CN108839571A - 一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，涉及无人监测车系统领域。包括监测车、折叠式太阳能光伏板、液压顶升式风机；监测车包括控制计算机、蓄电池、转向轮、驱动轮；监测车的车体外侧设置有激光红外探测装置、视频探测器、全景摄像机、外环境监测传感器、机械抓取臂。本发明通过使用光伏和风电提供电能，电源直供控制计算机、红外探测装置、视频探测器、全景摄像机、转向电机、直流电机、机械抓取臂、电动液压机、蓄电池，解决了无人野外区域内无人监测车的自供能，对无人区域内的未知环境进行进行探索和挖掘，解决了对这些区域进行环境监测和信息探索挖掘所带来的高风险和危险的问题。

Description

一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统
技术领域
本发明属于无人监测车系统领域，特别是涉及一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统。
背景技术
人类从来没有放弃过对未知土地的发现和探索，从上世纪的70年代的石油危机开始，各国开始将注意力转移到本地资源和寻找最适宜的廉价能源上，在荒漠、草原、冰川、峡谷等危险和环境恶劣的无人区域内进行科学探索和资源挖掘，但是由于这些环境条件十分恶劣，科学探索者进入这些陌生的无人区域经常是有去无回，十分危险；列如在新疆的罗布泊、青海的可可西里、西藏的羌塘等无人区，常年会有科考队人员失踪，形成很多未解之谜；这些地方隐藏着很多的未知的秘密等待人类去发现和挖掘。
再者，由于火山爆发或者核试验等因素的原因，某些地区成为无人区，由于这些地区具有很大的危险，人类肉体进入这些环境探索和信息挖掘具有高风险性，一是因为这些地区范围广，环境条件恶劣且未知，人类徒步探索面临未知环境的突发危险，例如有些环境中可能会存在高强光、高温、高湿空气、高热源、放射性重金属、危险的动物、病菌、微生物等危险因素，还会遇见凹凸不平的土地和不同地质的土壤；二是因为人类徒步进入这些区域没有能量供给和补充，冒然进入会具有很大的风险，可能会有去无回。
但是，这些地区环境下的光照和风力资源丰畜，可以利用这些资源进行电力转换并供能从而进行野外无人环境监测，为有人进入探索提供先一步的指引和参考；太阳能和风能是一种清洁能源，可进行电能转换并用于机械驱动，因此提供一种自供能的野外环境无人监测车来解决这些问题具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于提供一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，通过使用光伏和风电提供电能，电源直供控制计算机、红外探测装置、视频探测器、全景摄像机、转向电机、直流电机、机械抓取臂、电动液压机、蓄电池，实现自主行驶，远程控制、实时数据采集传输处理等功能，解决了无人野外区域内无人监测车的自供能，对无人区域内的未知环境进行进行探索和挖掘，解决了对这些区域进行环境监测和信息探索挖掘所带来的高风险和危险的问题，对科学研究，探索发现，环境监测，灾害预警等方面具有重要意义。
为解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：
本发明为一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，包括监测车、折叠式太阳能光伏板、液压顶升式风机；
所述液压顶升式风机包括支撑管；所述支撑管底部套接一电动液压顶；所述支撑管的侧面安装有风扇；所述支撑管的顶部设置有远程数据通讯天线、GPS天线、雷达天线；
所述折叠式太阳能光伏板和液压顶升式风机的数据信号输出端通过数据信息传输线路与蓄能调控系统的数据信号输入端实时相联；所述折叠式太阳能光伏板和液压顶升式风机的电力输出端与蓄能调控系统的电力输入端实时相联；
所述监测车包括控制计算机、蓄电池、转向轮、驱动轮；
所述蓄电池通过数据信息传输线路和电力传输线路与蓄能调控系统实时相联；
所述转向轮和驱动轮内安装有电动液压机；所述电动液压机通过数据信息传输线路与液压控制模块实时相联；所述转向轮的转动轴与转向电机的传动轴相连接；所述转向电机通过数据信息传输线路与转向控制模块实时相联；所述驱动轮的转动轴与直流电机的传动轴相连接；所述直流电机通过数据信息传输线路与驱动控制模块实时相联；
所述控制计算机、转向电机、直流电机的电力输入端与蓄电池的电力输出端相连接；
所述监测车的车体外侧设置有激光红外探测装置、视频探测器、全景摄像机、外环境监测传感器、机械抓取臂；所述监测车的车体内设置有数字罗盘；
所述激光红外探测装置通过数据信息传输线路与控制计算机实时相联；所述视频探测器通过音视频数据信息传输线路与控制计算机实时相联；所述全景摄像机通过音视频数据信息传输线路与视频图像数据采集模块相连接；所述外环境监测传感器和机械抓取臂通过数据信息传输线路与外环境数据采集模块实时相联；所述视频图像数据采集模块和外环境数据采集模块通过数据信息传输线路与数据存储模块相连接；
所述液压控制模块、转向控制模块、数据存储模块、数字罗盘通过数据信息传输线路与控制计算机实时相联。
进一步地，所述远程数据通讯天线通过无线数据链路与无线网桥实时相联；所述无线网桥通过数据信号传输线路与地面遥控系统实时相联。
进一步地，所述外环境数据采集模块包括可编程放大器、A/D变换器、CAN总线接口、外环境监测传感器、机械抓取臂；所述外环境监测传感器由温度传感器、湿度传感器、营养盐感应器、重金属传感器、有机污染物传感器、化学耗氧量传感器、微生物传感器、病菌传感器组成。
进一步地，所述机械抓取臂一端设置有机械抓手；所述机械抓取臂上还设置有辅助摄像头。
进一步地，所述支撑管内和电动液压顶外侧设置有数据信号传输管路；所述数据信号传输管路一端与远程数据通讯天线、GPS天线、雷达天线相连接；所述数据信号传输管路的另一端通过数据信息传输线路与控制计算机实时相联。
进一步地，所述蓄电池、电动液压机、直流电机、转向电机、全景摄像头、红外探测装置、视频探测器、数字罗盘、控制计算机、电动液压顶由液压顶升式风机和折叠式太阳能光伏板供电。
本发明具有以下有益效果：
1、本发明的监测车无需配置汽油或柴油发动机，监测车通过液压顶升式风机和折叠太阳能光伏板对直流电机、转向电机、电动液压机进行供电实现驱动和转向，具有输出电能质量稳定，电磁兼容性好，在遇见凹凸地面时顶升车体，行驶高效安全，可使监测车的车载设备在复杂的无人区或野外环境下正常工作，实现能源的合理应用，节约资源。
2、本发明的监测车所需电能均由光伏板和风机提供电能，使用清洁能源，降低了环境污染。
3、本发明的监测车能够自动驾驶，可按照预定的航线行驶，在遇到障碍物时可通过雷达及传感器实时探测到周围的障碍物信息，及时规划新的路线，便于无人区和野外科学考察和无人区搜索救援等，有利于维护国家安全和促进社会和谐建设。
4、本发明的监测车克服传统的人工环境监测及采样的方式，解决在危险和恶劣环境条件下的环境数据和信息采集和监测，能够对多项环境因素进行采集和分析，同时避免人工现实操作所带来的安全问题，具有很高的环境信息和数据监测效率和采样的范围，采集效率高。
5、本发明的监测车实现在无人、智能、远程控制、行驶、数据采集等方面的集成，解决好了无人环境监测车的投放、稳定、导航、避让和回收等问题。
当然，实施本发明的任一产品并不一定需要同时达到以上所述的所有优点。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述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发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
图1为本发明一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统的结构示意图；
图2为本发明实施例的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统的结构示意图；
图3为液压顶升式风机的结构示意图；
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1-监测车，2-液压顶升式风机，3-折叠式太阳能光伏板，4-控制计算机，5-远程数据通讯天线，6-GPS天线，7-雷达天线，8-无线网桥，9-地面遥控系统，10-蓄能调控系统，11-蓄电池，12-直流电机，13-液压控制模块，14-转向电机，15-转向控制模块，16-驱动控制模块，17-外环境数据采集模块，18-数据存储模块，19-视频图像数据采集模块，20-全景摄像头，21-视频探测器，22-红外探测装置，23-数字罗盘，24-外环境监测传感器，25-机械抓取臂，26-转向轮，27-驱动轮，28-电动液压机，201-支撑管，202-电动液压顶，203-风扇。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“顶部”、“一表面”、“周侧”、“内”等指示方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的组件或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
请参阅图1-2所示，本发明为一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，包括监测车1、折叠式太阳能光伏板3、液压顶升式风机2；
如图3所示，液压顶升式风机2包括支撑管201；支撑管201底部套接一电动液压顶202；支撑管201的侧面安装有风扇203；支撑管201的顶部设置有远程数据通讯天线5、GPS天线6、雷达天线7；监测车1的车体采用刚性车架型，其中车体的尺寸小，行驶速度快，抗撞性强，监测车1的的主尺寸为：车长1米、车宽0.5米、车高0.4米、轮直径为0.1米；
如图1至2所示，通过液压顶升式风机2和折叠式太阳能光伏板3为电动液压顶202提供电力支持实现支撑管201顶起升降控制，提高风扇203的高度，以提供更多的风力能量回收；通过液压顶升式风机2和折叠式太阳能光伏板3为折叠式太阳能光伏板3中的折叠结构提供电力支持实现太阳能光伏板3的折叠与收放；
折叠式太阳能光伏板3和液压顶升式风机2的数据信号输出端通过数据信息传输线路与蓄能调控系统10的数据信号输入端实时相联；折叠式太阳能光伏板3和液压顶升式风机2的电力输出端与蓄能调控系统10的电力输入端实时相联；
监测车1包括控制计算机4、蓄电池11、转向轮26、驱动轮27；
蓄电池11通过数据信息传输线路和电力传输线路与蓄能调控系统10实时相联；
转向轮26和驱动轮27内安装有电动液压机28；电动液压机28通过数据信息传输线路与液压控制模块13实时相联；转向轮26的转动轴与转向电机14的传动轴相连接；转向电机14通过数据信息传输线路与转向控制模块15实时相联；驱动轮27的转动轴与直流电机12的传动轴相连接；直流电机12通过数据信息传输线路与驱动控制模块16实时相联；通过液压顶升式风机2和折叠式太阳能光伏板3为电动液压机28提供电力支持实现转动轮26和驱动轮27的顶起升降控制，以避让凹凸不平的地面和其它环境下的地面。
控制计算机4、转向电机14、直流电机12的电力输入端与蓄电池11的电力输出端相连接；
监测车1的车体外侧设置有激光红外探测装置22、视频探测器21、全景摄像机20、外环境监测传感器24、机械抓取臂25；监测车1的车体内设置有数字罗盘23；
通过液压顶升式风机2和折叠式太阳能光伏板3为全景摄像机20提供电力支持实现对监测车1的外界环境的视频监测和记录，并将视频图像数据传输至数据存储模块18进行存储，最后进入控制计算机4内经串口发送给远程数据通讯天线5进行数据信息传输，实现视频监控。
激光红外探测装置22通过数据信息传输线路与控制计算机4实时相联；视频探测器21通过音视频数据信息传输线路与控制计算机4实时相联；全景摄像机20通过音视频数据信息传输线路与视频图像数据采集模块19相连接；外环境监测传感器24和机械抓取臂25通过数据信息传输线路与外环境数据采集模块17实时相联；视频图像数据采集模块19和外环境数据采集模块17通过数据信息传输线路与数据存储模块18相连接；
液压控制模块13、转向控制模块15、数据存储模块18、数字罗盘23通过数据信息传输线路与控制计算机4实时相联。
其中，远程数据通讯天线5通过无线数据链路与无线网桥8实时相联；无线网桥8通过数据信号传输线路与地面遥控系统9实时相联，无线网桥8为2.4GHz，无线网桥8实现远程数据通讯天线5与地面无线遥控系统9之间的信息传递；无人监测船的无人控制系统由地面遥控系统和船载系统构成，地面遥控系统和船载系统通过无线数据链路耦合为无人监测船的整体系统。
其中，数字罗盘23提供当前的行驶信息，实现无人监测车的行驶方向控制，GPS天线6主要是完成无人车的定位功能，使无人监测车具有一定的自我导航能力；雷达天线6、贾光红外探测装置22、视频探测装置21用于提供无人监测车的周围环境信息，从而使无人监测车具有一定的智能自动避碰能力。
其中，外环境数据采集模块17包括可编程放大器、A/D变换器、CAN总线接口、外环境监测传感器24、机械抓取臂25；外环境监测传感器24由温度传感器、湿度传感器、营养盐感应器、重金属传感器、有机污染物传感器、化学耗氧量传感器、微生物传感器、病菌传感器组成；这些传感器用于对环境和土壤中的温度、湿度、营养盐组成成份、金属成分、有机污染物、化学耗氧量、微生物、病菌进行感应；机械抓取臂25对土壤、石块和植物进行抓取并取样。
其中，机械抓取臂25一端设置有机械抓手；机械抓取臂25上还设置有辅助摄像头。
其中，支撑管201内和电动液压顶202外侧设置有数据信号传输管路；数据信号传输管路一端与远程数据通讯天线5、GPS天线6、雷达天线7相连接；数据信号传输管路的另一端通过数据信息传输线路与控制计算机4实时相联。
其中，蓄电池11、电动液压机28、直流电机12、转向电机14、全景摄像头20、红外探测装置22、视频探测器21、数字罗盘23、控制计算机4、电动液压顶202由液压顶升式风机2和折叠式太阳能光伏板3供电。
控制计算机4的串口接2.4G的无线网桥，该网桥间数据传输速率可达10Mbps；地面遥控系统使用TCP/IP协议作为上层应用软件的传输协议，应用软件包括操作截面模块、通信模块及数据处理部分；控制计算机4为嵌入式微机，具有多个串口通信模块；其中，第一串口用于连接无线网桥，完成与地面的遥控系统的数据通信；第二串口用于按1次/3秒的频率接收自身车体的车位GPS信息；第三串口用于按6次/秒的的频率接收数字罗盘HMR 3300的导航信息；驱动控制模块16是以DSP芯片完成直流电机12的驱动控制从而带动驱动轮27的驱动；转向控制模块15是以DSP芯片完成转向电机14的驱动控制从而带动转向轮26的转向。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“示例”、“具体示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上公开的本发明优选实施例只是用于帮助阐述本发明。优选实施例并没有详尽叙述所有的细节，也不限制该发明仅为所述的具体实施方式。显然，根据本说明书的内容，可作很多的修改和变化。本说明书选取并具体描述这些实施例，是为了更好地解释本发明的原理和实际应用，从而使所属技术领域技术人员能很好地理解和利用本发明。本发明仅受权利要求书及其全部范围和等效物的限制。

Claims (6)

1.一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，包括监测车(1)，折叠式太阳能光伏板(3)，液压顶升式风机(2)；
所述液压顶升式风机(2)包括支撑管(201)；所述支撑管(201)底部套接一电动液压顶(202)；所述支撑管(201)的侧面安装有风扇(203)；所述支撑管(201)的顶部设置有远程数据通讯天线(5)、GPS天线(6)、雷达天线(7)；
所述折叠式太阳能光伏板(3)和液压顶升式风机(2)的数据信号输出端通过数据信息传输线路与蓄能调控系统(10)的数据信号输入端实时相联；所述折叠式太阳能光伏板(3)和液压顶升式风机(2)的电力输出端与蓄能调控系统(10)的电力输入端实时相联；
所述监测车(1)包括控制计算机(4)、蓄电池(11)、转向轮(26)、驱动轮(27)；
所述蓄电池(11)通过数据信息传输线路和电力传输线路与蓄能调控系统(10)实时相联；
所述转向轮(26)和驱动轮(27)内安装有电动液压机(28)；所述电动液压机(28)通过数据信息传输线路与液压控制模块(13)实时相联；所述转向轮(26)的转动轴与转向电机(14)的传动轴相连接；所述转向电机(14)通过数据信息传输线路与转向控制模块(15)实时相联；所述驱动轮(27)的转动轴与直流电机(12)的传动轴相连接；所述直流电机(12)通过数据信息传输线路与驱动控制模块(16)实时相联；
所述控制计算机(4)、转向电机(14)、直流电机(12)的电力输入端与蓄电池(11)的电力输出端相连接；
所述监测车(1)的车体外侧设置有激光红外探测装置(22)、视频探测器(21)、全景摄像机(20)、外环境监测传感器(24)、机械抓取臂(25)；所述监测车(1)的车体内设置有数字罗盘(23)；
所述激光红外探测装置(22)通过数据信息传输线路与控制计算机(4)实时相联；所述视频探测器(21)通过音视频数据信息传输线路与控制计算机(4)实时相联；所述全景摄像机(20)通过音视频数据信息传输线路与视频图像数据采集模块(19)相连接；所述外环境监测传感器(24)和机械抓取臂(25)通过数据信息传输线路与外环境数据采集模块(17)实时相联；所述视频图像数据采集模块(19)和外环境数据采集模块(17)通过数据信息传输线路与数据存储模块(18)相连接；
所述液压控制模块(13)、转向控制模块(15)、数据存储模块(18)、数字罗盘(23)通过数据信息传输线路与控制计算机(4)实时相联。
2.根据权利要求1所述的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，所述远程数据通讯天线(5)通过无线数据链路与无线网桥(8)实时相联；所述无线网桥(8)通过数据信号传输线路与地面遥控系统(9)实时相联。
3.根据权利要求1所述的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，所述外环境数据采集模块(17)包括可编程放大器、A/D变换器、CAN总线接口、外环境监测传感器(24)、机械抓取臂(25)；所述外环境监测传感器(24)由温度传感器、湿度传感器、营养盐感应器、重金属传感器、有机污染物传感器、化学耗氧量传感器、微生物传感器、病菌传感器组成。
4.根据权利要求1所述的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，所述机械抓取臂(25)一端设置有机械抓手；所述机械抓取臂(25)上还设置有辅助摄像头。
5.根据权利要求1所述的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，所述支撑管(201)内和电动液压顶(202)外侧设置有数据信号传输管路；所述数据信号传输管路一端与远程数据通讯天线(5)、GPS天线(6)、雷达天线(7)相连接；所述数据信号传输管路的另一端通过数据信息传输线路与控制计算机(4)实时相联。
6.根据权利要求1所述的一种风能和太阳能驱动野外环境无人监测车系统，其特征在于，所述蓄电池(11)、电动液压机(28)、直流电机(12)、转向电机(14)、全景摄像头(20)、红外探测装置(22)、视频探测器(21)、数字罗盘(23)、控制计算机(4)、电动液压顶(202)由液压顶升式风机(2)和折叠式太阳能光伏板(3)供电。
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