本发明涉及一种环境监测用大数据系统。
背景技术：
现有的环境监测用大数据系统，采用固定的监测装置，成本较高，维护不便。且容易被不法分子蒙蔽监测结果。如何实现随机、随时监测，且成本较低、维护便捷的环境监测用大数据系统，是本领域的技术难题。
技术实现要素：
本发明要解决的技术问题是提供一种实现随机、随时监测，以获得可靠的环境监测数据的环境监测用大数据系统。
为解决上述技术问题，本申请采用的环境监测用大数据系统，包括：大数据监控中心、多个监测站，该大数据监控中心包括用于连接互联网的路由器，与该路由器相连的数据服务器主机、数据服务器备机、多个工作站；
所述的各监测站通过交换器连接互联网；监测站通过4g无线通讯网与无人机进行无线通信，以获得该无人机监测得到的环境数据；
所述无人机包括：中央控制单元，与该中央控制单元相连的gps模块、4g通讯模块，以及用于获取环境监测信息的摄像机、pm2.5传感器或有毒气体传感器；中央控制单元中设有存储器，该存储器中储存有多个环境监测目的地的gps信息；
当中央控制单元通过gps模块测得当前无人机到达预定的一个环境监测目的地时，则中央控制单元通过摄像机、pm2.5传感器或有毒气体传感器获取相应的当前环境监测信息，并将该当前环境监测信息通过4g通讯模块、4g无线通讯网发送至相应的监测站，由该监测站将该当前环境监测信息依次经过所述交换机、互联网、路由器发送至数据服务器主机、数据服务器备机。
所述的环境监测用大数据系统，还包括设于排涝站的泵站故障检测系统，环境监测用大数据系统通过实时监测排涝站泵站的状态，利于在洪灾或局部灾害发生时进行灵活调度、维护。
所述泵站故障检测系统包括：水泵电机信号采集处理单元和带有wifi的工控机，其中所述水泵电机信号采集处理单元包括：安装在电机传动轴上的扭矩传感器，置于各运行电机内部的温度传感器，用于检测电机工作电流的电流传感器；各传感器的输出端依次通过多选一模拟开关、ad模块与处理器模块相连，且处理器模块适于控制多选一模拟开关的通道选择，以及所述处理器模块的输出端连接一wifi无线模块；即所述水泵电机信号采集处理单元通过wifi通讯方式将相应检测数据发送至工控机。
其中，所述处理器模块例如但不限于采用mcimx6q5eym10ad嵌入式32位核心处理器；关于ad模块可以采用mcimx6q5eym10ad内置ad模块，也可以采用外置ad芯片；所述温度传感器适于采用热电偶式传感器，所述电流传感器适于采用acs712elctr-20a电流感应传感器，所述扭矩传感器例如但不限于采用jn-dnj扭矩传感器；所述多选一模拟开关例如但不限于采用74hc4051d模块；所述wifi模块例如但不限于采用risymesp8266串口无线收发模块。
所述工控机适于根据获得各数据判定当前水泵电机的工作状态，若温度、扭矩、电流数据中的一种或几种超过相应预设值，则判定本水泵电机发生故障，需要停机检查。
优选的，为了便于对各泵站的数据进行汇总管理，所述泵站故障检测系统还包括：远程数据服务器；所述工控机通过4g无线网络将数据发送至远程数据服务器或所述数据服务器主机。
所述工控机适于采用带有触摸屏的工业一体机，且带有wifi功能和串口和usb口；所述工控机适于通过usb插入4g无线上网卡托实现与远程数据服务器或所述数据服务器主机互联。
优选的，为了当检测到泵站发生故障时，能够直观的监控、查看泵站的运行状态，所述工控机还连接有用于监控水泵机组工作的视频监控装置，所述视频监控装置将数据发送至工控机；当工控机检测到至少一检测数据发送异常后，确定该异常发生时间，从该异常发生时间的前n秒开始截取视频数据进行保存，并且将该段视频数据发送至远程数据服务器或所述数据服务器主机。
其中，所述视频监控装置例如摄像头，且通过usb线与工控机相连，若是无线摄像头可以通过wifi方式与工控机相连；以及n秒可以预设为60秒以内。
通过此方式能够有效的忽略很多无关数据存储至工控机内部空间，避免存储空间被过多的占用，降低运行效率。
所述无人机还包括：与中央控制单元相连的无线遥控模块，用于与无线遥控模块进行通讯的遥控器，以及用于驱动该无人机飞行的驱动器；该驱动器包括：壳体，左、右侧飞行翼；其中，左、右侧飞行翼从壳体两侧窗口伸出；左、右侧飞行翼通过相应电磁驱动机构驱动实现扑翼动作。
进一步，所述驱动器还包括：用于连接左、右侧飞行翼的x形连动机构；所述x形连动机构包括：分别通过端部连接左、右飞行翼的两活动板，且两活动板的中部设有活动设置在一转轴上；邻近各活动板的两端均设有一永磁铁作为动磁极，且各永磁铁两磁极的连线与相应活动板垂直，且各永磁铁的两磁极分布方式相同；所述电磁驱动机构包括：用于分别与两活动板配合的两个静磁单元组；各静磁单元组包括用于分别与一活动板上的两永磁铁配合的且上、下对称设置的静磁单元；所述静磁单元包括：磁极磁芯和绕于磁极磁芯上的线圈；工作时，同一静磁单元组中，左、右相邻分布的两个静磁单元的瞬间磁极分布相反；同时，上、下相对分布的两个静磁单元瞬间磁极分布相同；各静磁单元组中，各静磁单元工作时的磁极极性同步交替变换，以使得在各活动板的两端的永磁铁上产生相反的、同步交替变换的作用力，进而使得两活动板绕所述转轴同步、反向且反复转动，即控制飞行翼动作。
进一步，所述磁极磁芯采用倾斜磁极设计，即所述磁极磁芯的与活动板上的动磁极的接触面为斜面，且动磁极与接触面接触时二者平行，且接触面上覆盖有减震垫。
进一步，作为一种优选的方案，左、右相邻分布的两个磁极磁芯通过相应磁路相连，以及两线圈异名端串联；所述壳体内还设有交变电流控制电路，即通过交变电流控制电路调节各线圈中的驱动电流的方向、脉宽和幅度。作为另一种替代方案，左、右相邻分布的两个磁极磁芯彼此独立，以及两线圈异名端串联；所述壳体内还设有交变电流控制电路，即通过交变电流控制电路调节各线圈中的驱动电流的方向、脉宽和幅度。
其次，本发明还提供了一种x形仿生驱动器的工作方法。
所述x形仿生驱动器的工作方法包括：左、右侧飞行翼从壳体两侧窗口伸出，并通过相应电磁驱动机构驱动实现扑翼动作。
进一步，本发明提供了一种无人机，其采用上述驱动器。
本发明的有益效果是，本发明与已有的公知技术相比，具有如下显著效果：
（1）本发明的环境监测用大数据系统采用无人机进行数据采集，可实时、随机采样各待监测点的环境数据；只要预设各环境监测目的地的gps信息，即可控制无人机到达相应的环境监测目的地，而无需在该地设置固定的监测仪器，大幅节省了监测成本，方便了维护；避免了固定设置的监测仪器易被人恶意修改参数或人为损坏，或人为蒙骗的情况，确保了监测的随机性、实时性和可靠性。
（2）本发明采用的无人机，从结构特点上看充分利用了电磁铁有效资源，动磁极与作用它的电磁极的空气隙接近零，理论值作用力趋于无穷大（电磁力与8乘以空气隙的平方成反比），这时动磁极将获得最大的排斥力离开电磁极；因此使用较小的电流就能获得较大的作用力；从另一个角度看，当动磁极受排斥作用离开电磁极后排斥力虽然减小，但是又受到对过磁极的吸力作用而迅速移动到吸力磁极，而本发明每次作用都充分利用两个磁极，因此具有较高的工作效率，获得更大输出功率。本发明的x形仿生驱动器及其工作方法与传统方式不同的电磁振动结构，利用电磁驱动特性，充分挖掘动力资源，提高能源利用率，以及提高承载能力的基础上减轻装置的重量，以提高小型和超小型仿生飞行器续航能力；本发明采用的技术方案，合理设计磁极，合理运用磁极资源，优化固定磁极和运动磁极的结构组合，使利用较小的电力资源达到驱动力的最大化，从而使飞行器在有限能源的基础上远距离飞行。本x形仿生驱动器，其动磁极无论在那个位置，在移动的过程中，开始移动和结束移动之前都可以获得最大的作用力，使得运动过程比利用电机旋转通过偏心轮变成往复运动更合理，更节省能源，结构也更简单，而对比文件通过传动机构作用。
（3）本x形仿生驱动器能在驱动电流较小的情况下就能够获得很大的推进力，减少了电感线圈的充放电时间，因此可以实现更高频率的往复运动，更接近昆虫的扑翼频率。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1a是本发明的环境监测用大数据系统的结构示意图；
图1b是本发明的泵站故障检测系统的结构示意图；
图1c是本发明的x形仿生驱动器的结构示意图；
图2是本发明的磁极磁芯及磁路的立体图；
图3是本发明的活动板的结构示图；
图4是本发明的活动板的侧面视图；
图5是本发明的左、右侧飞行翼分别对应的静磁单元布置示意图；
图6是对应图1中x形仿生驱动器在a-a位置的剖面视图；
图7（a）和图7（b）分别是活动板向上或向下活动示意图；
图8是实施例3的无人机用生驱动器的结构示意图；
图9（a）和图9（b）分别是是实施例1中的活动板的两活动位置的示意图；
图10是实施例1的无人机的电路框图；
图中：壳体1、窗口101、飞行翼2、x形连动机构3、活动板301、转轴302、永磁铁303、静磁单元4、磁极磁芯401、线圈402、磁路403、减震垫5。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
实施例1
如图1a所示，本实施例的环境监测用大数据系统，包括：大数据监控中心、多个监测站，该大数据监控中心包括用于连接互联网的路由器，与该路由器相连的数据服务器主机、数据服务器备机、多个工作站；所述的各监测站通过交换器连接互联网；监测站通过4g无线通讯网与无人机进行无线通信，以获得该无人机监测得到的环境数据（优选地，监测站与4g无线通讯网还可设置防火墙，以确保可靠性）。
所述无人机包括：中央控制单元，与该中央控制单元相连的gps模块、4g通讯模块，以及用于获取环境监测信息的摄像机、pm2.5传感器或有毒气体传感器；中央控制单元中设有存储器，该存储器中储存有多个环境监测目的地的gps信息；
当中央控制单元通过gps模块测得当前无人机到达预定的一个环境监测目的地时，则中央控制单元通过摄像机、pm2.5传感器（优选武汉四方光电科技有限公司生产的pm2.5传感器）或有毒气体传感器（优选如专利文献cn102116751a，或cn205301287u，或cn104614492a公开的毒气体传感器）获取相应的当前环境监测信息，并将该当前环境监测信息通过4g通讯模块、4g无线通讯网发送至相应的监测站，由该监测站将该当前环境监测信息依次经过所述交换机、互联网、路由器发送至数据服务器主机、数据服务器备机。
如图10所示，本实施例的无人机还包括：与中央控制单元相连的无线遥控模块、高度传感器、速度传感器、摄像机、陀螺仪、雷达探测器、交变电流控制电路、以及用于与无线遥控模块进行通讯的遥控器；中央控制单元中存储有禁飞区的gps信息。
此外，在无人机正常飞行时，中央控制单元通过雷达探测器探测前方是否存在障碍，若存在障碍，则根据障碍物的大小、移动状态等自动避开（包括调整飞行高度、和/或左右避让方式，和/或悬停等方式）。
无线遥控模块选用wifi模块，或zigbee模块，中央控制单元采用arm处理器或单片机，或骁龙801处理器。
如图1c所示，上述无人机用生驱动器，包括：壳体1，左、右侧飞行翼2；其中左、右侧飞行翼2从壳体1两侧窗口101伸出；以及左、右侧飞行翼2通过相应电磁驱动机构驱动实现扑翼动作。
其中，窗口101的开口宽度不阻碍飞行翼2的上下运动。
如图2至图6所示，所述驱动器还包括：用于连接左、右侧飞行翼2的x形连动机构3；所述x形连动机构3包括：分别连接左、右飞行翼2的活动板301，且两活动板301的中部活动设于一转轴302上；以及位于一活动板301的两端均设有一永磁铁303作为动磁极，且两侧永磁铁303的磁极分布方式相同（图例为上方s极，下方n极）；如图1c、3至6，所述电磁驱动机构包括：用于分别与两活动板配合的两个静磁单元组；各静磁单元组包括用于分别与相应活动板上的两永磁铁303配合的且上、下对称设置的静磁单元4；所述静磁单元4包括左、右对称设置的磁极磁芯401和绕于磁极磁芯401的线圈402，即磁极磁芯401与对应的线圈402构成一静磁极，因此，本x形仿生驱动器具有八个静磁极，其中左、右分布的磁极磁芯401通过相应磁路403相连，以及两线圈402异名端串联；当上、下分布的静磁单元4同时输入同向线圈402驱动电流时，其对应的同一静磁单元组中的左、右分布的磁极均产生相反磁场，以使活动板301的两侧永磁铁303分别产生相吸、相斥，进而实现活动板301绕转轴302转动，即控制飞行翼2动作。
其中，所述活动板301例如采用塑料结构件，也可采用非磁性金属如铜、铝、镁及其合金等；所述磁路403采用坡莫合金板粘结而成。其他可选的方案是：永磁铁303与磁路403为一体件。
所述磁极磁芯401采用倾斜磁极设计，即与活动板301的接触面为斜面，且接触面覆盖有减震垫5（优选橡胶垫、硅胶垫或弹簧）。本x形仿生驱动器采用倾斜磁极和移动磁极的结构设计，在不干涉移动运动的情况下获得最大电磁力，又可以让移动磁极有较大的转角，使飞行翼2获得较大的展幅。实现大幅度仿生翼的驱动。
所述壳体1内设有上述交变电流控制电路，即通过交变电流控制电路调节线圈402驱动电流的方向、脉宽和幅度；其中，交变电流控制电路包括开关驱动电路，以及用于产生pwm信号的处理器模块，所述pwm信号通过开关驱动电路进行放大，以控制x形仿生驱动器的飞行功率输出。
一种无人机，其采用上述驱动器。
实施例2
如图1c至图6所示，在实施例1基础上，本实施例2存在如下变型：
一种无人机的x形仿生驱动器的工作方法，其中左、右侧飞行翼2从壳体1两侧窗口101伸出，并通过相应电磁驱动机构驱动实现扑翼动作。
所述x形仿生驱动器还包括：用于连接左、右侧飞行翼2的x形连动机构3；所述x形连动机构3包括：分别连接左、右飞行翼2的活动板301，且两活动板301的中部设有一转轴302；以及位于一活动板301的两侧均设有一永磁铁303作为动磁极，且两侧永磁铁303的磁极相同；所述电磁驱动机构包括：与两永磁铁303配合的且上、下对称设置的静磁单元4；所述静磁单元4包括左、右对称设置的磁极磁芯401和绕于磁极磁芯401的线圈402，即构成静磁极，其中左、右分布的磁极磁芯401通过相应磁路403相连，以及两线圈402异名端串联；当上、下静磁单元4同时输入同向线圈402驱动电流时，其对应的左、右分布的磁极均产生相反磁场，以使活动板301的两侧永磁铁303分别产生相吸、相斥，进而实现活动板301绕转轴302转动，即控制飞行翼2动作。
所述壳体内还设有交变电流控制电路，即通过交变电流控制电路调节线圈驱动电流的方向、脉宽和幅度。
本x形仿生驱动器及其工作方法的工作原理如下：
对于一侧飞行翼对应的静磁单元4的线圈402通入正向电流，如图7（a）所示，此时无论初始状态动磁极在什么位置（如虚线表示的活动板301）都会因为磁极磁芯a的吸引作用和磁极磁芯b的排斥作用而停留在图7（a）所示的位置上（实线表示的活动板301）；
更进一步地，将线圈402通入反向电流，如图7（b）所示，由于磁极磁芯b的吸引作用和磁极磁芯a的排斥作用,动磁极将从如虚线表示的活动板位置离开磁极磁芯a，即停留在图7（b）所示的位置上（实线表示的活动板301）；
若在线圈402上加上交变电流，定磁极就会周而复始的上下运动，驱动飞行翼2上下振动，进而实现仿生飞行。
实施例3
在实施例1或2的基础上，本实施例具有如下变型：
如图8，左、右相邻分布的两个磁极磁芯彼此独立，以及两线圈异名端串联；所述壳体内还设有交变电流控制电路，即通过交变电流控制电路调节各线圈中的驱动电流的方向、脉宽和幅度。
实施例4
在实施例1至3之一的基础上，本实施例具有如下变型：
如图1b，所述的环境监测用大数据系统，还包括设于排涝站的泵站故障检测系统，泵站故障检测系统包括：水泵电机信号采集处理单元和带有wifi的工控机，其中所述水泵电机信号采集处理单元包括：安装在电机传动轴上的扭矩传感器，置于各运行电机内部的温度传感器，用于检测电机工作电流的电流传感器；各传感器的输出端依次通过多选一模拟开关、ad模块与处理器模块相连，且处理器模块适于控制多选一模拟开关的通道选择，以及所述处理器模块的输出端连接一wifi无线模块；即所述水泵电机信号采集处理单元通过wifi通讯方式将相应检测数据发送至工控机。
其中，所述处理器模块例如但不限于采用mcimx6q5eym10ad嵌入式32位核心处理器；关于ad模块可以采用mcimx6q5eym10ad内置ad模块，也可以采用外置ad芯片；所述温度传感器适于采用热电偶式传感器，所述电流传感器适于采用acs712elctr-20a电流感应传感器，所述扭矩传感器例如但不限于采用jn-dnj扭矩传感器；所述多选一模拟开关例如但不限于采用74hc4051d模块；所述wifi模块例如但不限于采用risymesp8266串口无线收发模块。
所述工控机适于根据获得各数据判定当前水泵电机的工作状态，若温度、扭矩、电流数据中的一种或几种超过相应预设值，则判定本水泵电机发生故障，需要停机检查。
优选的，为了便于对各泵站的数据进行汇总管理，所述泵站故障检测系统还包括：远程数据服务器；所述工控机通过4g无线网络将数据发送至远程数据服务器或所述数据服务器主机。
所述工控机适于采用带有触摸屏的工业一体机，且带有wifi功能和串口和usb口；所述工控机适于通过usb插入4g无线上网卡托实现与远程数据服务器或所述数据服务器主机互联。
优选的，为了当检测到泵站发生故障时，能够直观的监控、查看泵站的运行状态，所述工控机还连接有用于监控水泵机组工作的视频监控装置，所述视频监控装置将数据发送至工控机；当工控机检测到至少一检测数据发送异常后，确定该异常发生时间，从该异常发生时间的前n秒开始截取视频数据进行保存，并且将该段视频数据发送至远程数据服务器或所述数据服务器主机。
其中，所述视频监控装置例如摄像头，且通过usb线与工控机相连，若是无线摄像头可以通过wifi方式与工控机相连；以及n秒可以预设为60秒以内。
通过此方式能够有效的忽略很多无关数据存储至工控机内部空间，避免存储空间被过多的占用，降低运行效率。
上述泵站故障检测系统适于通过实时采集的水泵电机扭矩、温度和电流数据，对泵站的运行数据进行实时监控，并且在故障后，为故障分析提供必要的数据支持；以及本泵站故障检测系统还结合视频监控功能，能够更加直观的查看泵站的运行状态。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。