專利名稱：無線遙控的自動采樣監(jiān)測船的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，用于環(huán)保監(jiān)查采樣或者濕地等航行船不便達(dá)到的淺水區(qū)的采樣。
背景技術(shù)：
目前環(huán)保監(jiān)查部門等為掌握所轄水域的水質(zhì)情況，通常是對其進(jìn)行定期或不定期的采樣檢測分析。以往的采樣方式，是通過人工在該水域不同位點(diǎn)進(jìn)行采樣，這種傳統(tǒng)的采樣方式效率低，特別是對中、重度污染水體，或者濕地、淺水區(qū)或復(fù)雜危險(xiǎn)水域，采樣時還存在危及采樣人員身體健康或生命安全的危險(xiǎn)。每次監(jiān)測只靠肉眼和參照物定位，準(zhǔn)確度很差。為解決上述問題，近年來出現(xiàn)了一種無人控制的采樣方式，如申請?zhí)枮?200710158240. 4的中國專利公開了一種無人控制水上環(huán)保監(jiān)查采樣船，其船體內(nèi)控制裝置的結(jié)構(gòu)簡單，無法完成在復(fù)雜水域中的采樣工作。申請?zhí)枮?01010168446. 7的中國專利公開了一種全自動地表水水質(zhì)采樣機(jī)器人，其包括船體、驅(qū)動裝置、控制裝置和采樣裝置，控制裝置包括導(dǎo)航裝置、中央處理單元和通訊模塊；采樣裝置包括氣象和水質(zhì)監(jiān)測傳感器、水下傳感器和采樣管收放器；導(dǎo)航裝置包括GPS衛(wèi)星定位傳感器、電子羅盤和加速度傳感器； 導(dǎo)航裝置與中央處理器和通訊模塊電連接，通訊模塊通過無線信號與基站連接。采樣上述全自動地表水質(zhì)采樣機(jī)器人體積小、重量輕，提高了采樣地點(diǎn)和采樣深度的準(zhǔn)確性，但基站人員無法實(shí)時看到采樣機(jī)器人所處的環(huán)境，當(dāng)遇到緊急情況時，對采樣機(jī)器人發(fā)出的指令缺少了一定的依據(jù)性，而且限制了機(jī)器人的應(yīng)用范圍。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種能夠?qū)崟r顯示無人監(jiān)控船位置坐標(biāo)和周圍圖像的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，用于水質(zhì)采樣、水域表面監(jiān)測及目標(biāo)物搜索等領(lǐng)域。為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用的技術(shù)方案如下
一種無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，包括船體、設(shè)置在所述船體上的執(zhí)行子系統(tǒng)和設(shè)置在基站與所述執(zhí)行子系統(tǒng)無線通訊的主控子系統(tǒng)；
所述主控子系統(tǒng)包括裝有MAP INFO地圖系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、第一單片機(jī)第一GPRS模塊，所述第一 GPRS模塊與第一單片機(jī)雙向連接，所述第一單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接計(jì)算機(jī)主機(jī)的相應(yīng)輸入端；
所述執(zhí)行子系統(tǒng)包括船體第二單片機(jī)、水樣采樣模塊、導(dǎo)航模塊、超聲波測距模塊、驅(qū)動模塊、攝像模塊和第二 GPRS模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接水樣采樣模塊和驅(qū)動模塊的輸入端；所述導(dǎo)航模塊的輸出端接所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端；所述第二單片機(jī)分別與超聲波測距模塊、第二 GPRS模塊雙向連接；所述攝像模塊包括水下攝像頭和由云臺控制的水上攝像頭構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接云臺的輸入端，所述水下攝像頭和水上攝像頭分別與第二單片機(jī)雙向連接。
執(zhí)行子系統(tǒng)中所述水質(zhì)采集模塊由蠕動泵和蠕動泵控制模塊構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接蠕動泵控制模塊的輸入端，所述蠕動泵控制模塊的輸出端接蠕動泵的輸入端。執(zhí)行子系統(tǒng)中所述超聲波測距模塊由超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接超聲波發(fā)射單元的輸入端，所述超聲波接收單元接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述超聲波測距模塊至少設(shè)有兩個，分別設(shè)置所述船體的不同部位；所述導(dǎo)航模塊采用GPS、GL0NESS、伽利略或北斗。所述驅(qū)動模塊包括直流電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸入端，所述直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出端分別接直流電機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括電子羅盤，所述電子羅盤的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括測速模塊和測速傳感器，所述測速傳感器的輸出端接測速模塊的輸入端，所述測速模塊的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括水溫測試傳感器、PH測試傳感器、溶解氧測試傳感器、水濁度測試傳感器和水質(zhì)電導(dǎo)率傳感器，所述傳感器的輸出端分別接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述第一單片機(jī)和第二單片機(jī)的型號均為TMS320VC33，所述啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的型號為TB6612FNG，所述蠕動泵控制模塊的型號為L298N，所述超聲波發(fā)射單元的型號為 TCT40-2F，所述超聲波接收單元的型號為TCT40-2S，所述電子羅盤的型號為MCA201。所述主控子系統(tǒng)負(fù)責(zé)接收執(zhí)行子系統(tǒng)傳輸?shù)膱D像信息、遙控船的位置信息，并發(fā)送相關(guān)的控制命令。所述執(zhí)行子系統(tǒng)根據(jù)主控子系統(tǒng)發(fā)出的航線坐標(biāo)自動進(jìn)行航行控制、 水質(zhì)取樣、現(xiàn)場攝像、避障、航行速度控制和航線修正控制，并能夠進(jìn)行圖像傳輸和航道寬度水深測量。采用上述技術(shù)方案產(chǎn)生的有益效果是(1)采用本發(fā)明能夠按國家水質(zhì)采樣的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)自動完成江河、湖泊、水庫、濕地、水塘、復(fù)雜河道相關(guān)規(guī)定水質(zhì)采樣點(diǎn)的水質(zhì)采樣工作；(2)自動完成相關(guān)污水、廢水排放點(diǎn)視頻監(jiān)控工作，相關(guān)監(jiān)控點(diǎn)實(shí)時視頻實(shí)時傳輸?shù)奖O(jiān)控中心，圖像進(jìn)行實(shí)時播放同時進(jìn)行保存，而且采樣監(jiān)測船的位置坐標(biāo)在地圖管理系統(tǒng)中進(jìn)行實(shí)時顯示；(3)能夠完成相關(guān)危險(xiǎn)作業(yè)，如在危險(xiǎn)水域進(jìn)行目標(biāo)物的搜索、搜救工作； (4)能夠在復(fù)雜航道進(jìn)行偵查及測量；(5)實(shí)時對水樣采樣點(diǎn)的水溫、PH值、溶解氧、濁度、 電導(dǎo)率進(jìn)行測量，實(shí)時將測量數(shù)據(jù)傳輸?shù)奖O(jiān)控中心同時進(jìn)行本地保存；(6)通過水下攝像頭可以完成水下地形的觀測、完成水下重要物體的搜索為打撈提供準(zhǔn)確的依據(jù)、通過水下攝像頭可以實(shí)時觀察水中水蚤的數(shù)量、移動速度、游動高度、環(huán)游頻率通過對水蚤圖像的分析確定水質(zhì)毒性的強(qiáng)弱。


圖1是本發(fā)明的原理框圖2是本發(fā)明實(shí)施例的硬件連接示意圖； 圖3是本發(fā)明的工作流程圖；圖4是本發(fā)明的超聲波測距模塊的避障流程圖。
具體實(shí)施例方式參見圖1和圖2，本實(shí)施例一種無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，包括船體、設(shè)置在所述船體上的執(zhí)行子系統(tǒng)和設(shè)置在基站與所述執(zhí)行子系統(tǒng)無線通訊的主控子系統(tǒng)；
所述主控子系統(tǒng)包括裝有MAP INFO地圖系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、第一單片機(jī)第一 GPRS模塊，所述第一 GPRS模塊與第一單片機(jī)雙向連接，所述第一單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接計(jì)算機(jī)主機(jī)的相應(yīng)輸入端；
所述執(zhí)行子系統(tǒng)包括船體第二單片機(jī)、水樣采樣模塊、導(dǎo)航模塊、超聲波測距模塊、驅(qū)動模塊、攝像模塊和第二 GPRS模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接水樣采樣模塊和驅(qū)動模塊的輸入端；所述導(dǎo)航模塊的輸出端接所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端；所述第二單片機(jī)分別與超聲波測距模塊、第二 GPRS模塊雙向連接；所述攝像模塊包括水下攝像頭和由云臺控制的水上攝像頭構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接云臺的輸入端，所述水下攝像頭和水上攝像頭分別與第二單片機(jī)雙向連接。所述第一單片機(jī)和第二單片機(jī)的型號均為 TMS320VC33。水上攝像頭負(fù)責(zé)現(xiàn)場相關(guān)水域、相關(guān)水質(zhì)采樣點(diǎn)、相關(guān)廢水排放點(diǎn)圖像攝錄； 云臺負(fù)責(zé)攝像頭360°旋轉(zhuǎn)，完成現(xiàn)場視頻監(jiān)控以及海水搜索攝像。執(zhí)行子系統(tǒng)中所述水質(zhì)采集模塊由蠕動泵和蠕動泵控制模塊構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接蠕動泵控制模塊的輸入端，所述蠕動泵控制模塊的輸出端接蠕動泵的輸入端。所述蠕動泵控制模塊的型號為L298N。蠕動泵負(fù)責(zé)水質(zhì)樣品的采樣；蠕動泵控制模塊負(fù)責(zé)蠕動泵的啟停和水質(zhì)采樣樣品量的控制。所述超聲波測距模塊由超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接超聲波發(fā)射單元的輸入端，所述超聲波接收單元接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。本實(shí)施例中，所述超聲波測距模塊設(shè)有5個，分別設(shè)置所述船體的前、后、左、右和底部， 用于檢測船體前后左右障礙物以及相關(guān)水域水深的檢測，為船體在航行過程中的自動避障提供準(zhǔn)確的障礙物距離的數(shù)據(jù)。本實(shí)施例中所述超聲波發(fā)射單元的型號為TCT40-2F，所述超聲波接收單元的型號為TCT40-2S。本實(shí)施例中所述導(dǎo)航模塊為GPS模塊，所述導(dǎo)航模塊還可以是GL0NESS、伽利略或北斗。本實(shí)施例還包括電子羅盤、測速模塊和測速傳感器；所述電子羅盤的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端，電子羅盤實(shí)時監(jiān)測遙控船行駛的方位角，為遙控船的自動航行提供方向數(shù)據(jù)。所述測速傳感器的輸出端接測速模塊的輸入端，所述測速模塊的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端；測速傳感器實(shí)時監(jiān)測遙控船驅(qū)動電機(jī)的轉(zhuǎn)速，為自動航行提供航行距離的數(shù)據(jù)。電子羅盤和測速模塊為GPS導(dǎo)航定位的補(bǔ)充。所述電子羅盤的型號為 MCA201。所述驅(qū)動模塊包括直流電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸入端，所述直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出端分別接直流電機(jī)的相應(yīng)輸入端。所述啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的型號為TB6612FNG。直流電機(jī)由電源模塊供電，所述電源模塊包括48V鋰離子電池和電壓變換模塊，所述電壓變化模塊將48V電壓變換為12V、5V、3. 3V，分別為第二單片機(jī)、超聲波測距模塊、電子羅盤、測速模塊、GPRS模塊、蠕動泵、攝像頭、云臺控制部分提供電壓， 而且還提供直流隔離功能。采用本發(fā)明進(jìn)行水質(zhì)采樣和監(jiān)測的工作過程如圖3所示 1)首先將船體放置在待測水域，初始化GPS和GPRS。2)主控子系統(tǒng)通過第一 GPRS模塊與第二 GPRS通訊，從而控制船體啟動，所述船體按照設(shè)計(jì)路線行駛。3)所述第二單片機(jī)判斷是否有外部中斷信號
當(dāng)有外部中斷信號時，執(zhí)行子系統(tǒng)執(zhí)行相應(yīng)的中斷處理程序，相應(yīng)結(jié)果上傳至主控子系統(tǒng)；主控子系統(tǒng)向執(zhí)行子系統(tǒng)發(fā)出進(jìn)一步的控制命令；至外部中斷信號解除；
當(dāng)沒有外部中斷信號時，船體繼續(xù)航行至設(shè)定的采樣點(diǎn)，停止行駛，進(jìn)行水樣采集，在船體行駛過程中或停泊時，攝像頭可以根據(jù)主控子系統(tǒng)的指令隨時進(jìn)行拍攝；執(zhí)行子系統(tǒng)將采樣的地點(diǎn)、采樣數(shù)據(jù)和拍攝圖像數(shù)據(jù)傳至主控子系統(tǒng)；
4)判斷采樣點(diǎn)是否采集完畢，當(dāng)采集完畢時，結(jié)束，船體返航靠岸；當(dāng)未采集完畢時，進(jìn)入步驟3)。本實(shí)施例中船體的體積小，質(zhì)量輕，適合在淺水或濕地中行駛，通過超聲波測距和攝像模塊可確保船體在復(fù)雜水域中的行駛。同時水下攝像頭可以完成水下地形的觀測、完成水下重要物體的搜索，為打撈提供準(zhǔn)確的依據(jù)；而且通過水下攝像頭可以實(shí)時觀察水中水蚤的數(shù)量、移動速度、游動高度、環(huán)游頻率通過對水蚤圖像的分析確定水質(zhì)毒性的強(qiáng)弱， 拓展了本發(fā)明的應(yīng)用領(lǐng)域。
權(quán)利要求
1.一種無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于包括船體、設(shè)置在所述船體上的執(zhí)行子系統(tǒng)和設(shè)置在基站與所述執(zhí)行子系統(tǒng)無線通訊的主控子系統(tǒng)；所述主控子系統(tǒng)包括裝有MAP INFO地圖系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、第一單片機(jī)第一GPRS模塊，所述第一 GPRS模塊與第一單片機(jī)雙向連接，所述第一單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接計(jì)算機(jī)主機(jī)的相應(yīng)輸入端；所述執(zhí)行子系統(tǒng)包括船體第二單片機(jī)、水樣采樣模塊、導(dǎo)航模塊、超聲波測距模塊、驅(qū)動模塊、攝像模塊和第二 GPRS模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接水樣采樣模塊和驅(qū)動模塊的輸入端；所述導(dǎo)航模塊的輸出端接所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端；所述第二單片機(jī)分別與超聲波測距模塊、第二 GPRS模塊雙向連接；所述攝像模塊包括水下攝像頭和由云臺控制的水上攝像頭構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接云臺的輸入端，所述水下攝像頭和水上攝像頭分別與第二單片機(jī)雙向連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于執(zhí)行子系統(tǒng)中所述水質(zhì)采集模塊由蠕動泵和蠕動泵控制模塊構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接蠕動泵控制模塊的輸入端，所述蠕動泵控制模塊的輸出端接蠕動泵的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于執(zhí)行子系統(tǒng)中所述超聲波測距模塊由超聲波發(fā)射單元和超聲波接收單元構(gòu)成，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端接超聲波發(fā)射單元的輸入端，所述超聲波接收單元接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于至少設(shè)有兩個超聲波測距模塊，分別設(shè)置所述船體的不同部位；所述導(dǎo)航模塊采用GPS、GL0NESS、伽利略或北斗。
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于所述驅(qū)動模塊包括直流電機(jī)、直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊，所述第二單片機(jī)的相應(yīng)輸出端分別接直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸入端，所述直流電機(jī)驅(qū)動模塊和啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的輸出端分別接直流電機(jī)的相應(yīng)輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括電子羅盤，所述電子羅盤的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括測速模塊和測速傳感器，所述測速傳感器的輸出端接測速模塊的輸入端，所述測速模塊的輸出端接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于所述執(zhí)行子系統(tǒng)還包括水溫測試傳感器、PH測試傳感器、溶解氧測試傳感器、水濁度測試傳感器和水質(zhì)電導(dǎo)率傳感器，所述傳感器的輸出端分別接第二單片機(jī)的相應(yīng)輸入端。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其特征在于所述第一單片機(jī)和第二單片機(jī)的型號均為TMS320VC33，所述啟停轉(zhuǎn)向控制模塊的型號為TB6612FNG，所述蠕動泵控制模塊的型號為L298N，所述超聲波發(fā)射單元的型號為TCT40-2F，所述超聲波接收單元的型號為TCT40-2S，所述電子羅盤的型號為MCA201。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種無線遙控的自動采樣監(jiān)測船，其包括船體、設(shè)置在所述船體上的執(zhí)行子系統(tǒng)和設(shè)置在基站與所述執(zhí)行子系統(tǒng)無線通訊的主控子系統(tǒng)；所述主控子系統(tǒng)包括裝有MAPINFO地圖系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)、第一單片機(jī)和GPRS模塊；所述執(zhí)行子系統(tǒng)包括船體第二單片機(jī)、水樣采樣模塊、導(dǎo)航模塊、超聲波測距模塊、驅(qū)動模塊、攝像模塊和GPRS模塊，所述攝像模塊包括水上攝像頭和水下攝像頭。采用本發(fā)明自動完成相關(guān)污水、廢水排放點(diǎn)的水樣采集及視頻監(jiān)控工作。
文檔編號G01N1/10GK102306025SQ20111017307
公開日2012年1月4日 申請日期2011年6月24日 優(yōu)先權(quán)日2011年6月24日
發(fā)明者夏冰, 夏建平, 杜海橋 申請人:石家莊環(huán)祥科技有限公司