一种基于信标导航的水质改良船及其控制系统和控制流程的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种基于信标导航的水质改良船，包括可自行移动的基本浮体，光伏供电动力系统、超声波信标定位系统和控制执行单元等；超声波定位部分利用其测距原理配合无线通信技术，通过相关算法计算出待测目标的距离和方位，由控制器控制船体的运动状态，实现水质改良船在设定路线的巡航和对水质改良；光伏供电部分利用光伏发电技术配合处理器和控制电路实现为设备供能及蓄电池充放电等。本发明还提供了一种基于信标导航的水质改良船的各系统的控制流程，包括光伏供电系统、信标装置以及水质改良船的超声波定位巡航的控制流程。基于信标导航的水质改良船的工作范围大、噪音小、移动方便、灵活适应水域、无污染、节能、环保、高效智能等优点。
【专利说明】
一种基于信标导航的水质改良船及其控制系统和控制流程
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种水质改良的设备和控制系统，具体地说，是一种基于信标导航的水质改良船及其控制系统和控制流程。
【【背景技术】】
[0002]我国池塘养殖大部分采取传统养殖方式，在传统养殖方式下，由于饵料的投放时间、数量、方式等规则和养殖对象的生长规律不能有效匹配，大量的饵料和肥料等营养物质被浪费，并沉积在水底或被排放出去，造成严重的水污染问题，影响养殖对象的生长。传统池塘养殖中，池底会堆积大量的残饵、粪便等有机物质，这些有机物质会转化成氨氮、亚硝酸盐、甲烷、硫化氢等还原态有害物质，严重威胁养殖安全。如果合理释放底层污水中的有机物，既能减轻污染，也能平衡不同水层碳、氮、磷的含量。
[0003]目前，国内外对于处理养殖池塘底部沉积物的办法有化学方法、生物方法、物理方法。化学方法主要是施用增氧剂、氧化剂、生石灰等化学物质，这种方法可以快速改善水质，但是这些化学试剂本身也是一种污染;生物方法主要是施用微生物制剂，这种方法可以提高池底营养物质的利用率，改善水质，但是因为无法合理控制微生物的生长条件，效果不稳定;物理处理方法主要有利用相关设备清除池底淤泥、定期注换水、增氧设备增氧等;定期注换水和机械清淤方法，适应能力强，但是工作量大，需要较大区域排放污泥，同时，这种方法不能对过剩的营养物质再利用。机械增氧主要是使用增氧机、曝气机、耕水机、涌浪机、底质改良船等机械设备进行水质调控，但这些设备都是固定式，存在着工作范围小、能耗高、移动困难以及水质改良效果差、效率低等问题。
[0004]综上所述，亟需一种工作范围大、噪音小、移动方便、灵活适应工作水域、无污染等优点的一种节能、环保、高效智能的水质改良船，但是目前关于此类技术还未见报道。
【
【发明内容】
】
[0005]本发明的目的是针对现有水质改良技术中的不足，提供一种基于信标导航的水质改良船及其控制系统和控制流程。
[0006]本发明的再一的目的是，提供一种基于信标导航的水质改良船的光伏供电系统的控制流程。
[0007]本发明的再一的目的是，提供一种基于信标导航的水质改良船的信标装置的控制流程。
[0008]本发明的再一的目的是，提供一种基于信标导航的水质改良船的超声波定位控制流程。
[0009]为实现上述第一个目的，本发明采取的技术方案是:
[0010]所述基于信标导航的水质改良船包括可自行移动的基本浮体、光伏供电动力系统、超声波信标定位系统。
[0011 ]所述的可自行移动的基本浮体包括船体、转向用侧推器、转向电机、抽水管、排水管、涡轮、主电机;所述的转向电机和转向用侧推器布置在船体的船头部位，并由转向电机驱动转向用侧推器旋转产生推力，以控制船体的前进方向；所述的抽水管、排水管、涡轮、主电机布置在船体的尾部;所述的主电机为直流电机，主电机驱动涡轮的旋转，把池塘底层污水通过抽水管至排水管而抽排到池塘的上层水面;所述的抽水管的吃水深度和方位均可调节;所述的排水管在排水时，不仅实现池塘水质的改良，同进时会对船体产生一个反作用力，该反作用力推动船体前行。
[0012]所述的光伏供电动力系统包括光伏电池、第一控制器和蓄电池;所述的光伏电池安装在船体的上表面，所述的第一控制器通过导线与光伏电池和蓄电池相连;所述的光伏供电动力系统供电方式为，检测模块检测光伏电池的电压，其电压随着光照强度的逐渐减弱而逐渐下降，当检测到光伏电池输出电压小于蓄电池两端电压时，则切换成蓄电池为系统供能；当光照强度增强时，其光伏电池电压增加到设定值时，会自动转换为光伏电池供电，同时为蓄电池充电。
[0013]所述的超声波信标定位系统，包括设在般体四角上的第一超声波接收模块、第二超声波接收模块、第三超声波接收模块、第四超声波接收模块、第一无线收发模块和第一控制器;所述的目标池塘沿岸合理安置的信标，其数量不少于2只；所述的信标上设有SV电源、第二控制器、第二无线收发模块和超声波发射模块;所述的超声波信标定位系统，是指在目标池塘沿岸合理安置信标，通过利用第一无线信号收发模块、第一超声波接收模块、第二超声波接收模块、第三超声波接收模块、第四超声波接收模块与无线收发模块、超声波发射模块及第一控制器和第二控制器的配合测出相应超声波信标的距离和方位，把测得的信息传送给第一控制器，由第一控制器控制船体移动方向；本船体还能通过遥控器实现人工改变船体的移动方向。
[0014]所述的水质改良船在自动行驶时，可以通过遥控器切换成人工遥控控制。
[0015]为实现上述第二个目的，本发明采取的技术方案是:
[0016]所述的光伏供电系统的控制流程，包括开始并初始化子程序;采集光伏电池电流、电压等参数并显示；启动DC/DC升压;判断该电压能否对蓄电池充电；如不可以，则返回至采集光伏电池电流、电压等参数并显示步骤;如可以，则对蓄电池进行充电，并判断蓄电池是否已经充满；如已经充满，则开始放电并返回至采集光伏电池电流、电压等参数并显示步骤;如未充满，则继续充电，并返回至判断蓄电池是否已经充满步骤。
[0017]为实现上述第三个目的，本发明采取的技术方案是:
[0018]所述的信标装置的控制流程，包括程序在电复位或硬件复位后，首先对系统进行初始化;然后对初始设定信息获取，包括定位移动方式和通信方式等选择;接着读取ID，因为每个信标都对应一个ID，只有和船体系统ID相同时才能通信;然后对此系统供电电池的电压检测;接着查看有无相应指令;若无相应指令，则返回获取初始设定信息步骤，若有相应指令，则检测是寻找命令还是读取命令;如是寻找命令，则进行对应超声波信号发射;如是读取状态命令，则向船体接收系统发送读取的当前状态，从而配合船体完成定位移动任务;之后重复上述按键等功能。
[0019]为实现上述第四个目的，本发明采取的技术方案是:
[0020]所述的水质改良船的超声波定位巡航控制流程包括开始及初始化，如:系统参数变化、I/O口、中断和定时器等初始化;判断是否有遥控信号，若接收到遥控信号，则直接控制船体的运动状态，若无遥控信号则对系统按键信息读取、处理，主要包括定位移动参数值、自动定位运行方式等信息；接着读取ID，所述的ID用于区别其他干扰信息；其次对系统主要参数进行显示;接收超声波，在中断中获取四路接收时间；对获取个数做出判定，若大于等于3，则通过对相应信标的计算，确定船体中点与相应信标的距离，以及信标相对船体的方位;然后把所得距离与预设距离作比较，若小于预设值，则输入新ID并保存，定位目标换成另一信道的信标，若大于预设值，则对所得方位角与预设方位角作比较;若方位角小于预设值，则控制主电机工作，若方位角大于预设值则控制转向电机和转向用侧推器工作，使船体向信标方向移动;之后，开始重新初始化，重复上述程序，完成水质改良船沿下一个信标组成的路线工作直至完成全部的定位巡航。
[0021]本发明优点在于:
[0022]1、本发明具有工作范围大、噪音小、移动方便、工作水域灵活。
[0023]2、本发明以清洁能源光伏电池为主要动力，是一种节能、环保的水质改良船。
[0024]3、本发明采用超声波定位技术，实现设备在预先设定的各目标之间自动定位并向设定目标自动移动，控制流程灵活，自动化程度高。
【【附图说明】】
[0025]附图1是一种基于信标导航的水质改良船的船体结构示意图。
[0026]附图2是信标的结构示意图。
[0027]附图3是一种基于信标导航的水质改良船在长方形池塘巡航路径示意图。
[0028]附图4是一种基于信标导航的水质改良船在圆形池塘巡航路径示意图。
[0029]附图5是一种基于信标导航的水质改良船的光伏供电系统的控制流程图。
[0030]附图6是一种基于信标导航的水质改良船的信标装置的控制流程图。
[0031]附图7是一种基于信标导航的水质改良船的超声波定位巡航控制流程图。
【【具体实施方式】】
[0032]下面结合附图对本发明提供的【具体实施方式】作详细说明。
[0033]附图中涉及的附图标记和组成部分如下所示:
[0034]1.船体2.转向用侧推器
[0035]3.转向电机4.蓄电池
[0036]5.导线6.抽水管
[0037]7.排水管8.涡轮
[0038]9.主电机10.第一超声波接收模块
[0039]11.第二超声波接收模块12.第一控制器
[0040]13.光伏电池14.第一无线收发模块[0041 ]15.第三超声波接收模块 16.第四超声波接收模块
[0042]17.SV电源18.第二控制器
[0043]19.第二无线收发模块20.超声波发射模块
[0044]一种基于信标导航的水质改良船，其基本组成部分包括可自行移动的基本浮体，光伏供电动力系统、超声波信标定位系统和控制执行单元等。超声波定位部分利用其测距原理配合无线通信技术，通过相关算法计算出待测目标的距离和方位，由控制器控制船体的运动状态，实现水质改良船在设定路线的巡航和对水质改良。光伏供电部分利用光伏发电技术配合处理器和控制电路实现为设备供能及蓄电池充放电等。
[0045]实施例1
[0046]请参看图1和图2，图1是一种基于信标导航的水质改良船的船体结构示意图。图2是信标的结构示意图。所述的一种基于信标导航的水质改良船，包括可自行移动的基本浮体，光伏供电动力系统、超声波信标定位系统。
[0047]请参看图，图1是一种基于信标导航的水质改良船的船体结构示意图。所述的可自行移动的基本浮体包括船体1、转向用侧推器2、转向电机3、抽水管6、排水管7、涡轮8、主电机9。所述的转向电机3和转向用侧推器2布置在船体I的船头部位，并由转向电机3驱动转向用侧推器2旋转产生推力，该推力的方向是随着船体I的转向而改变，以控制船体I的前进方向。所述的抽水管6、排水管7、涡轮8、主电机9布置在船体I的尾部，所述的主电机9为直流电机，主电机9驱动涡轮8的旋转，把池塘底层污水通过抽水管6至排水管7而抽排到池塘的上层水面。所述的抽水管6的吃水深度和方位均可调节。所述的排水管7在排水时，不仅实现池塘水质的改良，同进时会对船体产生一个反作用力，该反作用力推动船体I前行。
[0048]请参看图1，图1是一种基于信标导航的水质改良船的船体结构示意图。所述的光伏供电动力系统包括光伏电池13、第一控制器12和蓄电池4。所述的光伏电池13安装在船体I的上表面，所述的第一控制器12通过导线5与光伏电池13和蓄电池4相连。所述的光伏供电动力系统供电方式为，检测模块检测光伏电池13的电压，其电压随着光照强度的逐渐减弱而逐渐下降，当检测到光伏电池13输出电压小于蓄电池4两端电压时，则切换成蓄电池4为系统供能；当光照强度增强时，其光伏电池13电压增加到设定值时，会自动转换为光伏电池13供电，同时为蓄电池4充电。
[0049]请参看图1和图2，图1是一种基于信标导航的水质改良船的船体结构示意图。图2是信标的结构示意图。所述的超声波信标定位系统，包括设在般体I四角上的第一超声波接收模块10、第二超声波接收模块U、第三超声波接收模块15、第四超声波接收模块16、第一无线收发模块14和第一控制器12。所述的目标池塘沿岸合理安置的信标，其数量不少于2只。所述的信标上设有SV电源17、第二控制器18、第二无线收发模块19和超声波发射模块20。所述的超声波信标定位系统，是指在目标池塘沿岸合理安置信标，通过利用第一无线信号收发模块14、第一超声波接收模块10、第二超声波接收模块11、第三超声波接收模块15、第四超声波接收模块16与无线收发模块19、超声波发射模块20及第一控制器12和第二控制器18的配合测出相应超声波信标的距离和方位，把测得的信息传送给第一控制器12，由第一控制器12控制船体移动方向。
[0050]请参看图3，图3是一种基于信标导航的水质改良船在长方形池塘巡航路径示意图。所述的池塘为长方形，依据池塘面积，沿长方形池塘的边缘均匀安置14个信标，信标标号分别为A、B、C、D、1、2、3、4、5、6、7、8、9、10，水质改良船利用超声波定位技术，对设定在预工作区域周围的信标按设定顺序依次进行定位，在控制器的指令下，工作船体向目标信标运动，在到达两者预先设定距离后，在控制器的指令下，对下一个信标定位，然后向其靠近，最终实现在预设的14个彳目标之间按照设定的A—I—9—3—7—5—B—C—6—4—8—2—10—D—A规律巡航，在这个过程中，设备把池塘底层污水抽到上层水面，并通过排出水的反作用力推动船体前行，达到水质改良船自动巡航和改善池塘水质的目的。
[0051]本船体还能通过遥控器实现人工改变船体的移动方向，自动行驶时，可以通过遥控器切换成人工遥控控制。遥控器的控制方法为本领域所熟知普通控制方法，本实施例不再赘述。
[0052]请参看图5，图5是一种基于信标导航的水质改良船的光伏供电系统的控制流程图。所述的光伏供电系统的控制控流程包括开始并初始化子程序;采集光伏电池13电流、电压等参数并显示；启动DC/DC升压;判断该电压能否对蓄电池4充电；如不可以，则返回至采集光伏电池13电流、电压等参数并显示步骤;如可以，则对蓄电池4进行充电，并判断蓄电池4是否已经充满；如已经充满，则开始放电并返回至采集光伏电池13电流、电压等参数并显示步骤;如未充满，则继续充电，并返回至判断蓄电池4是否已经充满步骤。
[0053]请参看图6，图6是一种基于信标导航的水质改良船的信标装置的控制流程图。其控制流程包括程序在电复位或硬件复位后，首先对系统进行初始化;然后对初始设定信息获取，包括定位移动方式和通信方式等选择;接着读取ID，因为每个信标都对应一个ID，只有和船体系统ID相同时才能通信;然后对此系统供电电池的电压检测;接着查看有无相应指令;若无相应指令，则返回获取初始设定信息步骤，若有相应指令，则检测是寻找命令还是读取命令;如是寻找命令，则进行对应超声波信号发射;如是读取状态命令，则向船体接收系统发送读取的当前状态，从而配合船体完成定位移动任务;之后重复上述按键等功能。
[0054]请参看图7，图7是一种基于信标导航的水质改良船的超声波定位巡航控制流程图。所述的水质改良船的超声波定位巡航控制流程包括开始及初始化，如:系统参数变化、I/O口、中断和定时器等初始化;判断是否有遥控信号，若接收到遥控信号，则直接遥控控制船体的运动状态，若无遥控信号则对系统初始设定信息获取，主要包括定位移动参数值、自动定位运行方式等信息;接着读取ID，所述的ID用于区别其他干扰信息；判断方位角是否大于设定值，如方位角大于设定值，则发送转向命令，启动定时器延时，开中断;等待30秒后接收超声波，在中断中获取四路接收时间；如方位角小于等于设定值，则直接对获取有效时间的个数做出判定，若小于3个，则回发送转向命令，启动定时器，开中断的步骤，若大于等于3，则通过对相应信标的位置计算，确定船体中点与相应信标的距离;然后把所得距离与预设距离作比较，若小于预设值，则转入新ID至读ID并保存步骤，若大于预设值，则控制主电机9工作，使船体向目标信标方向移动;之后，开始重新初始化，重复上述程序，完成水质改良船沿下一个信标组成的路线工作直至完成全部的定位巡航。
[0055]实施例2
[0056]本实施例中，一种基于信标导航的水质改良船结构，信标的结构，与实施例1完全相同，本实施例不再赘述。
[0057]请参看图4，图4是一种基于信标导航的水质改良船在圆形池塘巡航路径示意图。所述的池塘为圆形，依据池塘面积，沿圆形池塘的边缘均匀安置5个信标，信标标号分别为
1、2、3、4、5，水质改良船利用超声波定位技术，对设定在预工作区域周围的信标按设定顺序依次进行定位，在控制器的指令下，工作船体向目标信标运动，在到达两者预先设定距离后，在控制器的指令下，对下一个信标定位，然后向其靠近，最终实现在预设的5个信标之间按照设定的14345—244—1规律巡航，在这个过程中，设备把池塘底层污水抽到上层水面，并通过排出水的反作用力推动船体前行，达到自动巡航改善池塘水质的目的。
[0058]本实施例中，种基于信标导航的水质改良船的光伏供电系统的控制流程，一种基于信标导航的水质改良船的信标装置的控制流程，一种基于信标导航的水质改良船的船体超声波定位方法，与实施例1完全相同，本实施例不再赘述。
[0059]以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明方法的前提下，还可以做出若干改进和补充，包括可以在船体(浮体)上增加对应参数的传感器，如溶氧仪等，实时检测水质改良指标，达标时系统自动停止工作，并回到信标处待机，未达标时持续工作，或自动启动工作，这些改进和补充也应视为本发明的保护范围。
【主权项】
1.一种基于信标导航的水质改良船，其特征在于，所述基于信标导航的水质改良船包括可自行移动的基本浮体、光伏供电动力系统、超声波信标定位系统。2.根据权利要求1所述的一种基于信标导航的水质改良船，其特征在于，所述的可自行移动的基本浮体包括船体、转向用侧推器、转向电机、抽水管、排水管、涡轮、主电机;所述的转向电机和转向用侧推器布置在船体的船头部位，并由转向电机驱动转向用侧推器旋转产生推力，以控制船体的前进方向；所述的抽水管、排水管、涡轮、主电机布置在船体的尾部；所述的主电机为直流电机，主电机驱动涡轮的旋转，把池塘底层污水通过抽水管至排水管而抽排到池塘的上层水面;所述的抽水管的吃水深度和方位均可调节;所述的排水管在排水时，不仅实现池塘水质的改良，同时会对船体产生一个反作用力，该反作用力推动船体前行。3.根据权利要求1所述的一种基于信标导航的水质改良船，其特征在于，所述的光伏供电动力系统包括光伏电池、第一控制器和蓄电池;所述的光伏电池安装在船体的上表面，所述的第一控制器通过导线与光伏电池和蓄电池相连;所述的光伏供电动力系统供电方式为，检测模块检测光伏电池的电压，其电压随着光照强度的逐渐减弱而逐渐下降，当检测到光伏电池输出电压小于蓄电池两端电压时，则切换成蓄电池为系统供能；当光照强度增强时，其光伏电池电压增加到设定值时，会自动转换为光伏电池供电，同时为蓄电池充电。4.根据权利要求1所述的一种基于信标导航的水质改良船，其特征在于，所述的超声波信标定位系统，包括设在般体四角上的第一超声波接收模块、第二超声波接收模块、第三超声波接收模块、第四超声波接收模块、第一无线收发模块和第一控制器;所述的目标池塘沿岸合理安置的信标，其数量不少于2只；所述的信标上设有SV电源、第二控制器、第二无线收发模块和超声波发射模块;所述的超声波信标定位系统，是指在目标池塘沿岸合理安置信标，通过利用第一无线信号收发模块、第一超声波接收模块、第二超声波接收模块、第三超声波接收模块、第四超声波接收模块与无线收发模块、超声波发射模块及第一控制器和第二控制器的配合测出相应超声波信标的距离和方位，把测得的信息传送给第一控制器，由第一控制器控制船体移动方向；本船体还能通过遥控器实现人工改变船体的移动方向。5.—种基于信标导航的水质改良船的控制流程，其特征在于，所述的控制流程包括光伏供电系统的控制流程，信标装置的控制流程，以及水质改良船的超声波定位巡航控制流程。6.根据权利要求5所述的一种基于信标导航的水质改良船的控制流程，其特征在于，所述的光伏供电系统的控制流程，包括开始并初始化子程序;采集光伏电池电流、电压等参数并显示；启动DC/DC升压;判断该电压能否对蓄电池充电；如不可以，则返回至采集光伏电池电流、电压等参数并显示步骤;如可以，则对蓄电池进行充电，并判断蓄电池是否已经充满；如已经充满，则开始放电并返回至采集光伏电池电流、电压等参数并显示步骤;如未充满，则继续充电，并返回至判断蓄电池是否已经充满步骤。7.根据权利要求5所述的一种基于信标导航的水质改良船的控制流程，其特征在于，所述的信标装置的控制流程，包括程序在电复位或硬件复位后，首先对系统进行初始化;然后对初始设定信息获取，包括定位移动方式和通信方式等选择;接着读取ID，因为每个信标都对应一个ID，只有和船体系统ID相同时才能通信;然后对此系统供电电池的电压检测;接着查看有无相应指令;若无相应指令，则返回获取初始设定信息步骤，若有相应指令，则检测是寻找命令还是读取命令；如是寻找命令，则进行对应超声波信号发射;如是读取状态命令，则向船体接收系统发送读取的当前状态，从而配合船体完成定位移动任务;之后重复上述按键等功能。8.根据权利要求5所述的一种基于信标导航的水质改良船的控制流程，其特征在于，所述的水质改良船的超声波定位巡航控制流程包括开始及初始化，如:系统参数变化、I/O 口、中断和定时器等初始化;判断是否有遥控信号，若接收到遥控信号，则直接遥控控制船体的运动状态，若无遥控信号则对系统初始设定信息获取，主要包括定位移动参数值、自动定位运行方式等信息;接着读取ID，所述的ID用于区别其他干扰信息;然后判断方位角是否大于设定值，如方位角大于设定值，则发送转向命令，启动定时器延时，开中断;等待30秒后接收超声波，在中断中获取四路接收时间；如方位角小于等于设定值，则直接对获取有效时间的个数做出判定，若小于3个，则回发送转向命令、启动定时器、开中断的步骤，若大于等于3，则通过对相应信标的位置计算，确定船体中点与相应信标的距离;然后把所得距离与预设距离作比较，若小于预设值，则转入新ID至读ID并保存步骤，若大于预设值，则控制主电机工作，使船体向目标信标方向移动;之后，开始重新初始化，重复上述程序，完成水质改良船沿下一个信标组成的路线工作直至完成全部的定位巡航。9.一种基于信标导航的水质改良船，其特征在于，所述的水质改良船在自动行驶时，可以通过遥控器切换成人工遥控控制。
【文档编号】B63B35/00GK106020206SQ201610592085
【公开日】2016年10月12日
【申请日】2016年7月26日
【发明人】王永鼎, 董亚龙, 田晨曦, 庞闯闯
【申请人】上海海洋大学