CN209454943U - 一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备 - Google Patents

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刘羽飞
方慧
刘飞
何勇
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Zhejiang University ZJU
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  • Position Fixing By Use Of Radio Waves (AREA)

Abstract

本实用新型公开一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，包括通过无线连接的基岸子系统和船载子系统；所述的船载子系统包括：确定无人船实时位置的定位器；检测无人船航向信息的航向传感器；检测无人船航行速度的航速检测器；整合所述定位器、航向传感器和航速检测器采集的航行数据的中央处理器；以及与所述中央处理器连接并向所述基岸子系统发送航行数据的第一无线传输模块；所述的基岸子系统包括：与所述第一无线传输模块进行无线通讯的第二无线传输模块；以及与所述第二无线传输模块连接用于监控所述无人船的移动终端。本实用新型实现无人船的远程指令控制和田间工作状态的实时监测，满足田间无人船与基岸上控制台的双向稳定通信要求。

Description

一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备
技术领域
本实用新型涉及无线通讯设备领域，尤其是涉及一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备。
背景技术
农用无人船目前主要采用的人工遥控控制方式，在水田中进行农作业。然而在面对大区块的水田区域作业时，操作人员在目视范围内无法清晰分辨农用无人船的位置坐标和航行姿态，引起船只航行路径偏离，造成漏施或重复施药，甚至发生船只碰撞事故的问题。因此，需要一种适应农田环境的农用无人船与基岸无线通讯设备，可以使操作人员在基岸上远程监控无人船的航行状态，农作业完成情况，提高船只航行的安全性，实现农作业的高效化。
传统船艇的信息无线传输技术主要涉及卫星通信、无线电通信、光学通信、水声通信等方面。通信对象主要有船艇与基岸之间，以及船艇之间两种方式。特别是远航轮船等，由于海域面积广、离陆远，航行过程中无GPRS信号，大多需要进行卫星通信。
应用在传统船只的通信设备，特别是远洋船只的通信设备体积大、重量重，功耗高，且价格高昂，无法应用于无人化、轻量化的农用船只上。
实用新型内容
本实用新型提供一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，实现无人船的远程指令控制和田间工作状态的实时监测，满足田间无人船与基岸上控制台的双向稳定通信要求。
为实现上述的发明目的，本实用新型所采用的具体技术方案如下：
一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，包括通过无线连接的基岸子系统和船载子系统；
所述的船载子系统包括：
确定无人船实时位置的定位器；
检测无人船航向信息的航向传感器；
检测无人船航行速度的航速检测器；
整合所述定位器、航向传感器和航速检测器采集的航行数据的中央处理器；
以及与所述中央处理器连接并向所述基岸子系统发送航行数据的第一无线传输模块；
所述的基岸子系统包括：
与所述第一无线传输模块进行无线通讯的第二无线传输模块；
以及与所述第二无线传输模块连接用于监控所述无人船的移动终端。
本技术方案针对现有船载无线通信设备价格高、功耗高，体积大等不足，提供一种适用于水田环境的无人船的低成本，低功耗，高可靠性的水—岸一体的高覆盖度的无线通信设备，以满足田间无人船与基岸上控制台的双向通信需求；实现无人船的远程指令控制，工作状态的实时监测，为无人船的高效作业，智慧决策提供系统支撑。
船载子系统通过安装的定位器、航向传感器和航速检测器，分别采集无人船实时位置、航向信息和航行速度，并通过无线传输模块发送到基岸子系统，在移动终端对无人船的工作状态进行实时监测，并可发送控制指令，控制无人船的航行。
作为优选的，所述的船载子系统还安装有接入所述中央处理器的流量计，用于控制无人船的试药量。
流量计连接在农用无人船的农作业施药管上，可以提供施药的药液流速信息，且作为流量控制的反馈量。
作为优选的，所述的船载子系统还包括与所述中央处理器连接的电源模块，为船载子系统内的电子元件提供电能。
所述的电源模块可以是电池、太阳能发电装置或者与船体动力系统连接的电能转换装置等。
作为优选的，所述的定位器为GPS接收机。
本申请中，优选采用GPS接收机为定位器，或在某些应用场合下，适应性的改进或替换，如利用蓝牙或WiFi无线定位。
作为优选的，所述的航向传感器采用电子陀螺仪，所述的航速检测器为加速度计。
作为优选的，所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用设有433MHz、868MHz和915MHz三个频段的低功耗LoRa无线数传模块，并设有与所述LoRa无线数传模块连接的天线。
作为优选的，所述LoRa无线数传模块与移动终端间设有传输数据用的USB适配器。
本实用新型低成本、低功耗、高可靠性、实时性好，能满足田间无人船与基岸上控制台的双向通信需求；实现无人船的远程指令控制，工作状态的实时监测，为无人船的高效作业，智慧决策提供系统支撑。
附图说明
图1为本实用新型中农用无人船与基岸无线通讯设备的结构图。
具体实施方式
下面结合实施例和附图来详细说明本实用新型，但本实用新型并不仅限于此。
如图1所示的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，包括通过无线通讯连接的基岸子系统100和船载子系统200。
在船载子系统200上，农用无人船的GPS接收机201可以提供无人船的实时位置，电子陀螺仪202可以提供无人船的航向信息，加速度计203可以提供无人船的航行速度，流量计204连接在农用无人船的农作业施药管上，可以提供施药的药液流速信息。GPS接收机201、电子陀螺仪202、加速度计203和流量计204接入中央处理器205，中央处理器205接收和处理上述各个传感器的实时数据信息，并将整合后的无人船的航行数据通过低功耗LoRa无线数传模块207发送出去。
本实施例中，GPS接收机201的型号为Ublox NEO-M8P，电子陀螺仪202与加速度计203组合模块的型号为Epson IMU M-G370，流量计具体使用霍尔流量传感器YF-S201。
船载子系统200内还装有接入中央处理器205的电源模块206，优选采用容量高、循环寿命长且倍率放电好的锂聚合物电池组为系统供电。
基岸子系统100的低功耗LoRa无线数传模块102接收到来自船载子系统200的数据后，通过USB适配器103将数据传到地面站的移动终端104。由移动终端104中的嵌入式可视化软件系统解析各个航行数据并显示，供操作人员远程监视。
本实施例在水田的田间农作业时，环境不可控因素较多，作业环境复杂。基于物联网思维，需要充分综合考虑通信设备功耗和通信距离。在上述船载子系统200采用装有天线208的LoRa无线数传模块207，基岸子系统100采用装有天线101的LoRa无线数传模块102。LoRa(Long Range Radio)技术是Semtech公司创建的低功耗局域网无线标准，其最大特点就是在同样的功耗条件下比其他无线方式传播的距离更远，实现了低功耗和远距离的统一，它在同样的功耗下比传统的无线射频通信距离扩大3-5倍，在空旷区域传输距离可达15千米。
本实施例中的LoRa无线数传模块207和LoRa无线数传模块102均采用LoRa扩频传输技术，可在433MHz、868MHz和915MHz三个频段间根据需要切换。LoRa无线数传模块的天线(101和208)优选采用棒状天线，并且安装在无人船顶部，便于信号的高效长距离收发。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施举例，并不用于限制本实用新型，凡在本实用新型精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，包括通过无线连接的基岸子系统和船载子系统；
所述的船载子系统包括：
确定无人船实时位置的定位器；
检测无人船航向信息的航向传感器；
检测无人船航行速度的航速检测器；
整合所述定位器、航向传感器和航速检测器采集的航行数据的中央处理器；
以及与所述中央处理器连接并向所述基岸子系统发送航行数据的第一无线传输模块；
所述的基岸子系统包括：
与所述第一无线传输模块进行无线通讯的第二无线传输模块；
以及与所述第二无线传输模块连接用于监控所述无人船的移动终端。
2.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的船载子系统还安装有接入所述中央处理器的流量计，用于控制无人船的施药量。
3.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的船载子系统还包括与所述中央处理器连接的电源模块，为船载子系统内的电子元件提供电能。
4.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的定位器为GPS接收机。
5.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的航向传感器采用电子陀螺仪。
6.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的航速检测器为加速度计。
7.如权利要求1所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述的第一无线传输模块和第二无线传输模块均采用设有433MHz、868MHz和915MHz三个频段的LoRa无线数传模块，并设有与所述LoRa无线数传模块连接的天线。
8.如权利要求7所述的低功耗农用无人船与基岸无线通讯设备，其特征在于，所述LoRa无线数传模块与移动终端间设有传输数据用的USB适配器。
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