一种半潜式全自动智能移动水质监测装置的制作方法

本发明属于水域数据监测领域，特别是涉及一种半潜式全自动智能移动水质监测装置。

背景技术：

现代的水产养殖行业中，当水体受到污染，或者水质发生变化时，会导致水产大批死亡或者减产等事故，所以水质监测对现代水产养殖具有重要意义。但是目前的水质监测设备功能简单，类型单一，难以满足现代水产养殖实时水质监测的需求：

1.现有的大部分水质监测装置是不可自行移动的，需要工作人员乘坐船只将水质监测装置携带到指定位置进行安装或者进行水质监测，完成监测之后还需要手动记录数据，费时费力，且容易因为人员失误而记录错误数据，还会受到天气影响，如下雨或者起大风时，对于乘坐船只到现场操作的人员还有一定的危险性。

2.对于部分可以遥控的水质监测装置，控制距离有限，需要人员在附近进行控制，完成监测后还需要人工对其进行回收，并将其转移到室内进行充电。在转移、释放、回收过程中都存在可能会因为人员操作失误而导致设备损坏的风险。

技术实现要素：

为克服现有技术的缺点与不足，本发明提供一种能够在较大面积的水产养殖水域中实现无人值守全自动监测水质的半潜式全自动智能移动水质监测装置，所采用的技术方案是：

一种半潜式全自动智能移动水质监测装置，包括水岸充电站和移动监测站；

水岸充电站包括：固定导轨、充电站连接杆、充电站浮筒、无线充电发送口和红外调制信息收发器；所述的水岸充电站连接杆一端与充电站浮筒固定连接，另一端活动设置在固定导轨上，充电站浮筒上端固定设置无线充电发送口和红外调制信息收发器；红外调制信息收发器向外发射预先设置好的红外信号；

移动监测站包括：下部船体、上部船体、信息处理系统、无线充电接收头、水平尾翼、尾舵、螺旋桨、红外收发器和水质采集器；所述的上部船体设置在下部船体上方，下部船体两侧水平设置水平尾翼，下部船体末端设置螺旋桨和尾舵，下部船体底部设置有水质采集器；上部船体前端设置有无线充电接收头和红外收发器；

信息处理系统设置在上部船体或下部船体内部，信息处理系统包括信息处理中心、GPS模块和通讯模块；信息处理中心输入端连接GPS模块、通讯模块、红外收发器和水质采集器，其中，红外收发器包括红外测距传感器和红外信号接收器，红外测距传感器和红外信号接收器分别连接信息处理中心；信息处理中心的输出端连接通讯模块、水平尾翼、尾舵和螺旋桨；

除了上部船体、无线充电接收头和天线以外，移动监测站的其余部分浸在水中；

无线充电发送口与无线充电接收头处于同一水平线。

进一步地，水岸充电站和移动监测站的各个部分外层包裹有防水绝缘材料。

进一步地，下部船体上安装有电机和舵机，信息处理中心的输出端通过电机连接螺旋桨，信息处理中心的输出端通过舵机连接尾舵。

进一步地，还包括锁定装置，锁定装置设置在水岸充电站浮筒上方，锁定装置包括止动块、伸缩杆和勾锚；止动块固定连接浮筒，伸缩杆两端分别活动连接止动块和勾锚。

进一步地，移动监测站的上部船体上设置有勾锚插槽，勾锚插槽与勾锚位置相对应。

进一步地，无线充电发送口包括控制电路和电磁感应线圈，无线充电接收头包括感应线圈、整流器、控制电路和电池。

进一步地，电池为锂电池。

进一步地，电池为信息处理中心、水平尾翼、尾舵和螺旋桨提供电量。

进一步地，还包括天线，天线设置在上部船体的顶部，天线与GPS模块输入端连接，用于接收GPS信号。

进一步地，通讯模块为GPRS通讯。

本发明的有益效果：

1、通过GPS精确定位，可以实现自动巡航或者自行移动到自定监测点进行监测作业；

2、可以通过GPRS网络进行远程遥控，覆盖范围极广，甚至可以在视距之外进行操作；

3、通过GPS定位和短距离红外线定位相结合，自动移动到充电站并进行对接充电，不需要人员进行转移，避免人员失误而造成的影响；

4、现有技术的充电口外露，遇到水容易发生短路和漏电事故，而本发明通过电磁感应线圈进行充电，线圈可以完全包裹在绝缘材料中，避免遇水漏电问题，可以完全在室外进行；

5、通过半潜式结构，解决装置稳定性问题，不需要固定安装，防风浪性能好；

6、通过GPS获取精确位置坐标，并与监测数据一起上传，不需要人工录入，后台服务器可以对数据进行更准确的分析；

7、本发明通过高精度红外线定位对接方式，进行充电头和充电站的自动对接，无需人工介入，可以自动完成；

8、水岸充电站上装有浮筒，当水面上升或者下降时，充电装置也可以随之上升下降，避免因为水面变化而导致充电头和充电口无法对接。

附图说明

图1为本发明的一种半潜式全自动智能移动水质监测装置结构示意图；

图2为本发明的一种半潜式全自动智能移动水质监测装置的锁定装置的结构示意图；

图3为本发明的一种半潜式全自动智能移动水质监测装置的无线充电发送口和无线充电接收头的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细说明，其中所有附图中相同的标号代表相同或类似的部件，说明书中的附图为简化形式，仅供理解本发明的具体结构。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能限制本发明的保护范围。

如图1所示的一种半潜式全自动智能移动水质监测装置，包括水岸充电站1 和移动监测站2；水岸充电站1包括：固定导轨11、充电站连接杆12、充电站浮筒 13、无线充电发送口14和红外调制信息收发器15；所述的水岸充电站连接杆12一端与充电站浮筒13固定连接，另一端活动设置在固定导轨11上，充电站浮筒13上端固定设置无线充电发送口14和红外调制信息收发器15；移动监测站2包括：下部船体22、上部船体21、信息处理系统、天线23、无线充电接收头24、水平尾翼27、尾舵28、螺旋桨29、红外收发器25和水质采集器3；

所述的上部船体21设置在下部船体22上方，下部船体22两侧水平设置水平尾翼27，下部船体22末端设置螺旋桨29和尾舵28，下部船体22底部设置有水质采集器3；上部船体21前端设置有无线充电接收头24和红外收发器25，天线23设置在上部船体的顶部；信息处理系统设置在上部船体21或下部船体22内部，信息处理系统包括信息处理中心、GPS模块和通讯模块；信息处理中心输入端连接GPS模块、通讯模块、红外收发器25和水质采集器3，其中，红外收发器25包括红外测距传感器和红外信号接收器，红外测距传感器和红外信号接收器分别连接信息处理中心；信息处理中心的输出端连接通讯模块、水平尾翼27、尾舵28和螺旋桨29；天线与GPS 模块输入端连接，用于接收GPS信号；通讯模块为GPRS通讯。

水质采集器3包括PH值采集器、水温采集器、水质电导率采集器、水质溶解氧采集器，各个水质采集器均采用RS485接口的通用传感器，使用双绞线与信息处理中心的RS485接口连接；GPS模块通过TTL接口与信息处理中心进行连接；通讯模块通过标准RS232接口与信息处理中心进行连接；红外收发器25包括用于探测障碍物距离的红外测距传感器和用于接收充电站发送的红外信号的红外信号接收器，红外测距传感器和红外信号接收器通过PH2.0接口与信息处理中心连接；水岸充电站1的红外调制信息收发器15向外发射预先设置好的红外信号，红外信号通过TTL电平进行调制。

各个模块的采用的具体型号如下：

GPS模块：UBLOX NEO-6M

通讯模块：宏电DTU-H7710

红外测距传感器：SHARP GP2Y0A710K

红外信号接收器：OMDHON E18-D80NK

水质PH值采集器：Global Water HYPH-521A

水温采集器：Global Water HYWD-501A

水质电导率采集器：Global Water HYEC-531A

水质溶解氧采集器：Global Water HYRJY-541A

信息处理中心的数据处理芯片：Verical STM32F101CBT6

红外调制信息处理中心：Arduino UNO R3

根据需求在需要检测的水岸边安装相应数量的水岸充电站1，增大移动监测站 2的巡逻范围；移动监测站2上安装有电机和舵机，通过电池供电。电机连接螺旋桨 29，通过电机驱动螺旋桨29来实现移动监测站2的推进，舵机连接尾舵28，对方向进行控制，水平尾翼27保持移动监测站2航行的稳定。

本发明的红外收发器25的工作原理是红外收发器25发射红外线，遇到障碍物后会反射，根据发射红外线和接收到反射线的时间差，即可计算出和障碍物的距离，所以也常用于自动检测障碍物并规划避障路线的场景中。本发明根据红外收发器25 探测前方是否有障碍物，若发现障碍物，则根据障碍物的距离进行避障路径规划，并根据探测结果不断调整避障路线。

本发明采用GPS定位与红外定位结合的方式来实现移动监测站2自动回收充电。当移动监测站2电量较低时，通过GPS模块定位移动到充电站1附近，而充电站1会通过红外调制信息收发器15发射经过调制的红外信号，当移动监测站2进入充电站1红外信号范围并接收到可识别的红外信号时，改为通过红外线进行更高精度的定位，从而实现与充电站1的对接操作。

除了上部船体21、无线充电接收头24和天线以外23，移动监测站2的其余部分浸在水中；无线充电发送口14与无线充电接收头24处于同一水平线。

水岸充电站1和移动监测站2的各个部分外层包裹有防水绝缘材料。

如图2所示，锁定装置16设置在水岸充电站1浮筒13上方，锁定装置16包括止动块161、伸缩杆162和勾锚163；止动块161固定连接浮筒13，伸缩杆162两端分别活动连接止动块161和勾锚163；移动监测站2的上部船体21上设置有勾锚插槽26，勾锚插槽26与勾锚263位置相对应。

如图3所示，无线充电发送口14包括控制电路和电磁感应线圈，无线充电接收头24包括感应线圈、整流器、控制电路和锂电池。锂电池为信息处理中心、水平尾翼、尾舵和螺旋桨提供电量。

本发明通过电磁感应式无线充电方式进行充电；本发明中，充电站连接220V 交流电源，无线充电发送口14的电磁感应线圈中有变化的电流，从而产生变化的磁场，在接收端的线圈中，变化的磁场会产生感生电流。无线充电接收头24的感应线圈在变化磁场中产生感生电流(交流电)，然后通过整流器将其转为直流电后可以给锂电池进行充电。

本发明的原理：水岸充电站1安装在水岸边，水岸充电站1浮筒13由于水面浮力和导轨，能够保持浮在水面上；岸边水深需要达到一定深度，至少保证移动监测站2返回充电时不发生搁浅；移动监测站2除上部船体21及其相应的部件浮在水面上，其余部件在水下进行监测和给装置提供行进方向导航；移动监测站2根据GPS 定位，开至指定监测点进行数据采集，并通过GPRS网络将数据传到服务器；当监测任务完成或者电量不足时，移动监测站向服务器查询最近的充电站GPS坐标，并计算最短路径向其移动；当移动监测站2移动到水岸充电站1附近，移动监测站2与水岸充电站1之间通过红外线定位进行更高精度的定位，引导移动监测站2将无线充电接收头24对准水岸充电站1的无线充电发送口14，并缓缓驶入，当移动监测站2的无线充电接收头24进入水岸充电站1的无线充电发送口14后，触发锁定装置16，将移动监测站2锁定，避免移动监测站2因晃动而意外脱离水岸充电站1；充电完毕或移动监测站2接收到开始监测信号，解开锁定，并反转螺旋桨29，从水岸充电站1 脱离，开始监测任务。