CN108204961A - 基于gps的自学习导航游弋式水质监测系统 - Google Patents

基于gps的自学习导航游弋式水质监测系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，以双体式模型船作为载体，由运动控制模块、CC2530协调器、ZigBee网络、CC2530终端节点、电子罗盘、遥控器、荧光法溶解氧传感器、PH传感器、GPS定位模块、PH变送器、RS485总线、GPRS‑DTU模块、远程服务器、客户端组成。本发明将ZigBee通信技术、GPS卫星定位技术和GPRS通信技术相结合，实现对测量船的手动遥控、自学习、自动导航以及对多个水质参数的在线监测，以单点移动式测量代替多点分布式测量，通过无线传输将采集的水质信息以及采集点的地理位置信息传送至远程服务器。

Description

基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统
技术领域
本发明专利属于水质监测领域，尤其是一种基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统。
背景技术
自从改革开放以来三十年,中国社会在每个方面都取得了长足的发展。但是同时,水资源危机并同环境危机马上接踵而至。中国作为一个水资源相对来说缺乏的国家,人均的水资源占有量仅仅是世界平均水平的1/5左右。当今，大部分大中城市已经或正在陷入较严重的水资源危机之中,比如我国西部的西安等一线城市,缺水的问题已经逐渐影响到了城市的工农业生产，甚至影响到居民的日常生活。因为工农业急速的发展,我国的许多大江、大河中水资源已经严重不足,像黄河自从20世纪90年代起经常断流,而且断流的天数不断的增加，在1997年长达二百多天,已经严重影响到了黄河中下游各省市人民的工农业用水。同时，工农业的需水量与日俱增,使得地表水的水量严重不足,人们只能开始大量开发并利用水质相对来说比较好的地下水，因为地下水的超量超采,全国各地方特别是北方的干旱缺水地区，那里地下水不断的形成区域性的降落漏斗,而且漏斗的规模呈逐年增大的态势,由此就引起了地面沉 降，环境污染，水质恶化这些严重的后遗症。同时，由于工农业发展,水质的污染也日趋严重。因为工农业的污染每况愈下,地表水的水质随之不断恶化，很多的地表水已经不可以再作为城市供水的水源了。因为城市大量污水、农业生产用化肥的污染,地下的水资源，特别是地球浅层的地下水资源被严重的污染。若再不采取有效的，合理的措施来进行水质检测,那么我国水资源的危机将更加严重,这会严重地影响我国经济，民生的可持续发展。所以,对水质建立合理可靠的检测信息系统十分必要。
水质检测管理信息系统是从地理信息系统中发展出来的的管理信息系统,它与传统管理信息系统有着巨大的区别。传统的管理信息系统是以属性和数据为基础的,它们不能处理分析空间里的数据,同时亦不能和大部分专业模型同时进行深层次的分析和比较。在国外，一些国家通过先进的传感器技术，数据融合技术和互联网技术建立了信息平台，实现农业生态环境的自动监测，确保农业生态环境的可持续发展。
发明内容
本发明克服现有技术的不足，提出了一种基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，实现了多点移动测量的功能，大大提高了测量范围，增强了水质监测的机动性。
本发明解决其技术问题是采取以下技术方案实现的：
以双体式模型船作为载体，由运动控制模块、CC2530协调器、ZigBee网络、CC2530终端节点、电子罗盘、遥控器、荧光法溶解氧传感器、PH传感器、GPS定位模块、PH变送器、RS485总线、GPRS-DTU模块、远程服务器、客户端组成；首先，采用CC2530协调器作为模型船的运动主控制器和遥控控制器，其中模型船的CC2530协调器作为ZigBee网络的汇聚节点，CC2530终端节点通过遥控器实现测量船的现场手动路线示范遥控；其次，将模型船运动控制模块、荧光法溶解氧传感器、PH传感器和GPS定位模块通过RS485总线连接到GPRS-DTU模块，再通过GPRS网络将信息上传到远程服务器，远程服务器对水质参数信息进行解码还原存入数据库，对各测量点GPS地理信息进行存储，自学习出合理的自动导航测量路径；最后，自动方式下，根据自动导航测量路径，模型船自动运行，远程服务器与客户端进行数据交互，实现对水质信息的多点移动监测。
而且，所述的CC2530协调器与运动控制模块相连；所述的CC2530协调器、荧光法溶解氧传感器、GPS定位模块、PH变送器分别与RS485总线相连；所述的RS485总线与GPRS-DTU模块相连；所述的GPRS-DTU模块与远程服务器相连；所述的远程服务器与客户端相连；所述的PH传感器与PH变送器相连；所述的ZigBee网络分别与CC2530协调器、CC2530终端节点相连；所述的CC2530终端节点分别与电子罗盘、遥控器相连。
而且，所述的运动控制模块包括左电机、右电机和驱动电路。
而且，所述的驱动电路分别与左电机、右电机相连。
而且，所述的荧光法溶解氧传感器采用Y500-B型荧光法溶解氧传感器；所述的PH传感器采用HJ-100B型传感器。
而且，所述的GPRS-DTU模块支持永久在线,支持TCP通信协议，具有自动连接功能。
而且，所述的PH变送器采用PHB-300C型变送器。
发明优点和积极效果是：
1、本发明将ZigBee通信技术、GPS卫星定位技术和GPRS通信技术相结合，实现对测量船的手动遥控、自学习、自动导航以及对多个水质参数的在线监测，以单点移动式测量代替多点分布式测量，通过无线传输将采集的水质信息以及采集点的地理位置信息传送至远程服务器。
附图说明
图1是本发明的结构连接图。
具体实施方式
结合附图对本发明具体实施例做进一步详述：
如图1所示，本发明所述的一种基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，以双体式模型船作为载体，由运动控制模块、CC2530协调器、ZigBee网络、CC2530终端节点、电子罗盘、遥控器、荧光法溶解氧传感器、PH传感器、GPS定位模块、PH变送器、RS485总线、GPRS-DTU模块、远程服务器、客户端组成；所述的CC2530协调器与运动控制模块相连；所述的CC2530协调器、荧光法溶解氧传感器、GPS定位模块、PH变送器分别与RS485总线相连；所述的RS485总线与GPRS-DTU模块相连；所述的GPRS-DTU模块与远程服务器相连；所述的远程服务器与客户端相连；所述的PH传感器与PH变送器相连；所述的ZigBee网络分别与CC2530协调器、CC2530终端节点相连；所述的CC2530终端节点分别与电子罗盘、遥控器相连；所述的运动控制模块包括左电机、右电机和驱动电路；所述的驱动电路分别与左电机、右电机相连。
首先，采用CC2530协调器作为核心控制部件，作为模型船的运动主控制器和遥控控制器，用于创建ZigBee网络和控制左右电机的启停，其中模型船的CC2530协调器作为ZigBee网络的汇聚节点，通过RS485总线连接GPRS-DTU模块，接收远程的控制指令，CC2530终端节点通过遥控器实现模型船的现场手动路线示范遥控；其次，将模型船运动控制模块、荧光法溶解氧传感器、PH传感器和GPS定位模块通过RS485总线连接到GPRS-DTU模块，其中水质参数采集采用荧光法溶解氧传感器、PH传感器，地理信息采集采用GPS定位模块和电子罗盘，再通过GPRS网络将信息上传到远程服务器，远程服务器记录下模型船的运动轨迹和所有测量目标点位置信息后，向测量船发送指令，控制其按设定路线进行水质采集，同时，远程服务器对水质参数信息进行解码还原存入数据库，对各测量点GPS地理信息进行存储，自学习出合理的自动导航测量路径；最后，自动方式下，根据自动导航测量路径，模型船自动运行，远程服务器与客户端进行数据交互，实现对水质信息的多点移动监测，客户端监视实时的水质参数变化和定位信息，也可以远程控制小船修改其运动路线。
溶解氧传感器采用Y500一B型荧光法溶解氧传感器，其原理为基于物理学中特定物质对活性荧光的猝熄原理；外表面涂了一层黑色的隔光材料以避免日光和水中其它荧光物质的干扰，内表面涂了一层红色的荧光材料，利用发光二极管LED发出的蓝光照射在内表面的荧光物质上，内表面的荧光物质受到激发，发出红光，通过检测红光与蓝光之间的相位差，并与内部标定值比对，从而计算出氧分子的浓度，经过温度和气压自动补偿输出最终值；PH传感器采用PHJ一100B型PH电极，再通过PHB-300C型变送器将输出变为485总线输出。
远程服务器定时接收GPS位置信息，记录测量船运动路线，当接收目标点设定指令后，记录下目标点位置，建立目标点查询表；进入自动导航状态后，系统按此路径路进行导航，当测量船到达一个目标点后，停泊测量同时查询表格获取下一个目标点的地理信息；远程服务器是整个系统的中枢，既要记录测量船的运动轨迹，计算出自动导航路径，又要记录水质参数的历史数据，还要与客户端之间进行数据交互。
本发明基于GPS和GPRS的自学习路径导航游弋式远程监测系统，能够根据手动遥控测量船示范航行学习其运动轨迹，远程导航测量船按轨迹寻找逼近目标点。同时，可通过客户端实时获取测量点的温度、溶氧、PH值信息，并通过手机远程修正航线。系统以略高于固定式单点定位测量系统的成本，实现了多点移动测量的功能，大大提高了测量范围，增强了水质监测的机动性，适用于水产养殖、自来水厂和突发性污染水域的水质监测。
需要强调的是，本发明所述的实施例是说明性的，而不是限定性的，因此本发明并不限于具体实施方式中所述的实施例，凡是由本领域技术人员根据本发明的技术方案得出的其他实施方式，同样属于本发明保护的范围。

Claims (7)

1.一种基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，以双体式模型船作为载体，由运动控制模块、CC2530协调器、ZigBee网络、CC2530终端节点、电子罗盘、遥控器、荧光法溶解氧传感器、PH传感器、GPS定位模块、PH变送器、RS485总线、GPRS-DTU模块、远程服务器、客户端组成；首先，采用CC2530协调器作为模型船的运动主控制器和遥控控制器，其中模型船的CC2530协调器作为ZigBee网络的汇聚节点，CC2530终端节点通过遥控器实现测量船的现场手动路线示范遥控；其次，将模型船运动控制模块、荧光法溶解氧传感器、PH传感器和GPS定位模块通过RS485总线连接到GPRS-DTU模块，再通过GPRS网络将信息上传到远程服务器，远程服务器对水质参数信息进行解码还原存入数据库，对各测量点GPS地理信息进行存储，自学习出合理的自动导航测量路径；最后，自动方式下，根据自动导航测量路径，模型船自动运行，远程服务器与客户端进行数据交互，实现对水质信息的多点移动监测。
2.根据权利要求1所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的CC2530协调器与运动控制模块相连；所述的CC2530协调器、荧光法溶解氧传感器、GPS定位模块、PH变送器分别与RS485总线相连；所述的RS485总线与GPRS-DTU模块相连；所述的GPRS-DTU模块与远程服务器相连；所述的远程服务器与客户端相连；所述的PH传感器与PH变送器相连；所述的ZigBee网络分别与CC2530协调器、CC2530终端节点相连；所述的CC2530终端节点分别与电子罗盘、遥控器相连。
3.根据权利要求1所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的运动控制模块包括左电机、右电机和驱动电路。
4.根据权利要求3所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的驱动电路分别与左电机、右电机相连。
5.根据权利要求1所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的荧光法溶解氧传感器采用Y500-B型荧光法溶解氧传感器；所述的PH传感器采用HJ-100B型传感器。
6.根据权利要求1所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的GPRS-DTU模块支持永久在线,支持TCP通信协议，具有自动连接功能。
7.根据权利要求1所述的基于GPS的自学习导航游弋式水质监测系统，其特征在于：所述的PH变送器采用PHB-300C型变送器。
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