CN206420863U - 一种远程水质检测无人船 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种远程水质检测无人船，包括船体，所述船体内安装有处理器，以及分别与处理器相连的深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元；还包括设置在船体外的水质检测单元、伸缩杆，其中处理器与水质检测单元通过串口模块连接，水质检测单元固定安装在伸缩杆上，深度调节单元驱动伸缩杆伸缩；所述水质检测单元包含N个传感器，N≥1。本实用新型的无人船，能够实时、自动测量水源地各个测量点不同深度的水质的多个参数。

Description

一种远程水质检测无人船

技术领域

本实用新型涉及远程、大面积水域水质检测领域，特别涉及一种远程水质检测无人船。

背景技术

水是人类文明的发源地，是人类必不可缺的元素，与人们的日常生活息息相关，但随着社会经济的发展，工业废水排放、农药的滥用等对水体的污染已经日益加剧，水源的污染必然导致人民的健康受到威胁。

面对水源可能受到污染的情况，我们有必要对水源定期进行检测。对于面积巨大的水源地，人工检测费时费力，对于一些环境比较恶劣的水源地，检测人员也存在人身安全。因此，设计一种远程水质检测无人船是有非常必要的。

实用新型内容

本实用新型的目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种远程水质检测无人船。

本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：

一种远程水质检测无人船，包括船体，所述船体内安装有处理器、深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元，其中处理器分别与深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元连接；还包括设置在船体外的水质检测单元、伸缩杆，其中处理器与水质检测单元通过串口模块连接，水质检测单元固定安装在伸缩杆上，深度调节单元驱动伸缩杆伸缩；所述水质检测单元包含N个传感器，N≥1。

所述N个传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、重金属检测传感器，传感器通过RS485接口输出。传感器的种类及数量根据需求设置。

所述处理器为STM32F103VET6芯片。

所述远程水质检测无人船，还包括为供电的电源模块，所述电源模块采用开关稳压芯片TPS62170。采用开关稳压芯片TPS62170使得电压转换效率高。

所述远程水质检测无人船，还包括为电源模块充电的太阳能充电模块，所述太阳能充电模块选用锂电池线性充电管理芯片BQ2057。

所述远程水质检测无人船，还包括与处理器相连的存储设备，所述存储设备为外部存储器。外部存储器如SD卡等，用于无人船的位置信息，以及与该位置信息相对应的时间信息、传感器的检测数据、深度信息等。

所述深度调节单元包括驱动电路、电机，其中处理器与驱动电路相连，驱动电路驱动电机转动，电机带动伸缩杆伸缩。

所述串口模块采用电平接口转换芯片SP3485。电平接口转换芯片SP3485作为处理器与各部件之间的通信纽带。

所述无线通讯单元采用GPRS模块选用WG-8010模块；所述定位单元采用GPS以及北斗定位模块S1216F8-BD。

所述远程水质检测无人船，还包括与处理器相连的外界感知模块，所述外界感知模块包括摄像头、超声波装置。外界感知模块可以只是摄像头，也可以只是超声波装置，或者摄像头与超声波装置结合使用。其中在无人船行驶至检测点的过程中，摄像头采集的图像传输至处理器，处理器经过图像识别后判定前方是否有障碍物，进而通过动力单元确定是否转向，同时使用者也可远程实时查看，方便使用者主动发出控制命令控制无人船转向；因为正常水面一般较开阔，超声波装置发射超声波后，如果接收到反射回来的超声波，说明前方有障碍物，同样无人船自动转向或者由人为控制其转向。

本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：

1、本实用新型对于水质检测省时省力，整个检测过程只需一个工作人员远程进行操作，方便快捷。

2、本实用新型采用通过GPS定位、GPRS传送数据，可实现远程精确定位检测。

3、本实用新型无人船行驶过程通过摄像头捕捉外界环境，能有效的进行避障行驶。

4、由于本实用新型用于检测大面积水源地水质，考虑到电池电源问题，设计太阳能充电模块，及时工作过程也能进行电量补充。

5、本实用新型除了无线通讯单元能够将检测数据和无人船行驶轨迹发送给后台之外，无人船自身也能通过外部存储设备SD卡进行存储，以防发生无人船与手机端的数据丢失时无法找回。

6、本实用新型后台可以显示无人船的电量，在考虑电量可能不足时可以随时召回。

7、本实用新型通过深度调节单元的电机的转动调节要测量具体深度，减少成本。

8、本实用新型可以测量水质中的溶解氧、pH值、温度、锌离子、铜离子、氨氮等多种参数，后台通过与电子地图比较，把要检测水源地的地图通过后台显示出来，监测人员只需在地图上指定想要检测的点并指定要检测水深几米的位置，后台会通过GPRS把要检测的点发给无人船，无人船通过GPS定位需要检测的点并自动行驶到指定位置，并通过深度调节单元调节传感器到指定的水深进行检测，无人船行驶过程中通过摄像头拍摄的图片处理后进行避障行驶。

附图说明

图1为本实用新型所述一种远程水质检测无人船的结构示意图。

图2为图1所述无人船的处理器的电路原理图。

图3为图1所述无人船的太阳能充电模块的电路原理图。

图4为图1所述无人船的电源模块的开关稳压芯片TPS62170及其外围电路的电路图。

图5为图1所述无人船的动力单元的结构示意图。

图6为图1所述无人船的深度调节单元的电路图。

图7-1为ULN2003的电路图；图7-2为八个继电器控制的直流电机的电路图；图7-1、7-2组成推进器动力装置。

图8为图1所述无人船的深度调节的工作流程图。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1，一种远程水质检测无人船，包括船体，所述船体内安装有处理器、深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元，其中处理器分别与深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元连接；还包括设置在船体外的水质检测单元、伸缩杆，其中处理器与水质检测单元通过串口模块连接，水质检测单元固定安装在伸缩杆上，深度调节单元驱动伸缩杆伸缩；所述水质检测单元包含N个传感器，N≥1。

所述N个传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、重金属检测传感器，传感器通过RS485接口输出。传感器的种类及数量根据需求设置。

所述处理器为STM32F103VET6芯片。本实施例中无人船处理器如图2所示，主要以STM32F103ZET6芯片和晶振电路、复位电路及外围电路构成。本处理器具有上电复位及手动按键复位的功能，无人船所用的任务调度、数据传输等功能都是在此模块的控制下完成。

所述远程水质检测无人船，还包括为供电的电源模块，所述电源模块采用开关稳压芯片TPS62170。采用开关稳压芯片TPS62170使得电压转换效率高。如图4所示，把锂电池12V电压通过稳压芯片TPS62170转化为3.3V电源给处理器使用。稳压芯片TPS62170引脚1、引脚4接地，引脚2、引脚3与电源正极相接，引脚5与第一电阻R16、第三电阻R13一端相连，第一电阻的另一端接地，第三电阻的另一端与引脚7、引脚6及第四电阻R4相连，引脚6与电感L1、第二电容C2一端相连，作为3.3V电压的输出端，引脚7与电感L1一端相连，引脚8与第四电阻R4一端相连，第一电容C1两端分别与电源输入端、地相接作为滤波电容，第二电容C2两端分别与电源输出端、地相接作为滤波电容。

所述远程水质检测无人船，还包括为电源模块充电的太阳能充电模块，所述太阳能充电模块选用锂电池线性充电管理芯片BQ2057。如图3所示，太阳能充电模块包括锂电池充电管理芯片U1 BQ2057、第一电阻R18、第二电阻R25、第三电阻R26、第四电阻R27、第五电阻R28、第六电阻R29、第一发光二极管D10、第二发光二极管D11、第一二极管D12、第二二极管D13、和第一三极管Q2。锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 1脚、第一三极管Q2的发射极和第一电阻R18的一端相连。第一电阻R18另一端、第三电阻R26的一端、第六电阻R29的一端、太阳能充电板的输出端正极和锂电池充电管理芯片U1 BQ2057的3和8脚相连。第一三极管Q2的集电极、锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 2脚和锂电池正极相连。第二电阻R25一端连接第一三极管Q2的基极，另一端连接锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 7脚。第三电阻R26另一端、第四电阻R27的一端和锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 4脚相连。第一发光二极管D10的正极、第二发光二极管D11的负极和锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 5脚相连。第一二极管D12的正极和第一发光二极管D10的负极相连，其负极和第五电阻R28另一端相连。第二二极管D13的负极和第二发光二极管D11的正极相连，其正极和第六电阻R29另一端相连。第四电阻R27的另一端、第五电阻R28的一端和锂电池充电管理芯片U1 BQ2057 6脚相连并接地。

所述远程水质检测无人船，还包括与处理器相连的存储设备，所述存储设备为外部存储器。外部存储器如SD卡等，用于无人船的位置信息，以及与该位置信息相对应的时间信息、传感器的检测数据、深度信息等。

所述深度调节单元包括驱动电路、电机，其中处理器与驱动电路相连，驱动电路驱动电机转动，电机带动伸缩杆伸缩。如图6深度调节单元由高耐压、大电流复合晶体管ULN2003及步进电机构成，STM32F103VET6处理器IO口控制电路通过ULN2003放大之后变成控制步进电机的四相交流电。

所述串口模块采用电平接口转换芯片SP3485。电平接口转换芯片SP3485作为处理器与各部件之间的通信纽带。

所述无线通讯单元采用GPRS模块选用WG-8010模块；所述定位单元采用GPS以及北斗定位模块S1216F8-BD。

所述远程水质检测无人船，还包括与处理器相连的外界感知模块，所述外界感知模块包括摄像头、超声波装置。外界感知模块可以只是摄像头，也可以只是超声波装置，或者摄像头与超声波装置结合使用。其中在无人船行驶至检测点的过程中，摄像头采集的图像传输至处理器，处理器经过图像识别后判定前方是否有障碍物，进而通过动力单元确定是否转向，同时使用者也可远程实时查看，方便使用者主动发出控制命令控制无人船转向；因为正常水面一般较开阔，超声波装置发射超声波后，如果接收到反射回来的超声波，说明前方有障碍物，同样无人船自动转向或者由人为控制其转向。

如图5所示，动力单元主要有两部分：推进器动力装置和舵机模块，推进器动力装置使用8个继电器来进行速度档位的切换，其中四个是前进档位，另外四个是倒退档位；舵机模块使用PWM电压输出，进行前进反向的调节。

如图7-1、7-2所示，推进器动力装置由ULN2003及八个继电器控制的直流电机组成，处理器IO口电流通过ULN2003放大之后通过控制继电器的闭合，从而控制无人船的前进后退。

如图8所示是深度调节工作流程图，当处理器接收到手机端发来的数据包时，通过包信息解析出要检测的深度值，进而根据电机的周长大小设定电机的正转速度并计算电机正转时间，初始化定时器并记录初始值为检测结束后反转收回做铺垫，电机开始转动知道定时器定时结束。

使用时步骤如下：

a、在后台：与电子地图比较调出要测量水源地的地图、检测点GPS和检测深度的输入及发送功能、接收数据及储存功能、无人船行驶轨迹查看功能、无人船电量显示功能。

b、通过a在后台输入要检测点的GPS和检测深度，通过GPRS发送给无人船。

c、无人船通过GPRS模块收到指令后传给处理器，处理器解析收到的数据包，通过动力单元行驶至指定的位置。

d、无人船到达指定位置之后，通过接收的数据包，解析知道要把传感器下放到水下具体深度，控制深度调节单元的步进电机的正传，通过设定步进电机的正传速度及设定转动时间可调节传感器下放的深度，当检测完成，通过步进电机反转把传感器收回。

e、无人船行驶过程中，通过外界感知模块捕捉外界环境，把外界环境通过图像方式传给处理器，处理器处理图像之后指导无人船进行避障行驶。

f、无人船到达指导位置并下放传感器后，通过传感器检测水的参数，把检测到数据通过GPRS传回给后台并储存在储存设备SD卡中。

g、整个过程太阳能充电模块都会采集太阳能对电量进行补充。

上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种远程水质检测无人船，包括船体，其特征在于：所述船体内安装有处理器、深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元，其中处理器分别与深度调节单元、无线通讯单元、定位单元、动力单元连接；还包括设置在船体外的水质检测单元、伸缩杆，其中处理器与水质检测单元通过串口模块连接，水质检测单元固定安装在伸缩杆上，深度调节单元驱动伸缩杆伸缩；所述水质检测单元包含N个传感器，N≥1。

2.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：所述N个传感器包括温度传感器、PH值传感器、溶解氧传感器、重金属检测传感器，传感器通过RS485接口输出。

3.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：所述处理器为STM32F103VET6芯片。

4.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：还包括为供电的电源模块，所述电源模块采用开关稳压芯片TPS62170。

5.根据权利要求4所述远程水质检测无人船，其特征在于：还包括为电源模块充电的太阳能充电模块，所述太阳能充电模块选用锂电池线性充电管理芯片BQ2057。

6.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：还包括与处理器相连的存储设备，所述存储设备为外部存储器。

7.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：所述深度调节单元包括驱动电路、电机，其中处理器与驱动电路相连，驱动电路驱动电机转动，电机带动伸缩杆伸缩。

8.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：所述串口模块采用电平接口转换芯片SP3485。

9.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：所述无线通讯单元采用GPRS模块选用WG-8010模块；所述定位单元采用GPS以及北斗定位模块S1216F8-BD。

10.根据权利要求1所述远程水质检测无人船，其特征在于：还包括与处理器相连的外界感知模块，所述外界感知模块包括摄像头、超声波装置。