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基于物聯網通信技術的水質檢測無人船

時間:2019-04-17 來源:《山東工業技術》雜志 作者:admin 點擊:

  摘要:在互聯網大發展的如今,通過對互聯網技術的進一步發展與延伸,衍生出了物聯網技術,并且目前其已經實際的應用到水質檢測無人船的設計當中。本文將首先研究基于物聯網通信技術的水質檢測無人船系統的設計;其次闡述水質檢測無人船關鍵部分技術和相關系統;最后分析水質檢測無人船的系統測試方案。

  關鍵詞:物聯網;通訊技術;水質檢測無人船

  前言:通過對物聯網技術的實際應用,實現了對于相關的水質檢測更好的擴充。無人船相關系統與技術可以利用物聯網實現在線的、實時的、自動的對水質進行控制與檢測。整個無人船系統可以通過對互聯網技術進行綜合的實踐,為水產的養殖以及水庫和相關水質環境,帶去良好的促進作用。

  1 水質檢測無人船系統設計

  基于物聯網通信技術的水質檢測無人船系統的設計,由無人船前端的智能水質監測終端、岸端的通信網絡系統以及水文監測中心組成。其功能主要包括四個部分。第一部分是自主的進行巡航、定位和對無人船的控制。這一部分包括了船體的避障單元、航行的控制單元、以及對獲取和分析水質的檢測單元;第二部分主要負責岸邊檢測、通信、遠程的操作以及對相關信息的智能管理和查詢功能;第三部分主要負責對水面上的垃圾進行檢測、收集、分類和處理功能。在岸邊的檢測中心當中,會設有工作站,并與服務器組成局域網,這個局域網可以通過交換器與4G無線路由器進行有效的連接,借助無線路由器與無人船的檢測終端進行數據的收與發。無人船內的總體結構主要包括了視頻信息、圖片信息等傳輸系統、船體的避障單元、無人船航行的控制系統、岸邊網絡接收系統等。其中,相關的控制設備由PC端的地面站以及手機上的控制軟件和相關的遙控器等設備組成。

  2 水質檢測無人船關鍵部分技術和相關系統

  基于物聯網通信技術的水質檢測無人船關鍵部分技術,和相關系統的第一方面,就是無人船的數據采集技術。無人船的水質監測裝置會直接安裝到無人船的船底,實時的獲取相關的水質情況,并將水下的情況以圖片,或者視頻的方式傳輸到岸邊的檢測中心。對于水質的檢測主要體現在水溫的情況、水下電導率情況、水下渾濁度情況、以及水下的酸堿度情況和氧化還原能力等,檢測之后可以利用相關的TIP/IP協議,將相關數據傳輸到云端的數據庫當中,對于水的具體情況和指標進行初步的獲取與分析,之后將結果進行顯示,并制成相關圖表。為了實現無人船對水質的智能采集,要結合物聯網技術開發一個無人船控制系統數據采集的板塊,這個板塊可以是在Cortex M3的基礎上進行研制,對傳感器的數據進行有效擴展、并結合數據通訊模塊進行研究。其原理是通過Cortex M3的微處理器,將GPIO口以脈沖波的形式進行發射,實現對超聲波的檢測以及接收,實現對水質的實際情況檢測。并且利用超聲波的傳感器物理檢測原理,還能夠智能的觸發船底的機械滾軸,使得機械滾軸向內進行滾動,實現將船底觸碰的塑料瓶、塑料袋等污染環境的固體垃圾收攏到無人船當中,并且在這一過程還不會影響到對水質的檢測工作。無人船實現保護環境,減小污染的同時,還能不斷做好對水質數據的采集以及上傳工作。

  第二方面核心技術是無人船的控制以及避障系統。無人船控制系統主要采用的是小水線面以及雙體船的設計方式,船體當中的控制以及核心技術板塊采用STM32芯片,并且將MPU6000模塊、GPS定位系統、NEP-M8N定位模塊以及無線通信等融入其中。通過PID算法以及GPS定位等對無人船的軌跡進行操控以及設計。運用PWM輸出到電子調速器當中,對船槳的運行進行調試。床位方向則可以使用磁力計和旋螺儀等進行實際的調整。無人船的船體避障系統可以通過兩種方式進行。第一種是紅外線探測儀,由于紅外線測試儀受到雨天、以及霧天影響較為嚴重,因此很少在實際的無人船避障當中使用;而無人船避障的第二種方式就是,超聲波避障,這種方式主要是在遇到障礙時,通過中間層的Arduino 核心板向 STM32核心板進行信號的發送,在STM32核心板接收到信號之后,對設定的PWM值與檢測的PWM值進行智能比較,比較后控制方向與速度,使船體躲避障礙物,更好的保護無人船的船體情況[1]。

  3 系統測試的方案

  基于物聯網通信技術的水質檢測無人船的實際測試工作,可以在小型的湖泊以及人工的湖泊當中進行,實際檢測、定位、傳感以及測量等。在下水檢測前要做好4G網絡的選擇,還要通過PC端或者手機APP界面,對無人船的巡航路徑進行實際的設置,設置之后將具體的任務發送到無人船系統當中,無人船就會根據具體的巡航路徑對水質進行測試,經過實際測試之后,本系統可以在網絡環境正常的情況下,將水質的相關數據有效的反映到云端或者操作APP當中,并且根據定位返航的相關結果表明,在空曠的水域當中,系統的測量誤差小于0.6m,在空曠區域,無人船能夠自動的規避絕大多數的障礙物,可以有效地將垃圾收集到無人船內,相關的誤差僅為1.2-2m之間。并且無人船的測量傳感器可以在實際的航行當中,對水質情況以及環境做到有效的檢測[2]。

  結論:綜上所述,在無人船水質監測當中,正確的運用互聯網通訊技術,可以更好地對水質情況進行檢測。經上文分析可得,基于物聯網通信技術的水質檢測無人船,在實現保護環境,減小污染的同時,還能做好對水質的數據采集和上傳的相關工作。為水產的養殖以及水庫和相關水質環境,帶去積極的因素以及良好的促進作用。無人船未來在經過不斷的研究與實踐之后,可以運用到更廣闊的湖泊、海洋水質探索當中。

  參考文獻:

  [1]夏傳克,薛江南,殷智浩.物聯網交互式水質監測系統設計與實現[J].電腦知識與技術,2018,14(24):262-264.

  [2]秦學偉. 基于物聯網的水質實時在線監測系統設計與實現[D].聊城大學,2017.

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