擦洗和水泵吸口对污垢联合作用所引出的悬浮状水流作为判别对象，即时检测清洗器在此状态下形成的水流水质的混浊度，利用光电池的感光原理，将水流的混浊度转换成电压信号，并送至计算机控制系统处理，去控制清洗器的爬行速度，在水质混浊的地方清洗器爬行得慢一些，以此达到针对不同程度的污垢，施加不同清洗力度的要求。

如图2、3所示，为装有专用混浊度传感器的具备污垢判别能力的水池清洗器结构示意图，由电机密封式罩壳1、无刷直流水泵电机2、红外测距传感器3、箱体4、水流循环出口及过滤袋6、工业控制计算机7及相关软件、PT电阻池水温度传感器8、池水水质PH值传感器9、履带式爬行机构10、滚刷11、组合电缆12、专用混浊度传感器13、插头组件14、混合式步进电机15组成，在无刷直流水泵电机2的下面吸口的前端装上专用混浊度传感器13，其他部件连接关系不变。

如图8所示，为专用混浊度传感器结构示意图，专用混浊度传感器13由卤钨灯光源22、组合壳体23、密封圈24、光学透镜25、保护窗26、水流检测口27、硅光电池板28、多级信号放大电路板29、电缆30组成，卤钨灯光源22置于组合壳体23的中间，组合壳体23的一端置有保护窗26，贴近保护窗26置有光学透镜25，卤钨灯光源22与光学透镜25置于同一中心线上，密封圈24置于卤钨灯光源22和光学透镜25的中间，硅光电池板28、多级信号放大电路板29置于水流检测口27的另一边，通过插口分别与电缆30连接。

图9为专用混浊度传感器测试原理图，卤钨灯光源22发出的散射光经光学透镜25折射成一组平行光束，该光束透过保护窗26通过水流检测口27正对着的硅光电池板28，中间的水介质则是被检测的对象，硅光电池板28可将光信号转换为电流信号，当水流中的悬浮物多时，混浊度大，到达硅光电池板28的光电信号强度弱，输出的电流小，反之，输出的电流大，电流信号再经过多级信号放大电路板29的调整放大以模拟电压信号的形式输出并送至工业控制计算机7处理。

为了保证水泵吸口的水流都流经专用混浊度传感器13的检测口，专用混浊度传感器13安装在水泵吸口的前端。保护窗26采用高硬度石英玻璃能抵御水流中细小沙石对其的磨损，长时间维持光通量的稳定性。

如图10所示，为多级信号放大电路图，多级信号放大电路板29由三个放大器U1-U3、六个电容C1-C6、数个电阻R1-R14组成，蓝色线经过R8、R9、R10、R11电阻网络提供+6V正极性电源，灰色线通过R12、R13、R14电阻网络提供-6V正极性电源，绿色线与黄色线之间连接一个调零电阻R0，以实现对专用混浊度传感器13信号输出范围的标定，光电池与R、R3连接，绿色线连接R1、C1、R2、C2，同时连接U1，U2与R4、R5、RR连接，同时与C4连接，U3与R1、R7、C3连接，同时与C5、C6连接，C3与紫色线连接。

图11为专用混浊度传感器判别污垢的方法流程图，开关电源的±6V电压接在专用混浊度传感器13的白色线(+)和黑色线(-)两端，使得高亮度卤钨灯光源22点亮，提供专用混浊度传感器光学电路需要的光源。光线经过光学透镜25折射，聚焦在硅光电池板28上，硅光电池板28将光电信号转换成电信号，由取样电阻R采集此电信号，在信号放大电路中，R1、C1、R2、C2组成阻容滤波，R3、R6为分流电阻，C4、C5、C6为U1、U2、U3的滤波电容，平衡电阻R4、R5、RR对放大器的信号进行线性补偿，信号经过U1、U2的放大以及U3对信号的比较放大后，再经过R7、C3滤波，由紫色线输出信号到工业控制计算机7的多通道A/D转换卡19，计算机可以根据专用混浊度传感器13的信号强弱反映出水池中水的不同清洁度，输出相应的脉冲来调节混合式步进电机15的转速，从而提高清洗的工作效率，卤钨灯光源22断电表示测量结束。

在工作前，先要对多级信号放大电路板29中的R0，即对专用混浊度传感器13的测量范围进行标定，然后根据信号输出范围，通过计算机软件的处理再去控制清洗过程。

清洗工作时，经滚刷擦洗过的污垢与水混合组成的悬浮液受水泵作用必定要流进水泵吸口，此时安装在水泵吸口处的专用混浊度传感器13将水流的不同混浊度转换成变化着的电压信号，该电压信号经过A/D转换卡19转换筛选后，送至工业控制计算机7由相关软件进行处理，处理后输出的脉冲信号或“开、停”指令经继电器端子板20去控制无刷直流水泵电机2的驱动，水流的混浊度高，清洗器的爬行速度变慢，清洗力度加大，反之则清洗力度减小，同时配合红外测距转向光电传感器3可实现清洗器的前进、后退或左右转向。

选择矩形标准游泳池为例，结合图7的控制软件流程图来说明具备污垢判别能力的水池清洗器的工作方式和清洗程序。

选择自动清洗模式，清洗器通电开始工作，首先进行水池面积测量，水池面积为S＝a×b，a为矩形水池的长，b为矩形水池的宽，测量完成，同时PT电阻池水温度传感器8和池水水质PH值传感器9测量水温和池水水质PH值，人机界面显示水池面积模拟图形以及水温、池水水质PH值，清洗器进入清洗程序，专用混浊度传感器13不断对即将进入水泵吸口的水进行检测，混浊度的变化致使专用混浊度传感器13输出的电压发生变化，该电压信号被送至A/D转换卡19转换过滤成数字脉冲信号，再经继电器端子板20送至驱动模块放大后去控制无刷直流水泵电机2的转速，以达到不同的清洗力度，清洗器爬行接近池壁时，红外测距传感器3发出开关信号，在满足清洗器转弯半径的条件下以左右履带轮的不同配合方式实现180°左传或右转，再进行反向清洗，依此类推，直到整个水池清洗完毕，在水池面积模拟图形中不断显示已清洗的面积及清洗时间，已清洗面积S′＝0.6R∫θdt，其中R为驱动带轮的半径，θ为步进电机的步距角，当模拟水池面积图形全部变为浅蓝色时，清洗器工作结束。