CN207010858U - 一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统，包括动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、控制模块、避障模块和自主巡航模块；动力模块为转速可调的正反转电机，通信模块包括控制命令通信模块和视频通信模块，控制模块为STM32F103芯片，避障模块采用超声波避障传感器；动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、避障模块、自主巡航模块分别与控制模块连接。相比固定摄像头的地点局限性，本实用新型的机动性得以发挥，可灵活拍摄一条河道的污染情况；相比人工现场拍摄的时间局限性，无人船可全天候拍摄一条河道的污染情况，尤其是检测工厂夜间污水排放。本实用新型在无人操作情况下可自主巡航，拍摄视频，能有效避开障碍物。

Description

一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统

技术领域

本实用新型具体涉及一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统。

背景技术

随着国民经济和城市化进程的快速发展，我国面临的水资源形势十分严峻，水资源短缺，水体污染严重，生态环境急剧恶化等问题日益突出。根据2016年中国环境公报公布的数据，112个重要湖泊中，V类及劣V类水体占14％，主要污染物指标为总磷、化学需氧量和高锰酸盐指数。108个监测营养状况的湖泊中，富营养的湖泊占比24％，水环境污染严重地制约着我国的经济发展，影响居民的日常生活。近年来，我国逐渐加大水资源管理力度，相继出台了许多法律法规，例如中央一号文件就明确提出下一步将严控水源管理，也取得了一定效果。2016年12月11日，中共中央办公厅、国务院办公厅公布的《关于全面推行河长制的意见》，提出到2018年底全面建立河长制，希望通过“河长制”让本来无人愿管、被肆意污染的河流得到有效治理，并成为政府职能部门的一项常态化工作，在中国“水危机”严峻的当下，力保水清岸绿，实现江河、湖泊长青。

国家关于水污染监管和治理的政策在不断推进和落实中，但是目前只有通过固定在岸上的摄像头来获取河流的实时视频信息，对于有些摄像头无法拍摄的河段，本设计通过搭载于无人船上的摄像头进行河流的污染视频采集。且本设计在无人操作的情况下可以自主巡航，拍摄视频，且能够有效避开障碍物。

发明内容

本实用新型的目的是为了解决现有河流污染取证困难问题，提供一种能实时反映河道水质的基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统。

上述目的是通过如下技术方案实现的：

一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统，设于无人船上，包括动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、控制模块、避障模块和自主巡航模块；所述动力模块为转速可调的正反转电机，通信模块包括控制命令通信模块和视频通信模块，控制模块为STM32F103芯片，避障模块采用超声波避障传感器；所述动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、避障模块、自主巡航模块分别与控制模块连接。控制模块采用STM32F103芯片作为无人船运动控制的中央处理器，该芯片可扩展多个PWM接口，能够为直流电机高效地发送PWM波，拥有高性能的32位中央处理器，内置时钟芯片，拥有多个定时器，112个通用I/O口，3个12位ADC、1个12位DAC完全满足本设计中各部分的功能实现。避障模块采用超声波避障传感器，当检测到障碍物距离与无人船距离等于最小安全值时，无人船立刻采取制动措施。

优选地，无人船为三体船。船体长68cm，宽49cm，高25cm，船体骨架采用8～16mm层板制成，上层建筑采用ABS塑料混合玻璃钢材料。船体机构采用三体船设计，完全符合船舶设计规范，可抗5～6级风浪。

优选地，所述动力模块选用120W、12V微型直流永磁调速5D120GN-CC型电机。动力模块选用120W，12V微型直流永磁调速5D120GN-CC型电机，电机转速1800转，拥有高速正反转马达，可调转速，可正转反转。

优选地，所述控制命令通信模块采用SIM900A，所述视频通信模块采用4G无线路由器。通信模块分为两部分，控制命令通信模块采用SIM900A模块，该模块可以通过串口与STM32进行通信，STM32通过发送相应的指令，可以设置GPRS模块通过TCP通信协议与服务器通信。视频通信模块采用4G无线路由器进行数据上传。

优选地，所述电源模块包括一块12V蓄电池和两块30cm*10cm大小的太阳能板，分别与控制模块的电压转换电路连接。在白天太阳光照充足的情况下使用太阳能模块供电；夜间巡航时采用蓄电池模块供电。

优选地，所述视频模块采用高清夜视网络摄像机。该部分主要用于监测无人船所处的河道环境，可通过4G网络传输到上位机软件当中，实现了对水面环境的远程监控。

自主巡航模块通过GPS全球卫星定位系统将无人船的当前位置和岸基监控上位机发送的目的地进行比较，并根据存储在存储器里的电子地图进行比较计算，从而规划出合理的路线。

本实用新型的有益效果：

相比于固定摄像头的地点局限性，本实用新型无人船的机动性得以发挥，其可以灵活地拍摄一条河道的污染情况；相比于人工现场拍摄的时间局限性，无人船可以全天候拍摄一条河道的污染情况，尤其是检测工厂的夜间污水排放。本实用新型在无人操作的情况下可以自主巡航，拍摄视频，且能够有效避开障碍物。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为本实用新型结构框图；

图3为电压转换电路图；

图4为超声波避障流程图；

图中：1、无人船船体；2、驱动电机；3、超声波传感器；4、摄像头；5、太阳能电池板；6、可拆卸折叠天线；7、船体电源开关。

具体实施方式

下面结合附图具体介绍本实用新型的技术方案。

如图2所示，本实用新型提供的基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统包括动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、控制模块、避障模块和自主巡航模块；所述动力模块为转速可调的正反转电机，通信模块包括控制命令通信模块和视频通信模块，控制模块为STM32F103芯片，避障模块采用超声波避障传感器；所述动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、避障模块、自主巡航模块分别与控制模块连接。控制模块采用STM32F103芯片作为无人船运动控制的中央处理器，该芯片可扩展多个PWM接口，能够为直流电机高效地发送PWM波，拥有高性能的32位中央处理器，内置时钟芯片，拥有多个定时器，112个通用I/O口，3个12位ADC、1个12位DAC完全满足本设计中各部分的功能实现。避障模块采用超声波避障传感器(避障流程如图4所示)，当检测到障碍物距离与无人船距离等于最小安全值时，无人船立刻采取制动措施。

其中，无人船为三体船。船体长68cm，宽49cm，高25cm，船体骨架采用8～16mm层板制成，上层建筑采用ABS塑料混合玻璃钢材料。船体机构采用三体船设计，完全符合船舶设计规范，可抗5～6级风浪。动力模块选用120W，12V微型直流永磁调速5D120GN-CC型电机，电机转速1800转，拥有高速正反转马达，可调转速，可正转反转。通信模块分为两部分，控制命令通信模块采用SIM900A模块，该模块可以通过串口与STM32进行通信，STM32通过发送相应的指令，可以设置GPRS模块通过TCP通信协议与服务器通信。视频通信模块采用4G无线路由器进行数据上传。电源模块包括一块12V蓄电池和两块30cm*10cm大小的太阳能板，分别与控制模块的电压转换电路(如图3所示)连接。在白天太阳光照充足的情况下使用太阳能模块供电；夜间巡航时采用蓄电池模块供电。视频模块采用高清夜视网络摄像机。该部分主要用于监测无人船所处的河道环境，可通过4G网络传输到上位机软件当中，实现了对水面环境的远程监控。自主巡航模块通过GPS全球卫星定位系统将无人船的当前位置和岸基监控上位机发送的目的地进行比较，并根据存储在存储器里的电子地图进行比较计算，从而规划出合理的路线。

图1所示的基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统外部结构包括ABS塑料船体、12V驱动电机、船体电源开关、可拆卸折叠天线、太阳能电池板、高清夜视网络摄像头、超声波传感器。该系统以STM32F103作为主控芯片，集成了定位模块、避障模块、视频采集模块、电源模块、动力模块、通信模块等设备。通信模块以GPRS远程通信为传播媒介，完成服务器对无人船的远程运动控制和信息交互传输；以12V直流电机为船体的动力设备，推动无人船的运动。该设计主要采用半自主模式来控制无人船运动，即在上位机的电子地图中给无人船设定一个终点区域中心坐标，核心处理器根据接收的终点坐标信息与所处位置坐标信息计算行驶方向，并利用电子罗盘对无人船航行角度数据的读取不断调整无人船的航向，控制船体向设定的终点方向行驶，经过连续的角度调整，进入终点区域。航行过程通过GPRS无线网络将无人船的坐标信息传递至上位机，上位机将无人船发送的经纬度数据在电子地图上标识，并在定位监测界面展现出船体的运动轨迹；船上搭载的夜视高清网络摄像头可以实时采集水体环境画面，并通过4G通信模块传输给上位机，完成整个系统的视频采集与传输。

相比于固定摄像头的地点局限性，本实用新型无人船的机动性得以发挥，其可以灵活地拍摄一条河道的污染情况；相比于人工现场拍摄的时间局限性，无人船可以全天候拍摄一条河道的污染情况，尤其是检测工厂的夜间污水排放。本实用新型在无人操作的情况下可以自主巡航，拍摄视频，且能够有效避开障碍物。

上述实施例的作用仅在于说明本实用新型的实质性内容，但并不以此为限定，本实用新型基础上的简单修改或替换不脱离本实用新型技术方案的实质和保护范围。

Claims (6)

1.一种基于自主巡航无人船的河流污染视频采集传输系统，设于无人船上，其特征在于：包括动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、控制模块、避障模块和自主巡航模块；所述动力模块为转速可调的正反转电机，通信模块包括控制命令通信模块和视频通信模块，控制模块为STM32F103芯片，避障模块采用超声波避障传感器；所述动力模块、通信模块、电源模块、视频模块、避障模块、自主巡航模块分别与控制模块连接。

2.根据权利要求1所述的河流污染视频采集传输系统，其特征在于：无人船为三体船。

3.根据权利要求1所述的河流污染视频采集传输系统，其特征在于：所述动力模块选用120W、12V微型直流永磁调速5D120GN-CC型电机。

4.根据权利要求1所述的河流污染视频采集传输系统，其特征在于：所述控制命令通信模块采用SIM900A，所述视频通信模块采用4G无线路由器。

5.根据权利要求1所述的河流污染视频采集传输系统，其特征在于：所述电源模块包括一块12V蓄电池和两块30cm*10cm大小的太阳能板，分别与控制模块的电压转换电路连接。

6.根据权利要求1所述的河流污染视频采集传输系统，其特征在于：所述视频模块采用高清夜视网络摄像机。