一種能夠自動巡航的無線水質監測系統的制作方法
【專利摘要】本發明提供了一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，該監測系統包括：船體、外輪、固定于所述船體上的水質采集控制箱、第一電機、水質傳感器、巡航定位模塊、第一電子羅盤，該系統通過巡航定位模塊確定船體所在的水域位置，通過第一電子羅盤根據所述巡航定位模塊獲取的位置信號對船頭方向進行調整，通過第一電機驅動外輪，使船體按照預先設定的水質參數采集點采集水質參數數據，該監測系統實現了大范圍的水質監測，并提高了水質監測設備的利用率。
【專利說明】一種能夠自動巡航的無線水質監測系統
【技術領域】
[0001]本發明涉及水質監控【技術領域】，具體涉及一種能夠自動巡航的無線水質監測系統。
【背景技術】
[0002]水產養殖過程中的水質監測大多采用水質傳感器進行定點監測，將采集裝置固定在某一點，定期采集該點的水質數據，然后通過布置采集裝置，從而實現對大面積的水域的水質參數監測，然后將采集到的數據進行匯總分析，得到當前的水質狀況數據，達到水質監測的目的。
[0003]定點監測的方法不能夠完全滿足大面積的水域監測，當被監測水域的面積很大時，若布置的監測點過多時，雖然能夠大量比較詳細的了解整個水域的水質情況，但必然會加大設備成本；若布置的監測點較少，又不能對水質進行比較全面的監測，不能了解全局水質的變化情況，對于局部水質參數變化也很難監測。
【發明內容】
[0004](一)要解決的技術問題
[0005]本發明要解決的技術問題是:如何實現大范圍的水質監測，以提高水質監測設備的利用率。
[0006](二)技術方案
[0007]為了解決上述技術問題，本發明提供一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，該監測系統包括:船體、外輪、固定于所述船體上的水質采集控制箱、第一電機和水質傳感器，所述第一電機、水質傳感器分別與所述水質采集控制箱相連，所述外輪與所述第一電機相連；
[0008]所述水質采集控制箱，用于對所述電機的轉速和轉向進行控制，所述電機帶動外輪旋轉，以使得所述船體能在待測水域運動；
[0009]所述水質采集控制箱，還用于對所述水質傳感器的數據采集進行控制，并接收所述水質傳感器采集到的水質參數；
[0010]所述水質傳感器，用于采集所述船體所處位置的水質參數。
[0011]優選的，所述監測系統還包括第一電子羅盤和巡航定位模塊，所述第一電子羅盤和巡航定位模塊均與所述水質采集控制箱相連；
[0012]所述巡航定位模塊，用于獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號；
[0013]所述第一電子羅盤，用于確定所述船體的當前船頭方向；
[0014]所述水質采集控制箱，還用于根據所述位置信號和當前船頭方向調整所述船體的船頭方向，以使得所述船體運動至下一采集點。
[0015]優選的，所述巡航定位模塊包括:能量接收單元和至少三個能量發送單元，所述能量接收單元設于所述船體上，所述至少三個能量發送單元分別布設與所述待測水域中；[0016]所述能量接收單元通過接收能量發送單元的能量強度來獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號。
[0017]優選的，所述監測系統還包括電源，用于對所述的水質采集控制箱供電。
[0018]進一步的，所述電源包括太陽能電池板和蓄電池；
[0019]所述蓄電池用于存儲所述太陽能電池板產生的能量并對所述水質采集控制箱供電。
[0020]進一步的，所述電源還包括轉動機構，所述轉動機構用于控制太陽能電池板的轉動。
[0021]所述轉動機構包括太陽能電池板固定架、第二電子羅盤、第二電機、軸承、支撐頂盤、支撐架及底座，所述第二電機與所述水質采集控制箱相連；
[0022]所述第二電子羅盤和太陽能電池板均固定于所述太陽能電池板固定架上，所述太陽能電池板固定架穿過軸承與第二電機相連，所述第二電機位于所述支撐頂盤與所述底座之間，所述支撐頂盤與所述底座支架的空隙通過所述支撐架固定，所述底座固定于所述船體上；
[0023]所述第二電機，用于使所述太陽能電池板固定架轉動，以帶動所述太陽能電池板和所述第二電子羅盤轉動；
[0024]所述第二電子羅盤用于確定所述太陽能電池板的當前朝向；
[0025]所述水質采集控制箱還用于根據當前時間及所述太陽能電池板的當前朝向來驅動所述第二電機，以調整太陽能電池板的朝向。
[0026]優選的，所述水質采集控制箱包括控制模塊、參數無線收發模塊；
[0027]所述控制模塊用于將所述水質傳感器采集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊；
[0028]所述參數無線收發模塊，用于將所述水質參數發送至上位機并接收來自上位機的數據命令。
[0029]優選的，所述外輪為設置于船體左右兩側的兩個外輪，所述第一電機為兩個、且與所述兩個外輪一一對應連接。
[0030]優選的，所述監測系統還包括與所述水質采集控制箱相連的風速風向傳感器，所述風速風向傳感器設于所述船體上，所述風速風向傳感器用于獲取當前風速和當前風向，并將獲取到的當前風速和當前風向發送至所述水質采集控制箱。
[0031](三)有益效果
[0032]本發明的上述技術方案具有如下優點:實現了大范圍的水質監測，提高了水質監測設備的利用率；通過巡航定位模塊，使得該監測系統能夠接收定位信號，確定自身所在的水域位置，并能夠根據預先設定的水質參數采集點采集該點數據。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0033]圖1為本發明實施例提供的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統結構示意圖；
[0034]圖2為本發明實施例提供的船體自動巡航示意圖；
[0035]圖3為本發明實施例提供的電源結構示意圖；
[0036]圖4為本發明實施例提供的水質采集控制箱結構圖；[0037]其中，I水質采集控制箱；2第一電子羅盤；3電源；4第一電機；5水質傳感器；6風速風向傳感器；7外輪；8控制模塊；9參數無線收發模塊；10船體；11第二電機驅動模塊；12第一電機驅動模塊；13太陽能電池板；14電池板固定架；15第二電子羅盤；16軸承；17支撐頂盤；18支撐架；19底座；20第二電機。
【具體實施方式】
[0038]下面結合附圖，對本發明的【具體實施方式】作進一步描述。以下實施例僅用于更加清楚地說明本發明的技術方案，而不能以此來限制本發明的保護范圍。
[0039]如圖1所示，本發明提供一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，該監測系統包括:船體10、外輪7、固定于所述船體上的水質米集控制箱1、第一電機4和水質傳感器5,
[0040]所述第一電機、水質傳感器分別與所述水質采集控制箱相連，所述外輪與所述第一電機相連；
[0041]所述水質采集控制箱，用于對所述電機的轉速和轉向進行控制，所述電機帶動外輪旋轉，以使得所述船體能在待測水域運動；所述水質采集控制箱，還用于對所述水質傳感器的數據采集進行控制，并接收所述水質傳感器采集到的水質參數；
[0042]所述水質傳感器，用于采集所述船體所處位置的水質參數，所述水質傳感器信號均為電流信號，需要將電流信號轉化成電壓信號，然后通過AD采樣轉換成可讀的數字信號，將讀取到的二進制數的數字信號轉化為實際的溫度、溶解氧等可讀數據。
[0043]所述第一電機與所述外輪相連，驅動外輪轉動，通過正轉、反轉、高速、低速等狀態控制所述船體的前進、后退和轉向。
[0044]所述外輪為設置于船體左右兩側的兩個外輪，所述第一電機為兩個，且與所述兩個外輪一一對應連接。其中在無風的情況下，當兩個外輪同時向前轉動且轉速相同時，所述船體會沿著直線向前航行；當左側外輪向前的轉速比右側外輪向前的轉速快或者左側外輪向前轉動，右側外輪向后轉動時，所述船體向右航行，且速度差越大，轉彎半徑越小；當兩個外輪同時向后轉動時，所述船體向后航行；當右側外輪轉速快時，則向左后方航行；當左側外輪轉速快時，則向右后方航行。
[0045]所述監測系統還包括與所述水質采集控制箱相連的風速風向傳感器6，所述風速風向傳感器設于所述船體上，所述風速風向傳感器用于獲取當前風速和當前風向，并將獲取到的當前風速和當前風向發送至所述水質采集控制箱。安裝風速風向傳感器，用于當外部條件惡劣不適合航行時，使船體自動靠岸，第一電機將停止運行，直至適合航行。
[0046]所述監測系統還包括第一電子羅盤2和巡航定位模塊，所述第一電子羅盤和巡航定位模塊均與所述水質采集控制箱相連；
[0047]所述第一電子羅盤，用于確定所述船體的當前船頭方向，然后結合下一個采集點所在位置通過水質采集控制箱根據所述位置信號和當前船頭方向調整所述船體的船頭方向，通過對所述船體的船頭方向進行調整，以便能夠使船體少走彎路，能夠以最短的距離到達下個采集點。
[0048]所述巡航定位模塊，用于獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號；所述巡航定位模塊包括:能量接收單元和至少三個能量發送單元，所述能量接收單元設于所述船體上，所述至少三個能量發送單元分別布設與所述待測水域中，所述能量接收單元通過接收能量發送單元的能量強度來獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號。
[0049]所述巡航定位模塊例如為cc2431模塊，cc2431是一個zigbee片上系統，使用的是基于收到的接收信號強度的定位算法，其中能量接收單元負責接收信號，能量發送單元負責發送信號，能量接收單元接收到的信號強度隨船體距能量發送單元距離的遠近而變化，距離越遠，信號強度越弱。在空曠地域，該能量接收單元與能量發送單元的最大有效接收范圍為64米，當在平面水域進行定位時，能量接收單元能夠同時接收至少三個能量發送單元所發出的信號，即至少三個能量發送單元與能量接收單元的距離均不超過60米，然后根據各種信號強度的情況與至少三個能量發送單元的位置情況即可確定能量接收單元所在的位置，也就是船體所在的位置。
[0050]如圖2所示，以整個水域為平面，建立坐標系，①-⑧號為固定在水域中的能量發送單元，坐標位置已確定，使得所述船體在任何位置，都能保證至少三個能量發送單元與其距離不超過60米。當需要定位時，由于各能量發送單元距離船體的距離不同，船體上能量接收單元接收到的各信號強度也不同，根據信號強度判斷船體與各能量發送單元之間的距離，進而確定船體在水域中的坐標位置，通過第一電子羅盤確定所述船體的船頭方向，并根據下一采集點的位置，對船頭方向進行調整，使船體航行至下一水質采集點。在航行過程中，能量接收單元實時的接收信號，水質采集控制箱根據所述位置信號和當前船頭方向調整通過第一電子羅盤對所述船體的船頭方向進行調整，以確保船體沒有偏離最近航線。
[0051]如圖3所示，所述監測系統還包括電源3，用于對所述的水質采集控制箱供電。所述電源包括太陽能電池板13、蓄電池、轉動機構；所述蓄電池用于存儲所述太陽能電池板產生的能量并對所述水質采集控制箱供電；所述轉動機構用于控制太陽能電池板的轉動。
[0052]其中，所述轉動機構包括太陽能電池板固定架14、第二電子羅盤15、第二電機20、軸承16、支撐頂盤17、支撐架18及底座19 ；
[0053]所述第二電機與所述水質采集控制箱相連；所述第二電子羅盤和太陽能電池板均固定于所述太陽能電池板固定架上，所述太陽能電池板固定架穿過軸承與第二電機相連，所述第二電機位于所述支撐頂盤與所述底座之間，所述支撐頂盤與所述底座支架的空隙通過所述支撐架固定，所述底座固定于所述船體上。當第二電機轉動時可帶動所述太陽能電池板固定架轉動，以帶動所述太陽能電池板和所述第二電子羅盤轉動，通過第二電子羅盤可以確定當前太陽能電池板的當前朝向，為使太陽能電池板的發電功率最大，水質采集控制箱會根據當前時間及所述太陽能電池板的當前朝向來驅動所述第二電機，以調整太陽能電池板的朝向，當傍晚或者第二天早上時，對第二電機斷電，降低第二電機的能耗。
[0054]如圖4所示，所述水質采集控制箱包括控制模塊8、參數無線收發模塊9、第一電機驅動模塊12、第二電機驅動模塊11 ；
[0055]所述控制模塊用于對所述水質傳感器采集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊；所述參數無線收發模塊，用于將所述水質參數發送至上位機并接收來自上位機的數據命令，所述上位機可以為PC客戶端、手機終端等，所述第一電機驅動模塊根據控制模塊發出的所傳船體的船頭方向信號驅動第一電機；所述第二電機驅動模塊根據控制模塊發出的所述太陽能電池板的方向信號驅動第二電機。
[0056]其中控制模塊例如為單片機、PLC、DSP等控制單元，所有數據和控制命令均由其處理，以ATmegal28A為例，其中包括時鐘功能、顯示功能、按鍵調節功能、串口發送接收數據功能、電源管理功能。時鐘功能用于提供能量采集單元采集的信號；顯示功能可以提供已測水域的水質參數及其他一些相關參數；按鍵調節功能用于調節配置一些測量過程中的一些參數，如:采集時間間隔、本地時鐘設置等；通過RS232串口與參數無線收發模塊相連，可以接收和發送數據給參數無線收發模塊，串口也可以與上位機直接相連，直接讀取存儲器中的數據；控制單元可以每隔幾秒鐘讀取一次第二電子羅盤方向的數據，水質采集控制箱會根據當前時間及所述太陽能電池板的當前朝向來驅動所述第二電機，以調整太陽能電池板的朝向，確保太陽能電池板是朝太陽方向的，吸取足夠的能量，當傍晚或者第二天早上時，電源管理功能可以使水質傳感器、第一電機或第二電機斷電，降低設備功耗；另外控制單元采用上電自動復位和手動復位兩種方式，加入看門狗定時器，使系統能夠在運行出錯時重啟O
[0057]綜上所述，本發明船體能量接收單元接收到采樣信號之后根據預先設定的坐標驅動第一電機使船體到達指定位置并采集該點水質參數；采集完成之后將采集到的數據通過參數無線收發模塊發送給遠程監測中心，然后等待下次采樣信號到來；其中，太陽能電池板方向可調，使之朝向太陽方向，提高發電效率；通過設置風速風向傳感器可以判斷外部環境變化，當外部環境不適合航行時停止采集，避免設備損壞。
[0058]以上所述僅是本發明優選實施方式，應當指出，對于本【技術領域】的普通技術人員來說，在不脫離本發明技術原理的前提下，還可以做出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發明的保護范圍。
【權利要求】
1.一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，該監測系統包括:船體、外輪、固定于所述船體上的水質米集控制箱、第一電機和水質傳感器，所述第一電機、水質傳感器分別與所述水質采集控制箱相連，所述外輪與所述第一電機相連； 所述水質采集控制箱，用于對所述電機的轉速和轉向進行控制，所述電機帶動外輪旋轉，以使得所述船體能在待測水域運動； 所述水質采集控制箱，還用于對所述水質傳感器的數據采集進行控制，并接收所述水質傳感器采集到的水質參數； 所述水質傳感器，用于采集所述船體所處位置的水質參數。
2.如權利要求1所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述監測系統還包括第一電子羅盤和巡航定位模塊，所述第一電子羅盤和巡航定位模塊均與所述水質采集控制箱相連； 所述巡航定位模塊，用于獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號； 所述第一電子羅盤，用于確定所述船體的當前船頭方向； 所述水質采集控制箱，還用于根據所述位置信號和當前船頭方向調整所述船體的船頭方向，以使得所述船體運動至下一采集點。
3.如權利要求2所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述巡航定位模塊包括:能量接收單元和至少三個能量發送單元，所述能量接收單元設于所述船體上，所述至少三個能量發送單元分別布設與所述待測水域中； 所述能量接收單元通過接收能量發送單元的能量強度來獲取所述船體位于所述待測水域的位置信號。
4.如權利要求1所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述監測系統還包括電源，用于對所述的水質采集控制箱供電。
5.如權利要求4所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述電源包括太陽能電池板和蓄電池； 所述蓄電池用于存儲所述太陽能電池板產生的能量并對所述水質采集控制箱供電。
6.如權利要求5所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述電源還包括轉動機構，所述轉動機構用于控制太陽能電池板的轉動。
7.如權利要求6 所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述轉動機構包括太陽能電池板固定架、第二電子羅盤、第二電機、軸承、支撐頂盤、支撐架及底座，所述第二電機與所述水質采集控制箱相連； 所述第二電子羅盤和太陽能電池板均固定于所述太陽能電池板固定架上，所述太陽能電池板固定架穿過軸承與第二電機相連，所述第二電機位于所述支撐頂盤與所述底座之間，所述支撐頂盤與所述底座支架的空隙通過所述支撐架固定，所述底座固定于所述船體上； 所述第二電機，用于使所述太陽能電池板固定架轉動，以帶動所述太陽能電池板和所述第二電子羅盤轉動； 所述第二電子羅盤用于確定所述太陽能電池板的當前朝向； 所述水質采集控制箱還用于根據當前時間及所述太陽能電池板的當前朝向來驅動所述第二電機，以調整太陽能電池板的朝向。
8.如權利要求1~7中任一項所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述水質采集控制箱包括控制模塊和參數無線收發模塊； 所述控制模塊用于將所述水質傳感器采集的水質參數傳輸給所述參數無線收發模塊； 所述參數無線收發模塊，用于將所述水質參數發送至上位機并接收來自上位機的數據命令。
9.如權利要求1~7中任一項所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述外輪為分別設置于船體左右兩側的兩個外輪，所述第一電機為兩個、且與所述兩個外輪——對應連接。
10.如權利要求1~7中任一項所述的一種能夠自動巡航的無線水質監測系統，其特征在于，所述監測 系統還包括與所述水質采集控制箱相連的風速風向傳感器，所述風速風向傳感器設于所述船體上，所述風速風向傳感器用于獲取當前風速和當前風向，并將獲取到的當前風速和當前風向發送至所述水質采集控制箱。
【文檔編號】G01N33/18GK103913551SQ201410103103
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2014年3月19日 優先權日:2014年3月19日
【發明者】陳天恩, 趙春江, 張瑞瑞, 張弛, 蔣力, 趙鵬飛, 陳方怡 申請人:北京農業信息技術研究中心