可组网的水质参数自动测量船制造技术

本实用新型专利技术公开了一种可组网的水质参数自动测量船，包括船体，船体上设置有动力系统、定位系统、通信系统、测量系统和控制系统，所述动力系统、定位系统、通信系统、测量系统均与控制系统相连接；所述动力系统包括蓄电池、电机，电机与设置在船体下方的叶轮连接；所述定位系统包括GPS模块或北斗卫星定位模块；所述通信系统包括ZigBee模块和GPRS模块；所述测量系统包括水下传感器和水上传感器；所述控制系统采用单片机作为主控芯片。本实用新型专利技术可实现多个测量船的自动组网及灵活航行和编队，可对水质进行多点快速检测及数据汇集，并可实现对污染源的实时追踪。

Water quality parameters automatic measurement ship with networking

【技术实现步骤摘要】
可组网的水质参数自动测量船
本技术属于水质监测
，具体涉及一种可组网的水质参数自动测量船。
技术介绍
水是生命的源泉，也是工业生产中不可或缺的重要资源。随着我国经济的快速发展，大量工业废水的不当处理严重影响了当地的水资源环境。水体环境监测与处理手段的开发对于保护水资源环境，实现水资源的高效利用具有重要的意义。目前，我国水体监测主要存在的问题包括以下几个方面：第一，自动监测站数量不足，难以对整条河流或湖泊的水质进行全方位监测；第二，对于采集到的数据缺乏快速上报能力，水体监测的实时性亟待提高；第三，自动监测点缺乏对水体异常情况及时处理的能力。随着无人驾驶技术、卫星定位系统和通信技术的快速发展，将其应用到无人测量船的时机已基本成熟，因此开发可自动测量水质参数的无人测量船对于水质监测具有重要意义。
技术实现思路
针对现有技术的不足，本技术提出一种可组网的水质参数自动测量船，通过自组网的小船编队可以实现灵活编队，在更广范围上进行准确的水质测量，并实现水质数据融合的实时传输和综合分析。本技术的技术方案为：可组网的水质参数自动测量船，包括船体，船体上设置有动力系统、定位系统、通信系统、测量系统和控制系统，所述动力系统、定位系统、通信系统、测量系统均与控制系统相连接；所述动力系统包括蓄电池、电机，电机与设置在船体下方的叶轮连接；所述定位系统包括GPS模块或北斗卫星定位模块；所述通信系统包括ZigBee模块和GPRS模块；所述测量系统包括水下传感器和水上传感器；所述控制系统采用单片机作为主控芯片。进一步的，在所述船体下方设置有下沉杆，下沉杆上设置有所述水下传感器，下沉杆的末端设置有重物。进一步的，所述动力系统还包括太阳能电池板。进一步的，所述水上传感器设置在船体的上方，包括风速、风向、温度、湿度、日照等传感器；所述水下传感器包括水流流速、浊度、pH值、氧含量等传感器。进一步的，所述单片机型号为STM32系列单片机，所述测量系统通过总线与单片机连接。有益效果：本技术的自动测量船，通过太阳能进行供电，实时通过GPS/北斗卫星定位系统进行自身定位，自动测量水质和环境的各项参数，并通过GPRS/ZigBee与数据中心实时通信；同时多只测量船可通过ZigBee进行自动组网，多船之间进行通信，将船只的位置信息和测量数据实时发送数据中心，也可实时接收数据中心的指令，对船只的航向、队形进行控制，移动灵活，实现对水质的多点快速检测及数据汇集，并可实现对污染源的实时追踪。附图说明图1测量船结构示意图。图2控制系统框图。图3LCD模块原理图。图4JTAG模块原理图。图5CAN总线原理图。图6测量船组网结构示意图。图中：1船体，2叶轮，3下沉杆，4、传感器，5、重物。具体实施方式下面结合附图，对本技术做进一步的说明。如图1和2所示，可组网的水质参数自动测量船，包括船体1，船体1上设置有动力系统、定位系统、通信系统、测量系统和控制系统；船体1由叶轮2驱动，船体下面安装一个下沉杆3，在下沉杆3上安装有水下传感器4，用来测量水中需要测量的成分或者污染物。在下沉杆上的传感器可以根据需要上下调节。在不同的深度布置传感器可以根据需要进行更为符合实际的测量，下沉杆及其下面的重物5用来保证测量船的稳定性。动力系统包括太阳能电池板、蓄电池、电机、叶轮等组成部分。太阳能电池板为船体的运行电机和电子产品提供能源；电机驱动叶轮旋转从而推动船体行进、后退或者转向。定位系统包括GPS/北斗模块，通信系统包括GPRS和ZigBee等模块；使用GPS、GPRS单独或者联合定位，同时结合船节点的相互位置关系，进行更为准确的定位；各个船节点之间靠ZigBee组网通信，ZigBee技术可以在节点之间自主的建立路由通道，当一个节点失去功能时，它可以重新建立新的路由通路。各个节点上还安装有GPRS模块，这些模块可以向数据中心报告特定数据。测量系统包括各种测量装置和传感器系统，比如水上传感器有风向风速测量装置、温度湿度传感器，水下传感器有水流流速传感器以及常见污染物传感器，如浊度传感器、pH值传感器、富氧量传感器等。测量船上配有主控系统。各传感器或者测量装置采集的数据发送给主控系统，主控系统将数据发送给ZigBee模块以无线的形式发送出去，在某个船ZigBee失去作用时，也可以通过GPRS模块报告信息。主控系统可以根据GPS数据、临近模块发送的信息进行计算并定位，同时向其他节点报告自己的位置信息。主控系统可以根据数据中心通过ZigBee或者GPRS发送过来的指令信息给动力系统发送指令，使小船移动位置。控制系统的框图如图2所示。控制系统采用STM32单片机，以及ZigBee模块、GPRS模块、GPS/北斗模块、显示模块、JTAG接口模块、电机驱动模块等。多种传感器可以通过普通I/O和单片机相连，也可以通过单片机上的A/D接口相连，但多数情况下，传感器通过总线和单片机相连，总线可以为profibus、CAN或者串口422总线，本例中传感器通过CAN总线和STM32单片机相连。如图3-5所示，分别是LCD显示模块原理图、JTAG模块原理图和CAN总线模块原理图。工作时，若干个测量船可以通过通信系统实现自动组网，达到多点测量并将测量数据汇集的目的。每一个测量船可以称为一个节点，节点包括测量节点和汇聚节点。这些节点通过ZigBee技术构成一个自组织网络。一般情况下，大多数的节点为测量节点，它们的工作包括：1、通过自身的各种传感器和测量装置获取水质参数；2、并将这些参数数据通过多跳或者单跳的方式传送给汇聚节点；3、和临近的节点通信并确定相互位置关系；4、利用自身GPS和GPRS进行位置定位，并结合临近节点相互位置关系进行更为准确的定位；5、根据反馈过来的数据进行位置调整、传感器参数设定等。汇聚节点在形式上和测量节点是一样的，只是承担的角色不同。它除了能够承担测量节点的功能之外，还在自组织网络中往往承担网关的角色。各个测量节点的数据发送给它，由它再将数据发送到更大一级的网络或者和数据中心相连。各个测量船（包括测量节点和汇聚节点）组网的组织结构如图6所示。图中虚线表示可能的数据传输路由或者连接通道。通过自组网的小船编队可以实现更广范围、更准确的测量，可以实现数据融合的综合分析，可以根据需要保持队形，可以利用编队形式如梯度进行污染物流向的监测。该测量船除了能进行常规的水质检测之外，还具备下列优点功能：1、可自组网。测量节点和汇聚节点可以自组网，并自动建立路由通道，当一个节点失效后，可以重新建立路由通道。2、可编队。由于这些节点可以定位并互相报告自身位置，可以根据需要移动，例如节点可以根据污染物浓度梯度值进行自由编队移动，从而追溯到污染源的位置。可以根据需要调整队形，以实现最大的测量范围或者实现测量点的合理布局。可以保持正常的距离，自主调整位置，防止测量船扎堆，或本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.可组网的水质参数自动测量船，包括船体，其特征在于：在船体上还设置有动力系统、定位系统、通信系统、测量系统和控制系统，所述动力系统、定位系统、通信系统、测量系统均与控制系统相连接；所述动力系统包括蓄电池、电机，电机与设置在船体下方的叶轮连接；所述定位系统包括GPS模块或北斗卫星定位模块；所述通信系统包括ZigBee模块和GPRS模块；所述测量系统包括水下传感器和水上传感器；所述控制系统采用单片机作为主控芯片。/n

【技术特征摘要】
1.可组网的水质参数自动测量船，包括船体，其特征在于：在船体上还设置有动力系统、定位系统、通信系统、测量系统和控制系统，所述动力系统、定位系统、通信系统、测量系统均与控制系统相连接；所述动力系统包括蓄电池、电机，电机与设置在船体下方的叶轮连接；所述定位系统包括GPS模块或北斗卫星定位模块；所述通信系统包括ZigBee模块和GPRS模块；所述测量系统包括水下传感器和水上传感器；所述控制系统采用单片机作为主控芯片。


2.根据权利要求1所述的可组网的水质参数自动测量船，其特征在于：在所述船体下方设置有下沉杆，下沉杆上设置...

【专利技术属性】
技术研发人员：魏胜利，曹领，王伟，张阳，聂萌瑶，石玉，
申请(专利权)人：安阳工学院，
类型：新型
国别省市：河南;41