CN208432609U - 一种水质在线监测无人船 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种水质在线监测无人船，属于无人船技术领域。包括船体，还包括用户终端、以及均与电源系统连接的锚机、动力系统、主控制系统、NB‑IoT通信系统和水质在线检测系统，所述锚机设置在所述船体上且与所述主控制系统连接，所述动力系统、所述主控制系统、所述NB‑IoT通信系统依次连接，所述NB‑IoT通信系统与所述水质在线检测系统连接，所述用户终端通过所述NB‑IoT通信系统传递信号。本实用新型解决了现有的水质在线监测无人船通信系统功耗大不能长时间进行定点监测、以及信号覆盖范围窄的问题，本实用新型相对于传统的通过动力系统不停的调整无人船动力大小和方向的方式，减少了动力消耗，具有电耗少、固定效果好的优点。
Description
技术领域
本实用新型属于无人船技术领域，涉及一种水质在线监测无人船，特别是一种涉及窄带物联网技术的水质在线监测无人船。
背景技术
近年，国家越来越重视水环境的保护，对水质在线监测的工作来越来越重视。随着技术的发展，无人船也越来越普遍的应用到水质检测领域，特别是轻捷便携型无人船，由于自身的优点，在水质监测领域越来越受到欢迎，其优点主要有以下几个方面：一、轻捷便携，装到车的后备箱内即可运输；二、方便布置，可以方便的布置到目标位置；三、使用4G通信，水质数据获取速度快，可以快速的定位污染源。然而当前的这些便携型无人船，由于自身体积的限制，可搭载的电池容量是有限的，所以这种无人船无法做到在同一个地方进行长时间监测水质。
中国实用新型专利，公开号为CN205665234U，公开日为2016年10月26日，公开了一种水质监测机器人，它包括上层的平台和下层的控制舱室，所述平台上设置有监控设备、工作指示灯设备和太阳能装置，所述控制舱室内设置有驱动与导航设备、通信设备、红外成像设备、报警设备、巡航处理设备和蓄电池。水质定期检测是一项长期重复的工作，依靠人工监测，劳动强度大，综合成本高，且效率低下，该实用新型通过安装太阳能装置的水面机器人搭载水质监测设备，实现自动化监测，解决人工监测的不利问题。其不足之处在于：该方案并没明确具体的通信设备类型，而目前在无人船领域较为先进的4G通信技术则同样存在上述提到的问题，不便于在同一个地方进行长时间监测水质。
发明内容
1、要解决的问题
针对现有的水质在线监测无人船通信系统功耗大不能长时间进行定点监测、以及信号覆盖范围窄的问题，本实用新型提供一种水质在线监测无人船，引入的NB-IoT窄带物联网通信技术具有信号覆盖范围广，并且耗电量低的优点。
2、技术方案
为解决上述问题，本实用新型采用如下的技术方案。
一种水质在线监测无人船，包括船体，还包括用户终端、以及均与电源系统连接的锚机、动力系统、主控制系统、NB-IoT通信系统和水质在线检测系统，所述锚机设置在所述船体上且与所述主控制系统连接，
所述动力系统、所述主控制系统、所述NB-IoT通信系统依次连接，所述NB-IoT通信系统还与所述水质在线检测系统连接，所述用户终端通过所述NB-IoT通信系统传递信号。
无人船与用户终端通过NB-IoT通信系统传递信号，NB-IoT通信系统引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，进一步降低了功耗，延长了电池使用时间，使无人船长时间定点监测成为可能；并且，相比LTE和GPRS基站，NB-IoT通信系统提升了20dB的增益，所以覆盖范围更广，大大扩展了在线水质监测的范围。
本方案中的用户终端可以是平板、手机、电脑中的一种或多种，用户终端通过B-IoT通信系统获取无人船状态信息，并发送控制指令。
动力系统包括直流电机、螺旋桨等，直流电机与电源系统和主控制系统连接，所述螺旋桨安装在无人船船体上，且所述直流电机驱动所述螺旋桨旋转，主控制系统通过控制直流电机的动作实现对无人船状态的控制。
进一步地，所述NB-IoT通信系统包括NB-IoT通信模块、以及相互之间传递信号的NB-IoT基站和NB-IoT天线，所述NB-IoT天线与所述NB-IoT通信模块连接，所述NB-IoT通信模块与所述动力系统和所述水质在线检测系统均连接。
进一步地，所述电源系统包括太阳能板、太阳能控制器、电池和电池管理系统，所述太阳能板、所述太阳能控制器、所述电池和所述电池管理系统依次连接。
进一步地，还包括服务器和核心网，所述用户终端通过所述核心网与服务器相连，无人船通过所述NB-IoT基站与服务器相连接。核心网与NB-IoT基站为运营商架设。
进一步地，所述水质在线检测系统包括数采仪、以及与所述数采仪连接的水质传感器，所述数采仪与所述NB-IoT通信模块连接。
进一步地，还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的声呐系统。
进一步地，还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的摄像机。
进一步地，所述锚机包括固定座、转轮、锚链、锚以及与所述主控制系统连接的伺服电机，所述转轮可旋转的设置在所述固定座上，且所述伺服电机驱动所述转轮旋转，所述锚链的一端与所述锚连接，另一端缠绕在所述转轮上。
无人船在到达目标点后，通过锚机将无人船固定到该位置，进入固定位置监控模式，实行长时间水质数据监控，此模式下可将主控制系统转入省电模式，以节省电力。当固定位置监测任务完成之后，主控制系统转入正常工作模式，并将锚机收回，无人船进入移动监测模式。
3、有益效果
相比于现有技术，本实用新型的有益效果为：
(1)本实用新型通过锚机定点定位，相对于传统的通过动力系统不停的调整无人船动力大小和方向以实现无人船定点定位的方式，减少了动力消耗，具有电耗少、固定效果好的优点，并且有助于配合无人船在固定监测点的休眠模式，进一步降低电耗；
(2)本实用新型中的无人船与用户终端通过NB-IoT通信系统传递信号，NB-IoT通信系统引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，进一步降低了功耗，延长了电池使用时间；
(3)相比LTE和GPRS基站，本实用新型中的NB-IoT通信系统提升了20dB的增益，覆盖范围更广，大大扩展了在线水质监测的范围；
(4)NB-IoT芯片便宜，使用成本低，进一步降低了水质在线监测无人船的成本；
(5)本实用新型中的电池管理系统可接收主控制系统指令，控制电源系统与各设备之间电连接的连通与切断，便于实现无人船的固定监测模式下休眠状态与移动监测模式之间的切换；
(5)本实用新型中的水质传感器检测外部水质，将物理信号转换为电信号，数采仪与水质传感器相连，将电信号转换为数字信号，并将水质数据以Modbus协议通过NB-IoT通信系统传输到用户服务器上；
(6)本实用新型中的声呐系统探测水深，将水深信息发送给主控制系统，主控制系统根据水深信息判断运行方向，以避开浅水区域，防止船开到浅水区域搁浅；
(7)本实用新型中的摄像机与NB-IoT通信模块直接相连，使用者可通过用户终端控制摄像机抓拍水面照片，照片通过NB-IoT通信模块传输到用户服务器上，用户终端通过连入服务器查看拍摄照片，观察法查看水质情况；
(8)本实用新型中的无人船在到达目标点后，通过锚机将无人船固定到该位置，进入固定位置监控模式，实行长时间水质数据监控，此模式下可将主控制系统转入省电模式，以节省电力。当固定位置监测任务完成之后，主控制系统转入正常工作模式，并将锚机收回，无人船进入移动监测模式。
附图说明
图1为水质在线监测无人船的工作原理示意图；
图2为锚机的结构示意图；
图中：1、固定座；2、伺服电机；3、转轮。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本实用新型进一步进行描述。
实施例1
如图1所示，一种水质在线监测无人船，包括船体，还包括用户终端、以及均与电源系统连接的锚机、动力系统、主控制系统、NB-IoT通信系统和水质在线检测系统，所述锚机设置在所述船体上且与所述主控制系统连接，
所述动力系统、所述主控制系统、所述NB-IoT通信系统依次连接，所述NB-IoT通信系统还与所述水质在线检测系统连接，所述用户终端通过所述NB-IoT通信系统传递信号。
无人船与用户终端通过NB-IoT通信系统传递信号，NB-IoT通信系统引入了eDRX省电技术和PSM省电模式，进一步降低了功耗，延长了电池使用时间，使无人船长时间定点监测成为可能；并且，相比LTE和GPRS基站，NB-IoT通信系统提升了20dB的增益，所以覆盖范围更广，大大扩展了在线水质监测的范围，例如以往的无人船航行至大桥下或者地下管道等地方时，则可能存在信号覆盖不到位的问题，而NB-IoT通信系统的信号覆盖则较广泛，解决了上述问题。
本方案中的用户终端可以是平板、手机、电脑中的一种或多种，用户终端通过B-IoT通信系统获取无人船状态信息，并发送控制指令。
动力系统包括直流电机、螺旋桨等，直流电机与电源系统和主控制系统连接，所述螺旋桨安装在无人船船体上，且所述直流电机驱动所述螺旋桨旋转，主控制系统通过控制直流电机的动作实现对无人船状态的控制。所述NB-IoT通信系统包括NB-IoT通信模块、以及相互之间传递信号的NB-IoT基站和NB-IoT天线，所述NB-IoT天线与所述NB-IoT通信模块连接，所述NB-IoT通信模块与所述动力系统和所述水质在线检测系统均连接。
现有的无人船使用4G通信，耗电较大，无法做到在同一个地方进行长时间监测水质，而本实施例的水质在线监测无人船能够固定在某监测点并进行长时间水质监测，具体如下：
本实施例使用锚机定点定位，相对于传统的通过动力系统不停的调整无人船动力大小和方向的方式以实现无人船定点定位，减少了动力消耗，具有电耗少、固定效果好的优点，并且有助于配合无人船在固定监测点的休眠模式，进一步降低电耗，例如采用下述水质在线监测无人船控制方法中的休眠方式：
一种水质在线监测无人船控制方法，包括以下步骤：
(1)控制无人船航行至固定监测点：
(2)控制锚机下放，将无人船固定；
(3)NB-IoT通信系统进入休眠模式，无人船进入固定工作模式；
(4)发送指令激活NB-IoT通信系统，并执行监测任务；
(5)NB-IoT通信系统进入休眠模式，无人船进入固定工作模式；
(6)重复(4)和(5)直至监测任务完成。
另外，本方案中采用的NB-IoT通信系统利用了先进的NB-IoT窄带物联网通信技术，具有覆盖范围广、耗电量小的优点。
具体实施时，所述的水质在线监测无人船还包括服务器和核心网，所述用户终端、所述核心网、所述服务器和所述NB-IoT基站依次连接，所述服务器用于储存无人船反馈的信息供用户终端获取。
实施例2
如图1所示，一种水质在线监测无人船，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述电源系统包括太阳能板、太阳能控制器、电池和电池管理系统，所述太阳能板、所述太阳能控制器、所述电池和所述电池管理系统依次连接。电池管理系统与主控制系统、动力系统、NB-IoT通信系统及船体上其他设备提供电压输出，并可接收主控制系统指令，控制电源系统与各设备之间电连接的连通与切断。
实施例3
如图1所示，一种水质在线监测无人船，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述水质在线检测系统包括数采仪、以及与所述数采仪连接的水质传感器，所述数采仪与所述NB-IoT通信模块连接。水质传感器检测外部水质，将物理信号转换为电信号，数采仪与水质传感器相连，将电信号转换为数字信号，并将水质数据以Modbus协议通过NB-IoT通信系统传输到用户服务器上。
还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的声呐系统。声呐系统探测水深，将水深信息发送给主控制系统，主控制系统根据水深信息判断运行方向，以避开浅水区域，防止船开到浅水区域搁浅。
还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的摄像机。摄像机与NB-IoT通信模块直接相连，使用者可通过用户终端控制摄像机抓拍水面照片，照片通过NB-IoT通信模块传输到用户服务器上，用户终端通过连入服务器查看拍摄照片，观察法查看水质情况。
实施例4
如图2所示，一种水质在线监测无人船，其结构与实施例1相比，所不同的是：所述锚机包括固定座1、转轮3、锚链、锚以及与所述主控制系统连接的伺服电机2，所述转轮3可旋转的设置在所述固定座1上，且所述伺服电机2驱动所述转轮旋转，所述锚链的一端与所述锚连接，另一端缠绕在所述转轮3上。
无人船在到达目标点后，通过伺服电机2驱动转轮旋转将锚下放至水中，锚靶住水下地面，从而将无人船固定到该位置，进入固定位置监控模式，实行长时间水质数据监控，此模式下可将主控制系统转入省电模式，以节省电力。当固定位置监测任务完成之后，主控制系统转入正常工作模式，并将锚收回，无人船进入移动监测模式。
Claims (8)
1.一种水质在线监测无人船，包括船体，其特征在于：还包括用户终端、以及均与电源系统连接的锚机、动力系统、主控制系统、NB-IoT通信系统和水质在线检测系统，所述锚机设置在所述船体上且与所述主控制系统连接，
所述动力系统、所述主控制系统、所述NB-IoT通信系统依次连接，所述NB-IoT通信系统还与所述水质在线检测系统连接，所述用户终端通过所述NB-IoT通信系统传递信号。
2.根据权利要求1所述的水质在线监测无人船，其特征在于：所述NB-IoT通信系统包括NB-IoT通信模块、以及相互之间传递信号的NB-IoT基站和NB-IoT天线，所述NB-IoT天线与所述NB-IoT通信模块连接，所述NB-IoT通信模块与所述动力系统和所述水质在线检测系统均连接。
3.根据权利要求1所述的水质在线监测无人船，其特征在于：所述电源系统包括太阳能板、太阳能控制器、电池和电池管理系统，所述太阳能板、所述太阳能控制器、所述电池和所述电池管理系统依次连接。
4.根据权利要求2所述的水质在线监测无人船，其特征在于：还包括服务器和核心网，所述用户终端通过所述核心网与所述服务器相连接，所述NB-IoT基站与所述服务器相连接。
5.根据权利要求2所述的水质在线监测无人船，其特征在于：所述水质在线检测系统包括数采仪、以及与所述数采仪连接的水质传感器，所述数采仪与所述NB-IoT通信模块连接。
6.根据权利要求2所述的水质在线监测无人船，其特征在于：还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的声呐系统。
7.根据权利要求2所述的水质在线监测无人船，其特征在于：还包括与所述NB-IoT通信模块和所述电源系统均连接的摄像机。
8.根据权利要求1所述的水质在线监测无人船，其特征在于：所述锚机包括固定座、转轮、锚链、锚以及与所述主控制系统连接的伺服电机，所述转轮可旋转的设置在所述固定座上，且所述伺服电机驱动所述转轮旋转，所述锚链的一端与所述锚连接，另一端缠绕在所述转轮上。
Priority Applications (1)
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| CN201820996632.1U CN208432609U (zh) | 2018-06-27 | 2018-06-27 | 一种水质在线监测无人船 |
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Cited By (3)
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|---|---|---|---|---|
| CN110208478A (zh) * | 2019-06-20 | 2019-09-06 | 南京芊玥机器人科技有限公司 | 一种搭载水域环境监测系统的太阳能无人艇 |
| CN110377028A (zh) * | 2019-06-11 | 2019-10-25 | 珠海云洲智能科技有限公司 | 一种无人船值守方法、装置、终端设备及存储介质 |
| CN111913228A (zh) * | 2019-09-12 | 2020-11-10 | 青岛海洋地质研究所 | 海洋地磁日变观测系统 |
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