一种能够自动巡航的无线水质监测系统的制作方法
【专利摘要】本发明提供了一种能够自动巡航的无线水质监测系统，该监测系统包括：船体、外轮、固定于所述船体上的水质采集控制箱、第一电机、水质传感器、巡航定位模块、第一电子罗盘，该系统通过巡航定位模块确定船体所在的水域位置，通过第一电子罗盘根据所述巡航定位模块获取的位置信号对船头方向进行调整，通过第一电机驱动外轮，使船体按照预先设定的水质参数采集点采集水质参数数据，该监测系统实现了大范围的水质监测，并提高了水质监测设备的利用率。
【专利说明】一种能够自动巡航的无线水质监测系统
【技术领域】
[0001]本发明涉及水质监控【技术领域】，具体涉及一种能够自动巡航的无线水质监测系统。
【背景技术】
[0002]水产养殖过程中的水质监测大多采用水质传感器进行定点监测，将采集装置固定在某一点，定期采集该点的水质数据，然后通过布置采集装置，从而实现对大面积的水域的水质参数监测，然后将采集到的数据进行汇总分析，得到当前的水质状况数据，达到水质监测的目的。
[0003]定点监测的方法不能够完全满足大面积的水域监测，当被监测水域的面积很大时，若布置的监测点过多时，虽然能够大量比较详细的了解整个水域的水质情况，但必然会加大设备成本；若布置的监测点较少，又不能对水质进行比较全面的监测，不能了解全局水质的变化情况，对于局部水质参数变化也很难监测。
【发明内容】
[0004](一)要解决的技术问题
[0005]本发明要解决的技术问题是:如何实现大范围的水质监测，以提高水质监测设备的利用率。
[0006](二)技术方案
[0007]为了解决上述技术问题，本发明提供一种能够自动巡航的无线水质监测系统，该监测系统包括:船体、外轮、固定于所述船体上的水质采集控制箱、第一电机和水质传感器，所述第一电机、水质传感器分别与所述水质采集控制箱相连，所述外轮与所述第一电机相连；
[0008]所述水质采集控制箱，用于对所述电机的转速和转向进行控制，所述电机带动外轮旋转，以使得所述船体能在待测水域运动；
[0009]所述水质采集控制箱，还用于对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数；
[0010]所述水质传感器，用于采集所述船体所处位置的水质参数。
[0011]优选的，所述监测系统还包括第一电子罗盘和巡航定位模块，所述第一电子罗盘和巡航定位模块均与所述水质采集控制箱相连；
[0012]所述巡航定位模块，用于获取所述船体位于所述待测水域的位置信号；
[0013]所述第一电子罗盘，用于确定所述船体的当前船头方向；
[0014]所述水质采集控制箱，还用于根据所述位置信号和当前船头方向调整所述船体的船头方向，以使得所述船体运动至下一采集点。
[0015]优选的，所述巡航定位模块包括:能量接收单元和至少三个能量发送单元，所述能量接收单元设于所述船体上，所述至少三个能量发送单元分别布设与所述待测水域中；[0016]所述能量接收单元通过接收能量发送单元的能量强度来获取所述船体位于所述待测水域的位置信号。
[0017]优选的，所述监测系统还包括电源，用于对所述的水质采集控制箱供电。
[0018]进一步的，所述电源包括太阳能电池板和蓄电池；
[0019]所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述水质采集控制箱供电。
[0020]进一步的，所述电源还包括转动机构，所述转动机构用于控制太阳能电池板的转动。
[0021]所述转动机构包括太阳能电池板固定架、第二电子罗盘、第二电机、轴承、支撑顶盘、支撑架及底座，所述第二电机与所述水质采集控制箱相连；
[0022]所述第二电子罗盘和太阳能电池板均固定于所述太阳能电池板固定架上，所述太阳能电池板固定架穿过轴承与第二电机相连，所述第二电机位于所述支撑顶盘与所述底座之间，所述支撑顶盘与所述底座支架的空隙通过所述支撑架固定，所述底座固定于所述船体上；
[0023]所述第二电机，用于使所述太阳能电池板固定架转动，以带动所述太阳能电池板和所述第二电子罗盘转动；
[0024]所述第二电子罗盘用于确定所述太阳能电池板的当前朝向；
[0025]所述水质采集控制箱还用于根据当前时间及所述太阳能电池板的当前朝向来驱动所述第二电机，以调整太阳能电池板的朝向。
[0026]优选的，所述水质采集控制箱包括控制模块、参数无线收发模块；
[0027]所述控制模块用于将所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块；
[0028]所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令。
[0029]优选的，所述外轮为设置于船体左右两侧的两个外轮，所述第一电机为两个、且与所述两个外轮一一对应连接。
[0030]优选的，所述监测系统还包括与所述水质采集控制箱相连的风速风向传感器，所述风速风向传感器设于所述船体上，所述风速风向传感器用于获取当前风速和当前风向，并将获取到的当前风速和当前风向发送至所述水质采集控制箱。
[0031](三)有益效果
[0032]本发明的上述技术方案具有如下优点:实现了大范围的水质监测，提高了水质监测设备的利用率；通过巡航定位模块，使得该监测系统能够接收定位信号，确定自身所在的水域位置，并能够根据预先设定的水质参数采集点采集该点数据。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1为本发明实施例提供的一种能够自动巡航的无线水质监测系统结构示意图；
[0034]图2为本发明实施例提供的船体自动巡航示意图；
[0035]图3为本发明实施例提供的电源结构示意图；
[0036]图4为本发明实施例提供的水质采集控制箱结构图；[0037]其中，I水质采集控制箱；2第一电子罗盘；3电源；4第一电机；5水质传感器；6风速风向传感器；7外轮；8控制模块；9参数无线收发模块；10船体；11第二电机驱动模块；12第一电机驱动模块；13太阳能电池板；14电池板固定架；15第二电子罗盘；16轴承；17支撑顶盘；18支撑架；19底座；20第二电机。
【具体实施方式】
[0038]下面结合附图，对本发明的【具体实施方式】作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。
[0039]如图1所示，本发明提供一种能够自动巡航的无线水质监测系统，该监测系统包括:船体10、外轮7、固定于所述船体上的水质米集控制箱1、第一电机4和水质传感器5,
[0040]所述第一电机、水质传感器分别与所述水质采集控制箱相连，所述外轮与所述第一电机相连；
[0041]所述水质采集控制箱，用于对所述电机的转速和转向进行控制，所述电机带动外轮旋转，以使得所述船体能在待测水域运动；所述水质采集控制箱，还用于对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数；
[0042]所述水质传感器，用于采集所述船体所处位置的水质参数，所述水质传感器信号均为电流信号，需要将电流信号转化成电压信号，然后通过AD采样转换成可读的数字信号，将读取到的二进制数的数字信号转化为实际的温度、溶解氧等可读数据。
[0043]所述第一电机与所述外轮相连，驱动外轮转动，通过正转、反转、高速、低速等状态控制所述船体的前进、后退和转向。
[0044]所述外轮为设置于船体左右两侧的两个外轮，所述第一电机为两个，且与所述两个外轮一一对应连接。其中在无风的情况下，当两个外轮同时向前转动且转速相同时，所述船体会沿着直线向前航行；当左侧外轮向前的转速比右侧外轮向前的转速快或者左侧外轮向前转动，右侧外轮向后转动时，所述船体向右航行，且速度差越大，转弯半径越小；当两个外轮同时向后转动时，所述船体向后航行；当右侧外轮转速快时，则向左后方航行；当左侧外轮转速快时，则向右后方航行。
[0045]所述监测系统还包括与所述水质采集控制箱相连的风速风向传感器6，所述风速风向传感器设于所述船体上，所述风速风向传感器用于获取当前风速和当前风向，并将获取到的当前风速和当前风向发送至所述水质采集控制箱。安装风速风向传感器，用于当外部条件恶劣不适合航行时，使船体自动靠岸，第一电机将停止运行，直至适合航行。
[0046]所述监测系统还包括第一电子罗盘2和巡航定位模块，所述第一电子罗盘和巡航定位模块均与所述水质采集控制箱相连；
[0047]所述第一电子罗盘，用于确定所述船体的当前船头方向，然后结合下一个采集点所在位置通过水质采集控制箱根据所述位置信号和当前船头方向调整所述船体的船头方向，通过对所述船体的船头方向进行调整，以便能够使船体少走弯路，能够以最短的距离到达下个采集点。
[0048]所述巡航定位模块，用于获取所述船体位于所述待测水域的位置信号；所述巡航定位模块包括:能量接收单元和至少三个能量发送单元，所述能量接收单元设于所述船体上，所述至少三个能量发送单元分别布设与所述待测水域中，所述能量接收单元通过接收能量发送单元的能量强度来获取所述船体位于所述待测水域的位置信号。
[0049]所述巡航定位模块例如为cc2431模块，cc2431是一个zigbee片上系统，使用的是基于收到的接收信号强度的定位算法，其中能量接收单元负责接收信号，能量发送单元负责发送信号，能量接收单元接收到的信号强度随船体距能量发送单元距离的远近而变化，距离越远，信号强度越弱。在空旷地域，该能量接收单元与能量发送单元的最大有效接收范围为64米，当在平面水域进行定位时，能量接收单元能够同时接收至少三个能量发送单元所发出的信号，即至少三个能量发送单元与能量接收单元的距离均不超过60米，然后根据各种信号强度的情况与至少三个能量发送单元的位置情况即可确定能量接收单元所在的位置，也就是船体所在的位置。
[0050]如图2所示，以整个水域为平面，建立坐标系，①-⑧号为固定在水域中的能量发送单元，坐标位置已确定，使得所述船体在任何位置，都能保证至少三个能量发送单元与其距离不超过60米。当需要定位时，由于各能量发送单元距离船体的距离不同，船体上能量接收单元接收到的各信号强度也不同，根据信号强度判断船体与各能量发送单元之间的距离，进而确定船体在水域中的坐标位置，通过第一电子罗盘确定所述船体的船头方向，并根据下一采集点的位置，对船头方向进行调整，使船体航行至下一水质采集点。在航行过程中，能量接收单元实时的接收信号，水质采集控制箱根据所述位置信号和当前船头方向调整通过第一电子罗盘对所述船体的船头方向进行调整，以确保船体没有偏离最近航线。
[0051]如图3所示，所述监测系统还包括电源3，用于对所述的水质采集控制箱供电。所述电源包括太阳能电池板13、蓄电池、转动机构；所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述水质采集控制箱供电；所述转动机构用于控制太阳能电池板的转动。
[0052]其中，所述转动机构包括太阳能电池板固定架14、第二电子罗盘15、第二电机20、轴承16、支撑顶盘17、支撑架18及底座19 ；
[0053]所述第二电机与所述水质采集控制箱相连；所述第二电子罗盘和太阳能电池板均固定于所述太阳能电池板固定架上，所述太阳能电池板固定架穿过轴承与第二电机相连，所述第二电机位于所述支撑顶盘与所述底座之间，所述支撑顶盘与所述底座支架的空隙通过所述支撑架固定，所述底座固定于所述船体上。当第二电机转动时可带动所述太阳能电池板固定架转动，以带动所述太阳能电池板和所述第二电子罗盘转动，通过第二电子罗盘可以确定当前太阳能电池板的当前朝向，为使太阳能电池板的发电功率最大，水质采集控制箱会根据当前时间及所述太阳能电池板的当前朝向来驱动所述第二电机，以调整太阳能电池板的朝向，当傍晚或者第二天早上时，对第二电机断电，降低第二电机的能耗。
[0054]如图4所示，所述水质采集控制箱包括控制模块8、参数无线收发模块9、第一电机驱动模块12、第二电机驱动模块11 ；
[0055]所述控制模块用于对所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块；所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令，所述上位机可以为PC客户端、手机终端等，所述第一电机驱动模块根据控制模块发出的所传船体的船头方向信号驱动第一电机；所述第二电机驱动模块根据控制模块发出的所述太阳能电池板的方向信号驱动第二电机。
[0056]其中控制模块例如为单片机、PLC、DSP等控制单元，所有数据和控制命令均由其处理，以ATmegal28A为例，其中包括时钟功能、显示功能、按键调节功能、串口发送接收数据功能、电源管理功能。时钟功能用于提供能量采集单元采集的信号；显示功能可以提供已测水域的水质参数及其他一些相关参数；按键调节功能用于调节配置一些测量过程中的一些参数，如:采集时间间隔、本地时钟设置等；通过RS232串口与参数无线收发模块相连，可以接收和发送数据给参数无线收发模块，串口也可以与上位机直接相连，直接读取存储器中的数据；控制单元可以每隔几秒钟读取一次第二电子罗盘方向的数据，水质采集控制箱会根据当前时间及所述太阳能电池板的当前朝向来驱动所述第二电机，以调整太阳能电池板的朝向，确保太阳能电池板是朝太阳方向的，吸取足够的能量，当傍晚或者第二天早上时，电源管理功能可以使水质传感器、第一电机或第二电机断电，降低设备功耗；另外控制单元采用上电自动复位和手动复位两种方式，加入看门狗定时器，使系统能够在运行出错时重启O
[0057]综上所述，本发明船体能量接收单元接收到采样信号之后根据预先设定的坐标驱动第一电机使船体到达指定位置并采集该点水质参数；采集完成之后将采集到的数据通过参数无线收发模块发送给远程监测中心，然后等待下次采样信号到来；其中，太阳能电池板方向可调，使之朝向太阳方向，提高发电效率；通过设置风速风向传感器可以判断外部环境变化，当外部环境不适合航行时停止采集，避免设备损坏。
[0058]以上所述仅是本发明优选实施方式，应当指出，对于本【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
【权利要求】
1.一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，该监测系统包括:船体、外轮、固定于所述船体上的水质米集控制箱、第一电机和水质传感器，所述第一电机、水质传感器分别与所述水质采集控制箱相连，所述外轮与所述第一电机相连； 所述水质采集控制箱，用于对所述电机的转速和转向进行控制，所述电机带动外轮旋转，以使得所述船体能在待测水域运动； 所述水质采集控制箱，还用于对所述水质传感器的数据采集进行控制，并接收所述水质传感器采集到的水质参数； 所述水质传感器，用于采集所述船体所处位置的水质参数。
2.如权利要求1所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括第一电子罗盘和巡航定位模块，所述第一电子罗盘和巡航定位模块均与所述水质采集控制箱相连； 所述巡航定位模块，用于获取所述船体位于所述待测水域的位置信号； 所述第一电子罗盘，用于确定所述船体的当前船头方向； 所述水质采集控制箱，还用于根据所述位置信号和当前船头方向调整所述船体的船头方向，以使得所述船体运动至下一采集点。
3.如权利要求2所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述巡航定位模块包括:能量接收单元和至少三个能量发送单元，所述能量接收单元设于所述船体上，所述至少三个能量发送单元分别布设与所述待测水域中； 所述能量接收单元通过接收能量发送单元的能量强度来获取所述船体位于所述待测水域的位置信号。
4.如权利要求1所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述监测系统还包括电源，用于对所述的水质采集控制箱供电。
5.如权利要求4所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述电源包括太阳能电池板和蓄电池； 所述蓄电池用于存储所述太阳能电池板产生的能量并对所述水质采集控制箱供电。
6.如权利要求5所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述电源还包括转动机构，所述转动机构用于控制太阳能电池板的转动。
7.如权利要求6 所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述转动机构包括太阳能电池板固定架、第二电子罗盘、第二电机、轴承、支撑顶盘、支撑架及底座，所述第二电机与所述水质采集控制箱相连； 所述第二电子罗盘和太阳能电池板均固定于所述太阳能电池板固定架上，所述太阳能电池板固定架穿过轴承与第二电机相连，所述第二电机位于所述支撑顶盘与所述底座之间，所述支撑顶盘与所述底座支架的空隙通过所述支撑架固定，所述底座固定于所述船体上； 所述第二电机，用于使所述太阳能电池板固定架转动，以带动所述太阳能电池板和所述第二电子罗盘转动； 所述第二电子罗盘用于确定所述太阳能电池板的当前朝向； 所述水质采集控制箱还用于根据当前时间及所述太阳能电池板的当前朝向来驱动所述第二电机，以调整太阳能电池板的朝向。
8.如权利要求1~7中任一项所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述水质采集控制箱包括控制模块和参数无线收发模块； 所述控制模块用于将所述水质传感器采集的水质参数传输给所述参数无线收发模块； 所述参数无线收发模块，用于将所述水质参数发送至上位机并接收来自上位机的数据命令。
9.如权利要求1~7中任一项所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述外轮为分别设置于船体左右两侧的两个外轮，所述第一电机为两个、且与所述两个外轮——对应连接。
10.如权利要求1~7中任一项所述的一种能够自动巡航的无线水质监测系统，其特征在于，所述监测 系统还包括与所述水质采集控制箱相连的风速风向传感器，所述风速风向传感器设于所述船体上，所述风速风向传感器用于获取当前风速和当前风向，并将获取到的当前风速和当前风向发送至所述水质采集控制箱。
【文档编号】G01N33/18GK103913551SQ201410103103
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2014年3月19日 优先权日:2014年3月19日
【发明者】陈天恩, 赵春江, 张瑞瑞, 张弛, 蒋力, 赵鹏飞, 陈方怡 申请人:北京农业信息技术研究中心