无人作业智能船装置及控制系统制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种无人作业智能船装置，包括智能船本体，智能船本体设置有主控制模块，主控制模块连接有导航系统、水质检测系统及数据传输模块，所述水质检测系统包括设置于智能船本体下部的传感器模块，导航系统包括北斗和GPS双模定位模块，及指南针模块，所述主控制模块还连接有执行机构、测距模块、及电量检测系统，所述数据传输与智能终端数据通信，所述智能终端内设置有用于控制智能船的控制系统APP。可实现自主巡航，自动避障，自动回充，可以与智能终端通信，能根据现场采集的数据控制无人作业的智能船，同时为方便对智能船和水域监控管理，提供能随时查看智能船行驶轨迹、船体电量状态，养殖区水质参数，控制智能船工作。

Unmanned operation intelligent ship device and control system

The invention discloses a ship intelligent unmanned operation device, including smart ship body, intelligent ship body is provided with a main control module, main control module is connected with the navigation system, the water quality detection system and data transmission module, the water quality detection system comprises a sensor module arranged at the lower part of the intelligent ship body, including the Beidou navigation system and GPS the dual-mode positioning module, and compass module, the main control module is connected with the actuator, ranging module, and power detection system, the data transmission and intelligent terminal data communication, the intelligent terminal is arranged in the APP control system for intelligent control of the ship. Can realize autonomous cruise, automatic obstacle avoidance, automatic recharge, and intelligent terminal communication, according to the data collected in the field of intelligent ship control of unmanned operation at the same time, for the convenience of intelligent ship and water monitoring and management, can provide intelligent ship running track, at any time to view the hull power state, the water quality parameters of the cultivation area, intelligent control of ship work.

【技术实现步骤摘要】
无人作业智能船装置及控制系统
本专利技术涉及一种无人作业的自动化装置，具体地涉及一种基于物联网的无人作业智能船无人作业智能船装置及控制系统。
技术介绍
无人船作为一种智能化、自动化、无人化、网络化的水面运载工具，在水域生态监控、水上作业等方面发挥了极其重要的作用。随着产业化的发展和无人船目的性的增强，包括避障、根据采集数据智能作业和要具备一定自检能力等实际问题亟待解决。另外，伴随着互联网技术的发展，利用计算机技术，网络技术等对原有的生产方和管理方式进行升级改造也成为一大创新需求。中国专利文献CN205785296公开了一种智能无人水域监测平台，包括船体、船体上的APM自驾导航系统、GPS定位系统、拍摄系统、图像传输系统、OSD视频叠加系统、3DR数据传输系统、电源等、控制系统以及设置在甲板上的推进装置。该平台能够实现航线自动驾驶，GPS定位系统卫星定位和自动返航，通过3DR无线数据传输系统实时传输监测及航行数据，图像传感器拍摄到的视频及图片可通过无线图像传输系统回传至视频监控端，并将地理信息位置、电源电压电流信息以及其他采集信息一并叠加传输到显示屏上。该智能无人水域监测平台只能用于监测数据，并且智能化程度不高，只能依据设定的路线行驶，控制方式单一。
技术实现思路
为了克服上述技术问题，本专利技术提供了一种无人作业智能船无人作业智能船装置及控制系统，可实现自主巡航，自动避障，自动回充，可以与智能终端通信，能根据现场采集的数据控制无人作业的智能船，同时为方便对智能船和水域监控管理，提供能随时查看智能船行驶轨迹、船体电量状态，养殖区水质参数，控制智能船工作。本专利技术的技术方案是：一种无人作业智能船装置，包括智能船本体，所述智能船本体设置有主控制模块，所述主控制模块连接有导航系统、水质检测系统及数据传输模块，所述水质检测系统包括设置于智能船本体下部的传感器模块，所述导航系统包括北斗和GPS双模定位模块、及指南针模块，所述主控制模块还连接有执行机构、测距模块、及电量检测系统。优选的，所述执行机构至少包括喂食装置、增氧设备。优选的，所述喂食装置通过底座支架安装在智能船本体上，包括上腔体和下腔体，所述上腔体顶部一侧设置有一出料口，所述上腔体靠近出料口设置有限位拨轮，所述下腔体设置有电机，所述电机通过转轴连接转动齿轮组，所述转动齿轮组驱动上腔体转动，所述上腔体底部设置有限位凸起，所述下腔体内壁上设置有与限位凸起配合的限位开关，所述限位凸起与限位开关相对设置。优选的，所述智能船本体设置有第一无线传输模块，所述第一无线传输模块与设置在执行机构上的第二无线传输模块进行通信，控制执行机构工作。优选的，所述主控制模块还连接回充对接系统，所述智能船本体的顶端设置有充电用防水接口，两侧设置有红外接收装置，所述红外接收装置用于接收设置在充电节点的红外发射装置发射的红外信号，所述回充对接系统用于定位充电接点的位置并进行充电控制。优选的，所述回充对接系统的定位方法为：以安装在智能船本体上的某一红外接受装置中为原点建立直角坐标系，两部红外接受仪坐标分别P1(x1,y1,z1)和P2(x2,y2,z2)，红外发送仪所在坐标为Q(xq,yq,zq)；实时计算两部红外接受仪与红外发送仪的偏角，确定红外发送仪即充电插头的具体位置。优选的，主控制模块控制导航系统进行自动巡航，具体包括以下步骤：S01：通过协议解析获知当前智能船本体所处的经纬度信息；S02：将该经纬度与目标点经纬度进行实时比对，计算船所需的与正北方向的目标夹角，再通过I2C通行协议与指南针模块进行通信得到船与正北方向的实际夹角，将实际夹角与目标夹角相减得到误差值；S03：将当前误差值、误差值的微分和误差值的积分分别乘以对应的系数得到所需的电机转速偏差值，通过改变电机转速调节船头方向，使实际夹角与目标夹角相同，当前智能船本体所处的经纬度信息与目标点经纬度相同时，结束自动巡航。本专利技术还公开了一种无人作业智能船装置的控制系统，通过数据传输模块用于将数据实时传输至远程服务器，所述远程服务器与智能终端数据通信，所述智能终端内设置有用于控制智能船的控制系统APP，所述控制系统APP用于显示无人作业船的行驶轨迹和水质参数；发送控制命令，包括设定无人船自动行驶的航线，控制无人船的航向，设定充电点地理经纬坐标和设定自动作业的数据阈值和时间。与现有技术相比，本专利技术的优点是：1、本专利技术的智能船具有避障功能，可自主巡航，并能根据现场采集的水质参数进行自动化作业。可以自动检测电池状态并可自动回充至充电节电充电。2、通过GPRS传输给远程服务器，用户可以通过安装在智能终端的控制系统APP，查看智能船的行驶轨迹、智能船当前所处位置、水质参数，并可通过APP对无人作业船远程控制，包括设定智能船自动行驶的航线，控制无人船的航向，设定充电点地理经纬坐标和设定无人船自动作业的数据阈值和时间等。附图说明下面结合附图及实施例对本专利技术作进一步描述：图1为本专利技术一种无人作业智能船装置的控制系统的结构框图；图2为本专利技术一种无人作业智能船装置的电路原理图；图3为本专利技术一种无人作业智能船装置的PID流程图；图4为本专利技术避障流程图；图5为本专利技术增氧机与喂食装置的控制原理框图；图6为本专利技术喂食装置结构示意图；图7为本专利技术喂食装置工作流程图；图8为本专利技术回充系统的控制原理框图；图9为本专利技术回充定位时计算原理图；图10为本专利技术控制系统APP的功能模块框图；图11为本专利技术数据通信流程图。具体实施方式为使本专利技术的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面结合具体实施方式并参照附图，对本专利技术进一步详细说明。应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本专利技术的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本专利技术的概念。实施例：结合附图和具体实施方式对本专利作进一步说明：如图1所示，一种无人作业智能船控制系统，主要由四部分组成：无人作业智能船，执行机构，充电节电，智能终端。如图2所示，无人作业智能船包括主控制模块、导航系统、GPRS数据传输模块、电机驱动模块、水质检测系统、超声波测距模块、喂食装置、Si4432无线传输模块、电量自检电路模块和红外接收仪。主控制模块为STM32单片机，用于数据的处理和控制。主控制模块控制导航系统进行自动巡航，自动巡航算法基于PID控制原理设计，控制简单、精准度高，PID算法流程图如图3所示。导航系统包括北斗和GPS定位模块、指南针模块，单片机通过AT指令与与导航系统数据通信，并通过协议解析可获知当前船体所处的经纬度信息，将该经纬度与目标点经纬度进行对比可以计算出船所需的与正北方向的夹角，再通过I2C通行协议与GY-273指南针模块进行通信得到船与正北方向的实际夹角，将实际夹角与理论夹角相减得到误差值将当前误差值、误差值的微分和误差值的积分分别乘以对应的系数得到所需的两电机转速偏差值，通过改变两电机转速调节船头方向，使实际夹角与理论夹角相同，最终实现自动巡航。如图4所示，超声波测距模块采用HC-SR04传感器，该传感器每200ms给该模块的Trig信号引脚维持一个不少于10us的高电平信号，模块自动循环发出8个40KHz的脉冲，则该模块Echo引脚的回响高电平输出时间与检测距离成比例。通过计算回响引本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种无人作业智能船装置，包括智能船本体，所述智能船本体设置有主控制模块，所述主控制模块连接有导航系统、水质检测系统及数据传输模块，其特征在于，所述水质检测系统包括设置于智能船本体下部的传感器模块，所述导航系统包括北斗和GPS双模定位模块、及指南针模块，所述主控制模块还连接有执行机构、测距模块、及电量检测系统。

【技术特征摘要】
1.一种无人作业智能船装置，包括智能船本体，所述智能船本体设置有主控制模块，所述主控制模块连接有导航系统、水质检测系统及数据传输模块，其特征在于，所述水质检测系统包括设置于智能船本体下部的传感器模块，所述导航系统包括北斗和GPS双模定位模块、及指南针模块，所述主控制模块还连接有执行机构、测距模块、及电量检测系统。2.根据权利要求1所述的无人作业智能船装置，其特征在于，所述执行机构至少包括喂食装置、增氧设备。3.根据权利要求2所述的无人作业智能船装置，其特征在于，所述喂食装置通过底座支架安装在智能船本体上，包括上腔体和下腔体，所述上腔体顶部一侧设置有一出料口，所述上腔体靠近出料口设置有限位拨轮，所述下腔体设置有电机，所述电机通过转轴连接转动齿轮组，所述转动齿轮组驱动上腔体转动，所述上腔体底部设置有限位凸起，所述下腔体内壁上设置有与限位凸起配合的限位开关，所述限位凸起与限位开关相对设置。4.根据权利要求1所述的无人作业智能船装置，其特征在于，所述智能船本体设置有第一无线传输模块，所述第一无线传输模块与设置在执行机构上的第二无线传输模块进行通信，控制执行机构工作。5.根据权利要求1所述的无人作业智能船装置，其特征在于，所述主控制模块还连接回充对接系统，所述智能船本体的顶端设置有充电用防水接口，两侧设置有红外接收装置，所述红外接收装置用于接收设置在充电节点的红外发射装置发射的红外信号，所述回充对接系统用于定位充电接点的位置并进行充电控制。6.根据权利要求1所述...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘宪瑞，茅一波，孙涛，李鹏，施佺，陈海龙，孙玲，
申请(专利权)人：南通大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32