专利名称：一种移动型水体在线综合监测浮标的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种水体监测设备，尤其涉及一种移动型水体在线综合监测浮标。
背景技术：
为了保护水体环境，实现水环境风险预警，水体的在线监测必不可少。目前对水体 监测使用的浮标一般采用固定式，如果需要多点位的监测则需要采用多个浮标。现有浮标 一般只能固定在某一位置上，监测范围有限，效率低，不能有效监测广阔水域的水环境水质 特征。若采用多个浮标组网式监测，则大大增加了监测系统的成本。另外，现有浮标一般仅 实现特定的水体在线监测功能，如水质在线监测、蓝藻在线监测等，系统的开放性差，测试 指标较为单一，不能满足符合多样化的用户需求。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种移动型水体在线综合监测浮 标。本发明为能自供动力，实时在线，游动路径、目标区域智能可控、监测功能可扩展的移动 型水体在线综合监测浮标。本发明可放置在各种天然或人工水体中，实时在线监测水体的 综合指标，并将监测的相关数据传输到远程监控系统，实现水体在线综合监测；根据远程监 控系统的目标指定，浮标能够智能规划运动轨迹、调节方向，并在运动过程中不断自主修正 运动轨迹及方向，实现智能自控移动。 本发明的目的是通过以下技术方案来实现的一种移动型水体在线综合监测浮 标，它主要由太阳能板安装台、载体和动力结构安装区组成；所述太阳能板安装台、载体、动 力结构安装区一体形成。 进一步地，所述太阳能板安装台为棱台结构体，该棱台结构体的各个侧面分别安 装有平板式太阳能板。所述平板式太阳能板通过太阳能板电缆与太阳能蓄电池相连；太阳 能板安装台的上部安装信标灯、微型气象站和GPRS天线。 进一步地，所述载体中空并填充有密度比水小的固体材料。载体内布置有水密仓 及若干个水体监测传感器安装孔洞。监测传感器安装在水体监测传感器安装孔洞内并用传 感器安装紧固件固定。水密仓内安装太阳能蓄电池和电路板。所述电路板包括电源管理模 块、嵌入式计算机、动力控制驱动板、传感器调理及模数转换电路模块、GPS模块和GPRS模 块。所述电源管理模块、嵌入式计算机、动力控制驱动板、传感器调理及模数转换电路模块、 GPS模块和GPRS模块之间通过综合数据线相连，且分别通过电源线与太阳能蓄电池相连。 所述监测传感器包括水质监测综合传感器、水力学监测综合传感器、水体浮游植物监测传 感器和鱼群监测传感器。 进一步地，所述动力结构安装区中间安装动力型螺旋桨推动器，两边沿圆周安装 第一方向调节功能型螺旋桨推动器和第二方向调节功能型螺旋桨推动器。所述动力型螺旋 桨推动器、第一方向调节功能型螺旋桨推动器和第二方向调节功能型螺旋桨推动器分别与 太阳能蓄电池电连接。第一方向调节功能型螺旋桨推动器和第二方向调节功能型螺旋桨推
3动器分别与动力控制驱动板相连。
本发明的有益效果在于 1、本发明中，浮标通过定位系统、动力控制板、方向调节功能型推进器及动力型推 进器，实现智能化移动。浮标可以随时驶入设定的监测区域，应用方便灵活，操控简单。
2、本发明中，浮标具有独立自持工作能力，可以代替上述多个浮标组成的多点系 统，从而降低监测成本，特别适合于开阔水域使用。 3、本发明中，浮标的太阳能板安装台经过优化设计，为棱台结构体。采用成本较低 的平板式太阳能转换板，太阳光利用效率高。
图1为本发明移动型水体在线综合监测浮标的结构示意图；
图2为图1所示移动型水体在线综合监测浮标的剖视图；
图3为图1中太阳能板安装台的俯视图；
图4为图1中载体的俯视图；
图5为图2中水密仓的电路结构图；
图6为图1中动力结构安装区的俯视图； 图中，1、为太阳能板安装台(棱台结构体)，2、载体，3、动力结构安装区，4、为信标 灯，5、微型气象站，6、 GPRS天线，7、水密仓，8、太阳能蓄电池，9、电路板，10、太阳能板电缆， 11、电源管理模块，12、嵌入式计算机，13、动力控制驱动板(包括定向电子罗盘)，14、传感 器信号调理及模数转换板，15、GPS模块，16、GPRS模块，17、电源线，18、综合数据线(各电路 板之间进行数据传输)，19、水体监测传感器安装孔洞，20、水体监测传感器，21、传感器安装 紧固件，22、第一方向调节功能型推进器，23、第二方向调节功能型推进器，24、动力型推进 器，25、平板式太阳能板。
具体实施例方式
下面结合附图，对本发明的具体实施方式
进行描述。 本发明移动型水体在线综合监测浮标的工作原理是太阳能光电转换板将太阳能 转换成电能，存储在太阳能蓄电池中，通过电源管理模块管理以直流电形式向嵌入式计算 机、动力控制驱动板(包括定向电子罗盘)、传感器信号调理及模数转换板、GPS模块、GPRS 模块及方向调节功能型推进器、动力型推进器等提供能量。水体监测传感器及微型气象站 采集的数据可由嵌入式计算机加工处理通过GPRS无线通讯方式传送至远程监控系统。当 浮标收到远程监控系统关于浮标目标区域的位置信息后，即可由嵌入式计算机结合由GPS 模块获取的当前位置信息、电子罗盘的定向信息(地理北极位置)规划出相应的运动轨迹， 再通过动力控制驱动板(包括定向电子罗盘)驱动相应的推动器动作，并通过内部算法调 节各推动器的转速，实现浮标的全方位运动的自控。所有电能消耗都可由太阳能蓄电池提 供，无需外接电源。 如图1和图2所示，本发明的移动型水体在线综合监测浮标主要由太阳能板安装 台1、载体2、动力结构安装区3组成，所述太阳能板安装台1、载体2、动力结构安装区3 — 体形成(结构外观见图1，内部结构见图2)。
其中太阳能板安装台l(图3)根据优化设计成棱台结构体，棱台的四个侧面(本 发明图示为4个侧面的棱台，实际生产过程中根据需要可为任意多个侧面)分别安装有平 板式太阳能板25，转换的电能由太阳能板电缆10传送到太阳能蓄电池8 ;棱台的上部安装 信标灯4、微型气象站5和GPRS天线6。 载体2(图4)中空并填充有密度比水小的固体材料，如泡沫、橡胶等，以提供浮力。 载体内按重力均衡设计，布置有水密仓7及若干个水体监测传感器安装孔洞19。水体监测 传感器安装孔洞19内可视需求自由安装监测传感器20，扩展监测指标，包括水质监测综 合传感器、水力学监测综合传感器、水体浮游植物监测传感器、鱼群监测传感器等，并用传 感器安装紧固件21固定。水密仓7(图5)安装有防潮密封的遮盖，保持良好的水密性能， 以保证电路不受潮。其中包含太阳能蓄电池8、以嵌入式计算机为中心的信号处理、传输、 动力控制等的电路板9。电路板9包括电源管理模块11 (用以实现不同的日照条件下太 阳能板及蓄电池向各电路模块和推进器最佳的供电模式管理。日照条件好时太阳能板给蓄 电池充电并直接向用电模块和推进器供电，日照条件差时利用蓄电池给用电模块供电)、嵌 入式计算机12(用以实现传感器数据的加工处理及载体运动路径的规划)、动力控制驱动 板13(包括定向电子罗盘——获得当前地理北极位置信息；根据嵌入式计算机给出的控制 指令完成推进器的操纵控制)、传感器调理及模数转换(ADC-Analog to Digital Convert) 电路模块14 (用以完成传感器原始数据的数字化转换)、GPS模块15 (用以获得载体在水域 中的位置坐标)、GPRS模块16 (用以实现与远程计算机的数据交换)、电源线17 (用以完成 各电路模块的供电)以及综合数据线18(用于实现各电路板之间的数据传输)。
太阳能蓄电池储能装置8可采用北京大禾新力科技有限公司的DH120型号蓄电 池，电源管理模块11可采用北京大禾新力科技有限公司的CML08型号产品，嵌入式计算机 12可采用杭州杭州市立宇泰电子有限公司的ARMSYS2440-B型号开发板，动力控制驱动板 13可采用上海御衡信息科技有限公司的Motor2812型号驱动板，电子罗盘可采用陕西航天 长城科技有限公司的FNN-3200型号平面电子罗盘，电路模块14可采用上海御衡信息科技 有限公司的DAQ907型号模块，GPS模块15可采用加拿大马可尼公司的SUPERSTAR型号GPS 接收机，GPRS模块16可采用北京捷迈通信器材有限公司的G200型号GPRS模块，太阳能板 25可采用皇明太阳电池组件的HG-260P型号产品，但不限于此。 动力结构安装区3(图6)中间安装动力型螺旋桨推动器24，两边沿圆周安装第一、 第二方向调节功能型螺旋桨推动器22、23。三个推动器均由太阳能蓄电池提供动力，可以独 立控制进行启停，动力型螺旋桨推动器24做为主动力，两侧小推动器22、23可以推动浮标 转弯从而调节方向。工作时，嵌入式计算机根据规划的路径通过动力控制驱动板13控制第 一、第二方向调节功能型螺旋桨推动器22、23的启停和转速，调整浮标的运动方向，然后由 动力型螺旋桨推动器24驱动浮标前行。行进过程中出现偏偏离规划的路径时可由方向调 节功能型螺旋桨推动器22、23通过控制转速校正。 实际使用时，浮标远程监控系统( 一般是布置在一台带有有GPRS模块的计算机 上)数据库中建立有测量水域与该覆盖水域GPS坐标的映射关系，这种映射关系以图像的 形式作为用户接口，用户可以在图上实时监测浮标所在的位置。当需要调整目标区域时，用 户在远程监控系统的图中选定目标区域中心点，该中心点会在远程监控系统中通过上述映 射关系变换为对应的GPS数据通过GPRS发送给浮标本体的嵌入式计算机12，嵌入式计算机
5根据当前GPS数据(通过浮标载体上的GPS模块获得)、目标区域GPS数据(通过远程用户 在目标水域指定)和当前地理北极位置规划出两点间的直线路径(一般在规划路径时避免 出现孤岛等障碍物)，确定运动轨迹。运动轨迹确定后，嵌入式就算机给动力控制驱动板13 发出指令，调节两个方向调节功能型螺旋桨推动器22、23的动力，以完成运动定向。确定轨 迹和方向后，启动动力型螺旋桨推动器24使浮标运动至目标区域。在运动过程中，浮标上 的速度传感器和加速度传感器(安装在水体监测传感器安装孔洞19)实时采集数据，反馈 到嵌入式计算机13，嵌入式计算机13根据浮标当前的轨迹和方向来判断浮标是否偏离初 始设定的轨迹和方向，如果有偏移则通过动力控制驱动板13驱动调节功能型螺旋桨推动 器22、23，不断修正浮标的运动轨迹和方向。到达目标区域内后，嵌入式计算机12会向动力 控制驱动板13发出指令以关闭动力型螺旋桨推动器24，同时调节控制方向调节功能型螺 旋桨推动器22、23的转速，使浮标原地旋转，并逐渐停下，保证浮标保持在目标区域内。
上述过程中用户在远程监控系统端只需给定目标区域中心点，所有的路径规划、 目标点确认到达决策均由浮标自身完成。用户可以通过远程操作系统监测浮标位置并查看 浮标传递上来的水体信息数据。
权利要求
一种移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，它主要由太阳能板安装台(1)、载体(2)和动力结构安装区(3)组成。所述太阳能板安装台(1)、载体(2)、动力结构安装区(3)一体形成。
2. 根据权利要求1所述移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，所述太阳能板安 装台(1)为棱台结构体，该棱台结构体的各个侧面分别安装有平板式太阳能板(25)。所述 平板式太阳能板(25)通过太阳能板电缆(10)与太阳能蓄电池(8)相连；太阳能板安装台 (1)的上部安装信标灯(4)、微型气象站(5)和GPRS天线(6)。
3. 根据权利要求1所述移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，所述载体(2)中空 并填充有密度比水小的固体材料。载体(2)内布置有水密仓(7)及若干个水体监测传感器 安装孔洞(19)。监测传感器(20)安装在水体监测传感器安装孔洞(19)内，并用传感器安 装紧固件(21)固定。水密仓(7)内安装太阳能蓄电池(8)和电路板(9)。
4. 根据权利要求3所述移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，所述电路板(9)包 括电源管理模块(11)、嵌入式计算机(12)、动力控制驱动板(13)、传感器调理及模数转换 电路模块(14) 、 GPS模块(15)和GPRS模块(16)。所述电源管理模块(11)、嵌入式计算机 (12)、动力控制驱动板(13)、传感器调理及模数转换电路模块(14) 、 GPS模块(15)和GPRS 模块(16)之间通过综合数据线(18)相连，且分别通过电源线(17)与太阳能蓄电池(8)相 连。
5. 根据权利要求3所述移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，所述监测传感器 (20)包括水质监测综合传感器、水力学监测综合传感器、水体浮游植物监测传感器和鱼 群监测传感器。
6. 根据权利要求1所述移动型水体在线综合监测浮标，其特征在于，所述动力结构安 装区(3)中间安装动力型螺旋桨推动器(24)，两边沿圆周安装第一方向调节功能型螺旋桨 推动器(22)和第二方向调节功能型螺旋桨推动器(23)。所述动力型螺旋桨推动器(24)、 第一方向调节功能型螺旋桨推动器(22)和第二方向调节功能型螺旋桨推动器(23)分别与 太阳能蓄电池(8)电连接。第一方向调节功能型螺旋桨推动器(22)和第二方向调节功能 型螺旋桨推动器(23)分别与动力控制驱动板(1)相连。
全文摘要
本发明公开了一种移动型水体在线综合监测浮标，它包括太阳能板安装台、载体和动力结构安装区，通过安装在浮标上的太阳能板提供动力，载体上的传感器、通讯、动力控制模块实现数据采集及操控，并在动力安装区内安装多个独立控制的推进器单元实现定向、运动和定位。本发明的移动型水体在线综合监测浮标具有独立自持工作能力，使用方便、操控简单等技术特点。
文档编号G01N33/18GK101776676SQ201010109578
公开日2010年7月14日 申请日期2010年2月11日 优先权日2010年2月11日
发明者沈超峰, 肖溪, 陈英旭 申请人:浙江大学