示，遥控器通过ZigBee网络与CC2530模块连接，CC2530模块与动 力输出模块连接;如此可W实现:通过操作遥控器来控制动力输出模块的左电机和右电机， 进而实现对船体行驶方向的控制；另一方面，CC2530模块与控制节点中的CC2530节点交互， 实现对执行器的控制。巧光法溶解氧传感器通过RS485总线与GPRS模块连接，通过GPRS模块 将检测的水质溶解氧和水溫信息发送给服务器。GPS定位模块通过RS485总线与GPRS模块连 接，通过GPRS模块将船体的位置信息（包括经缔度和磁北方向角）发送给服务器。抑传感器 与抑变送器连接，抑变送器通过RS485总线与GPRS模块连接，通过GPRS模块将检测的水质抑 值发送给服务器。电源模块给测量装置的各模块供电。另外，还可W根据需要设置移动设备 客户端与服务器连接。GPRS模块与服务器之间、服务器与客户端之间都是通过TCP/IP协议 进行数据交互。
[0050] 如图3所示，利用本发明的监控系统进行水质监控与调节的方法如下：
[0051] 步骤1，将执行器在水中合适的位置布置好；
[0052] 步骤2,手动控制遥控器，使得测量船沿水域行驶一圈，在行驶过程中确定若干个 监测的目标点，同时将目标点的位置信息记录下来并上传到服务器；
[0053] 步骤3,服务器根据测量船当前位置信息控制测量船的行驶方向，使得测量船向靠 近第i个目标点的方向航行，具体实现如下：
[0054] GPS定位模块接收的是推荐最小定位信息(RMC)和地面速度信息(VTG)。其中，RMC 用于获取经缔度，VTG用于获取速度和方向。因为水塘面积有限，所W可W把球面近似成平 面，当确定目标点后，就需要根据当前点（当前的位置)与目标点计算出直线距离和方向角， 再与当前船头磁北方向角对比求出转向角。
[0061]上式（1)至（3)中，a为当前点与目标点的缔度差，b为当前点与目标点的经度差，
[0化5] 兩占巧祀唐的管/A井责.
[0056] (1)
[0化7]
[0化引 [0化9] 说
[0060] LATl当前点的缔度、LAT2为目标点的缔度，X、Y分别为两点间直线距离在缔线和经线上的 投影。
[0062] 计算出驶向第i个目标点的直线路径，通过控制CC2530模块，进而控制动力输出模 块的左电机和右电机W调整测量船的行驶方向，使得测量船自动驶向第i个目标点；其中，i =1，2，3-'N，N为设置的目标点的个数；
[0063] 步骤4,延时10秒后再次执行步骤3;
[0064] 步骤5，重复步骤4直至测量船自动到达第i个目标点；
[0065] 步骤6，停止行驶，进行水质监测，具体实施如下：
[0066] 控制传动装置下放传感器组至水下较浅的深度，例如水下30cm，等待一分钟后开 始采集水质参数;半分钟后下放传感器组至水下较深的深度，例如水下1.2米，等待一分钟 后采集水质参数，测量完毕后收回传感器组；
[0067] 步骤7,将步骤6中监测的水质参数上传至服务器，服务器根据水质参数进行水质 调控;具体实现如下：
[0068] 服务器将接收的水质参数与预先设定值进行比较，发出控制命令给CC2530模块， CC2530模块与控制节点中的CC2530节点交互，进而由CC2530节点控制附近的执行器产生动 作。
[0069] 例如:在上层水溫过高时，抽水累与排水累用于向池中补水控制上层水溫，在酸碱 度(pH值)偏高时，抽水累与排水累用于换水;在溶解氧含量过低时，通过水车式增氧机增强 上下层对流，提高下层溶氧量，通过叶轮式增氧机进行水域内大面积增氧。
[0070] 步骤8，重复步骤3至7，依次测量剩余目标点。
[0071] -轮测量完成后，切断动力，利用薄膜太阳能进行充电。检测电池电压，在下一轮 测量前能达到要求则正常运行，如果没有充满，则顺延半小时后再检测直至达到电压要求。 一般情况，电池的续航能力足W保证船体巡航一圈，如果出现中途没电，太阳能控制器会自 动切断负载对电池进行充电，充满后连接负载。
[0072] 如图4所示，为测量船学习轨迹导航路线的一个实施例，共设置了N=12个监测目 标点，各个目标点之间距离为50米左右，服务器记录下各个目标点的经缔度信息后，按照顺 序依次规划导航路径对测量船进行自动导航与修正方向。
[0073] 如图5所示，为本发明客户端的一个手机客户端实施例的操作界面，客户端作为远 程遥控器控制测量船运动，界面中高速、中速、低速按键控制船速，前进、后退、左转、右转按 键控制船的运动方向。通常，前进和后退选择中高速，左右转时选择低速。通过手机客户端， 用户可W随时随地与服务器交互，进而监测水质情况，可W控制测量船的运动轨迹，也可 W强制打开或关闭测量船附近执行器，通过界面中的启动和停止按键控制执行器的开关。
[0074] 如图6所示，为测量船动力输出驱动电路原理图，选用WL298N双H桥直流电机驱动 忍片来驱动电机。其中INl、IN2为左电机驱动信号输入，IN3JN4为右电机驱动信号输入， ENA、ENB为输入信号使能端，0UTU0UT2为左电机驱动输出信号，0UT3、0UT4为右电机驱动输 出信号，VSS接巧V为驱动板供电，VS接12V作为电机的驱动电压。IN1、IN2、IN3、IM、ENA、ENB 一端分别与 CC2530 的 P0.4、P0.5、P0.6、P0.7、P1.0、P1.1相连，IN1、IN2、IN3、IM、ENA、ENB的 另一端分别与L298N的IN1、IN2、IN3、IN4、ENA、ENB对应连接;左电机和右电机的驱动输出信 号抓T1、0UT2、0UT3、0UT4分别从L298N的输出端口抓T1、0UT2、0UT3、0UT4引出来，通过控制 PO.4、P0.5来确定左电机方向，如PO.4为高电平，PO.5为低电平则左电机正转，PO.4为低电 平，PO. 5为高电平则左电机反转。通过Pl. 0输出模拟PWM信号来调节左电机转速，右电机控 制过程同前述左电机的控制过程一致。
[0075] W上所述仅用于描述本发明的技术方案和具体实施例，并不用于限定本发明的保 护范围，应当理解，在不违背本发明实质内容和精神的前提下，所作任何修改、改进或等同 替换等都将落入本发明的保护范围内。
【主权项】
1. 一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特征在于，包括:测量船、 服务器以及执行装置； 所述测量船包括船体、以及设置在船体上的测量装置，所述测量装置一方面测量水质 参数和船体的位置信息、所述测量装置另一方面和服务器进行交互； 所述服务器根据所述测量装置上传的信息来控制船体移动以及控制调节水质； 所述执行装置与所述测量装置交互，所述执行装置用于调节水质。2. 根据权利要求1所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，所述测量装置包括:控制模块、信息采集模块、动力输出模块以及电源模块;所述信 息采集模块、所述动力输出模块均与所述控制模块相连，所述电源模块为控制模块、信息采 集模块、动力输出模块供电。3. 根据权利要求2所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，所述信息采集模块包括水质监测模块、GPS定位模块以及电子罗盘，所述水质监测 模块、所述GPS定位模块以及所述电子罗盘均与所述控制模块相连。4. 根据权利要求2所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，所述动力输出模块包括:驱动电路、左电机、右电机、传动装置;所述驱动电路分别 与控制模块、左电机、右电机以及传动装置相连接;所述传动装置为直流电机。5. 根据权利要求3所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，所述控制模块包括GPRS模块和CC2530模块;所述GPRS模块和CC2530模块相连;所述 电源模块包括两组锂电池;所述水质监测模块包括:pH传感器、荧光法溶解氧传感器、水位 传感器。6. 根据权利要求1所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，所述执行装置包括控制节点和执行器，所述执行器包括抽水栗、排水栗、水车式增 氧机以及叶轮式增氧机;所述控制节点由CC2530控制芯片、中间继电器和接触器构成。7. 根据权利要求1所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，还包括遥控器，所述遥控器用于控制测量船的首次轨迹以及设定目标点。8. 根据权利要求1所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，还包括设置在船体顶部的薄膜太阳能。9. 根据权利要求1所述的一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统，其特 征在于，还包括与所述服务器交互的移动设备客户端。
【专利摘要】本实用新型公开了一种自学习轨迹导航游弋式水质多参数远程监控系统及方法，属于水产养殖技术领域。包括：船体、位于船体上的测量装置、执行装置以及服务器；利用GPS定位模块准确测量船体的位置信息，通过服务器记录船体的运动轨迹和测量目标点，实现在现场手动遥控示范路线后船体可学习该路线并按照此航线自动导航，在目标点自动停泊测量，远程无线传输水温、溶氧值、酸碱度(PH值)、水位等水质参数，服务器依据测量参数来控制执行装置实现水质调节，同时用户可以通过手机客户端实时监测测量船的运行位置和水质参数数据，可以发送控制指令控制测量船附近控制节点动作，也可以修正测量船的运动轨迹。该水质远程监控系统成本低、机动性高、测量范围广。
【IPC分类】G01D21/02
【公开号】CN205317239
【申请号】CN201520977086
【发明人】刘星桥, 管云霞, 陈海磊
【申请人】江苏大学
【公开日】2016年6月15日
【申请日】2015年11月30日