【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及自供电浮标，特别涉及一种能够进行光伏自供电、路径跟踪和无线通信的漂流浮标及其应用。
技术介绍
1、海洋覆盖了地球面积的70%，我国海域面积高达300万平方公里，海洋拥有丰富的资源。海洋环境监测是我国对海洋生态环境保护、海洋环境管理、海洋事业发展的重要手段和措施。目前漂流浮标广泛应用于水文学、海洋科学和环境监测等领域。
2、为实现对海洋环境变量的准确监测，需要在足够大的时间和空间尺度上布放浮标，以确保监测结果的有效性。传统浮标节点采用电池作为浮标的能量来源，受限于电池容量，浮标设备的续航时间较短、传感器数量少、数据采样率低、电池更换成本高。传统浮标节点实时通信能力差，使得浮标设备的数据获取延迟性高、连续性差且维护成本高。传统浮标节点可能会被丢弃或意外遗失，成为海洋垃圾，对海洋生态系统造成污染。
3、面对日益增长的海洋环境监测需求，为克服传统浮标存在的严重不足，本专利技术提出一种能够进行光伏自供电、路径追踪和无线通信的漂流浮标。
技术实现思路
1、为了解决
技术介绍
中的不足，本专利技术提供了一种能够进行光伏自供电、路径跟踪和无线通信的漂流浮标及其应用，该浮标通过综合、高效利用太阳能，结合电池储能及电源管理技术实现漂流浮标的长效续航；浮标内部集成多个传感器，实现环境数据检测；并配备有无线通信模块，实现浮标数据的远距离无线传输；出于对浮标设备可回收性以及空间尺度上数据准确性的考虑，加入卫星定位、姿态检测功能实现漂流浮标的路径跟踪。
2、本专利
3、透明视窗，设置于所述上壳体的顶部；
4、太阳能板，设置于所述上壳体的外表面上；
5、集成天线，设置于所述上壳体的外表面；
6、水文信息检测舱，设置于所述下壳体外底部；
7、浮标配重，通过配重连杆与所述水文信息检测舱连接；
8、温湿度传感器和压强传感器，其设置于所述上壳体的外表面上；
9、无线通信模块，主控模块，oled显示屏，姿态传感器及卫星定位模块，均设置于所述球体内，并位于所述下壳体上；
10、太阳能控制器，dc-dc稳压器，蓄电池及超级电容，均设置于所述球体内，并位于所述下壳体上。
11、优选的，所述透明视窗内嵌于上壳体顶部中心并且垂直于oled显示屏；
12、所述温湿度传感器与压强传感器与空气接触以便于传感器进行数据检测；
13、所述集成天线嵌于上壳体的上端，便于增强信号的发送和接收。
14、优选的，所述下壳体内部设置有能源层平台和应用层平台；
15、所述能源层平台水平架设于所述下壳体上，所述应用层平台通过平台支撑柱架设于所述能源层平台上；
16、所述无线通信模块，主控模块，oled显示屏，姿态传感器及卫星定位模块均设置于所述应用层平台上；
17、所述太阳能控制器，dc-dc稳压器，蓄电池及超级电容均设置于所述能源层平台上；
18、所述的应用层平台、能源层平台均采用单面pcb电路板。
19、优选的，所述温湿度传感器通过通信接口与主控模块连接；压强传感器、姿态传感器通过通信接口与主控模块连接；卫星定位模块与主控模块通过通信接口连接；oled显示屏通过通信接口与主控模块连接；无线通信模块通过通信接口与主控模块连接；蓄电池通过电气接口与太阳能控制器连接；太阳能板通过电气接口与太阳能控制器连接；超级电容通过电气接口与太阳能控制器连接；dc-dc稳压器通过电气接口与太阳能控制器连接；dc-dc稳压器通过电气接口与主控模块连接。
20、优选的，所述的集成天线用于增强lora无线通信、卫星通信信号的发送和接收效果；所述无线通信模块通过lora无线通信技术与远程终端进行无线通信；
21、所述主控模块采用stm32单片机；
22、所述的dc-dc稳压器可输出3.3v稳定电压；
23、所述的卫星定位模块接收包含当前位置信息的数据包，对其进行解析可提取出需要的导航数据；
24、所述姿态传感器可检测当前浮标的当前载体坐标系下的3轴加速度与3轴角速度；
25、所述的太阳能控制器有四个接口：太阳能板接口、蓄电池接口、超级电容接口、负载接口，对负载的供电有两种供电方式：太阳能板供电、蓄电池供电。
26、本专利技术第二个目的是提供一种能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用。
27、优选的，所述太阳能控制器检测出太阳能板当前产生功率与浮标的亟需功率，以此计算出功率需求，检测太阳能板、蓄电池、超级电容当前电流根据功率需求改变稳压电路电压输出，以达到系统供电动态稳定；
28、太阳能控制器包括两种工作模式包括白天和夜间；
29、白天：当太阳能板的输出电压为12.6v~20v时，太阳能板为整个系统供电，太阳能控制器输出的三路电气接口的电压均为12v，一路向蓄电池充电，
30、一路向超级电容充电，一路向应用层供电；
31、夜间：当太阳能板的输出电压为0v~12.6v时，超级电容先为整个系统供电，之后蓄电池向整个系统供电。
32、优选的，所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用时，还包括岸上监测中心；
33、通过岸上监测中心预测监测区域未来10~15天海况，并控制浮标运行模式；所述运行模式包括正常模式和低功耗模式；
34、其中，正常模式为系统各功能工作正常；
35、低功耗模式为姿态传感器、oled显示屏停止工作；温湿度传感器和压强传感器采样间隔延长；卫星定位模块的定位周期延长；主控模块将传感器采集的数据暂存在内部flash存储器中，存满后通过无线通信模块将数据发送给岸上基站，在保证浮标基本功能稳定实现的前提下，降低系统功耗。
36、优选的，当监测中心需要监测浮标实时路径，浮标将卫星定位模块获取的自身导航数据发送给监测中心，浮标发生位置转移，搭载的姿态传感器建立载体坐标系，实时检测三方向的加速度与角速度，将数据返回给监测中心，监测中心通过惯性导航算法解算出浮标姿态变化，并与卫星定位模块数据进行融合，得出浮标在此时间间隔内移动的一小段路径。
37、优选的，所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用时，在海洋环境监测区域布设多个浮标，各个浮标可以与卫星进行通信获取定位点信息；浮标间可进行数据互通；浮标可向岸上基站发送数据，基站可向各个浮标发送数据，具有定点传输、广播传输两种模式；监测中心建立虚拟监测区域基坐标，并绘制各浮标相对位置坐标，根据浮标监测数据构建浮标监测系统组网。
38、与现有技术相比，本专利技术的有益效果
39、本专利技术提供了一种能够进行光伏自供电、路径跟踪和无线通信的漂流浮标及其应用，该浮标通过本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种能够进行光伏自供电的漂流浮标，包括上壳体和下壳体组成的球体，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，所述透明视窗内嵌于上壳体顶部中心并且垂直于OLED显示屏；
3.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，所述的集成天线用于增强Lora无线通信、卫星通信信号的发送和接收效果；所述无线通信模块通过LoRa无线通信技术与远程终端进行无线通信；
5.一种权利要求1~4任一项所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述太阳能控制器检测出太阳能板当前产生功率与浮标的亟需功率，以此计算出功率需求，检测太阳能板、蓄电池、超级电容当前电流根据功率需求改变稳压电路电压输出，以达到系统供电动态稳定；
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用时，还包括岸上监测中心；>
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，当监测中心需要监测浮标实时路径，浮标将卫星定位模块获取的自身导航数据发送给监测中心，浮标发生位置转移，搭载的姿态传感器建立载体坐标系，实时检测三方向的加速度与角速度，将数据返回给监测中心，监测中心通过惯性导航算法解算出浮标姿态变化，并与卫星定位模块数据进行融合，得出浮标在此时间间隔内移动的一小段路径。
9.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用时，在海洋环境监测区域布设多个浮标，各个浮标可以与卫星进行通信获取定位点信息；浮标间可进行数据互通；浮标可向岸上基站发送数据，基站可向各个浮标发送数据，具有定点传输、广播传输两种模式；监测中心建立虚拟监测区域基坐标，并绘制各浮标相对位置坐标，根据浮标监测数据构建浮标监测系统组网。
10.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，根据浮标中的卫星定位模块传回的定位点信息，解算出浮标初始位置；浮标漂流一段距离时，根据浮标中的惯性测量单元传回的加速度与角速度，计算出姿态、速度数据进而计算出第一段位移，浮标从初始位置到达第一位置点，其运行的路径根据惯性测量单元传回的加速度与角速度，计算出姿态、速度数据进而计算出第二段位移，浮标从第一位置点到达第二位置点，以此类推，当预测到达第n位置点，根据浮标中的卫星定位模块接收到的一组当前浮标的定位点信息，将第n位置点进行修正，惯导预测路径存在尖端，对其进行平滑滤波，滤除高频分量，得到实际预测路径。
...【技术特征摘要】
1.一种能够进行光伏自供电的漂流浮标，包括上壳体和下壳体组成的球体，其特征在于，还包括：
2.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，所述透明视窗内嵌于上壳体顶部中心并且垂直于oled显示屏；
3.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，
4.根据权利要求1所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标，其特征在于，所述的集成天线用于增强lora无线通信、卫星通信信号的发送和接收效果；所述无线通信模块通过lora无线通信技术与远程终端进行无线通信；
5.一种权利要求1~4任一项所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用。
6.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述太阳能控制器检测出太阳能板当前产生功率与浮标的亟需功率，以此计算出功率需求，检测太阳能板、蓄电池、超级电容当前电流根据功率需求改变稳压电路电压输出，以达到系统供电动态稳定；
7.根据权利要求5所述的应用，其特征在于，所述的能够进行光伏自供电的漂流浮标在海洋环境监测中的应用时，还包括岸上监测中心；
8.根据权利要求7所述的应用，其特征在于，当监测中心需要监测浮标实时路径，浮标将卫星定位模块获取的自身导航数据发送给监测中心，浮标发生位置转移，搭载的...
【专利技术属性】
技术研发人员：郭兵勇，高子明，支颢然，金思雅，孟凡泰，左研博，杨坤德，
申请(专利权)人：西北工业大学，
类型：发明
国别省市：
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