一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统的制作方法

本发明涉及水质检测技术领域，具体为一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统。

背景技术：

随着我国现代化、城市化的发展，在生活中我们越来越多的产生工业污水、生活废水，虽然国家日益重视环境保护，水体环境保护，加大对垃圾处理、污水处理的资金、技术投入，但是在一些经济发展不平衡或者落后地区，由于技术、管理的不足或是由于部分群体水体环境保护意识的落后，依然有很多人为污水流入自然水域中；或是由于一些自然灾害，如山洪、滑坡冲击等造成的水体污染。要想解决水质污染问题，首先得进行水体的ph、含氧量、电导率、浑浊度、温度等基本的指标进行检测，从而可以得知水体受到污染的原因，进而才可以用科学的方法治理污染源，改善水体环境。

就目前来说当前的水质检测方法主要有两种，一种是通过人工的方式进行现场水质的收集和采样，然后带回实验室采用专业仪器进行检测，这种方法效率低下且检测周期长；另一种方法是采用固定式站点的方式，即在一些关键水域安装检测装置，然后实时回传数据，这种方法机动性差，体积较大，并且单点测量范围有限，多点测量成本较高，无法实现真正意义上的普及。为此，我们提出一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，以解决上述背景技术中提出的现存人工检测水质、固定式站点检测水质的方法效率低下、机动性差的问题，提出一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，为水质环境的污染治理或是预防提供一种及时、准确的技术。

为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，包括中央处理器、检测单元模块和动力模块，所述中央处理器的一侧设置有终端上位机，且中央处理器的输入端电性连接有定位导航模块，所述检测单元模块电性连接于中央处理器的输入端，且中央处理器的输出端电性连接有无线通信模块，所述动力模块通过导线电性连接于中央处理器的输出端。

优选的，所述中央处理器采用st公司基于高性能的cortex^tm-m3内核的32位的risc内核的嵌入式-微控制器，且中央处理器的具体型号为stm32f103zet6。

优选的，所述终端上位机采用st公司基于armcontext-m4内核的f407vet6单片机，且终端上位机集成了屏幕图形驱动程序、定时/计数器和其他不可或缺的功能部件和外设，并且终端上位机采用一块4.3寸，800×480分辨率的高清电容触摸屏作为人机交互工具。

优选的，所述定位导航模块包括有gps模块和电子罗盘，且gps模块和电子罗盘与中央处理器之间通过导线构成电性连接。

优选的，所述gps模块采用neo-m8n三模卫星定位模块，所述电子罗盘采用qmc5883l磁力计采集地磁信号，以合成小船的航向角。

优选的，所述检测单元模块包括有ph模块、电导率模块、浊度模块和温度传感器，且检测单元模块通过总线和串口与中央处理器通信。

优选的，所述温度传感器采用ds18b20热电偶式数字温度计，且温度传感器采用单总线与主控中央处理器通信。

优选的，所述无线通信模块采用2.4ghz频段的nrf24l01模块，且无线通信模块的有效通信距离可达2km。

优选的，所述动力模块包括有驱动电机、数字舵机和动力电池，且数字舵机连接船体转向舵。

优选的，所述驱动电机采用朗宇a2212kv2450天使系列三相无刷电机，且驱动电机采用好盈天行者50a电调，所述数字舵机的控制采用pwm信号进行控制，所述动力电池采用充放锂电池进行供电。

本发明提供了一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，具备以下有益效果：

1、本发明通过对水质检测小船系统的设置，通过物联网、无线传感器技术的发展，为无人检测提供了技术支持，因此能够通过控制小船搭载水质检测传感器和gps单元，自动前往目标水域进行水质项目检测，再实时回传水质数据到终端上位机的方式，具有高效、低成本、小体积、机动性强的特点。

2、本发明通过对终端上位机的设置便于通过触屏获取用户的输入信息指令，定位导航模块的gps模块和电子罗盘便于采集定位信息，用以合成航向角信息。

3、本发明通过对检测单元模块的设置可对水质数据信息进行检测，其中ph模块、电导率模块、浊度模块和温度传感器能够分别实现对ph值、电导率、浑浊度和温度信息的水质数据信息检测。

4、本发明通过对动力模块的设置，其中驱动电机能够承受大电流持续工作，启动有爆发力，调速时候线性性很好，很适合做精确控制，船体的转向采用数字舵机连接船体转向舵，因此直接控制舵机即可控制小船进行转向，动力电池采用充放锂电池便于进行供电。

附图说明

图1为本发明的自动驾驶水质检测小船系统结构示意图；

图2为本发明的中央处理器和检测单元模块连接结构示意图；

图3为本发明的终端上位机软件运行流程示意图；

图4为本发明的系统综合运行流程示意图。

图中：1、中央处理器；2、终端上位机；3、定位导航模块；301、gps模块；302、电子罗盘；4、检测单元模块；401、ph模块；402、电导率模块；403、浊度模块；404、温度传感器；5、无线通信模块；6、动力模块；601、驱动电机；602、数字舵机；603、动力电池。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-4，本发明提供一种技术方案：一种具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，包括中央处理器1、终端上位机2、定位导航模块3、gps模块301、电子罗盘302、检测单元模块4、ph模块401、电导率模块402、浊度模块403、温度传感器404、无线通信模块5、动力模块6、驱动电机601、数字舵机和动力电池603，中央处理器1的一侧设置有终端上位机2，且中央处理器1的输入端电性连接有定位导航模块3，中央处理器1采用st公司基于高性能的cortex^tm-m3内核的32位的risc内核的嵌入式-微控制器，且中央处理器1的具体型号为stm32f103zet6；

终端上位机2采用st公司基于armcontext-m4内核的f407vet6单片机，且终端上位机2集成了屏幕图形驱动程序、定时/计数器和其他不可或缺的功能部件和外设，并且终端上位机2采用一块4.3寸，800×480分辨率的高清电容触摸屏作为人机交互工具，使得终端上位机2可以通过触摸屏输入目标水域的坐标，实现检测小船的通信，并实时显示检测小船采集到的水质数据信息；

定位导航模块3包括有gps模块301和电子罗盘302，且gps模块301和电子罗盘302与中央处理器1之间通过导线构成电性连接，gps模块301采用neo-m8n三模卫星定位模块，电子罗盘302采用qmc5883l磁力计采集地磁信号，以合成小船的航向角；

检测单元模块4电性连接于中央处理器1的输入端，且中央处理器1的输出端电性连接有无线通信模块5，检测单元模块4包括有ph模块401、电导率模块402、浊度模块403和温度传感器404，且检测单元模块4通过总线和串口与中央处理器1通信，温度传感器404采用ds18b20热电偶式数字温度计，且温度传感器404采用单总线与主控中央处理器1通信，无线通信模块5采用2.4ghz频段的nrf24l01模块，且无线通信模块5的有效通信距离可达2km，从而便于向检测小船发送位置信息，同时接收来自检测小船采集的各项水质信息；

动力模块6通过导线电性连接于中央处理器1的输出端，动力模块6包括有驱动电机601、数字舵机602和动力电池603，且数字舵机602连接船体转向舵，驱动电机601采用朗宇a2212kv2450天使系列三相无刷电机，且驱动电机601采用好盈天行者50a电调，数字舵机602的控制采用pwm信号进行控制，动力电池603采用充放锂电池进行供电，因此直接控制舵机即可控制小船进行转向。

综上，该具有自动驾驶功能的水质检测小船系统，所使用的小船整体采用塑料模型船壳作为检测船主体，船体稳定性很好，因此不易发生侧翻，并且采用了小型流线型制作，质量轻体积小。内部船舱搭载中央处理器1、无线通信模块5、gps模块301和各个水质检测单元模块4，同时检测小船船舱采用密封防水处理，即使在高速运动的时候，也不会发生漏水事故，保证船身里面的传感器以及控制电路的安全；

使用时，首先进行系统以及各个外设模块的初始化，等待来自终端上位机2的目标水域位置信息，终端上位机2通过触屏获取用户的输入信息指令，其中终端上位机2主要实现人机交互以及和检测小船的通信，人机交互部分主要是通过电容触摸屏实现人机交互，控制模式有两种：手动控制模式和自动控制模式，如果有触摸信息，系统将触摸信息转换成输入坐标信息等指令，再发送给检测小船；

检测小船接收到终端上位机2的指令信息以后，通过自身搭载的定位导航模块3中的gps模块301和电子罗盘302采集定位信息，用以合成航向角信息，通过中央处理器1搭载的自动控制算法规划好到达目标水域的路径，接着控制小船自动前往目标水域，到达目标水域以后，再通过搭载的检测单元模块4检测目标水域的水质数据信息，检测的水质数据信息包括ph值、电导率、浑浊度、温度信息，然后中央处理器1控制无线通信模块5实现检测小船和终端上位机2的实时通信，将检测的水质数据信息和小船的位置坐标信息打包然后回传至终端上位机2再进行实时的显示，供用户进一步分析使用；

在小船行驶的过程中，驱动电机601采用朗宇a2212kv2450天使系列三相无刷电机，能够承受大电流持续工作，启动有爆发力，调速时候线性性很好，很适合做精确控制，软件控制采用pwm信号进行调速控制，其中pwm信号周期20ms，对应频率50hz，高电平信号持续时间1ms-2ms分别对应电调调速输出信号零至满功率运行状态，并且船体的转向采用数字舵机602连接船体转向舵，因此直接控制舵机即可控制小船进行转向，就这样完成整个具有自动驾驶功能的水质检测小船系统的使用过程。

以上，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。