CN212082961U

CN212082961U - 一种基于无人船的水质取样监测系统

Info

Publication number: CN212082961U
Application number: CN202020771002.1U
Authority: CN
Inventors: 马钰
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2020-05-11
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2020-12-04
Anticipated expiration: 2030-05-11

Abstract

本实用新型公开了一种基于无人船的水质取样监测系统，包括船体，船体内设有取样模块、驱动模块、避障模块、GPS定位模块、船体姿态调整模块、通信模块和控制模块，其中；所述控制模块分别通过导线与所述取样模块、所述驱动模块、所述避障模块、所述GPS定位模块、所述船体姿态调整模块和所述通信模块连接。有益效果：实现水质取样监测，不仅具有安全方便、无人职守和可小型化优点，而且无人船自动采样监测避免了人工采样的危险性和误操作，节省监测成本，提高监测效率，可到有潜在危险的水域，应用范围广。

Description

一种基于无人船的水质取样监测系统

技术领域

本实用新型涉及水质取样技术领域，具体来说，涉及一种基于无人船的水质取样监测系统。

背景技术

我国湖泊、河流众多，具有非常丰富淡水资源，但是因为人口基数大，导致人均的淡水资源比较匮乏。近年来，海洋经济迅速发展的背后也带来了海水污染问题，为了保护海洋生态环境，需要对海水水质进行监测。而随着经济水平的不断提高，由于监管不到位，一些企业非法将污染物排入水源当中，造成水环境的不断恶化和水资源质量的不断下降，一方面威胁了人民的生活质量，另一方面因此产生的经济损失难估量。

目前国家对水域资源的环境监测大多采用重点污染源在线监控设备采集和人工采集的方式，定期对湖泊和河流展开环境监测工作。但这种方式的弊端是不够灵活，需要耗费大量的人力和物力，同时不能适用于复杂多变的水体环境，造成部分水域外业数据的空白。

随着自动化产业的发展，一种小型的水面自主航行载体无人船渐渐进入人们的视野，无人船在水域测量领域有着巨大的优势，可以非常灵活地监测水质、探测水文，明显提升了环境监测的效率，大大降低了工作人员的危险系数，大幅提高了水利部口及相关行业的工作效率，所以研发一种无人驾驶水样采集船有着重要意义。

针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

实用新型内容

针对相关技术中的问题，本实用新型的目的是提出一种基于无人船的水质取样监测系统，通过无人船为载体，集成取样模块、驱动模块、避障模块、GPS定位模块、船体姿态调整模块、通信模块和控制模块，实现水质取样监测，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

本实用新型的技术方案是这样实现的：

一种基于无人船的水质取样监测系统，包括船体，船体内设有取样模块、驱动模块、避障模块、GPS定位模块、船体姿态调整模块、通信模块和控制模块，其中；

所述控制模块分别通过导线与所述取样模块、所述驱动模块、所述避障模块、所述GPS定位模块、所述船体姿态调整模块和所述通信模块连接；

所述取样模块，用于对预定点水域进行采集取样；

所述驱动模块，用于船体驱动行驶；

所述避障模块，用于船体行驶躲避障碍物；

所述GPS定位模块，用于船体实时定位；

所述船体姿态调整模块，用于船体行驶姿态调整；

所述通信模块，用于信息传输。

进一步的，所述取样模块为微型抽水泵。

进一步的，所述驱动模块为涵道式无刷电机。

进一步的，所述避障模块为红外线探测传感器。

进一步的，所述GPS定位模块为GPS定位器。

进一步的，所述船体姿态调整模块由三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁感应传感器构成。

进一步的，所述通信模块为GPRS无线通信。

进一步的，所述控制模块为型号为STM32单片机。

进一步的，还包括电源和电源监测模块，其中；

所述电源，用于供电；

所述电源监测模块，用于低电量船体返航。

进一步的，所述电源为蓄电池。

本实用新型的有益效果：

本实用新型通过无人船为载体，集成取样模块、驱动模块、避障模块、GPS定位模块、船体姿态调整模块、通信模块和控制模块，实现水质取样监测，不仅具有安全方便、无人职守和可小型化优点，而且无人船自动采样监测避免了人工采样的危险性和误操作，节省监测成本，提高监测效率，可到有潜在危险的水域，应用范围广。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的原理框图；

图2是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的控制模块电路示意图；

图3是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的GPS定位模块电路示意图；

图4是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的驱动模块电路示意图；

图5是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的取样模块电路示意图；

图6是根据本实用新型实施例的基于无人船的水质取样监测系统的通信模块电路示意图。

图中：

1、取样模块；2、驱动模块；3、避障模块；4、GPS定位模块；5、船体姿态调整模块；6、通信模块；7、控制模块。

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型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实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

根据本实用新型的实施例，提供了一种基于无人船的水质取样监测系统。

如图1-图6所示，一种基于无人船的水质取样监测系统，包括船体，船体内设有取样模块1、驱动模块2、避障模块3、GPS定位模块4、船体姿态调整模块5、通信模块6和控制模块7，其中；

所述控制模块7分别通过导线与所述取样模块1、所述驱动模块2、所述避障模块3、所述GPS定位模块4、所述船体姿态调整模块5和所述通信模块6连接；

所述取样模块1，用于对预定点水域进行采集取样；

所述驱动模块2，用于船体驱动行驶；

所述避障模块3，用于船体行驶躲避障碍物；

所述GPS定位模块4，用于船体实时定位；

所述船体姿态调整模块5，用于船体行驶姿态调整；

所述通信模块6，用于信息传输。

其中，所述取样模块1为微型抽水泵。

其中，所述驱动模块2为涵道式无刷电机。

其中，所述避障模块3为红外线探测传感器。

其中，所述GPS定位模块4为GPS定位器。

其中，所述船体姿态调整模块5由三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁感应传感器构成。

其中，所述通信模块6为GPRS无线通信。

其中，所述控制模块7为型号为STM32单片机。

另外，还包括电源和电源监测模块，其中；所述电源，用于供电；所述电源监测模块，用于低电量船体返航。

其中，所述电源为蓄电池。

借助于上述技术方案，通过无人船为载体，集成取样模块1、驱动模块2、避障模块3、GPS定位模块4、船体姿态调整模块5、通信模块6和控制模块7，实现水质取样监测，不仅具有安全方便、无人职守和可小型化优点，而且无人船自动采样监测避免了人工采样的危险性和误操作，节省监测成本，提高监测效率，可到有潜在危险的水域，可到有潜在危险的水域，如污染区和浅水区等进行精确定点水样采集，应用范围广。

另外，具体的，控制模块7通过导线连接着取样模块1、驱动模块2、避障模块3、GPS定位模块4、船体姿态调整模块5和通信模块6，而通信模块6用于地面站系统和船载系统的通讯，将无人船航行时的参数传回服务端，而控制模块7以STM32单片机作为主控制器，采用串级PID来实现无人船的姿态控制和稳定航行。

对于上述船体来说，船体可采用小型的碳纤维PLA材质船体，提高整体的防水性，另外可选择在船舷两侧对称设计安装两个空气气囊，在面对风浪的时候，能够给主船体一个反方向的力，从而达到船体稳定。而个模块元件可装配于船体最中央，如果质量不够再加配重，另外由于船体内部是封闭的，相当于一个空气气囊，所以当翻船的时候，船体会有一个巨大的浮力使得无人船能够自动扶正。

而对于上述控制模块7来说，可预先设定一个初始位置与最低电压值，当无人船电池电压处于所设定的最低电压值时，结束一切执行任务，使返航程序得到优先级，小船返航至初始位置。

另外，对于避障模块3来说，优选为红外线探测传感器。红外线探测传感器可以反馈出小型无人船在行进路线中的障碍，并反馈给控制模块7STM32芯片，使得小船能够在路线规划中躲避障碍物，从而让小船不受到损害。

另外，对于上述驱动模块2来说，驱动模块2优选为涵道式无刷电机。两个电机上装有正反一对螺旋桨，通过通信模块6数传返回来的信息为无人船提供动力，实现前进后退、加速减速，转向等功能以达到目的地。

基于它的质量轻便和涵道式无刷电机推进器水喷推进方式，不仅防止位置水域中的水草缠绕螺旋桨的特点，而且用它进行未知水域环境的勘察与检测，极大程度的减少了未知因素在勘察过程中带来的危险，可以进入很多人类无法达到的区域，实用性强。

而GPS定位模块4包括ATK-S1216F8-BD GPS/北斗模块和有源天线组成，

通过GPS/北斗模块和有限天线的连接，并且跟船体内置控制模块7连接，待串口接收GPS/北斗数据。每次接收到GPS/北斗模块发送过来的数据，就执行数据解析，数据解析后执行GPS/北斗定位数据的显示，并可以根据需要通过KEY0按键开启/关闭，将收到的数据通过通信模块6发送给服务端。这样船体和上位机上都可以显示出相对的经纬度，海拔，以及时间日期。

综上所述，借助于本实用新型的上述技术方案，可实现如下效果：

通过无人船为载体，集成取样模块1、驱动模块2、避障模块3、GPS定位模块4、船体姿态调整模块5、通信模块6和控制模块7，实现水质取样监测，不仅具有安全方便、无人职守和可小型化优点，而且无人船自动采样监测避免了人工采样的危险性和误操作，节省监测成本，提高监测效率，可到有潜在危险的水域，可到有潜在危险的水域，如污染区和浅水区等进行精确定点水样采集，应用范围广。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，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

1.一种基于无人船的水质取样监测系统，包括船体，其特征在于，船体内设有取样模块(1)、驱动模块(2)、避障模块(3)、GPS定位模块(4)、船体姿态调整模块(5)、通信模块(6)和控制模块(7)，其中；

所述控制模块(7)分别通过导线与所述取样模块(1)、所述驱动模块(2)、所述避障模块(3)、所述GPS定位模块(4)、所述船体姿态调整模块(5)和所述通信模块(6)连接；

所述取样模块(1)，用于对预定点水域进行采集取样；

所述驱动模块(2)，用于船体驱动行驶；

所述避障模块(3)，用于船体行驶躲避障碍物；

所述GPS定位模块(4)，用于船体实时定位；

所述船体姿态调整模块(5)，用于船体行驶姿态调整；

所述通信模块(6)，用于信息传输。

2.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述取样模块(1)为微型抽水泵。

3.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述驱动模块(2)为涵道式无刷电机。

4.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述避障模块(3)为红外线探测传感器。

5.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述GPS定位模块(4)为GPS定位器。

6.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述船体姿态调整模块(5)由三轴陀螺仪、三轴加速度传感器和三轴磁感应传感器构成。

7.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述通信模块(6)为GPRS无线通信。

8.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述控制模块(7)为型号为STM32单片机。

9.根据权利要求1所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，进一步还包括电源和电源监测模块，其中；

所述电源，用于供电；

所述电源监测模块，用于低电量船体返航。

10.根据权利要求9所述的一种基于无人船的水质取样监测系统，其特征在于，所述电源为蓄电池。