基于CAN总线的无人船水质监测系统技术方案

技术编号:19515239 阅读:36 留言:0更新日期:2018-11-21 10:13
基于CAN总线的无人船水质监测系统,包括:主控制板、上位机监控平台、无线通信模块、GPS定位模块、动力系统、蓄电池供电系统和传感器采集系统;主控制板包括控制中心、动力系统驱动模块和CAN总线通信接口,CAN总线通信接口一端连接控制中心,另一端以总线形式连接至传感器采集系统;传感器采集系统包括传感器、传感器采集控制器和CAN总线收发器,传感器采集控制器接收传感器采集的水质数据参数,并通过CAN总线收发器将水质数据参数转化为差分信号并通过CAN总线发送出去。本实用新型专利技术安装时不需要大量排线,CAN网络上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时要求;在实际水质监测时,容易扩展新的传感器。

【技术实现步骤摘要】
基于CAN总线的无人船水质监测系统
本技术属于水质监测领域,具体涉及一种基于CAN总线的无人船水质监测系统。
技术介绍
目前,环保监查部门为掌握所辖水域的水质情况,通常是对水质进行定期或不定期的采样分析,依水质的各项质量指标决定相应的环保措施。然而,现有水质自动监测站由于位置固定难以及时发现污染源,而移动监测手段多为有人驾驶的水质监测车或监测船,不仅成本高,而且受城市水体的复杂地形影响,部分水域人工监测船或监测车根本无法驶入,造成目前水质监测体系存在响应不及时、时间与空间分辨率较低等问题。现有水质监测无人船的主控制板和传感器之间需要大量的排线,随着传感器数量的增加以及船体的增大,无论是安装还是布线都非常复杂,而且维护难度很大,系统可靠性较低。另外,在布线完成后在实际后续运行中就无法进行扩展,比如需要添加一个传感器需要重新拉线,大大增加了后期维护工作。有时候由于一个传感器出现故障,将会导致整个系统的瘫痪。
技术实现思路
本技术针对现有技术中的不足,提供一种基于CAN总线的无人船水质监测系统。由于CAN总线抗干扰性强,CAN总线网络系统中各节点之间只要两个线,安装和布线简单;CAN总线网络系统报文发送期间,丢失仲裁或由于出错而遭破坏的帧可以自动重发;系统容易集成,可靠性高,功能完善,可以更加有效的解决无人船水质监测系统的可靠性、实时性和可扩展性。在满足当前无人船水质监测需求的同时还能提供更完善的扩展需求,满足不同水域下的水质监测,并且能简化传感器安装和调试的难度,降低维护成本,提高整个无人船监测系统的可靠性、实时性和可扩展性。为实现上述目的,本技术采用以下技术方案:一种基于CAN总线的无人船水质监测系统,其特征在于,包括:主控制板、上位机监控平台、无线通信模块、GPS定位模块、动力系统、蓄电池供电系统和传感器采集系统;主控制板包括控制中心、动力系统驱动模块和CAN总线通信接口,控制中心发送控制指令给动力系统驱动模块,动力系统驱动模块连接至动力系统,CAN总线通信接口一端连接控制中心,将收到的控制中心的数据转化为差分信号并通过CAN总线发送出去,另一端以总线形式连接至传感器采集系统;传感器采集系统包括依次相连的传感器、传感器采集控制器和CAN总线收发器,传感器采集控制器一方面接收传感器采集的水质数据参数,另一方面通过CAN总线收发器将水质数据参数转化为差分信号并通过CAN总线发送出去;上位机监控平台通过无线通信模块与控制中心进行通信,GPS定位模块用于定位采集的位置并发送至控制中心,动力系统采用直流电机驱动无人船,蓄电池供电系统为主控制板供电。为优化上述技术方案,采取的具体措施还包括:控制中心采用STM32F103ZET6芯片,CAN总线通信接口采用TJA1050芯片的CAN收发器,动力系统驱动模块采用L298N芯片设计的驱动电路。传感器包括酸碱度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器、盐度传感器和温度传感器,各传感器都是CAN总线网络上的一个节点,各节点之间通过CAN总线进行数据传输。CAN总线网络和传感器节点之间只有CANH、CANL两根线。传感器包括温度传感器,温度传感器采用防水型DS18B20温度探头,传感器采集控制器采用STM32F103VET6芯片,CAN总线收发器采用TJA1050芯片。控制中心通过CAN总线收发器向传感器采集控制器发送远程帧用于请求温度数据,传感器采集控制器监测到远程帧并且成功通过过滤器筛选后,确认为温度请求指令;传感器采集控制器读取温度传感器的数据信息,将读取的温度数据信息转换为CAN总线协议的数据包,通过CAN总线收发器广播到CAN总线上;CAN总线通信接口监测到CAN总线上的报文并且通过过滤器筛选后,提取出数据帧信息,将数据包处理成温度信息;控制中心获得温度信息后,通过无线通信模块将本次温度数据采集的时间、温度值发送到上位机进行实时显示和绘图。无线通信模块采用GPRS无线通信。本技术的有益效果是:1、CAN总线网络系统和各个传感器节点之间只有两根CANH、CANL,在传感器安装时不需要大量排线,安装和布线简单;2、CAN总线的数据通信具有突出的可靠性和灵活性,CAN为多主方式工作,网络上任一点均可以在任意时刻主动的向网络上其他节点发送信息,不分主从,通信方式灵活,可以更加有效的解决无人船水质监测系统的可靠性和灵活性;3、能有效解决各种传感器与控制器之间的通信延迟问题,各种传感器在采集数据时相互独立不受彼此的干扰,有益于增强系统的可靠性;4、CAN节点只需要通过报文滤波即可实现点对点、一点对多点以及全局广播等几种方式发送接收数据,在无人船主控制板和各种传感器通信时,可以实现指定传感器发送数据,即点对点发送接收数据,当需要获得所以传感器数据时可以全局广播请求数据;5、在报文符号上,CAN网络上的节点分成不同的优先级,可满足不同的实时要求,高优先级的数据最多可在134us内得到传输,可以更加有效的解决无人船水质监测系统的实时性;6、上位机实时显示无人船各种传感器的采集数据信息并绘制曲线图,便于工作人员分析该水域的水质状况;7、在实际水质监测时,针对不同的水域需要配备不同的传感器,该系统容易扩展新的传感器,只需要把该传感器节点挂载到CAN总线网络系统上即可。附图说明图1为的无人船水质监测系统的结构框图。图2为温度采集系统框图。图3为无人船主控制板的流程图。图4为温度采集流程图。具体实施方式下面结合附图详细说明本技术。如图1所示的基于CAN总线的无人船水质监测系统,包括:主控制板、上位机监控平台、无线通信模块、GPS定位模块、动力系统、蓄电池供电系统和传感器采集系统。主控制板包括控制中心、动力系统驱动模块和CAN总线通信接口,控制中心采用STM32F103ZET6芯片,CAN总线通信接口采用TJA1050芯片的CAN收发器。具体地,CAN总线通讯接口是用来接收和发送数据,具备CAN发送器和CAN接收器的功能,它将收到的控制中心的数据转化为差分信号并通过CAN总线发送出去,同时也接受CAN总线上的数据,并将数据发送给控制中心。CAN总线通信接口的一端连接控制中心,另一端以总线形式分别连接传感器采集系统中的传感器。无线通信系统是采用GPRS无线系统,通过AT指令实时上传无人船本次采样的的数据信息,例如:酸碱度、溶解氧、氨氮传感器、浊度传感器、盐度传感器和温度传感器等,以及无人船和上位机之间的控制指令,确保无人船在采样过程中数据传输的可靠性。无人船动力系统是采用两个大功率的直流电机,动力系统驱动模块的驱动板采用L298N芯片独立设计的驱动电路。CAN总线是控制器局域网络的简称,是由以研发和生产汽车电子产品著称的德国BOSCH公司开发的,是国际上应用最广泛的现场总线之一。CAN总线为多主方式工作,在总线空闲时,所有的单元都可开始发送消息。多个单元同时开始发送时,发送高优先级ID消息的单元可优先发送。传感器采集系统主要包括传感器、传感器采集控制器和CAN总线收发器,传感器主要是各种水质监测传感器,例如:酸碱度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度传感器、盐度传感器和温度传感器等,各种传感器都是CAN总线网络上的一个节点,各节点之间通过CAN总线进行数本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于CAN总线的无人船水质监测系统,其特征在于,包括:主控制板、上位机监控平台、无线通信模块、GPS定位模块、动力系统、蓄电池供电系统和传感器采集系统;主控制板包括控制中心、动力系统驱动模块和CAN总线通信接口,控制中心发送控制指令给动力系统驱动模块,动力系统驱动模块连接至动力系统,CAN总线通信接口一端连接控制中心,将收到的控制中心的数据转化为差分信号并通过CAN总线发送出去,另一端以总线形式连接至传感器采集系统;传感器采集系统包括依次相连的传感器、传感器采集控制器和CAN总线收发器,传感器采集控制器一方面接收传感器采集的水质数据参数,另一方面通过CAN总线收发器将水质数据参数转化为差分信号并通过CAN总线发送出去;上位机监控平台通过无线通信模块与控制中心进行通信,GPS定位模块用于定位采集的位置并发送至控制中心,动力系统采用直流电机驱动无人船,蓄电池供电系统为主控制板供电。

【技术特征摘要】
1.一种基于CAN总线的无人船水质监测系统,其特征在于,包括:主控制板、上位机监控平台、无线通信模块、GPS定位模块、动力系统、蓄电池供电系统和传感器采集系统;主控制板包括控制中心、动力系统驱动模块和CAN总线通信接口,控制中心发送控制指令给动力系统驱动模块,动力系统驱动模块连接至动力系统,CAN总线通信接口一端连接控制中心,将收到的控制中心的数据转化为差分信号并通过CAN总线发送出去,另一端以总线形式连接至传感器采集系统;传感器采集系统包括依次相连的传感器、传感器采集控制器和CAN总线收发器,传感器采集控制器一方面接收传感器采集的水质数据参数,另一方面通过CAN总线收发器将水质数据参数转化为差分信号并通过CAN总线发送出去;上位机监控平台通过无线通信模块与控制中心进行通信,GPS定位模块用于定位采集的位置并发送至控制中心,动力系统采用直流电机驱动无人船,蓄电池供电系统为主控制板供电。2.如权利要求1所述的一种基于CAN总线的无人船水质监测系统,其特征在于:控制中心采用STM32F103ZET6芯片,CAN总线通信接口采用TJA1050芯片的CAN收发器,动力系统驱动模块采用L298N芯片设计的驱动电路。3.如权利要求1所述的一种基于CAN总线的无人船水质监测系统,其特征在于:传感器包括酸碱度传感器、溶解氧传感器、氨氮传感器、浊度...

【专利技术属性】
技术研发人员:葛化敏许四杰薛志威潘伟文刘海鑫
申请(专利权)人:南京信息工程大学
类型:新型
国别省市:江苏,32

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