一种具有水质检测及垃圾收集功能的无人船的制作方法

本实用新型涉及河流、湖泊的远程控制技术领域，特别是一种具有水质检测及垃圾收集功能的无人船。

背景技术：

水是人类文明的发源地，是人类必不可缺的元素，与人们的日常生活息息相关，但随着社会经济的发展，工业废水排放、农药的滥用等对水体的污染已经日益加剧，水域的污染必然导致人民的健康受到威胁。

面对水域可能受到污染的情况，我们有必要对水质定期进行检测，对于面积巨大的水源地，人工检测费时费力，对于一些环境比较恶劣的水源地，检测人员也存在人身安全；同时，水面漂浮垃圾也是水域污染的一个主要原因，目前水面垃圾清理仍然以劳动密集性为主，大多数清理人采用人工打捞的方式，这种作业方式劳动强度大、工作环境恶劣、人身安全没有保障，不仅清理难度大，且综合成本高，效率极低。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的问题，本实用新型提供一种自动化程度高、数据准确性更高、使用便捷、安全性高、能够自动检测水质且能够独立完成水面垃圾清理的无人船。

一种具有水质检测及垃圾收集功能的无人船，包括船体；所述的船体包括控制舱室及垃圾舱室；所述的控制舱室的侧面设置有船桨；所述的控制舱室的后侧设置有尾舵。

所述的控制舱室内设置有核心电路板、船体驱动单元、船体避障单元、水质检测单元及用于与地面监测站进行信息交互的通信单元；所述的船体避障单元包括与核心电路板连接的超声波测距装置。

所述的船体驱动单元包括均与核心电路板连接的定位装置及自驾仪，还包括均与自驾仪连接的电机及舵机；所述的电机通过电子调速器与自驾仪连接；所述的电机的输出端与船桨连接；所述的舵机的输出端与尾舵连接。

所述的水质检测单元包括检测电路板，还包括均与检测电路板连接的温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、溶解性总固体物质测定装置、水位传感器、雨滴传感器及浊度传感器。

所述的通信单元分别与核心电路板、检测电路板及收集电路板连接。

作为优选，所述的控制舱室内还设置垃圾收集单元；所述的垃圾收集单元包括与垃圾舱室连接的收集电路板；所述的垃圾舱室在靠近船头的方向设置有垃圾入口；所述的垃圾入口的一侧设置有与收集电路板连接的红外线发射管，其另一侧设置有与收集电路板连接的红外线接收头。

作为优选，所述的垃圾入口的前方设置有滚轴装置；所述的滚轴装置的两端与控制舱室或垃圾舱室连接。

作为优选，所述的垃圾舱室的底板上设置有过滤孔。

作为优选，所述的通信单元包括2.4g无线模块、GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块；所述的2.4g无线模块与核心电路板连接；所述的核心电路板、检测电路板及收集电路板分别与GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块连接；所述的GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块均通过继电器与核心电路板、检测电路板及收集电路板连接。

作为优选，所述的控制舱室内还设置有分别与船体驱动单元、船体避障单元、水质检测单元、垃圾收集单元及通信单元连接的供电模块及存储模块。

作为优选，所述的供电模块包括蓄电池及太阳能电池板；所述的太阳能电池板通过充放电板与蓄电池连接；所述的太阳能电池板位于控制舱室上和/或垃圾舱室上。

作为优选，所述的船体上设置有分别与核心电路板及供电模块连接的照明灯及摄像头。

作为优选，所述的摄像头为IP摄像头。

作为优选，所述的核心电路板、检测电路板及收集电路板均采用型号为Mega2560的电路板。

与现有技术相比，本实用新型具有以下有益效果:

1)通过船体驱动单元、船体避障单元、水质检测单元及垃圾收集单元的配合使用，使得水质监测及垃圾清理省时省力，清理过程及检测过程只需要工作人员远程操控即可，方便快捷，避免了人工检测或打捞造成的危险性及资源的浪费；

2)船体驱动单元与船体避障单元的配合使用，使得船体航行路线的定位效果得到大幅度提升，偏离范围小于50厘米，由此使得无人船操控的操作性更强，避免发生无人船失控的情况；

3)通过垃圾收集单元与垃圾舱室的配合使用，使得水面有垃圾漂浮时，可直接操控无人船将垃圾收集进收集仓，当红外接收头检测到收集仓的垃圾容量达到最大值时，地面监测站可以收到垃圾收集单元发出的警告信息，及时将无人船召回；

4)本实用新型自动化程度高，采集的数据准确，使用便捷，安全性高，能够自动检测水质且能够独立完成水面垃圾清理，可用于预测、水域勘测、垃圾清理、安防巡逻等，适于在中小型鱼塘养殖场、水库、景区等对水域的水质环境监测需求及水面垃圾清理的场所推广使用。

附图说明

图1为实施例的结构示意图。

图2为实施例的结构框图。

其中，1-控制舱室，2-滚轴装置，3-照明灯，4-垃圾入口，5-超声波测距装置，6-摄像头，7-太阳能电池板，8-信号增益天线，9-垃圾舱室，10-定位装置。

具体实施方式

下面结合具体实施方式对本实用新型作进一步的说明。其中，附图仅用于示例性说明，表示的仅是示意图，而非实物图，不能理解为对本专利的限制；为了更好地说明本实用新型的实施例，附图某些部件会有省略、放大或缩小，并不代表实际产品的尺寸；对本领域技术人员来说，附图中某些公知结构及其说明可能省略是可以理解的。

本实用新型实施例的附图中相同或相似的标号对应相同或相似的部件；在本实用新型的描述中，需要理解的是，若有术语“上”、“下”、“左”、“右”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的单元或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此附图中描述位置关系的用语仅用于示例性说明，不能理解为对本专利的限制，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。

实施例

如图1、2所示，一种具有水质检测及垃圾收集功能的无人船，包括船体；船体包括控制舱室及垃圾舱室；控制舱室的侧面设置有船桨；控制舱室的后侧设置有尾舵。本实施例中，垃圾舱室的底板上设置有便于将垃圾中的水过滤掉的过滤孔；船体上设置有分别与核心电路板及供电模块连接的照明灯及摄像头，摄像头用于拍摄水面的情况，所拍摄的画面传送至地面监测站后，操控人员可以根据拍摄的情况决定下一步的运行步骤，如改变航向、开始清理垃圾或结束清理垃圾等；其中，摄像头可以但不仅限于为IP摄像头，由此可以利用IP摄像头与搭建的WiFi网络组网，并通过无线网络通道传输无人船第一视觉的视频信息，IP摄像头采集到的数据会在地面监测站的视频界面实时显示，方便研究人员或用户等实时了解水面的情况及船体航行的周围环境。

控制舱室内设置有核心电路板、船体驱动单元、船体避障单元、水质检测单元、垃圾收集单元及用于与地面监测站进行信息交互的通信单元。本实施例中，控制舱室内还设置垃圾收集单元；控制舱室内还设置有分别与船体驱动单元、船体避障单元、水质检测单元、垃圾收集单元及通信单元连接的供电模块及存储模块，供电模块用于为无人船上所有的电子设备供电，存储模块可以但不仅限于为外部存储器，用于存储无人船的配置数据、缓存文件、位置信息以及与该位置对应的时间信息、检测数据等，便于在后期进行数据查询或无人船损毁后及时了解到相关信息。

本实施例中，核心电路板、检测电路板及收集电路板均为型号为Mega2560的电路板。

本实施例中，供电模块包括蓄电池及太阳能电池板；太阳能电池板通过充放电板与蓄电池连接，太阳能电池板安装简单，具有防水效果，可以将太阳光能转换为电能，为蓄电池充电，解决无人船供电问题；太阳能电池板位于控制舱室上和/或垃圾舱室上。

船体避障单元包括与核心电路板连接的超声波测距装置，超声波测距装置位于船体的侧面且数量为2个以上；当超声波测距装置监测到障碍物时，核心电路板的处理器通过调整PWM值改变船桨转动的速度，同时依据四方位的避障策略智能地及时做出避让，由此避免无人船在高速航行时，撞击障碍物造成船体损伤。本实施例中，超声波测距装置为4个，分别位于船体的前侧、后侧、左侧及右侧。

船体驱动单元包括均与核心电路板连接的定位装置及自驾仪，还包括均与自驾仪连接的电机及舵机；电机通过电子调速器与自驾仪连接；电机的输出端与船桨连接；舵机的输出端与尾舵连接；由此使得船体航行路线的定位效果得到大幅度提升，偏离范围小于50厘米，由此使得无人船操控的操作性更强，避免发生无人船失控的情况。

水质检测单元包括检测电路板，还包括均与检测电路板连接的温度传感器、pH传感器、溶解氧传感器、溶解性总固体物质测定装置、水位传感器、雨滴传感器及浊度传感器；上述的多种传感器检测并获取数据后，通过TCP/IP协议将各项数值上传至云服务器，然后后期可以通过数据抓包，结合水质环境评价的方法绘制成曲线图、热点图实时显示在各个人机界面。

本实施例中，垃圾收集单元包括与垃圾舱室连接的收集电路板；垃圾舱室在靠近船头的方向设置有垃圾入口；垃圾入口的一侧设置有与收集电路板连接的红外线发射管，其另一侧设置有与收集电路板连接的红外线接收头；垃圾入口的前方设置有滚轴装置，在水中阻力的作用下，滚轴装置持续转动，当有垃圾贴合滚轴装置时，即可通过转轴装置将垃圾通过垃圾入口卷入垃圾舱室中；滚轴装置的两端与控制舱室或垃圾舱室连接。

通信单元分别与核心电路板、检测电路板及收集电路板连接。本实施例中，通信单元包括2.4g无线模块、GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块；2.4g无线模块与核心电路板连接；核心电路板、检测电路板及收集电路板分别与GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块连接；GPRS信号收发模块、3DR数传模块及WiFi信号收发模块均通过继电器与核心电路板、检测电路板及收集电路板连接；通过硬件集成化，3DR数传模块、WiFi信号收发模块、GPRS信号收发模块采用模块化制作，方便更换，3DR数传模块、WiFi信号收发模块、GPRS信号收发模块集成在PCB板上，通过远程操控继电器，直接切换选取适合当前水域的远程通信方式；通过装有信号增益天线的3DR数传模块，其远程通信最大传输距离为2KM；GPRS信号收发模块为无限距离远程通信；无人船与地面检测站进行无线远程通信连接后，可在地面监测站的界面实时显示当前航行的运动轨迹、GPS定位信息、航向等。

以上所述仅为本实用新型的优选实施例，实施例用于理解实用新型的结构、功能和效果，并不用于限制本实用新型的保护范围。本实用新型可以有各种更改和变化，凡在本实用新型的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。