本实用新型涉及环境监测技术领域，具体是指一种用于环境监测的仿生鱼结构。
背景技术：
水环境安全是民生问题的重要组成部分，中共中央和国务院都十分重视水污染的发展态势，2015年4月16日，国务院正式发布《水污染防治行动计划》。浙江省委省政府于2013 年推出“治污水、防洪水、排涝水、保供水和抓节水”的政策方针，将“五水共治”的理念贯穿于浙江经济建设和改革发展中。今年，浙江省印发了《2017年“剿灭劣Ⅴ类科技在行动”系列活动方案》，针对剿灭劣Ⅴ类水质的实际需求，需充分发挥环保科技在治水工作中的支撑和引领作用。针对水环境的管理和污染源的控制，除加强教育提高民众意识外，必须借助于高效的信息技术加强监管，将水污染消灭于源头。
目前我国的水质监测主要有实验室监测、自动监测站监测和移动监测这三种形式。采用不同方式测试所得结果的确切程度是不同特别是深层水样的采集和储存，其温度、压力产生变化，都将使化学平衡点产生变化。例如[HCO3-]/[CO32-]等离子成分的浓度比值以及溶解气体的含量等都会发生变化。实验室监测是通过设置某些断面定时定点瞬时取样，然后将样品带回实验室进行仪器分析，分析精度高.能够反映渐变性的水质污染情况。但是储存的水样，即使排除了容器污染和通过容器表面散失的可能性，水质也会因为悬浮物的凝聚沉降以及生物提的代谢过程、死亡分解过程等的影响而发生改变。而且实验室检测通常半年或几个月进行一次，对于污染等水质变化不能进行实时反馈。
随着自动化分析技术的发展，水质指标的调查、监测分析已经逐步使用自动监测系统。自动监测站是设立在河流、湖泊、水库、饮用水源地、地下水观测点、近岸海域等流域内的现场水质自动监测实验室，可用于连续自动监测被测水体的水质变化情况，客观地记录水质状况，及时发现水质异常变化，进而实现对该流域或下游进行水质污染预报，研究水体扩散、自净规律等，达到掌握水质和污染物通量，为水环境管理部门提供技术服务的目的，但建设一个自动监测站成本较高，需要建造专门的厂房，同时在线水质分析仪器价格也昂贵，因而在同一水源中所建的自动监测站数量少，而且由于监测站位置固定，所以监测范围也较小，不能全面反映水质状况。
移动监测主要用于发生突发性污染后的应急监测和平时周期性的水质巡检，国内常用的移动监测设备多为人工驾驶的水质监测车和水质监测船，不仅成本高而且存在二次污染，现有的无人监测船存在体积大、携带不方便等缺点。
技术实现要素：
本实用新型提供了一种用于环境监测的仿生鱼结构，其目的在于克服现有技术中的缺陷，不仅可以对水质信息进行实时监测并反馈，还具备监测范围大、成本低、体积小、携带方便等特点，并且不会造成二次污染。
为了实现上述目的，本实用新型具有如下构成：
该用于环境监测的仿生鱼结构，包括仿生鱼外壳、第一电机、气泵、水袋、第二电机、螺旋桨、定位模块、通信模块、水质传感器组件、电源组件、控制器、方向舵机和升降舵机，所述仿生鱼外壳的一端还设置有入水口；
所述第一电机、气泵、水袋、第二电机、定位模块、通信模块、电源组件、方向舵机和升降舵机均设置于所述仿生鱼外壳的内部，所述螺旋桨设置于所述仿生鱼外壳的一端且与所述第二电机相连接，所述水质传感器组件固定于所述仿生鱼外壳上且所述水质传感器组件的探头位于所述仿生鱼外壳的外部；
所述第一电机与所述气泵相连接，所述气泵与所述水袋相连接，所述第一电机、第二电机、定位模块、通信模块、水质传感器组件、方向舵机和升降舵机分别与所述控制器相连接，所述电源组件分别为所述第一电机、第二电机、定位模块、通信模块、水质传感器组件、方向舵机、升降舵机和控制器进行供电。
可选地，所述水质传感器包括温度传感器、浊度传感器、PH探测电极、电导率探测电极和压力传感器中的至少一种。
可选地，所述通信模块包括无线通信模块、超声波换能器和超声波换能器驱动电路，所述超声波换能器分别与所述控制器和所述超声波换能器驱动电路相连接。
可选地，所述通信模块还包括数据采集信号处理电路，所述数据采集信号处理电路包括二级带通滤波电路、对数放大电路、线性放大电路和比较电路，所述超声波换能器依次通过所述二级带通滤波电路、对数放大电路、线性放大电路和比较电路与所述控制器相连接。
可选地，所述通信模块还包括反相电路和信号发射电路，所述控制器依次通过所述反相电路和信号发射电路与所述超声波换能器相连接。
可选地，所述无线通信模块包括无线射频模块和/或GPRS通信模块。
可选地，所述定位模块包括GPS导航仪，所述GPS导航仪与所述控制器相连接。
可选地，所述定位模块还包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和三轴陀螺仪分别与所述控制器相连接。
可选地，所述温度传感器为DS18B20温度传感器，所述压力传感器为FSR420压力传感器。
采用了该实用新型中的用于环境监测的仿生鱼结构，具有如下有益效果：
(1)该技术方案不仅可以对水质信息进行实时监测并反馈，还具备监测范围大、成本低、体积小、携带方便等特点，最重要的是不会造成二次污染；
(2)该仿生鱼不需要专人看管操作，使用时只需将设备放入到待监测的水域中上电后即可稳定运行，适合长期无人值守远程监测；集成度高，体积小，方便携带并可以在池塘、运河、湖泊和近海等水域中自由移动；
(3)该仿生鱼采用水声通信结合水上170MHz的方式进行通信，很好的解决了水下通信距离短、数据丢失率高、效率低等问题；可以实时将水质信息反馈到客户端，实现了对水质信息的实时监测。
附图说明
图1是本实用新型一实施例的用于环境监测的仿生鱼结构的结构示意图；
图2是本实用新型一实施例的用于环境监测的仿生鱼结构的结构框图。
具体实施方式
为了能够更清楚地描述本实用新型的技术内容，下面结合具体实施例来进行进一步的描述。
如图1～2所示，本实用新型提供了一种用于环境监测的仿生鱼结构，包括仿生鱼外壳、第一电机10、气泵9、水袋5、第二电机8、螺旋桨、定位模块3、通信模块2、水质传感器组件11、电源组件、控制器4、方向舵机和升降舵机7，所述仿生鱼外壳的一端还设置有入 (出)水口12；并且可以进一步包括与第二电机8相连接的电子调速器6，控制器4通过电子调速器6与第二电机8相连接。
所述第一电机、气泵、水袋5、第二电机、定位模块3、通信模块、电源组件、方向舵机和升降舵机均设置于所述仿生鱼外壳的内部，所述螺旋桨设置于所述仿生鱼外壳的一端且与所述第二电机相连接，所述水质传感器组件固定于所述仿生鱼外壳上且所述水质传感器组件的探头1位于所述仿生鱼外壳的外部。
所述第一电机与所述气泵相连接，所述气泵与所述水袋5相连接，所述第一电机、第二电机、定位模块3、通信模块2、水质传感器组件、方向舵机和升降舵机分别与所述控制器4 相连接，所述电源组件分别为所述第一电机、第二电机、定位模块3、通信模块2、水质传感器组件、方向舵机、升降舵机和控制器4进行供电。
在该实施例中，所述水质传感器包括温度传感器、浊度传感器、PH探测电极、电导率探测电极和压力传感器中的至少一种。所述温度传感器为DS18B20温度传感器，所述压力传感器为FSR420压力传感器。
在该实施例中，采用STM32F103单片机作为主控制器，使用高性能的CortexTMM3 32位的RISC内核，工作频率为72MHz，内置高速存储器，丰富的增强I/O端口，还包含标准和先进的通信接口，功能强大。该实施例依靠STM32F103单片机控制系统，集成水质传感器、无线通信、GPS定位与惯性导航等功能于一体，可实现在线移动监测水质环境。
无线通信系统中采用水声通信与水上170MHz无线通信技术进行组网，提升信息传输稳定性，解决了水下通讯距离短、效率低的问题，并通过无线组网将数据实时传输到基站。其中水声通信部分是利用声波在水里传播实现的。水声通信主要由单片机，超声波换能器，换能器驱动电路组成。超声波换能器是将超声波信号或者能量转换成另一种形式的信号或者能量的器件。在该实施例中，所述通信模块包括无线通信模块、超声波换能器和超声波换能器驱动电路，所述超声波换能器分别与所述控制器4和所述超声波换能器驱动电路相连接。
如图2所示，在该实施例中，所述通信模块2还包括数据采集信号处理电路，所述数据采集信号处理电路包括二级带通滤波电路、对数放大电路、线性放大电路和比较电路，所述超声波换能器依次通过所述二级带通滤波电路、对数放大电路、线性放大电路和比较电路与所述控制器4相连接。
在该实施例中，所述通信模块2还包括反相电路和信号发射电路，所述控制器4依次通过所述反相电路和信号发射电路与所述超声波换能器相连接。
在该实施例中，所述无线通信模块包括无线射频模块和/或GPRS通信模块。
在该实施例中，所述定位模块3包括GPS导航仪，所述GPS导航仪与所述控制器4相连接。进一步地，所述定位模块3还包括三轴加速度计和三轴陀螺仪，所述三轴加速度计和三轴陀螺仪分别与所述控制器4相连接。
自主程控模块使用三轴加速度计来校正三轴陀螺仪的数据，将三轴加速度计与三轴陀螺仪的数据进行互补融合，进行姿势的检测。在此基础上采用电机带动螺旋桨转动推进仿生鱼前进，由方向舵和升降舵控制仿生鱼在巡游中左右移动与上下沉浮。各部分协同驱动，使鱼能够按要求直线前进而不会偏航。同理也能够方便的操控舵机使鱼尾摆动成一定角度，从而实现控制仿生鱼转向的功能。该实用新型的组合定位模块，利用GPS系统获得的GPS定位信息。为了能在水下获得更加精准的位置信息，依靠陀螺仪与加速度计实现惯性导航，与GPS 协同定位，提供性能更好的协同导航服务。
本实用新型的用于环境监测的仿生鱼结构的技术方案中，所采用的各个组件均为现有技术中已有的硬件设备，其中的各个功能模块均为市售产品，通过本实用新型的巧妙的组合可以得到本实用新型的技术效果，因此，本实用新型的技术方案中不包含任何对于方法的改进。
采用了该实用新型中的用于环境监测的仿生鱼结构，具有如下有益效果：
(1)该技术方案不仅可以对水质信息进行实时监测并反馈，还具备监测范围大、成本低、体积小、携带方便等特点，最重要的是不会造成二次污染；
(2)该仿生鱼不需要专人看管操作，使用时只需将设备放入到待监测的水域中上电后即可稳定运行，适合长期无人值守远程监测；集成度高，体积小，方便携带并可以在池塘、运河、湖泊和近海等水域中自由移动；
(3)该仿生鱼采用水声通信结合水上170MHz的方式进行通信，很好的解决了水下通信距离短、数据丢失率高、效率低等问题；可以实时将水质信息反馈到客户端，实现了对水质信息的实时监测。
在此说明书中，本实用新型已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本实用新型的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。