一種生物浮島智能監測控制系統的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開一種生物浮島智能監測控制系統。該系統能夠使用戶獲取水質狀態實時監測數據以及地理信息數據，并且采用了先進的智能監測控制技術，解決了生物浮島的智能監測以及分散布局問題，使用戶及時獲取水質狀態信息以及浮島地理信息，讓浮島處于水面的最優地理位置，降低水質凈化時間，提高水質凈化效率。本實用新型通過數據采集單元采集生物浮島的水質監測數據和地理信息數據，并發送給微處理模塊處理后，通過ZigBee模塊發送到中央控制單元，中央控制單元將數據通過GPRS模塊將系統數據發送到服務器，服務器能夠對現場數據進行處理，Web/移動終端可以瀏覽現場數據信息。
【專利說明】
一種生物浮島智能監測控制系統
技術領域
[0001]本實用新型屬于智能監測及控制技術，具體涉及一種生物浮島智能監測控制系統。
【背景技術】
[0002]生物浮島技術是以可漂浮材料為基質或載體，將高等水生植物或陸生植物栽植到富營養化水域中，通過植物的根系吸收或吸附作用，削減水體中的氮、磷及有機污染物質，從而凈化水質的生物防治法，同時通過收獲植物的方法將水體中的富營養物質搬離水體，改善水質，創造良好的水環境。
[0003]現有的生物浮島大多漂浮在水面上，日常的管理均在水面上完成，目前其管理操作大多采用人工完成，在小面積的試驗示范中尚可，若大面積推廣，需要經常、及時采收，人工操作就不能滿足需要，限制其發展。并且國內外使用的生物浮島單體面積較小，大多數是在小面積的河湖中使用，難以對較大的河湖進行生態修復，現需要有超大面積的生物浮島。另一方面，現有的生物浮島在水面上處于自由漂浮狀態，并沒有采用先進的智能監測控制技術，導致浮島并沒有處于最優的分散布局狀態，進而水質凈化并沒有在最短時間完成，效率低下，同時用戶無法實時獲取水質狀態監測數據以及浮島地理信息數據。
【發明內容】
[0004]本實用新型的目的在于為了克服上述現有技術的不足，提供一種生物浮島智能監測控制系統，該系統能夠使用戶獲取水質狀態實時監測數據以及地理信息數據，并且采用了先進的智能監測控制技術，解決了生物浮島的智能監測以及分散布局問題，使用戶及時獲取水質狀態信息以及浮島地理信息，讓浮島處于水面的最優地理位置，降低水質凈化時間，提高水質凈化效率。
[0005]為了實現上述目的，本實用新型系統采用的技術方案是:
[0006]一種生物浮島智能監測控制系統，包括若干智能終端、中央控制單元以及Web/移動終端，其中若干智能終端、中央控制單元分別安裝于不同的生物浮島上；中央控制單元至少包含有ZigBee模塊、GPRS模塊、第二微處理模塊、電源模塊，智能終端包括數據采集單元、超聲波傳感器、第一微處理器模塊、存儲模塊、ZigBee模塊、驅動模塊、電源模塊、至少三個電機，其中數據采集單元包括GPS模塊、溫度傳感器、顏色傳感器、pH傳感器，數據采集單元將采集到的水質監測數據以及地理信息數據發送給第一微處理器模塊，第一微處理器模塊對采集到的數據進行處理，通過ZigBee模塊可以發送給中央控制單元的ZigBee模塊，當距離超過ZigBee的有效傳輸距離時，可以采用ZigBee的跳變技術傳輸給其他智能終端，進而發送到中央控制單元的ZigBee模塊，中央控制單元將接收來自不同智能終端的監測數據以及地理信息數據處理，并通過GPRS模塊對數據進行封包，發送到互聯網，用戶可以通過Web端或移動終端查看水質監測數據以及地理信息數據；同時中央處理單元的第二微處理模塊利用先進的分散布局優化算法通過控制至少三個電機對智能終端進行合理的分散與布局，其中第一個電機通過與浮島上的轉向板連接，控制浮島的轉向，第二個電機通過與螺旋槳進行連接，用來驅動浮島前進，第三個電機通過連接錨鏈，用于固定浮島，當浮島到達目標地點時，該電機啟動并松下錨鏈;整個智能監測控制系統的供電由電源模塊提供。
[0007]所述的數據采集單元采集的數據包括水質監測數據以及地理信息數據，其中水質監測數據包括水溫、顏色、以及PH值，它們分別通過溫度傳感器、顏色傳感器、pH傳感器完成;地理信息數據指的是當前浮島所處的經度與瑋度，其數據通過GPS模塊完成。
[0008]所述的超聲波傳感器主要用于防止浮島與浮島之間以及浮島與障礙物之間發生碰撞。
[0009]所述的第一微處理器模塊和第二微處理器模塊是整個智能終端以及中央處理單元的核心，其功能主要是對采集到的水質監測數據以及地理信息數據進行處理，對ZigBee模塊按串口協議配置，并通過天線接收與發送數據，利用獲取的數據結合內部先進的分散布局算法對電機進行控制。
[0010]所述的存儲模塊主要是對微處理器模塊處理的數據進行存儲，并且具有掉電保護功能，防止數據丟失。
[0011]所述的ZigBee模塊采用的是一種近距離、低復雜度、低功耗、低速率、低成本的雙向無線通訊技術，其將水質監測數據以及地理信息數據發送給中央控制單元，并且可以接受來自中央處理單元的控制數據，當中央控制單元超過了當前智能終端的傳輸距離時，智能終端的ZigBee模塊通過無限擴展技術傳輸給相鄰的智能終端，進而傳送到中央控制單元，同時該ZigBee模塊能夠進行軟件設計地址。
[0012]所述的驅動模塊的一端與微處理器模塊相連，另一端分別與三個電機相連。驅動模塊接受來自微處理器模塊的控制信息，進而驅動電機，實現生物浮島的智能控制，使浮島處于最優的分散布局狀態。
[0013]所述的電源模塊均采用的是太陽能板與鋰電池相結合的方式，在有光照的情況下，可以采用太陽能板供電，并且可以將多余電量對鋰電池進行充電，在無光照的情況下，可以采用鋰電池為整個系統供電。
[0014]所述的GPRS模塊采用GPRS網絡進行數據傳輸，將GPRS模塊配置到GPRS網絡模式進行撥號連接，然后在ISP返回PPP鏈路配置請求時，PPP協議與ISP進行交互，成功后ISP會GPRS模塊分配一個臨時IP地址，此時能夠在外圍配上相應的通信協議與服務器端進行通信，GPRS模塊將數據經TCP協議上傳至服務器，用戶基于HTTP協議，通過瀏覽器訪問相關數據。
[0015]所述的Web端或移動終端的傳輸層采用面向連接的TCP/IP協議進行數據傳輸，應用層采用HTTP協議，客戶端向服務器端發送一次請求，服務器端響應、處理中斷請求后即斷開連接，一方面綁定GPRS模塊并監聽；另一方面等待接收客戶端瀏覽器的連接請求，同時根據請求做出相應處理，向客戶端瀏覽器發送響應信息，關閉TCP連接，實現GPRS模塊與互聯網的傳輸數據功能以及報文的顯示功能。
[0016]作為優選，所述的中央控制單元還包含有數據采集單元、超聲波傳感器、存儲模塊、驅動模塊、電機，這里的數據采集單元、超聲波傳感器、存儲模塊、驅動模塊、電機完成的功能均與智能終端的相同。
[0017]本實用新型的有益效果是:
[0018]1、本實用新型是通過數據采集單元采集生物浮島的水質監測數據和地理信息數據，并發送給第一微處理模塊處理后，通過ZigBee模塊發送到中央控制單元，中央控制單元將數據通過GPRS模塊將系統數據發送到服務器，服務器能夠對現場數據進行處理，Web端或移動終端可以瀏覽現場數據信息。
[0019]2、服務器提供獨立的數據空間，可用于創建數據庫，存儲各個監測模塊傳來的系統運行數據；同時為數據傳輸及共享提供了平臺，采用面向連接第TCP/TP協議進行數據傳輸。參數采集單元將采集到的數據發送至微處理器模塊，微處理器模塊對數據進行編碼、封裝等處理后傳輸至GPRS模塊，同時向服務器發出數據傳輸請求，進一步保證了檢測方法的可靠性。
[0020]3、微處理器模塊對無線模塊按串口協議配置后，通過天線接收數據，由于ZigBee模塊可進行軟件設計地址，編程方便，并且ZigBee模塊支持無限擴展技術，滿足系統通信距離要求。
【附圖說明】
[0021 ]圖1為智能終端結構示意圖；
[0022]圖2為中央控制單元結構示意圖；
[0023]圖3為本系統智能終端與中央控制單元的組網圖；
[0024]圖4為本系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0025]下面結合實施例對本實用新型作進一步說明。
[0026]一種生物浮島智能監測控制系統，包括若干智能終端、中央控制單元以及Web/移動終端，其中若干智能終端、中央控制單元分別安裝于不同的生物浮島上；
[0027]如圖1所示，所述的每個智能終端包括數據采集單元、超聲波傳感器、第一微處理器模塊、存儲模塊、Zi gBee模塊、驅動模塊、三個電機、電源模塊，其中數據采集單元包括GPS模塊、溫度傳感器、顏色傳感器、PH傳感器，數據采集單元將采集到的水質監測數據以及地理信息數據發送給第一微處理器模塊，第一微處理器模塊對采集到的數據進行處理，通過ZigBee模塊可以發送給中央控制單元的ZigBee模塊，當距離超過ZigBee的有效傳輸距離時，可以采用Z i gBee的跳變技術傳輸給其他智能終端，進而發送到中央控制單元的Zi gBee模塊;第一微處理器模塊采用處理器的型號是STM32F103C6T6A或STM32F103C8T6。
[0028]如圖2所示，所述的中央控制單元包括超聲波傳感器、數據采集單元、第二微處理模塊、存儲模塊、Zi gBee模塊、GPRS模塊、驅動模塊、三個電機、電源模塊，數據采集單元包括GPS模塊、溫度傳感器、顏色傳感器、pH傳感器，數據采集單元將采集到的現場數據發送給第二微處理器模塊，同時第二微處理器模塊通過ZigBee模塊接收來自不同智能終端的現場數據，第二微處理模塊對自身采集到的數據以及所有智能終端的現場數據進行處理與封裝，采用GPRS模塊發送到服務器，用戶可以通過Web端或移動終端查看水質監測數據以及地理信息數據；同時第二微處理模塊利用先進的分散布局優化算法通過控制三個電機對該電機所在的生物浮島進行合理的分散與布局，其中第一個電機(這里記電機I)通過與浮島上的轉向板連接，控制浮島的轉向，第二個電機(這里記電機2)通過與螺旋槳進行連接，用來驅動浮島前進，第三個電機(這里記電機3)通過連接錨鏈，用于固定浮島，當浮島到達目標地點時，該電機啟動并松下錨鏈;整個智能監測控制系統的供電由電源模塊提供。第二微處理器模塊采用處理器的型號是STM32F103VCT6。
[0029]參考圖3，本實用新型系統中各智能終端與中央控制單元的信息傳輸主要采用圖中組網方式。智能終端分布在水面的不同位置，其位置信息通過GPS模塊的經度與瑋度數據來確定，水質數據主要通過溫度傳感器、顏色傳感器、PH傳感器來確定，并且可根據當前水質的溫度、顏色以及PH值確定水質污染程度，水質監測數據以及地理信息數據均通過ZigBee模塊發送給中央控制單元，中央控制單元根據水質監測數據以及地理信息數據并結合內部的分散布局優化算法對智能終端進行重新部署，以實現最優的浮島分散布局方案，縮短水質凈化時間。其中不同的智能終端之間以及智能終端與中央控制單元之間均采用ZigBee進行信息傳輸，由于ZigBee模塊支持無限擴展技術，因此其中任意的兩個浮島之間距離在ZigBee模塊的傳輸距離之內，就可滿足系統信息傳輸要求。
[0030]參考圖4，本實用新型的系統結構主要包括智能終端，中央控制單元、服務器、Web/移動終端，其中智能終端的數量根據水面大小進行確定，它們分別測量當前水面的水質監測數據以及地理信息數據，智能終端將數據處理后，通過ZigBee模塊發送到中央控制單元，中央控制單元的GPRS模塊采用GPRS網絡進行數據傳輸，將GPRS模塊配置到GPRS網絡模式進行撥號，在ISP返回PPP鏈路配置請求時，PPP協議與ISP進行交互，成功后ISP會給GPRS模塊分配一個臨時IP地址，此時可在外圍配上相應通信協議與服務器進行通信。GPRS模塊將數據經TCP協議上傳至云服務器，用戶基于HTTP協議，通過Web或者移動終端瀏覽網頁訪問相關數據。
【主權項】
1.一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于包括若干智能終端、中央控制單元以及Web/移動終端，其中若干智能終端、中央控制單元分別安裝于不同的生物浮島上； 中央控制單元至少包含有ZigBee模塊、GPRS模塊、第二微處理模塊、電源模塊，智能終端包括數據采集單元、超聲波傳感器、第一微處理器模塊、存儲模塊、ZigBee模塊、驅動模塊、電源模塊、至少三個電機，其中數據采集單元包括GPS模塊、溫度傳感器、顏色傳感器、pH傳感器，數據采集單元將采集到的水質監測數據以及地理信息數據發送給第一微處理器模塊，第一微處理器模塊對采集到的數據進行處理，通過ZigBee模塊可以發送給中央控制單元的ZigBee模塊，當距離超過ZigBee的有效傳輸距離時，可以采用ZigBee的跳變技術傳輸給其他智能終端，進而發送到中央控制單元的ZigBee模塊，中央控制單元將接收來自不同智能終端的監測數據以及地理信息數據處理，并通過GPRS模塊對數據進行封包，發送到互聯網，用戶可以通過Web/移動終端查看水質監測數據以及地理信息數據；同時中央處理單元的第二微處理模塊利用分散布局優化算法通過控制至少三個電機對智能終端進行合理的分散與布局，其中第一個電機通過與浮島上的轉向板連接，控制浮島的轉向，第二個電機通過與螺旋槳進行連接，用來驅動浮島前進，第三個電機通過連接錨鏈，用于固定浮島，當浮島到達目標地點時，該電機啟動并松下錨鏈;整個智能監測控制系統的供電由電源模塊提供。2.如權利要求1所述的一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于所述的超聲波傳感器主要用于防止浮島與浮島之間以及浮島與障礙物之間發生碰撞。3.如權利要求1所述的一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于所述的ZigBee模塊采用雙向無線通訊技術，其將水質監測數據以及地理信息數據發送給中央控制單元，并且可以接受來自中央處理單元的控制數據，當中央控制單元超過了當前智能終端的傳輸距離時，智能終端的Z i gBee模塊通過無限擴展技術傳輸給相鄰的智能終端，進而傳送到中央控制單元，同時該ZigBee模塊能夠進行軟件設計地址。4.如權利要求1所述的一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于所述的驅動模塊的一端與微處理器模塊相連，另一端分別與三個電機相連;驅動模塊接收來自微處理器模塊的控制信息，進而驅動電機，實現生物浮島的智能控制，使浮島處于最優的分散布局狀??τ O5.如權利要求1所述的一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于所述的電源模塊均采用的是太陽能板與鋰電池相結合的方式，在有光照的情況下，可以采用太陽能板供電，并且可以將多余電量對鋰電池進行充電，在無光照的情況下，可以采用鋰電池為整個系統供電。6.如權利要求1所述的一種生物浮島智能監測控制系統，其特征在于所述的中央控制單元還包含有數據采集單元、超聲波傳感器、存儲模塊、驅動模塊、電機，這里的數據采集單兀、超聲波傳感器、存儲t旲塊、驅動t旲塊、電機完成的功能均與智能終端的相冋。
【文檔編號】G05B19/042GK205507447SQ201620218047
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2016年3月21日
【發明人】劉光宇, 張文霞, 李繼勇, 王雪, 徐文洋
【申請人】杭州電子科技大學