專利名稱：一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種水體監(jiān)測設備，尤其涉及一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標。
背景技術：
為了保護水體環(huán)境，實現(xiàn)水環(huán)境風險預警，水體的在線監(jiān)測必不可少。目前對水體 監(jiān)測使用的浮標一般采用固定式，如果需要多點位的監(jiān)測則需要采用多個浮標?，F(xiàn)有浮標 一般只能固定在某一位置上，監(jiān)測范圍有限，效率低，不能有效監(jiān)測廣闊水域的水環(huán)境水質 特征。若采用多個浮標組網式監(jiān)測，則大大增加了監(jiān)測系統(tǒng)的成本。另外，現(xiàn)有浮標一般僅 實現(xiàn)特定的水體在線監(jiān)測功能，如水質在線監(jiān)測、藍藻在線監(jiān)測等，系統(tǒng)的開放性差，測試 指標較為單一，不能滿足符合多樣化的用戶需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于針對現(xiàn)有技術的不足，提供一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮 標。本發(fā)明為能自供動力，實時在線，游動路徑、目標區(qū)域智能可控、監(jiān)測功能可擴展的移動 型水體在線綜合監(jiān)測浮標。本發(fā)明可放置在各種天然或人工水體中，實時在線監(jiān)測水體的 綜合指標，并將監(jiān)測的相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)竭h程監(jiān)控系統(tǒng)，實現(xiàn)水體在線綜合監(jiān)測；根據(jù)遠程監(jiān) 控系統(tǒng)的目標指定，浮標能夠智能規(guī)劃運動軌跡、調節(jié)方向，并在運動過程中不斷自主修正 運動軌跡及方向，實現(xiàn)智能自控移動。 本發(fā)明的目的是通過以下技術方案來實現(xiàn)的一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮 標，它主要由太陽能板安裝臺、載體和動力結構安裝區(qū)組成；所述太陽能板安裝臺、載體、動 力結構安裝區(qū)一體形成。 進一步地，所述太陽能板安裝臺為棱臺結構體，該棱臺結構體的各個側面分別安 裝有平板式太陽能板。所述平板式太陽能板通過太陽能板電纜與太陽能蓄電池相連；太陽 能板安裝臺的上部安裝信標燈、微型氣象站和GPRS天線。 進一步地，所述載體中空并填充有密度比水小的固體材料。載體內布置有水密倉 及若干個水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞。監(jiān)測傳感器安裝在水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞內并用傳 感器安裝緊固件固定。水密倉內安裝太陽能蓄電池和電路板。所述電路板包括電源管理模 塊、嵌入式計算機、動力控制驅動板、傳感器調理及模數(shù)轉換電路模塊、GPS模塊和GPRS模 塊。所述電源管理模塊、嵌入式計算機、動力控制驅動板、傳感器調理及模數(shù)轉換電路模塊、 GPS模塊和GPRS模塊之間通過綜合數(shù)據(jù)線相連，且分別通過電源線與太陽能蓄電池相連。 所述監(jiān)測傳感器包括水質監(jiān)測綜合傳感器、水力學監(jiān)測綜合傳感器、水體浮游植物監(jiān)測傳 感器和魚群監(jiān)測傳感器。 進一步地，所述動力結構安裝區(qū)中間安裝動力型螺旋槳推動器，兩邊沿圓周安裝 第一方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器和第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器。所述動力型螺旋 槳推動器、第一方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器和第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器分別與 太陽能蓄電池電連接。第一方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器和第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推
3動器分別與動力控制驅動板相連。
本發(fā)明的有益效果在于 1、本發(fā)明中，浮標通過定位系統(tǒng)、動力控制板、方向調節(jié)功能型推進器及動力型推 進器，實現(xiàn)智能化移動。浮標可以隨時駛入設定的監(jiān)測區(qū)域，應用方便靈活，操控簡單。
2、本發(fā)明中，浮標具有獨立自持工作能力，可以代替上述多個浮標組成的多點系 統(tǒng)，從而降低監(jiān)測成本，特別適合于開闊水域使用。 3、本發(fā)明中，浮標的太陽能板安裝臺經過優(yōu)化設計，為棱臺結構體。采用成本較低 的平板式太陽能轉換板，太陽光利用效率高。


圖1為本發(fā)明移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標的結構示意圖；
圖2為圖1所示移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標的剖視圖；
圖3為圖1中太陽能板安裝臺的俯視圖；
圖4為圖1中載體的俯視圖；
圖5為圖2中水密倉的電路結構圖；
圖6為圖1中動力結構安裝區(qū)的俯視圖； 圖中，1、為太陽能板安裝臺(棱臺結構體)，2、載體，3、動力結構安裝區(qū)，4、為信標 燈，5、微型氣象站，6、 GPRS天線，7、水密倉，8、太陽能蓄電池，9、電路板，10、太陽能板電纜， 11、電源管理模塊，12、嵌入式計算機，13、動力控制驅動板(包括定向電子羅盤)，14、傳感 器信號調理及模數(shù)轉換板，15、GPS模塊，16、GPRS模塊，17、電源線，18、綜合數(shù)據(jù)線(各電路 板之間進行數(shù)據(jù)傳輸)，19、水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞，20、水體監(jiān)測傳感器，21、傳感器安裝 緊固件，22、第一方向調節(jié)功能型推進器，23、第二方向調節(jié)功能型推進器，24、動力型推進 器，25、平板式太陽能板。
具體實施例方式
下面結合附圖，對本發(fā)明的具體實施方式
進行描述。 本發(fā)明移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標的工作原理是太陽能光電轉換板將太陽能 轉換成電能，存儲在太陽能蓄電池中，通過電源管理模塊管理以直流電形式向嵌入式計算 機、動力控制驅動板(包括定向電子羅盤)、傳感器信號調理及模數(shù)轉換板、GPS模塊、GPRS 模塊及方向調節(jié)功能型推進器、動力型推進器等提供能量。水體監(jiān)測傳感器及微型氣象站 采集的數(shù)據(jù)可由嵌入式計算機加工處理通過GPRS無線通訊方式傳送至遠程監(jiān)控系統(tǒng)。當 浮標收到遠程監(jiān)控系統(tǒng)關于浮標目標區(qū)域的位置信息后，即可由嵌入式計算機結合由GPS 模塊獲取的當前位置信息、電子羅盤的定向信息(地理北極位置)規(guī)劃出相應的運動軌跡， 再通過動力控制驅動板(包括定向電子羅盤)驅動相應的推動器動作，并通過內部算法調 節(jié)各推動器的轉速，實現(xiàn)浮標的全方位運動的自控。所有電能消耗都可由太陽能蓄電池提 供，無需外接電源。 如圖1和圖2所示，本發(fā)明的移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標主要由太陽能板安裝 臺1、載體2、動力結構安裝區(qū)3組成，所述太陽能板安裝臺1、載體2、動力結構安裝區(qū)3 — 體形成(結構外觀見圖1，內部結構見圖2)。
其中太陽能板安裝臺l(圖3)根據(jù)優(yōu)化設計成棱臺結構體，棱臺的四個側面(本 發(fā)明圖示為4個側面的棱臺，實際生產過程中根據(jù)需要可為任意多個側面)分別安裝有平 板式太陽能板25，轉換的電能由太陽能板電纜10傳送到太陽能蓄電池8 ;棱臺的上部安裝 信標燈4、微型氣象站5和GPRS天線6。 載體2(圖4)中空并填充有密度比水小的固體材料，如泡沫、橡膠等，以提供浮力。 載體內按重力均衡設計，布置有水密倉7及若干個水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞19。水體監(jiān)測 傳感器安裝孔洞19內可視需求自由安裝監(jiān)測傳感器20，擴展監(jiān)測指標，包括水質監(jiān)測綜 合傳感器、水力學監(jiān)測綜合傳感器、水體浮游植物監(jiān)測傳感器、魚群監(jiān)測傳感器等，并用傳 感器安裝緊固件21固定。水密倉7(圖5)安裝有防潮密封的遮蓋，保持良好的水密性能， 以保證電路不受潮。其中包含太陽能蓄電池8、以嵌入式計算機為中心的信號處理、傳輸、 動力控制等的電路板9。電路板9包括電源管理模塊11 (用以實現(xiàn)不同的日照條件下太 陽能板及蓄電池向各電路模塊和推進器最佳的供電模式管理。日照條件好時太陽能板給蓄 電池充電并直接向用電模塊和推進器供電，日照條件差時利用蓄電池給用電模塊供電)、嵌 入式計算機12(用以實現(xiàn)傳感器數(shù)據(jù)的加工處理及載體運動路徑的規(guī)劃)、動力控制驅動 板13(包括定向電子羅盤——獲得當前地理北極位置信息；根據(jù)嵌入式計算機給出的控制 指令完成推進器的操縱控制)、傳感器調理及模數(shù)轉換(ADC-Analog to Digital Convert) 電路模塊14 (用以完成傳感器原始數(shù)據(jù)的數(shù)字化轉換)、GPS模塊15 (用以獲得載體在水域 中的位置坐標)、GPRS模塊16 (用以實現(xiàn)與遠程計算機的數(shù)據(jù)交換)、電源線17 (用以完成 各電路模塊的供電)以及綜合數(shù)據(jù)線18(用于實現(xiàn)各電路板之間的數(shù)據(jù)傳輸)。
太陽能蓄電池儲能裝置8可采用北京大禾新力科技有限公司的DH120型號蓄電 池，電源管理模塊11可采用北京大禾新力科技有限公司的CML08型號產品，嵌入式計算機 12可采用杭州杭州市立宇泰電子有限公司的ARMSYS2440-B型號開發(fā)板，動力控制驅動板 13可采用上海御衡信息科技有限公司的Motor2812型號驅動板，電子羅盤可采用陜西航天 長城科技有限公司的FNN-3200型號平面電子羅盤，電路模塊14可采用上海御衡信息科技 有限公司的DAQ907型號模塊，GPS模塊15可采用加拿大馬可尼公司的SUPERSTAR型號GPS 接收機，GPRS模塊16可采用北京捷邁通信器材有限公司的G200型號GPRS模塊，太陽能板 25可采用皇明太陽電池組件的HG-260P型號產品，但不限于此。 動力結構安裝區(qū)3(圖6)中間安裝動力型螺旋槳推動器24，兩邊沿圓周安裝第一、 第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器22、23。三個推動器均由太陽能蓄電池提供動力，可以獨 立控制進行啟停，動力型螺旋槳推動器24做為主動力，兩側小推動器22、23可以推動浮標 轉彎從而調節(jié)方向。工作時，嵌入式計算機根據(jù)規(guī)劃的路徑通過動力控制驅動板13控制第 一、第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器22、23的啟停和轉速，調整浮標的運動方向，然后由 動力型螺旋槳推動器24驅動浮標前行。行進過程中出現(xiàn)偏偏離規(guī)劃的路徑時可由方向調 節(jié)功能型螺旋槳推動器22、23通過控制轉速校正。 實際使用時，浮標遠程監(jiān)控系統(tǒng)( 一般是布置在一臺帶有有GPRS模塊的計算機 上)數(shù)據(jù)庫中建立有測量水域與該覆蓋水域GPS坐標的映射關系，這種映射關系以圖像的 形式作為用戶接口，用戶可以在圖上實時監(jiān)測浮標所在的位置。當需要調整目標區(qū)域時，用 戶在遠程監(jiān)控系統(tǒng)的圖中選定目標區(qū)域中心點，該中心點會在遠程監(jiān)控系統(tǒng)中通過上述映 射關系變換為對應的GPS數(shù)據(jù)通過GPRS發(fā)送給浮標本體的嵌入式計算機12，嵌入式計算機
5根據(jù)當前GPS數(shù)據(jù)(通過浮標載體上的GPS模塊獲得)、目標區(qū)域GPS數(shù)據(jù)(通過遠程用戶 在目標水域指定)和當前地理北極位置規(guī)劃出兩點間的直線路徑(一般在規(guī)劃路徑時避免 出現(xiàn)孤島等障礙物)，確定運動軌跡。運動軌跡確定后，嵌入式就算機給動力控制驅動板13 發(fā)出指令，調節(jié)兩個方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器22、23的動力，以完成運動定向。確定軌 跡和方向后，啟動動力型螺旋槳推動器24使浮標運動至目標區(qū)域。在運動過程中，浮標上 的速度傳感器和加速度傳感器(安裝在水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞19)實時采集數(shù)據(jù)，反饋 到嵌入式計算機13，嵌入式計算機13根據(jù)浮標當前的軌跡和方向來判斷浮標是否偏離初 始設定的軌跡和方向，如果有偏移則通過動力控制驅動板13驅動調節(jié)功能型螺旋槳推動 器22、23，不斷修正浮標的運動軌跡和方向。到達目標區(qū)域內后，嵌入式計算機12會向動力 控制驅動板13發(fā)出指令以關閉動力型螺旋槳推動器24，同時調節(jié)控制方向調節(jié)功能型螺 旋槳推動器22、23的轉速，使浮標原地旋轉，并逐漸停下，保證浮標保持在目標區(qū)域內。
上述過程中用戶在遠程監(jiān)控系統(tǒng)端只需給定目標區(qū)域中心點，所有的路徑規(guī)劃、 目標點確認到達決策均由浮標自身完成。用戶可以通過遠程操作系統(tǒng)監(jiān)測浮標位置并查看 浮標傳遞上來的水體信息數(shù)據(jù)。
權利要求
一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，它主要由太陽能板安裝臺(1)、載體(2)和動力結構安裝區(qū)(3)組成。所述太陽能板安裝臺(1)、載體(2)、動力結構安裝區(qū)(3)一體形成。
2. 根據(jù)權利要求1所述移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，所述太陽能板安 裝臺(1)為棱臺結構體，該棱臺結構體的各個側面分別安裝有平板式太陽能板(25)。所述 平板式太陽能板(25)通過太陽能板電纜(10)與太陽能蓄電池(8)相連；太陽能板安裝臺 (1)的上部安裝信標燈(4)、微型氣象站(5)和GPRS天線(6)。
3. 根據(jù)權利要求1所述移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，所述載體(2)中空 并填充有密度比水小的固體材料。載體(2)內布置有水密倉(7)及若干個水體監(jiān)測傳感器 安裝孔洞(19)。監(jiān)測傳感器(20)安裝在水體監(jiān)測傳感器安裝孔洞(19)內，并用傳感器安 裝緊固件(21)固定。水密倉(7)內安裝太陽能蓄電池(8)和電路板(9)。
4. 根據(jù)權利要求3所述移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，所述電路板(9)包 括電源管理模塊(11)、嵌入式計算機(12)、動力控制驅動板(13)、傳感器調理及模數(shù)轉換 電路模塊(14) 、 GPS模塊(15)和GPRS模塊(16)。所述電源管理模塊(11)、嵌入式計算機 (12)、動力控制驅動板(13)、傳感器調理及模數(shù)轉換電路模塊(14) 、 GPS模塊(15)和GPRS 模塊(16)之間通過綜合數(shù)據(jù)線(18)相連，且分別通過電源線(17)與太陽能蓄電池(8)相 連。
5. 根據(jù)權利要求3所述移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，所述監(jiān)測傳感器 (20)包括水質監(jiān)測綜合傳感器、水力學監(jiān)測綜合傳感器、水體浮游植物監(jiān)測傳感器和魚 群監(jiān)測傳感器。
6. 根據(jù)權利要求1所述移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，其特征在于，所述動力結構安 裝區(qū)(3)中間安裝動力型螺旋槳推動器(24)，兩邊沿圓周安裝第一方向調節(jié)功能型螺旋槳 推動器(22)和第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器(23)。所述動力型螺旋槳推動器(24)、 第一方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器(22)和第二方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器(23)分別與 太陽能蓄電池(8)電連接。第一方向調節(jié)功能型螺旋槳推動器(22)和第二方向調節(jié)功能 型螺旋槳推動器(23)分別與動力控制驅動板(1)相連。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標，它包括太陽能板安裝臺、載體和動力結構安裝區(qū)，通過安裝在浮標上的太陽能板提供動力，載體上的傳感器、通訊、動力控制模塊實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集及操控，并在動力安裝區(qū)內安裝多個獨立控制的推進器單元實現(xiàn)定向、運動和定位。本發(fā)明的移動型水體在線綜合監(jiān)測浮標具有獨立自持工作能力，使用方便、操控簡單等技術特點。
文檔編號G01N33/18GK101776676SQ201010109578
公開日2010年7月14日 申請日期2010年2月11日 優(yōu)先權日2010年2月11日
發(fā)明者沈超峰, 肖溪, 陳英旭 申請人:浙江大學