一种用于室外水质监测的球形水下机器人的制作方法

本发明涉及一种水下机器人，具体涉及一种用于室外水质监测的球形水下机器人。

背景技术：

作为渔业大国，我国完成了由捕捞为主向养殖为主的发展模式转变，在现代化水产养殖场中，养殖产量以及安全生产与养殖环境条件密切相关。实现室外养殖生产自动化对提高养殖产量来说非常重要。

对于已经工厂化的鱼池，采用物联网监控技术，在鱼池中铺设传感器并对水质环境实施监测，而对于大范围的室外养殖场地，这种物联网的无线传感技术应用会造成很大的浪费。目前结合无线传感监测技术的无人驾驶船，也适用于大范围水域检测，但一是监测深度有限，并不能很好地检查鱼群的运动状况。此外，现有的水下探测器或水下潜航器大多数为鱼雷形状或长方形，其横向运动不灵活，并且视角不灵活而且体积过大。

技术实现要素：

针对上述在室外水产养殖难以经济、灵活的检测水质的问题，本发明的目的是提供一种用于室外水质监测的球形水下机器人。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

一种用于室外水质监测的球形水下机器人，包括：所述球形水下机器人包括：机械密封件、轴、螺柱、电机防水罩、前后电机夹板、球形外壳、端盖、整流罩、夹板、卡环、电机座、电机座前后与电路板；所述电路板置于球形外壳内；电机组由电机、电机盒、电机夹板和电机座组成；所述机械密封固定连接电机与所述轴；所述轴连接桨叶；所述电机置于电机盒内；所述电机盒由端盖、电机防水罩和整流罩组成；所述电机通过螺柱固定于端盖；所述电机防水罩通过前后电机夹板与电机座固定卡环上；所述卡环固定于球形外壳圆周最大处。

上述球形水下机器人，其中，所述电路板包括：mcu、定位模块、通信模块、浊度传感器、ph测量传感器、人体热释传感器、超声波传感器、电源、摄像头、图传发射、电机和电机驱动。所述的浊度传感器、ph测量传感器、定位模块、通信模块、人体热释传感器和超声波传感器分别电性连接mcu，用于信号交换；所述电机电性连接电机驱动；mcu、摄像头、图传发射和电机驱动分别电性连接电源，用于供电。

述球形水下机器人，其中，所述投水下机器人还包括：蓝牙模块、图传接收端以及终端。

述球形水下机器人，其中，所述电机组为两组，放置于球形外壳圆周最大处的直径两端。

述球形水下机器人，其中，所述球形外壳由两个半球外壳组成，使得本实施例更容易装配。

述球形水下机器人，其中，所述电机组的动力为两个互相垂直的电机，为本实施例灵活运动提供了保障。

述球形水下机器人，其中，所述球形外壳为亚克力材质，使得本实施例的电路更便于维护。

述球形水下机器人，其中，所述mcu为stm32f103芯片，其具备强大的控制能力，为本实施例的自动化提供了条件。

述球形水下机器人，其中，所述通信模块为sim900a模块。使得本实施例能够可靠的像地面传送检测信息。

述球形水下机器人，其中，所述电机为减速电机，可以为本实施例提供充足的动力。

通过本发明可使得在室外水产养殖中经济、灵活的检测水质，无需对原有鱼池进行布线等改造，针对大型室外鱼池具操作简便的优点，可适用于大范围水域，可以检测比较深的水域，且能够很好地检查鱼群的运动状况，且体型比较小，灵活性较好。此外，本发明依靠外置推进器的推进组合实现姿态调节和推进运动，动力更加充足，使其在取样或进行监测时可以保持在水中的稳定性。

附图说明

图1为本发明一种用于室外水质监测的球形水下机器人的结构示意图；

图中：

101.机械密封件102.轴103.螺柱104.电机防水罩

105.前后电机夹板106.球形外壳107.端盖108.整流罩

109.夹板110.卡环111.电机座112.电机座前后

图2为本发明一种用于室外水质监测的球形水下机器人的程序流程图。

图3为本发明一种用于室外水质监测的球形水下机器人的电路框图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明实施例提供一种用于室外水质监测的球形水下机器人，如图1所示，所述球形水下机器人包括：机械密封件101、轴102、螺柱103、电机防水罩104、前后电机夹板105、球形外壳106、端盖107、整流罩108、夹板109、卡环110、电机座111、电机座前后112与电路板；所述电路板置于球形外壳106内；电机组由电机309、电机盒、前后电机夹板105和电机座111组成；所述机械密封固定连接电机于所述轴102；所述轴102连接桨叶；所述电机置于电机盒内；所述电机盒由端盖107、电机防水罩104和整流罩108组成；所述电机通过螺柱103固定于端盖107；所述电机防水罩104通过前后电机夹板105与电机座111固定卡环110上；所述卡环110固定于球形外壳圆周最大处。

具体的，本发明实施例呈球形结构，主要由于该球形水质环境监测平台作为一类外型为球形的水下机器人,相比其它类型的水下机器人有很大的优势：一是耐水压性强，抗冲击性强，密封性更好。二是流体动力学计算无藕合。三是各向流体动力参数相等。外壳的球对称性使得该球形水质环境监测平台各向的流体动力参数相等,便于分析与计算。

其结构方案为：以球形壳机器内部为操作主体，内部用于存放核心元件与控制电路，外部由两组螺旋桨推进器组成，分别负责提供y轴与z轴方向的动力，两组螺旋桨都可以通过差速来控制机器人的运动方向。当两个横向推进器产生差速时，机器人可以在xy平面内运动；两个纵向推进器产生差速时，机器人将在xz平面内运动；当横向推进器与纵向推进器同时工作时，将产生在yz平面的运动。采用该结构可以实现该水中监测平台的各方向运动。

本发明实施例所提供的用于室外水质监测的球形水下机器人，较佳的，如图3所示，所述电路板，包括：mcu307、定位模块302、通信模块303、浊度传感器306、ph测量传感器311、人体热释传感器312、超声波传感器313、电源314、摄像头310、图传发射315、电机309和电机驱动308。所述的浊度传感器306、ph测量传感器311、定位模块302、通信模块303、人体热释传感器312和超声波传感器313分别电性连接mcu307，用于信号交换；所述电机电性连接电机驱动；mcu、摄像头、图传发射和电机驱动分别电性连接电源，用于供电。

具体的，人体热释传感器是能检测人体发射的红外线的新型高灵敏度红外探测元件，它能以非接触形式检测出人体辐射的红外线能量的变化，并将其转换成电压信号输出。将输出的电压信号加以放大后传送给mcu，其用于本发明在水面上运动向在岸边的工作人员靠近，以方便维护。超声波传感器是将超声波信号转换成其他能量信号电信号传送给mcu。超声波是振动频率高于20khz的机械波。它具有频率高、波长短、绕射现象小，特别是方向性好、能够成为射线而定向传播等特点。用于规避鱼群。浊度传感器内部是一个ir958与pt958封装的红外线对管，当光线穿过一定量的水时，光线的透过量取决于该水的污浊程度，水越污浊，透过的光就越少。光接收端把透过的光强度转换为对应的电流大小，透过的光多，电流大，反之透过的光少，电流小。通过mcu测量接收端电流的大小，就可以计算出水的污浊程度。用于检测水质。ph值传感器将实时监测到的ph数值传送给mcu。定位模块就是集成了rf射频芯片、基带芯片和核心cpu，并加上相关外围电路而组成的一个gps模块，用于实时定位，给检测的数据做位置标记。通信模块为sim900a。通过gsm网络和用户手机进行信息传输。将采集到的数据信息以手机短信301形式传送到用户手机。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述投水下机器人还包括：蓝牙模块304、图传接收316端、tft屏幕317以及终端305。

具体的，蓝牙模块与终端进行通讯。使用终端可实现工作前调试检查功能。其中，终端为手机蓝牙串口调试软件。机器图像实时传输利用rc832接收和ts832发送，岸上工作人员可根据tft屏幕了解水下情况。为了信号的传输质量。为了信号的传输质量，本发明会先浮上水面再进行视频短信号发送。

本发明实施例所提供的用于室外水质监测的球形水下机器人，较佳的，如图2所示，本发明实施例的程序工作流程包括：

a）进入调试模式201，此步利用蓝牙模块与终端进行通讯，检查各个模块的功能。

b）判断是否故障202，如正常进入c步骤否则返回b。

c）运行调试模式203。

d）执行推进和下潜初始动作204，此步骤用于本实施例进入工作区域。

e）开始读取传感器数据205，各个传感器开始读取数据，并传送给mcu进行处理。

f）开启图像传输206，开启摄像头获取图像数据。

g）巡逻区域内随机移动207，用于获取不同水域的数据。

h）检测传感器是否被触发208，传感器的数值是否达到预定值，达到则进行步骤i否则继续执行g。

i）上浮开始获取gps信号与发送短讯209，保证数据可靠的传输，执行完毕后返回步骤d。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述球形外壳由两个半球外壳组成，使得本实施例更容易装配。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述电机组的动力为两个互相垂直的电机，为本实施例灵活运动提供了保障。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述球形外壳为亚克力材质，使得本实施例的电路更便于维护。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述mcu为stm32f103芯片，其具备强大的控制能力，为本实施例的自动化提供了条件。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述通信模块为sim900a模块。使得本实施例能够可靠的像地面传送检测信息。

较佳的，本发明实施例所提供的水下机器人，所述电机为减速电机，可以为本实施例提供充足的动力。

具体的，电机采用的是压为24v，减速比为5.18的减速电机，长度为32mm，转速为482.6r/min，额定电流为0.5a，额定功率为12w，输出力矩为4kg/cm。

本发明实施例所提供的室外水质监测的球形水下机器人可使得在室外水产养殖中经济、灵活的检测水质，无需对原有鱼池进行布线等改造，针对大型室外鱼池具操作简便的优点，可适用于大范围水域，可以检测比较深的水域，且能够很好地检查鱼群的运动状况，且体型比较小，灵活性较好。此外，本发明依靠外置推进器的推进组合实现姿态调节和推进运动，动力更加充足，使其在取样或进行监测时可以保持在水中的稳定性。

本领域技术人员还可以了解到本发明实施例列出的各种说明性逻辑块（illustrativelogicalblock）、单元和步骤可以通过电子硬件、电脑软件，或两者的结合进行实现。为清楚展示硬件和软件的可替换性（interchangeability），上述的各种说明性部件（illustrativecomponents）、单元和步骤已经通用地描述了它们的功能。这样的功能是通过硬件还是软件来实现取决于特定的应用和整个装置的设计要求。本领域技术人员可以对于每种特定的应用，可以使用各种方法实现所述的功能，但这种实现不应被理解为超出本发明实施例保护的范围。

本发明实施例中所描述的各种说明性的逻辑块，或单元都可以通过通用处理器，数字信号处理器，专用集成电路（asic），或其它可编程逻辑装置，离散门或晶体管逻辑，离散硬件部件，或上述任何组合的设计来实现或操作所描述的功能。通用处理器可以为微处理器，可选地，该通用处理器也可以为任何传统的处理器、控制器、微控制器或状态机。处理器也可以通过计算装置的组合来实现，例如数字信号处理器和微处理器，多个微处理器，一个或多个微处理器联合一个数字信号处理器核，或任何其它类似的配置来实现。

本发明实施例中所描述的方法或算法的步骤可以直接嵌入硬件、处理器执行的软件模块、或者这两者的结合。软件模块可以存储于ram存储器、闪存、rom存储器、eprom存储器、eeprom存储器、寄存器、硬盘、可移动磁盘、cd-rom或本领域中其它任意形式的存储媒介中。示例性地，存储媒介可以与处理器连接，以使得处理器可以从存储媒介中读取信息，并可以向存储媒介存写信息。可选地，存储媒介还可以集成到处理器中。处理器和存储媒介可以设置于asic中，asic可以设置于用户终端中。可选地，处理器和存储媒介也可以设置于用户终端中的不同的部件中。

在一个或多个示例性的设计中，本发明实施例所描述的上述功能可以在硬件、软件、固件或这三者的任意组合来实现。如果在软件中实现，这些功能可以存储与电脑可读的媒介上，或以一个或多个指令或代码形式传输于电脑可读的媒介上。电脑可读媒介包括电脑存储媒介和便于使得让电脑程序从一个地方转移到其它地方的通信媒介。存储媒介可以是任何通用或特殊电脑可以接入访问的可用媒体。例如，这样的电脑可读媒体可以包括但不限于ram、rom、eeprom、cd-rom或其它光盘存储、磁盘存储或其它磁性存储装置，或其它任何可以用于承载或存储以指令或数据结构和其它可被通用或特殊电脑、或通用或特殊处理器读取形式的程序代码的媒介。此外，任何连接都可以被适当地定义为电脑可读媒介，例如，如果软件是从一个网站站点、服务器或其它远程资源通过一个同轴电缆、光纤电缆、双绞线、数字用户线（dsl）或以例如红外、无线和微波等无线方式传输的也被包含在所定义的电脑可读媒介中。所述的碟片（disk）和磁盘（disc）包括压缩磁盘、镭射盘、光盘、dvd、软盘和蓝光光盘，磁盘通常以磁性复制数据，而碟片通常以激光进行光学复制数据。上述的组合也可以包含在电脑可读媒介中。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。