CN115649356A - 一种设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，包括波浪传感器和信号采集单元；所述波浪传感器包括漂浮结构和设置于所述漂浮结构内部的若干同轴设置的发电单元；所述发电单元包括基板、铜电极对和聚四氟乙烯小球；所述基板设置有若干凹槽，所述铜电极对贴覆于所述凹槽表面，包括沿所述凹槽轴向间隔设置两片铜电极，每一个所述凹槽内设置若干所述聚四氟乙烯小球；所述信号采集单元设置于所述漂浮结构内部，包括stm32控制器、温湿度传感器、4G模块和GPS模块。本发明能够实现对海面信息的实时监测和数据采集。
Description
技术领域
本发明涉及波浪传感器技术领域，具体而言，尤其涉及一种基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标。
背景技术
随着人类社会的快速发展，对海洋资源的开发利用需求越来越大，准确的海洋探索与监测越来越重要并逐渐成为一个重要的研究领域。目前海洋监测的手段与工具多种多样，如观测船、浮标、基站等，归根结底是海洋监测无线传感器网络(Wireless SensorNetwork；WSN)的搭建。具有传感、计算、信息传输等功能的海洋监测传感器节点可以实时监测和传输相关数据，并将其进行收集传输并反馈。
海洋背景下的物联网至关重要。当前的物联网传感器可以收集多项数据，如电网性能、地震与雨水径流数据等。然而，在海洋环境中，由于海洋之广阔和数据节点之稀少，部署这种传感器面临很多挑战。这意味着态势感知数据只能利用军用和商用船只上的传感器或远程传感器收集，但这些传感器容易受到物理环境，如雾、雨或云层的制约。此外，缺乏对广阔海洋的实时监测和追踪能力，严重阻碍了海洋科学、军事和商业的进步。综上所述，本文将设计一种低成本低功耗的基于摩擦纳米发电的波浪传感器及其在浮标中的应用。
发明内容
根据上述提出目前应用在海洋上的检测传感器容易受到物理环境制约，且缺乏对海洋的实时监测和追踪能力等技术问题，而提供一种低成本低功耗的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标。
本发明采用的技术手段如下：
一种设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，包括波浪传感器和信号采集单元；
所述波浪传感器包括漂浮结构和设置于所述漂浮结构内部的若干同轴设置的发电单元；
所述发电单元包括基板、铜电极对和聚四氟乙烯小球；
所述基板设置有若干凹槽，所述铜电极对贴覆于所述凹槽表面，包括沿所述凹槽轴向间隔设置两片铜电极，每一个所述凹槽内设置若干所述聚四氟乙烯小球，所述聚四氟乙烯小球能够通过在所述凹槽内往复运动与所述铜电极相互摩擦产生电信号；
所述信号采集单元设置于所述漂浮结构内部，包括控制器、温湿度传感器、4G模块和GPS模块，所述铜电极对、所述温湿度传感器和所述GPS模块分别与所述控制器电连接。
进一步地，所述控制器用于通过所述铜电极对采集所述发电单元产生的电信号、通过所述温湿度传感器采集所述浮标的温湿度信息、通过所述GPS模块采集所述浮标的经纬度信息并通过所述4G模块将所述电信号、所述温湿度信息和所述经纬度信息传输至云端。
进一步地，所述控制器采用型号为stm32c8t6的微控制器，所述温湿度传感器型号为DHT11。
进一步地，所述波浪传感器包括三个所述发电单元。
进一步地，各所述发电单元的所述凹槽之间成一定角度。
进一步地，所述漂浮结构内部填充有浮力材料。
进一步地，所述漂浮结构包括漂浮底盘和设置于所述漂浮底盘中心的壳体，所述波浪传感器和所述信号采集单元设置于所述壳体内部。
进一步地，所述基板材质为亚克力。
较现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，通过基于摩擦纳米发电机波浪传感器将波浪运动转化为电信号，并通过控制器传输至云端，能够实现对海面信息的实时监测和数据采集，同时通过对若干发电单元成一定角度的设置，能够感知并采集多方向的海浪信息。
基于上述理由本发明可在波浪传感器领域广泛推广。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图做以简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图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性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明所述浮标结构示意图。
图2为本发明所述发电单元结构示意图。
图3为本发明所述基于摩擦纳米发电机波浪传感器内发电单元布置结构示意图。
图4为本发明所述浮标内部结构示意图。
图5为本发明所述波浪传感器在线性电机运动模仿波浪运动对应电信号采集输出情况示意图。
图中：1、波浪传感器；11、漂浮结构；111、漂浮底盘；112、壳体；12、发电单元；121、基板；122、铜电极对；123、聚四氟乙烯小球；124、凹槽；2、信号采集单元。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本发明中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本发明。
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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。以下对至少一个示例性实施例的描述实际上仅仅是说明性的，决不作为对本发明及其应用或使用的任何限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
除非另外具体说明，否则在这些实施例中阐述的部件和步骤的相对布置、数字表达式和数值不限制本发明的范围。同时，应当清楚，为了便于描述，附图中所示出的各个部分的尺寸并不是按照实际的比例关系绘制的。对于相关领域普通技术人员己知的技术、方法和设备可能不作详细讨论，但在适当情况下，所述技术、方法和设备应当被视为授权说明书的一部分。在这里示出和讨论的所有示例中，任向具体值应被解释为仅仅是示例性的，而不是作为限制。因此，示例性实施例的其它示例可以具有不同的值。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步讨论。
在本发明的描述中，需要理解的是，方位词如“前、后、上、下、左、右”、“横向、竖向、垂直、水平”和“顶、底”等所指示的方位或位置关系通常是基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，在未作相反说明的情况下，这些方位词并不指示和暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位或者以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明保护范围的限制：方位词“内、外”是指相对于各部件本身的轮廓的内外。
为了便于描述，在这里可以使用空间相对术语，如“在……之上”、“在……上方”、“在……上表面”、“上面的”等，用来描述如在图中所示的一个器件或特征与其他器件或特征的空间位置关系。应当理解的是，空间相对术语旨在包含除了器件在图中所描述的方位之外的在使用或操作中的不同方位。例如，如果附图中的器件被倒置，则描述为“在其他器件或构造上方”或“在其他器件或构造之上”的器件之后将被定位为“在其他器件或构造下方”或“在其位器件或构造之下”。因而，示例性术语“在……上方”可以包括“在……上方”和“在……下方”两种方位。该器件也可以其他不同方式定位(旋转90度或处于其他方位)，并且对这里所使用的空间相对描述作出相应解释。
此外，需要说明的是，使用“第一”、“第二”等词语来限定零部件，仅仅是为了便于对相应零部件进行区别，如没有另行声明，上述词语并没有特殊含义，因此不能理解为对本发明保护范围的限制。
实施例1
如图1-4所示，本发明提供了一种设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，包括波浪传感器1和信号采集单元2；
所述波浪传感器1包括漂浮结构11和设置于所述漂浮结构11内部的若干同轴设置的发电单元12；所述漂浮结构11能够使所述浮标平稳漂浮在水面上感知波浪信息；
所述发电单元12包括基板121、铜电极对122和聚四氟乙烯小球123；
所述基板121设置有若干凹槽124，所述铜电极对122贴覆于所述凹槽124表面，包括沿所述凹槽124轴向间隔设置两片铜电极，每一个所述凹槽124内设置若干所述聚四氟乙烯小球123，所述聚四氟乙烯小球123能够通过在所述凹槽124内往复运动与所述铜电极相互摩擦产生电信号；
所述信号采集单元2设置于所述漂浮结构11内部，包括控制器、温湿度传感器、4G模块和GPS模块，所述铜电极对122、所述温湿度传感器和所述GPS模块分别与所述控制器电连接。
进一步地，所述控制器用于通过所述铜电极对122采集所述发电单元12产生的电信号、通过所述温湿度传感器采集所述浮标的温湿度信息、通过所述GPS模块采集所述浮标的经纬度信息并通过所述4G模块将所述电信号、所述温湿度信息和所述经纬度信息传输至云端，实现实时监控和数据采集。
进一步地，所述控制器采用型号为stm32c8t6的微控制器，所述温湿度传感器型号为DHT11。
进一步地，所述波浪传感器1包括三个所述发电单元12。
进一步地，各所述发电单元12的所述凹槽124之间成一定角度。
进一步地，所述漂浮结构11内部填充有浮力材料。
进一步地，所述漂浮结构11包括漂浮底盘111和设置于所述漂浮底盘中心的壳体112，所述波浪传感器1和所述信号采集单元2设置于所述壳体112内部。
进一步地，所述基板121材质为亚克力。
采用本发明提供的浮标，能够实时监测海面信息，设置的所述温湿度传感器用于感知水面温度湿度；所述GPS模块能够实时传递浮标所在经纬度信息；所述波浪传感器1能够实时传递波浪信息；所述4G模块通过串口通信，将以上传感器所采集信息发送至云端，可以实现实时的数据采集与监测；
其中，设置于海上的所述浮标会伴随着波浪运动，所述发电单元12中的所述聚四氟乙烯小球123通过波浪运动，会在所述凹槽124内发生往复运动，与所述铜电极摩擦产生电信号，图5显示了本发明所述浮标在振幅为70mm、80mm、90mm的情况下不同频率的往复运动对应的电信号输出示意图，所述铜电极通过导线连接至所述控制器，从而实现电信号的传输，所述控制器将电信号传输至云端，通过分析电信号能够得到波浪频率、波高等信息；通过对若干所述发电单元12成一定角度摆放，当波浪从不同角度激励所述发电单元12时，会产生不同的电信号，从而用来判断波浪方向。
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的范围。
Claims (8)
1.一种设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，包括波浪传感器和信号采集单元；
所述波浪传感器包括漂浮结构和设置于所述漂浮结构内部的若干同轴设置的发电单元；
所述发电单元包括基板、铜电极对和聚四氟乙烯小球；
所述基板设置有若干凹槽，所述铜电极对贴覆于所述凹槽表面，包括沿所述凹槽轴向间隔设置两片铜电极，每一个所述凹槽内设置若干所述聚四氟乙烯小球，所述聚四氟乙烯小球能够通过在所述凹槽内往复运动与所述铜电极相互摩擦产生电信号；
所述信号采集单元设置于所述漂浮结构内部，包括控制器、温湿度传感器、4G模块和GPS模块，所述铜电极对、所述温湿度传感器和所述GPS模块分别与所述控制器电连接。
2.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述控制器用于通过所述铜电极对采集所述发电单元产生的电信号、通过所述温湿度传感器采集所述浮标的温湿度信息、通过所述GPS模块采集所述浮标的经纬度信息并通过所述4G模块将所述电信号、所述温湿度信息和所述经纬度信息传输至云端。
3.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述控制器采用型号为stm32c8t6的微控制器，所述温湿度传感器型号为DHT11。
4.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述波浪传感器包括三个所述发电单元。
5.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，各所述发电单元的所述凹槽之间成一定角度。
6.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述漂浮结构内部填充有浮力材料。
7.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述漂浮结构包括漂浮底盘和设置于所述漂浮底盘中心的壳体，所述波浪传感器和所述信号采集单元设置于所述壳体内部。
8.根据权利要求1所述的设置基于摩擦纳米发电机波浪传感器的浮标，其特征在于，所述基板材质为亚克力。
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