CN104965502A - 基于物联网的无人水面艇航行监控系统 - Google Patents

基于物联网的无人水面艇航行监控系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其中艇载监控设备利用Zigbee无线通信传输模块将当前时刻无人艇各部分的工作状态信息，发送给自组网内的无人艇智能远程监控终端的人机交互界面上显示，并通过GPRS/GSM模块与Internet互联网模块，将无人艇实时状态信息传入云服务器，方便个人手持移动监控终端以及其他网络终端随时随地接收实时信息。手持移动监控终端与岸基人机交互界面发送的控制指令经过Zigbee无线通信传输模块发送给ARM中央处理器，驱动相应传感器及艇载模块改变无人艇工作状态。本发明应用物联网技术，并充分利用互联网技术实现无人艇远程信息监测，还可以对艇载设备实现远程控制，大大提高了智能化监控水平，且系统简单，成本低廉，易于实现。

Description

基于物联网的无人水面艇航行监控系统
技术领域
本发明涉及一种无人艇航行监控系统，尤其涉及基于物联网的无人水面艇航行监控系统。
背景技术
无人水面艇(USV，Unmanned Surface Vehicle)也称为水面机器人，为海洋开发和航运发展提供了一种在危险情况下代替人工进行作业的安全途径，主要用于执行危险以及不适于载人船只执行的任务。目前，国际上无人水面艇的研究和应用正向智能化方向发展，而我国对无人水面艇的研究和应用还处于起步阶段，在无人水面艇的智能化方面，很多关键技术还很薄弱，且多数处于遥控阶段。当前国内的无人水面艇有些也可以实现远程监控，但大都存在着结构复杂、成本高、可靠性与人性化低等缺陷，且还不能实现通过个人手持移动监控终端等设备随时随地远程监控无人艇自主航行状态。
随着工业4.0概念的提出，国家加快了迈向智能化的步伐，物联网技术越来越受到社会各界的重视，其中作为其核心技术的Zigbee无线通信技术呈现出了迅猛发展的势头，Zigbee技术因其低功耗、易实现、可靠性高等优点正被广泛应用于各个方面，例如智能家居、智能大棚、医疗传感设备等控制领域。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于物联网的无人水面艇航行监控系统，能够利用物联网技术有效提升无人水面艇航行的智能化水平，便于随时随地的对无人艇执行水面任务时的各艇载模块的运行状态进行远程监测与控制。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于物联网的无人水面艇航行监控系统，包含：无人艇艇载监控设备以及无人艇远程监控终端；
其中，所述无人艇艇载监控设备设有ARM中央处理器模块和分别与之连接的Zigbee无线通信传输模块、若干传感器及驱动设备；
若干传感器各自采集实时的无人艇工作状态信息并发送给ARM中央处理器模块，通过ARM中央处理器模块传送给Zigbee无线通信传输模块，并经由Zigbee无线通信传输模块发送给所述无人艇远程监控终端；
所述Zigbee无线通信传输模块还向ARM中央处理器，发送来自无人艇远程监控终端的控制指令，所述ARM中央处理器根据控制指令，控制各传感器及驱动设备执行调整无人艇工作状态的相应动作。
优选地，所述无人艇远程监控终端设有岸基数据处理单元，接收所述无人艇艇载监控设备的Zigbee无线通信传输模块发送的无人艇工作状态信息，以及向所述Zigbee无线通信传输模块发送控制指令。
优选地，所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的GPRS/GSM无线网关模块，将接收到的无人艇工作状态信息发送给与所述GPRS/GSM无线网关模块连接的个人移动监控终端上显示，以及接收个人移动监控终端发送的控制指令并传输给岸基数据处理单元。
优选地，所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的岸基人机交互显示界面，对接收到的无人艇工作状态信息进行显示，以及向岸基数据处理单元发送控制指令。
优选地，所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的Internet互联网模块，将接收到的无人艇工作状态信息传输到Internet云服务器，网络终端通过接入Internet云服务器来获知无人艇工作状态。
优选地，所述无人艇艇载监控设备的传感器，包含GPS传感器定位模块和雷达测距模块。
优选地，所述无人艇艇载监控设备的驱动设备，包含继电器组；所述继电器组与螺旋桨电机驱动模块连接，根据ARM中央处理器传送的控制指令，来驱动无人艇螺旋桨的转动速度。
优选地，所述无人艇艇载监控设备的Zigbee无线通信传输模块与所述无人艇远程监控终端之间双向通信的信息，通过自组网中若干节点转发。
本发明提供所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，来解决国内现有无人水面艇多数无法实现可靠的智能远程监控功能，更不具备使用个人移动监控终端以及其他网络终端对无人艇的艇载模块进行随时随地实时监控功能的问题。
本发明的所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其优点在于：
当无人水面艇在水面自主航行执行特定任务时，本发明的艇载监控设备会利用Zigbee无线通信传输模块将当前时刻无人艇各部分的工作状态信息，发送给自组网内的无人艇智能远程监控终端，无人艇智能远程监控终端接收到数据信息，经过岸基数据处理单元发送至人机交互界面上显示当前状态，并连接GPRS/GSM模块与Internet互联网模块，将无人艇实时状态信息传入云服务器，方便个人手持移动监控终端以及其他网络终端随时随地接收实时信息。
手持移动监控终端与岸基人机交互界面可以根据接收到的相关信息把控制指令经过Zigbee无线通信传输模块和GPRS/GSM无线网关发送给艇载监控设备中的ARM中央处理器，ARM中央处理器然后根据指令控制，改变无人艇当前时刻的相应状态。个人移动监控终端可通过GPRS/GSM无线网关模块与无人艇艇载监控设备中的Zigbee无线通信传输模块实现一对一的双向实时通信，达到监测与控制无人艇状态的目的。
本发明能够将物联网技术应用到无人水面艇，不仅可以充分利用当前发达的互联网技术实现无人艇远程信息监测，还可以对艇载设备实现远程控制，大大提高了智能化监控水平，且系统简单，成本低廉，易于实现。
附图说明
图1是本发明所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统的结构框图。
具体实施方式
如图1所示，本发明所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，主要包含无人艇艇载监控设备10及无人艇远程监控终端20。本发明将物联网技术应用到无人艇智能监控领域，可以实时监测与控制无人艇航行过程中各部分的状态信息，大大提高无人水面艇航行监控的实时性和高效性。
其中，无人艇艇载监控设备10包含ARM中央处理器模块11、Zigbee无线通信传输模块12、雷达测距传感器模块13、GPS传感器定位模块14、继电器组15、螺旋桨电机驱动模块16。
所述Zigbee无线通信传输模块12、雷达测距传感器模块13、GPS传感器定位模块14、继电器组15，分别连接ARM中央处理器模块11的不同管脚，并与ARM中央处理器实现双向信息传输。所述雷达测距传感器模块13、GPS传感器定位模块14，根据ARM中央处理器向其各自发送的控制指令，对无人艇的实时航行速度、所处位置的经纬度信息、雷达测距信息以及所执行任务的进度信息等，进行采集并向ARM中央处理器发送。如需要采集无人艇的其他工作状态信息，还可以根据实际应用需要在无人艇艇载监控设备10中配置其他的传感器。
所述Zigbee无线通信传输模块12用于向无人艇智能远程监控终端，发送来自ARM中央处理器的无人艇状态信息，以及向ARM中央处理器传递来自无人艇智能远程监控终端的控制命令。继电器组15还与螺旋桨电机驱动模块16连接，根据ARM中央处理器传送的控制指令，来驱动无人艇螺旋桨的转动速度。
无人艇远程监控终端20包含岸基数据处理单元21、岸基人机交互界面22、Internet互联网模块23、GPRS/GSM无线网关模块24、个人移动监控终端25。
所述岸基数据处理单元21接收来自无人艇艇载监控设备10的Zigbee无线通信传输模块12的无人艇状态信息，通过与该岸基数据处理单元21连接的岸基人机交互界面22上显示。所述岸基数据处理单元21与GPRS/GSM无线网关模块24连接，可将处理好的实时信息传输到GPRS/GSM无线网关模块24，进而传输到与GPRS/GSM无线网关模块24连接的个人移动监控终端25上显示，以实时监测无人艇工作状态。并且，所述岸基数据处理单元21还与Internet互联网模块23连接，将处理好的实时信息通过Internet互联网模块23传输到Internet云服务器，便于接入Internet云服务器的其它网络终端能够实时监测无人艇工作状态。
另外，若要控制自主航行中的无人艇的运行状态，例如改变无人艇的运行速度、调整测距雷达的扫描精度等，个人移动监控终端25将控制指令通过GPRS/GSM无线网关模块24发送给岸基数据处理单元21，进而发送给无人艇艇载监控设备10的Zigbee无线通信传输模块12并传输至ARM中央处理器，由ARM中央处理器根据控制指令调整各传感器、继电器组15等其他艇载模块做出相应动作，进而实现对无人艇实时状态的远程控制。在其他的应用示例中，诸如岸基人机交互界面22、Internet上的远程控制终端等，也可以将控制指令通过岸基数据处理单元21进行处理后发送，对无人艇艇载监控设备10的运行状态实现控制。
需要说明的是，由于通常情况下单个Zigbee无线通信传输模块12具有一定的传输距离限定，故无人艇智能远程监控终端中的岸基数据处理单元不宜距离无人艇艇载监控设备10过远，通常为400～500米左右。当然，如果本发明中的Zigbee无线通信传输模块12与基于Zigbee技术的其他节点进行组网后，便可突破距离的限制，可以轻松实现随时随地对无人水面艇航行状态的实时监控。
综上所述，通过将物联网技术应用于本发明中，实现一种无人水面艇航行监控系统，能够通过个人移动监控终端、Internet云服务器、无线网关和Zigbee无线通信模块等通信设备实现对无人艇实时的远程监测与控制，具有较强的实用价值。本发明所提供的无人水面艇航行监控系统，具有结构简单、系统成本低、易于实现且实用性强的优点，可以实现对自主航行、自主执行任务的无人水面艇的运作状态进行随时随地的实时监控。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (8)

1.一种基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，包含：无人艇艇载监控设备以及无人艇远程监控终端；
其中，所述无人艇艇载监控设备设有ARM中央处理器模块和分别与之连接的Zigbee无线通信传输模块、若干传感器及驱动设备；
若干传感器各自采集实时的无人艇工作状态信息并发送给ARM中央处理器模块，通过ARM中央处理器模块传送给Zigbee无线通信传输模块，并经由Zigbee无线通信传输模块发送给所述无人艇远程监控终端；
所述Zigbee无线通信传输模块还向ARM中央处理器，发送来自无人艇远程监控终端的控制指令，所述ARM中央处理器根据控制指令，控制各传感器及驱动设备执行调整无人艇工作状态的相应动作。
2.如权利要求1所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇远程监控终端设有岸基数据处理单元，接收所述无人艇艇载监控设备的Zigbee无线通信传输模块发送的无人艇工作状态信息，以及向所述Zigbee无线通信传输模块发送控制指令。
3.如权利要求2所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的GPRS/GSM无线网关模块，将接收到的无人艇工作状态信息发送给与所述GPRS/GSM无线网关模块连接的个人移动监控终端上显示，以及接收个人移动监控终端发送的控制指令并传输给岸基数据处理单元。
4.如权利要求2所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的岸基人机交互显示界面，对接收到的无人艇工作状态信息进行显示，以及向岸基数据处理单元发送控制指令。
5.如权利要求2所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇远程监控终端还设有与岸基数据处理单元连接的Internet互联网模块，将接收到的无人艇工作状态信息传输到Internet云服务器，网络终端通过接入Internet云服务器来获知无人艇工作状态。
6.如权利要求1所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇艇载监控设备的传感器，包含GPS传感器定位模块和雷达测距模块。
7.如权利要求1所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇艇载监控设备的驱动设备，包含继电器组；所述继电器组与螺旋桨电机驱动模块连接，根据ARM中央处理器传送的控制指令，来驱动无人艇螺旋桨的转动速度。
8.如权利要求1所述基于物联网的无人水面艇航行监控系统，其特征在于，
所述无人艇艇载监控设备的Zigbee无线通信传输模块与所述无人艇远程监控终端之间双向通信的信息，通过自组网中若干节点转发。
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