一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统技术方案

本发明专利技术公开了一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，包括远距离控制终端、无人船控制端、采样电机控制板、推进电机控制板和舵机控制板，所述远距离控制终端与无人船控制端中均包含51单片机和nRF905无线遥控模块，该远距离控制终端发出控制信号，经串口通信方式传递给所述无人船控制端；所述无人船控制端接收控制信号后，产生PWM控制信号控制所述采样电机控制板、推进电机控制板以及舵机控制板发生相应动作，以完成采样、收集以及推进过程；所述采样电机控制板进一步包括采样装置。该系统智能化控制程度高，整个采样部分均由远距离遥控实现，无需本人亲自下船调控，具有很高的实用价值。

A remote monitoring and sampling unmanned ship control system

【技术实现步骤摘要】
一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统
本专利技术涉及自动化控制
，尤其涉及一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统。
技术介绍
目前，随着无人平台的推广以及相关定位、导航与控制技术的快速发展，越来越多的无人自动平台应用于环境监测和采样领域，无人船是一种新型的搭载平台，依托小型船舶、控制设备可搭载多种监测传感器，以遥控或自主的工作方式，在走航过程中进行连续性环境监测。无人船工作于水面，大部分表面原位和剖面测量传感器均可搭载，例如电导率、温度、深度、叶绿素、溶解氧、流速仪、单/多波束测深仪等，可应用于浅水湖泊、近岸、岛礁周边等复杂区域的多要素同步测量；对于不能原位测量的要素，无人船可利用自身携带的采样装置实现现场采样。采样监测船控制系统作为水质监测仪表与各种采样设备的整体性集成，系统集成的优良可以保证仪表和设备的正常稳定的工作，同时为数据传输及分析起到了非常重要的作用。目前使用的系统集成存在如下的缺点：一，系统的智能化水平不高，控制的信息采样量少，控制的智能化程度低；二，远距离的可控性差，目前集成系统远距离控制模块不能够同时实现控制系统的运行、查询状态、反向控制等功能。三：目前已知的无人船操作系统，采用wifi或者蓝牙通讯方式，进行实时控制，系统抗干扰能力差、控制距离短、编程方式复杂。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，该系统智能化控制程度高，整个采样部分均由远距离遥控实现，无需本人亲自下船调控，具有很高的实用价值。本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的：一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，所述系统包括远距离控制终端、无人船控制端、采样电机控制板、推进电机控制板和舵机控制板，其中：所述远距离控制终端与无人船控制端中均包含51单片机和nRF905无线遥控模块，该远距离控制终端发出控制信号，经无线网络传递给所述无人船控制端；所述无人船控制端接收控制信号后，产生PWM控制信号以及高低电平控制所述采样电机控制板、推进电机控制板以及舵机控制板发生相应动作，以完成采样、收集以及推进过程；所述采样电机控制板进一步包括采样装置，其中：当需要控制所述采样装置进行采泥操作时，所述远距离控制终端发出泥斗下降指令，所述采样装置的泥斗下降至水面以下，设置在泥斗中的压力传感器反馈压力值至所述远距离控制终端；所述远距离控制终端接收反馈信号，待压力值恒定不变时，发出泥斗上升指令，所述泥斗缓慢上升至压力值突变点，此时所述远距离控制终端继续发出间断上升以及下降指令，所述泥斗上下抖动，使所述采样装置闭合，待采泥结束后将所述采样装置拉出水面并返航；当需要控制所述采样装置进行采水操作时，所述远距离控制终端发出采样装置下降指令，所述采样装置缓慢下降至水面以下，待所述采样装置的泥斗采水完成后，所述远距离控制终端发出采样装置上升指令，使所述采样装置移出水面。所述系统还包括水样分析模块，用于在所述采样装置完成采泥或采水操作后，对采集的样本进行分析；该水样分析模块包括以下几种电极式仪表：pH仪、温度计、电导率仪、溶解氧仪。所述推进电机控制板和舵机控制板的控制过程包括：所述远距离控制终端发出前进信号至所述无人船控制端，所述无人船控制端产生高电平信号控制所述推进电机控制板带动螺旋桨正转，推动船只前进，并通过调整PWM控制信号的占空比实现所述推进电机控制板的调速；船只在前进过程中，所述远距离控制终端发出左转、右转、直行指令至所述无人船控制端，所述无人船控制端产生PWM控制信号控制所述舵机控制板带动舵板实现相应动作，完成船只的前进、左转以及右转；当船只碰到障碍物时，所述远距离控制终端发出船只后退指令至所述无人船控制端，所述无人船控制端产生低电平信号控制所述推进电机控制板带动螺旋桨反转，实现船只后退动作，此时仍可利用所述舵机控制板实现后退方向的改变。所述系统还包括电源管理模块，与所述无人船控制端电连接，用于根据用户设置实时监测所述无人船控制端的电池电量，当电池电量过低或充电时，所述系统不工作。在所述采样装置进行泥、水采样过程中，通过电机驱动双向自锁绞车进行工作，使所述采样装置处于即开即停状态，便于实时控制。由上述本专利技术提供的技术方案可以看出，上述系统智能化控制程度高，整个采样部分均由远距离遥控实现，无需本人亲自下船调控，可实现无障碍1km范围内的远距离无线遥控，具有很高的实用价值。附图说明为了更清楚地说明本专利技术实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本专利技术的一些实施例，对于本领域的普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。图1为本专利技术实施例提供的远距离遥控监测及采样的无人船控制系统的结构示意图。具体实施方式下面结合本专利技术实施例中的附图，对本专利技术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专利技术一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本专利技术的实施例，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，都属于本专利技术的保护范围。下面将结合附图对本专利技术实施例作进一步地详细描述，如图1所示为本专利技术实施例提供的远距离遥控监测及采样的无人船控制系统的结构示意图，所述系统主要包括远距离控制终端、无人船控制端、采样电机控制板、推进电机控制板和舵机控制板，其中：所述远距离控制终端与无人船控制端中均包含51单片机和nRF905无线遥控模块，具体实现中，该nRF905无线遥控模块可以采用Nordic公司的VLSIShockBurst技术，ShockBurst技术使nRF905能够提供高速的数据传输，而不需要昂贵的高速MCU来进行数据处理/时钟覆盖。通过将与RF协议有关的高速信号处理放到芯片内，nRF905提供给应用的微控制器一个SPI接口，速率由微控制器自己设定的接口速度决定。nRF905通过ShockBurst工作模式在RF以最大速率进行连接时降低数字应用部分的速度来降低在应用中的平均电流消耗。在ShockBurstTX模式中，nRF905自动产生前导码和CRC校验码，数据准备就绪DR信号通知MCU数据传输已经完成，利用该nRF905无线遥控模块能实现无障碍1km范围内的远距离无线遥控。上述远距离控制终端即电脑上位机软件通过串口通信的方式与单片机通信，单片机经无线网络发出控制信号传递给所述无人船控制端；具体实现过程中，单片机可以经433Mhz通信频段发出控制信号。所述无人船控制端接收控制信号后，产生PWM控制信号控制所述采样电机控制板、推进电机控制板以及舵机控制板发生相应动作，以完成采样、收集以及推进过程；所述采样电机控制板进一步包括采样装置，其中：当需要控制所述采样装置进行采泥操作时，所述远距离控制终端发出泥斗下降指令，所述采样装置的泥斗下降至水面以下，设置在泥斗中的压力传感器反馈压力值至所述远距本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，其特征在于，所述系统包括远距离控制终端、无人船控制端、采样电机控制板、推进电机控制板和舵机控制板，其中：/n所述远距离控制终端与无人船控制端中均包含51单片机和nRF905无线遥控模块，该远距离控制终端发出控制信号，经无线网络传递给所述无人船控制端；/n所述无人船控制端接收控制信号后，产生PWM控制信号以及高低电平控制所述采样电机控制板、推进电机控制板以及舵机控制板发生相应动作，以完成采样、收集以及推进过程；/n所述采样电机控制板进一步包括采样装置，其中：/n当需要控制所述采样装置进行采泥操作时，所述远距离控制终端发出泥斗下降指令，所述采样装置的泥斗下降至水面以下，设置在泥斗中的压力传感器反馈压力值至所述远距离控制终端；所述远距离控制终端接收反馈信号，待压力值恒定不变时，发出泥斗上升指令，所述泥斗缓慢上升至压力值突变点，此时所述远距离控制终端继续发出间断上升以及下降指令，所述泥斗上下抖动，使所述采样装置闭合，待采泥结束后将所述采样装置拉出水面并返航；/n当需要控制所述采样装置进行采水操作时，所述远距离控制终端发出采样装置下降指令，所述采样装置缓慢下降至水面以下，待所述采样装置的泥斗采水完成后，所述远距离控制终端发出采样装置上升指令，使所述采样装置移出水面。/n...

【技术特征摘要】
1.一种远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，其特征在于，所述系统包括远距离控制终端、无人船控制端、采样电机控制板、推进电机控制板和舵机控制板，其中：
所述远距离控制终端与无人船控制端中均包含51单片机和nRF905无线遥控模块，该远距离控制终端发出控制信号，经无线网络传递给所述无人船控制端；
所述无人船控制端接收控制信号后，产生PWM控制信号以及高低电平控制所述采样电机控制板、推进电机控制板以及舵机控制板发生相应动作，以完成采样、收集以及推进过程；
所述采样电机控制板进一步包括采样装置，其中：
当需要控制所述采样装置进行采泥操作时，所述远距离控制终端发出泥斗下降指令，所述采样装置的泥斗下降至水面以下，设置在泥斗中的压力传感器反馈压力值至所述远距离控制终端；所述远距离控制终端接收反馈信号，待压力值恒定不变时，发出泥斗上升指令，所述泥斗缓慢上升至压力值突变点，此时所述远距离控制终端继续发出间断上升以及下降指令，所述泥斗上下抖动，使所述采样装置闭合，待采泥结束后将所述采样装置拉出水面并返航；
当需要控制所述采样装置进行采水操作时，所述远距离控制终端发出采样装置下降指令，所述采样装置缓慢下降至水面以下，待所述采样装置的泥斗采水完成后，所述远距离控制终端发出采样装置上升指令，使所述采样装置移出水面。


2.根据权利要求1所述远距离遥控监测及采样的无人船控制系统，其特征在于，
所述系统还包括水样分析模块，用于在所述采样装置完成采泥或采水操作后...

【专利技术属性】
技术研发人员：孙庆业，黄涛，方青，李博，
申请(专利权)人：安徽大学，
类型：发明
国别省市：安徽;34