專利名稱：遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及環(huán)境保護(hù)和水利行業(yè)中水質(zhì)移動(dòng)監(jiān)測領(lǐng)域，尤其涉及一種遙控 式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
隨著我國社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，有機(jī)物、重金屬等有毒有害的污染物不斷進(jìn)入河 流湖泊，水體污染問題的日漸嚴(yán)重，許多飲用水源會(huì)遭到突發(fā)性或漸變性的水質(zhì)污染。通過 現(xiàn)場水質(zhì)檢測設(shè)備，及時(shí)發(fā)現(xiàn)污染程度，發(fā)出預(yù)警信息，讓自來水廠及時(shí)啟用應(yīng)急預(yù)案，就 會(huì)減輕或消除污染物對飲用水的影響，保障人民大眾的身體健康。目前采用水質(zhì)監(jiān)測主要有實(shí)驗(yàn)室監(jiān)測、自動(dòng)站監(jiān)測和移動(dòng)監(jiān)測這三種形式。實(shí)驗(yàn) 室監(jiān)測是工作人員到現(xiàn)場提取水樣，送到實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行儀器分析的方法，分析精度高，能過反 映漸變性的水質(zhì)污染情況，但監(jiān)測周期長，勞動(dòng)強(qiáng)度大，數(shù)據(jù)采集和傳輸?shù)乃俣嚷?，難以發(fā) 現(xiàn)突發(fā)性污染情況；自動(dòng)站監(jiān)測是在水源檢測點(diǎn)附近建立分析小屋，小屋內(nèi)安裝在線水質(zhì) 分析儀器，借助于遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)通信網(wǎng)絡(luò)，能動(dòng)態(tài)反映水質(zhì)情況，具有測量及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)，但受在 線水質(zhì)分析儀器昂貴、建站成本和維護(hù)成本高等因素的制約，目前在同一水源中所建的自 動(dòng)站數(shù)量少，監(jiān)測點(diǎn)位置固定，監(jiān)測范圍小，不能全面反映水質(zhì)狀況；移動(dòng)監(jiān)測主要用于發(fā) 生污染后的應(yīng)急移動(dòng)監(jiān)測和平時(shí)的周期性水質(zhì)安全巡檢，通常三種方式一是工作人員帶 便攜式儀器到現(xiàn)場取樣分析；二是工作人員駕駛裝載水質(zhì)分析儀器的專用車輛到現(xiàn)場取樣 分析；三是工作人員駕駛專用船舶到現(xiàn)場水域完成水質(zhì)測試。移動(dòng)監(jiān)測的具有靈活性好、測 量及時(shí)等優(yōu)點(diǎn)。迄今為止，移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測的主要成果如下
1.發(fā)明專利“車載化學(xué)耗氧量自動(dòng)分析儀”(申請?zhí)?213M82.0)，提出了一種在汽車上 裝載和使用的化學(xué)耗氧量自動(dòng)分析儀，以及相關(guān)的直流逆變裝置和等比例水樣采集方法。2.發(fā)明專利“一種車載移動(dòng)式水質(zhì)有機(jī)物污染監(jiān)測分析裝置”(申請?zhí)?200810219947. 6)，提出了一種車載有機(jī)物污染監(jiān)測分析裝置，由分析主機(jī)和配件組成，主 機(jī)包含分光光度計(jì)、顯示儀表等。3.發(fā)明專利“移動(dòng)式水質(zhì)自動(dòng)應(yīng)急檢測系統(tǒng)”(申請?zhí)?009103044763. 4)，提出了 一種用于移動(dòng)載體(車或船)的應(yīng)急檢測系統(tǒng)，由自動(dòng)取水、留樣模塊、水樣預(yù)處理、監(jiān)控、顯 示屏、GPRS模塊和多參數(shù)自動(dòng)檢測模塊等儀器設(shè)備組成，其中多參數(shù)檢測模塊包括鋅、鎘、 鉛、銅、CODmn、六價(jià)鉻、總磷、總砷、硫化物、氨氮、氰化物、總氰、揮發(fā)酚和生物毒性的檢測模 塊。4.發(fā)明專利“移動(dòng)式快速水質(zhì)自動(dòng)監(jiān)測系統(tǒng)”(申請?zhí)?00610165582. 4)，指出監(jiān) 測船體裝載吸水泵、分析儀器、GPRS接收器、數(shù)據(jù)采集卡和工控機(jī)；儀器包括多參數(shù)水質(zhì)檢 測儀、氨氮、磷酸鹽、葉綠素等多種在線分析儀器。5.實(shí)用新型專利“水質(zhì)檢測船”(申請?zhí)?0092(^61183. 7)，描述了監(jiān)測船的特征
為船下有動(dòng)力裝置、尾部有機(jī)械臂、甲板上有實(shí)驗(yàn)室，實(shí)驗(yàn)室包含實(shí)驗(yàn)臺(tái)、生化培養(yǎng)箱、冷凍 設(shè)備等。
6.文獻(xiàn)“基于GPRS和GPS的移動(dòng)水質(zhì)檢測系統(tǒng)設(shè)計(jì)”(蔣建虎，張振江.儀器儀 表與檢測技術(shù)[J]，2006. 8)，設(shè)計(jì)了一種用基于GPRS遠(yuǎn)程無線通信網(wǎng)絡(luò)、由數(shù)據(jù)采集終端、 無線移動(dòng)數(shù)據(jù)查詢終端和數(shù)據(jù)監(jiān)控中心等組成的移動(dòng)水質(zhì)檢測系統(tǒng)。其中數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)包 含GPS定位功能，通過RS232連接美國YSI公司的YSI-6系列多參數(shù)(檢測參數(shù)包括溫度、 電導(dǎo)率、鹽度、比電導(dǎo)率、電阻率、溶解氧、酸堿度等)檢測儀，微處理器采用美國Microchip 公司的PIC18F6680芯片。無線移動(dòng)數(shù)據(jù)查詢終端通過GPRS網(wǎng)絡(luò)與數(shù)據(jù)采集終端通信。在上述移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測的成果1、2、3中，移動(dòng)載體為汽車；成果3、4、5中，移動(dòng)載體 為船舶，由于監(jiān)測設(shè)備和輔助裝置的體積較大，需要采用體積大、有人駕駛的移動(dòng)載體；成 果3、4、6中采用GPRS廣域網(wǎng)進(jìn)行監(jiān)測數(shù)據(jù)的無線遠(yuǎn)傳；成果6中采用GPS定位技術(shù)，確定 監(jiān)測點(diǎn)的位置；成果1、3、4中某些項(xiàng)目的檢測中需要輔助的化學(xué)試劑，有可能會(huì)造成二次 污染。目前水質(zhì)監(jiān)測船的功能強(qiáng)大，如我國于2000年11月啟用的“長江水環(huán)監(jiān)2000”7jc 質(zhì)監(jiān)測船，配備有雷達(dá)和衛(wèi)星定位儀等導(dǎo)航設(shè)備，設(shè)有兩間水質(zhì)實(shí)驗(yàn)室，能迅速采集100米 水深范圍內(nèi)水樣進(jìn)行分析。但是這些載人的大型船只，由船員操作船載儀器進(jìn)行水質(zhì)監(jiān)測， 體積較大，成本較高，多適用大型河流或湖泊等。對于偏遠(yuǎn)地區(qū)及小型水域，由于大型船只 成本較高，運(yùn)輸困難，不適合推廣應(yīng)用。水質(zhì)監(jiān)測車相對于水質(zhì)監(jiān)測船而言，體積較小，更為 靈活機(jī)動(dòng)，但水質(zhì)監(jiān)測車無法像監(jiān)測船一樣在水中隨意采樣，它一般采用人工采樣到車內(nèi) 實(shí)驗(yàn)室分析的形式。水質(zhì)監(jiān)測車和水質(zhì)監(jiān)測船都存在著設(shè)備成本、使用和維護(hù)成本高，能耗 大等缺點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是彌補(bǔ)現(xiàn)有移動(dòng)水質(zhì)監(jiān)測船(車)的不足，提出一種遙控式移動(dòng)水質(zhì) 快速監(jiān)測系統(tǒng)。遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)包括手持式遙控終端，無人駕駛的微型遙控船，以 及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)，無人駕駛的微型遙控船分別與手持式遙控終端，以及4個(gè) 用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)相連接，無人駕駛的微型遙控船包括船體控制模塊、24V蓄電池、無 線模塊、水質(zhì)檢測模塊、運(yùn)動(dòng)模塊，船體控制模塊分別與24V蓄電池、無線模塊、水質(zhì)檢測模 塊、運(yùn)動(dòng)模塊相連，手持式遙控終端包括微處理器、大容量存儲(chǔ)模塊、無線模塊、帶觸摸屏的 顯示模塊、與PC的通信接口和電源模塊，微處理器分別與大容量存儲(chǔ)模塊、無線模塊、帶觸 摸屏的顯示模塊、與PC的通信接口和電源模塊相連，用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)包括電源模 塊、微處理器、無線模塊，微處理器分別與電源模塊、無線模塊相連；所述無人駕駛的微型遙 控船為無人駕駛、可遙控、蓄電池驅(qū)動(dòng)的小型船體，負(fù)責(zé)完成接收遙控終端的指令，完成船 體運(yùn)動(dòng)控制、水體參數(shù)監(jiān)測、小船與錨節(jié)點(diǎn)之間的測距等功能。船體控制模塊為遙控船核心 控制模塊，用于控制無線模塊與遙控終端和錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信，控制水質(zhì)檢測模塊進(jìn)行水體 采樣，控制運(yùn)動(dòng)模塊進(jìn)行船體運(yùn)動(dòng)控制；無線模塊為同時(shí)具備無線通信、長距離精確測距功 能的無線模塊，用于與遙控終端進(jìn)行通信，與錨節(jié)點(diǎn)進(jìn)行無線測距，水質(zhì)檢測模塊用于完成 水體參數(shù)檢測，運(yùn)動(dòng)模塊用于完成船體運(yùn)動(dòng)控制，24V蓄電池負(fù)責(zé)提供電源，各模塊信號流 向?yàn)?4V蓄電池提供電源，電流流向船體控制模塊，船體控制模塊通過PWM控制運(yùn)動(dòng)模塊， 信號從船體控制模塊流向運(yùn)動(dòng)模塊，船體控制模塊通過高速并行接口與水質(zhì)檢測模塊通信，信號流向?yàn)殡p向，船體控制模塊通過SPI接口控制無線模塊，信號流向?yàn)殡p向；所述手 持式遙控終端為手持式的智能終端，由帶觸摸屏的液晶屏作為顯示設(shè)備，全觸摸操作，負(fù)責(zé) 發(fā)出指令，遙控微型遙控船進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及水體參數(shù)監(jiān)測，并完成定位計(jì)算、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示，水 體參數(shù)分析、查詢和保存等功能；微處理器為核心控制模塊，大容量存儲(chǔ)模塊用于存儲(chǔ)操作 系統(tǒng)映像及檢測的水質(zhì)參數(shù)，無線模塊用于與微型遙控船進(jìn)行通信，帶觸摸屏的顯示模塊 用于人機(jī)交互，與PC的通信接口用于系統(tǒng)調(diào)試，電源模塊用于提供電源；各模塊信號流向 為電源模塊提供電源，電流流向微處理器，微處理器通過高速并行接口與大容量存儲(chǔ)模塊 通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器通過USB與無線模塊通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器通 過并行接口與帶觸摸屏的顯示模塊通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器通過串口與通信接口 通信，信號流向?yàn)殡p向；所述用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)用于跟微型遙控船配合完成測距功能， 微處理器通過SPI接口連接無線模塊，無線模塊為同時(shí)具備無線通信、長距離精確測距功 能的無線模塊，用于接收微型船體的無線模塊發(fā)出的測距命令，并及時(shí)響應(yīng)，記錄與微型船 體的無線模塊之間的無線電波的傳輸時(shí)間，電源模塊負(fù)責(zé)提供電源；各模塊信號流向電 源模塊提供電源，電流流向微處理器，微處理器通過SPI控制無線模塊，信號流向?yàn)殡p向。所述的手持式遙控終端中的無線模塊的電路無線射頻模塊Nan0PAN5375的1端、 3端、4端、14端、15端、16端、17端、18端、19端、20端、22端、23端、25端、27端、28端、29 端接地；無線射頻模塊Nan0PAN5375的M端與天線接口 JO的1端連接；天線接口 JO的2 端、3端、4端、5端接地；無線射頻模塊NanoPAN5375的2端與電容COl、電容C02、電容C05、 電容C06的一端、無線射頻模塊Nan0PAN5375的21端、與電源芯片ASl 117-2. 5的2端連接； 電容COl、電容C02、電容C05、電容C06的另一端接地；無線射頻模塊NanoPAN5375的5端 與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的M端連接；無線射頻模塊NanoPAN5375的8端與USB轉(zhuǎn)串口 芯片F(xiàn)T2232C的23端連接；無線射頻模塊Nan0PAN5375的7端與FT2232C的22端連接；無 線射頻模塊Nan0PAN5375的32端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的21端連接；無線射頻模塊 NanoPAN5375的13端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的15端連接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的 13端與電容C03、電容C04、電容C07、電容C08的一端、電源芯片ASl 117-3. 3的2端、USB轉(zhuǎn) 串口芯片F(xiàn)T2232C的31端連接；電容C03、電容C04、電容C07、電容C08的另一端接地；USB 轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的3端與電容C09、電容ClO的一端、USB接口 USBOl的1端，USB轉(zhuǎn)串 口芯片F(xiàn)T2232C的4端、42端、電源芯片ASl 117-2. 5的3端、電源芯片ASl 117-2. 5的3端 連接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的8端與電阻ROl的一端連接，電阻ROl的另一端與USB接 口 USBOl的2端連接；FT2232C的7端與電阻R02、電阻R03的一端連接，電阻R02的另一端 與USB接口 USBOl的3端連接，R03的另一端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的5端連接；USB 轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的43端與晶振YO的一端、電容Cll的一端連接，電容Cll的另一端接 地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的44端與晶振YO的另一端、電容C12的一端連接，電容C12的 另一端接地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的25端、45端、18端、47端、9端，USB接口 USBOl的 4端，電源芯片ASl 117-3. 3的1端，電源芯片ASl 117-2. 5的1端接地。所述的微型遙控船中的水質(zhì)檢測模塊的電路AD芯片ADS8364的8端與AD芯片 ADS8364的13端、3端、電容Cl、電容C2、電容C3的一端連接，并連接5V電源正極；電容Cl、 電容C2、電容C3的另一端與AD芯片ADS8364的4端、9端、14端、31端連接，并接地；AD芯 片ADS8364的1端與電阻Rl的一端、電氣隔離模塊EMOl的7端連接；AD芯片ADS8364的2
7端與電阻Rl的另一端、電氣隔離模塊EMOl的12端連接；AD芯片ADS8364的12端與電阻 R2的一端、電氣隔離模塊EM02的7端連接；AD芯片ADS8364的11端與電阻R2的另一端、 電氣隔離模塊EM02的12端連接；AD芯片ADS8364的6端與電阻R3的一端、電氣隔離模塊 EM03的7端連接；AD芯片ADS8364的7端與電阻R3的另一端、電氣隔離模塊EM03的12端 連接；AD芯片ADS8364的16端與電阻R4的一端、電氣隔離模塊EM04的7端連接；AD芯片 ADS8364的17端與電阻R4的另一端、電氣隔離模塊EM04的12端連接；AD芯片ADS8364的 19端與電阻R5的一端、電氣隔離模塊EM05的7端連接；AD芯片ADS8364的18端與電阻 R5的另一端、電氣隔離模塊EM05的12端連接；電氣隔離模塊EMOl的5端、電氣隔離模塊 EM02的5端、電氣隔離模塊EM03的5端、電氣隔離模塊EM04的5端、電氣隔離模塊EM05的 5端接地；電氣隔離模塊EMOl的1端與傳感器接口 Sensorl的1端、電氣隔離模塊EMOl的 4端、電氣隔離模塊EM02的4端、電氣隔離模塊EM03的4端、電氣隔離模塊EM04的4端 、電氣隔離模塊EM05的4端連接，并接MV電源正極；電氣隔離模塊EM02的1端與傳感器 接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊EM03的1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接， 電氣隔離模塊EM04的1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊EM05的1端 與傳感器接口 Sens0r5的2端連接；電氣隔離模塊EMOl的2端與傳感器接口 Sensorl的2 端連接，并接地；電氣隔離模塊EM02的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電 氣隔離模塊EM03的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM04的 2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM05的2端與傳感器接口 Sensor5的2端連接，并接地。本發(fā)明與背景技術(shù)相比，具有的有益效果是
1)系統(tǒng)采用無線遙控的方式，通過手持式遙控終端控制帶水質(zhì)檢測模塊的微型遙控 船，快速完成定位控制、水質(zhì)檢測等功能；具有體積小、成本低、功耗低、便于攜帶、操作方 便、實(shí)用價(jià)值高等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種地表水水源的水質(zhì)監(jiān)測；
2)微型遙控船具有無人駕駛、能耗低、操作安全等特點(diǎn)；
3)手持式遙控終端可現(xiàn)場完成數(shù)據(jù)分析、查詢、存儲(chǔ)等功能，功能強(qiáng)大，使用方便；
4)遙控系統(tǒng)具有精確的測距和定位功能，可實(shí)現(xiàn)微型遙控船的精確定位控制，更好的 控制水體采樣點(diǎn)分布；
5)在線測量模塊的檢測速度快，測量時(shí)無需輔助的化學(xué)試劑，不會(huì)產(chǎn)生二次污染。


圖1是遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)的組成示意圖2是遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)中微型遙控船中的水質(zhì)檢測模塊電路圖； 圖3是遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)中微型遙控船中的手持式遙控終端中的無線模 塊電路圖。
具體實(shí)施例方式如圖1所示，遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)包括手持式遙控終端100，無人駕駛的 微型遙控船117，以及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)107，無人駕駛的微型遙控船117分別與 手持式遙控終端100，以及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)107相連接，無人駕駛的微型遙控船117包括船體控制模塊113、24V蓄電池115、無線模塊112、水質(zhì)檢測模塊114、運(yùn)動(dòng)模塊 116，船體控制模塊113分別與24V蓄電池115、無線模塊112、水質(zhì)檢測模塊114、運(yùn)動(dòng)模塊 116相連，手持式遙控終端100包括微處理器101、大容量存儲(chǔ)模塊102、無線模塊103、帶觸 摸屏的顯示模塊104、與PC的通信接口 105和電源模塊106，微處理器101分別與大容量存 儲(chǔ)模塊102、無線模塊103、帶觸摸屏的顯示模塊104、與PC的通信接口 105和電源模塊106 相連，用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)107包括電源模塊108、微處理器109、無線模塊110，微處理器 109分別與電源模塊108、無線模塊110相連；所述無人駕駛的微型遙控船117為無人駕駛、 可遙控、蓄電池驅(qū)動(dòng)的小型船體，負(fù)責(zé)完成接收遙控終端100的指令，完成船體運(yùn)動(dòng)控制、 水體參數(shù)監(jiān)測、小船與錨節(jié)點(diǎn)之間的測距等功能。船體控制模塊113為遙控船核心控制模 塊，用于控制無線模塊112與遙控終端100和錨節(jié)點(diǎn)107進(jìn)行通信，控制水質(zhì)檢測模塊114 進(jìn)行水體采樣，控制運(yùn)動(dòng)模塊116進(jìn)行船體運(yùn)動(dòng)控制；無線模塊112為同時(shí)具備無線通信、 長距離精確測距功能的無線模塊，用于與遙控終端100進(jìn)行通信，與錨節(jié)點(diǎn)107進(jìn)行無線測 距，水質(zhì)檢測模塊114用于完成水體參數(shù)檢測，運(yùn)動(dòng)模塊116用于完成船體運(yùn)動(dòng)控制，24V蓄 電池115負(fù)責(zé)提供電源，各模塊信號流向?yàn)?4V蓄電池115提供電源，電流流向船體控制 模塊113，船體控制模塊113通過PWM控制運(yùn)動(dòng)模塊116，信號從船體控制模塊113流向運(yùn)動(dòng) 模塊116，船體控制模塊113通過高速并行接口與水質(zhì)檢測模塊114通信，信號流向?yàn)殡p向， 船體控制模塊113通過SPI接口控制無線模塊112，信號流向?yàn)殡p向；所述手持式遙控終端 100為手持式的智能終端，由帶觸摸屏的液晶屏作為顯示設(shè)備，全觸摸操作，負(fù)責(zé)發(fā)出指令， 遙控微型遙控船117進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及水體參數(shù)監(jiān)測，并完成定位計(jì)算、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示，水體參數(shù) 分析、查詢和保存等功能；微處理器101為核心控制模塊，大容量存儲(chǔ)模塊102用于存儲(chǔ)操 作系統(tǒng)映像及檢測的水質(zhì)參數(shù)，無線模塊103用于與微型遙控船117進(jìn)行通信，帶觸摸屏的 顯示模塊104用于人機(jī)交互，與PC的通信接口 105用于系統(tǒng)調(diào)試，電源模塊106用于提供 電源；各模塊信號流向?yàn)殡娫茨K106提供電源，電流流向微處理器101，微處理器101通 過高速并行接口與大容量存儲(chǔ)模塊102通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器101通過USB與無 線模塊103通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器101通過并行接口與帶觸摸屏的顯示模塊104 通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器101通過串口與通信接口 105通信，信號流向?yàn)殡p向；所述 用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)107用于跟微型遙控船配合完成測距功能，微處理器109通過SPI 接口連接無線模塊110，無線模塊110為同時(shí)具備無線通信、長距離精確測距功能的無線模 塊，用于接收微型船體的無線模塊112發(fā)出的測距命令，并及時(shí)響應(yīng)，記錄與微型船體的無 線模塊112之間的無線電波的傳輸時(shí)間，電源模塊108負(fù)責(zé)提供電源；各模塊信號流向；電 源模塊108提供電源，電流流向微處理器109，微處理器109通過SPI控制無線模塊110，信 號流向?yàn)殡p向。 微處理器101選用0MAP3530，它具有主頻為600MHz的Contex_A8嵌入式微處理 器及主頻為430MHz的DSP C6000雙核結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)處理能力很強(qiáng)；存儲(chǔ)器102選用TI公司 的MD9C1G24芯片，它集成了 256MB的DDR RAM和512MB的NAND FLASH，用于系統(tǒng)運(yùn)行 及程序的存儲(chǔ)；同時(shí)選用容量為2GB的SD卡作為外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，用于存放測量數(shù)據(jù)；電 源部分106選用0MAP3530配套的TPS65930芯片，它除集成3 MHz DC/DC轉(zhuǎn)換器與低噪 聲LDO外，還集成了眾多組件，如雙通道音頻編解碼器與驅(qū)動(dòng)器、振動(dòng)與鍵區(qū)功能性、帶集 成5 V電源的高速USB收發(fā)器以及I2C通信接口等；RS232通信105選用MAX3321與上位機(jī)進(jìn)行通信；用于跟船體通信的無線模塊103選用Nan0PAN5375無線模塊，它是一款基于 2. 4GHz ISM頻帶上并整合了放大濾波等組件的RF模塊，采用了 Nanotron公司的寬帶線性 調(diào)頻擴(kuò)頻(CSS)全球?qū)＠夹g(shù)，可靈活提供31. 25kbps-2Mbps范圍的數(shù)據(jù)傳輸率，抗干擾性 強(qiáng)，動(dòng)態(tài)特性好，同時(shí)具有長距離高精度的測距功能。船體控制模塊113采用TMS320F28035 (作為主控制器，采用24V蓄電池作為電源 115。運(yùn)動(dòng)模塊116采用兩個(gè)直流電機(jī)作為船體推動(dòng)力，通過調(diào)整兩個(gè)電機(jī)轉(zhuǎn)速的快慢調(diào)整 小船轉(zhuǎn)向。運(yùn)動(dòng)模塊116采用L298N(作為電機(jī)驅(qū)動(dòng)芯片，船體控制模塊116采用PWM進(jìn)行 調(diào)速。無線模塊112選用Nan0PAN5375無線模塊。水質(zhì)監(jiān)測模塊114由多個(gè)水體傳感器及信號調(diào)理模塊組成。水質(zhì)監(jiān)測模塊114完 成溶解氧、PH值、電導(dǎo)率、濁度和溫度這五種水質(zhì)參數(shù)的在線監(jiān)測功能。為滿足水下環(huán)境的 檢測，選用美國GLOBAL WATER公司的WQ系列專用水質(zhì)參數(shù)檢測傳感器，WQ401型溶解氧傳 感器，測量范圍0 —100%，精度為士0.5% ；WQ201型PH值傳感器，測量范圍為0 14PH， 精度可達(dá)士0. 1PH，具有溫度補(bǔ)償功能；WQ301型電導(dǎo)率傳感器，其測量范圍是0 500S/ M，精度為士 ；WQ700型濁度傳感器，測量范圍0 200NTU，精度為士 ；WQlOl型溫度 傳感器，其測量范圍是-50 50°C，精度為士 0. 1°C。以上傳感器均具有4 20mA輸出，方 便進(jìn)行集中采樣。船體控制模塊113中的TMS320F28035自帶14通道ADC12模塊，可滿足 系統(tǒng)采樣要求。如圖2所示，微型遙控船中的水質(zhì)檢測模塊114的電路AD芯片ADS8364的8端 與AD芯片ADS8364的13端、3端、電容Cl、電容C2、電容C3的一端連接，并連接5V電源正 極；電容Cl、電容C2、電容C3的另一端與AD芯片ADS8364的4端、9端、14端、31端連接， 并接地；AD芯片ADS8364的1端與電阻Rl的一端、電氣隔離模塊EMOl的7端連接；AD芯片 ADS8364的2端與電阻Rl的另一端、電氣隔離模塊EMOl的12端連接；AD芯片ADS8364的 12端與電阻R2的一端、電氣隔離模塊EM02的7端連接；AD芯片ADS8364的11端與電阻R2 的另一端、電氣隔離模塊EM02的12端連接；AD芯片ADS8364的6端與電阻R3的一端、電 氣隔離模塊EM03的7端連接；AD芯片ADS8364的7端與電阻R3的另一端、電氣隔離模塊 EM03的12端連接；AD芯片ADS8364的16端與電阻R4的一端、電氣隔離模塊EM04的7端 連接；AD芯片ADS8364的17端與電阻R4的另一端、電氣隔離模塊EM04的12端連接；AD芯 片ADS8364的19端與電阻R5的一端、電氣隔離模塊EM05的7端連接；AD芯片ADS8364的 18端與電阻R5的另一端、電氣隔離模塊EM05的12端連接；電氣隔離模塊EMOl的5端、電 氣隔離模塊EM02的5端、電氣隔離模塊EM03的5端、電氣隔離模塊EM04的5端、電氣隔離 模塊EM05的5端接地；電氣隔離模塊EMOl的1端與傳感器接口 Sensorl的1端、電氣隔離 模塊EMOl的4端、電氣隔離模塊EM02的4端、電氣隔離模塊EM03的4端、電氣隔離模塊 EM04的4端、電氣隔離模塊EM05的4端連接，并接MV電源正極；電氣隔離模塊EM02的 1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊EM03的1端與傳感器接口 Sensorf 的2端連接，電氣隔離模塊EM04的1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊 EM05的1端與傳感器接口 Sens0r5的2端連接；電氣隔離模塊EMOl的2端與傳感器接口 Sensorl的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM02的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連 接，并接地；電氣隔離模塊EM03的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔 離模塊EM04的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM05的2端與傳感器接口 Sensor5 的 2 端連接，并接地。Sensorl、knsor2，knsor3，knsor4，Sensor5 分別為 WQ201, WQ201, WQ101, WQ301, WQ700 傳感器輸出接口。EM01、EM02、EM03、EM04、 EM05為具體型號為EM-A4-P1-01的電器隔離模塊。 如圖3所示，所述的手持式遙控終端中的無線模塊103的電路無線射頻模塊 NanoPAN5375 的 1 端、3 端、4 端、14 端、15 端、16 端、17 端、18 端、19 端、20 端、22 端、23 端、 25端、27端、觀端、四端接地；無線射頻模塊Nan0PAN5375的M端與天線接口 JO的1端 連接；天線接口 JO的2端、3端、4端、5端接地；無線射頻模塊Nan0PAN5375的2端與電容 C01、電容C02、電容C05、電容C06的一端、無線射頻模塊NanoPAN5375的21端、與電源芯片 ASl 117-2. 5的2端連接；電容COl、電容C02、電容C05、電容C06的另一端接地；無線射頻模 塊NanoPAN5375的5端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的M端連接；無線射頻模塊NanoPAN5375 的8端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的23端連接；無線射頻模塊Nan0PAN5375的7端與 FT2232C的22端連接；無線射頻模塊NanoPAN5375的32端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的 21端連接；無線射頻模塊Nan0PAN5375的13端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的15端連接； USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的13端與電容C03、電容C04、電容C07、電容C08的一端、電源芯片 ASl 117-3. 3的2端、USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的31端連接；電容C03、電容C04、電容C07、 電容C08的另一端接地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的3端與電容C09、電容ClO的一端、USB 接口 USBOl的1端，USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的4端、42端、電源芯片AS1117-2. 5的3端、 電源芯片AS1117-2. 5的3端連接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的8端與電阻ROl的一端連接， 電阻ROl的另一端與USB接口 USBOl的2端連接；FT2232C的7端與電阻R02、電阻R03的 一端連接，電阻R02的另一端與USB接口 USBOl的3端連接，R03的另一端與USB轉(zhuǎn)串口芯 片F(xiàn)T2232C的5端連接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的43端與晶振YO的一端、電容Cll的一 端連接，電容Cll的另一端接地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的44端與晶振YO的另一端、電 容C12的一端連接，電容C12的另一端接地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的25端、45端、18端、 47端、9端，USB接口 USBOl的4端，電源芯片ASl 117-3. 3的1端，電源芯片ASl 117-2. 5的 1端接地。
權(quán)利要求
1.一種遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于包括手持式遙控終端(100)，無人 駕駛的微型遙控船(117)，以及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)(107)，無人駕駛的微型遙控船 (117)分別與手持式遙控終端(100)，以及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)(107)相連接，無人 駕駛的微型遙控船(117)包括船體控制模塊(113)、24V蓄電池(115)、無線模塊(112)、水 質(zhì)檢測模塊(114)、運(yùn)動(dòng)模塊(116)，船體控制模塊(113)分別與24V蓄電池(115)、無線模 塊(112)、水質(zhì)檢測模塊(114)、運(yùn)動(dòng)模塊(116)相連，手持式遙控終端(100)包括微處理 器(101)、大容量存儲(chǔ)模塊(102)、無線模塊(103)、帶觸摸屏的顯示模塊(104)、與PC的通 信接口(10 和電源模塊(106)，微處理器(101)分別與大容量存儲(chǔ)模塊(102)、無線模塊 (103)、帶觸摸屏的顯示模塊(104)、與PC的通信接口(105)和電源模塊(106)相連，用于 無線定位的錨節(jié)點(diǎn)(107)包括電源模塊(108)、微處理器(109)、無線模塊(110)，微處理器 (109)分別與電源模塊(108)、無線模塊(110)相連；所述無人駕駛的微型遙控船(117)為 無人駕駛、可遙控、蓄電池驅(qū)動(dòng)的小型船體，負(fù)責(zé)完成接收遙控終端(100)的指令，完成船 體運(yùn)動(dòng)控制、水體參數(shù)監(jiān)測、小船與錨節(jié)點(diǎn)之間的測距等功能，船體控制模塊(11 為遙控 船核心控制模塊，用于控制無線模塊(11 與遙控終端(100)和錨節(jié)點(diǎn)(107)進(jìn)行通信，控 制水質(zhì)檢測模塊(114)進(jìn)行水體采樣，控制運(yùn)動(dòng)模塊(116)進(jìn)行船體運(yùn)動(dòng)控制；無線模塊 (112)為同時(shí)具備無線通信、長距離精確測距功能的無線模塊，用于與遙控終端(100)進(jìn)行 通信，與錨節(jié)點(diǎn)(107)進(jìn)行無線測距，水質(zhì)檢測模塊(114)用于完成水體參數(shù)檢測，運(yùn)動(dòng)模 塊(116)用于完成船體運(yùn)動(dòng)控制，24V蓄電池(115)負(fù)責(zé)提供電源，各模塊信號流向?yàn)?4V 蓄電池(11 提供電源，電流流向船體控制模塊(113)，船體控制模塊(11 通過PWM控制 運(yùn)動(dòng)模塊(116)，信號從船體控制模塊(11 流向運(yùn)動(dòng)模塊(116)，船體控制模塊(113)通 過高速并行接口與水質(zhì)檢測模塊(114)通信，信號流向?yàn)殡p向，船體控制模塊(11 通過 SPI接口控制無線模塊(112)，信號流向?yàn)殡p向；所述手持式遙控終端(100)為手持式的智 能終端，由帶觸摸屏的液晶屏作為顯示設(shè)備，全觸摸操作，負(fù)責(zé)發(fā)出指令，遙控微型遙控船 (117)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)及水體參數(shù)監(jiān)測，并完成定位計(jì)算、運(yùn)動(dòng)軌跡顯示，水體參數(shù)分析、查詢和保 存等功能；微處理器(101)為核心控制模塊，大容量存儲(chǔ)模塊(102)用于存儲(chǔ)操作系統(tǒng)映 像及檢測的水質(zhì)參數(shù)，無線模塊(10 用于與微型遙控船(117)進(jìn)行通信，帶觸摸屏的顯示 模塊(104)用于人機(jī)交互，與PC的通信接口(105)用于系統(tǒng)調(diào)試，電源模塊(106)用于提 供電源；各模塊信號流向?yàn)殡娫茨K(106)提供電源，電流流向微處理器(101)，微處理器 (101)通過高速并行接口與大容量存儲(chǔ)模塊(10 通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器(101) 通過USB與無線模塊(10 通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器(101)通過并行接口與帶觸 摸屏的顯示模塊(104)通信，信號流向?yàn)殡p向，微處理器(101)通過串口與通信接口(105) 通信，信號流向?yàn)殡p向；所述用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)(107)用于跟微型遙控船配合完成測 距功能，微處理器(109)通過SPI接口連接無線模塊(110)，無線模塊(110)為同時(shí)具備無 線通信、長距離精確測距功能的無線模塊，用于接收微型船體的無線模塊(112)發(fā)出的測 距命令，并及時(shí)響應(yīng)，記錄與微型船體的無線模塊(112)之間的無線電波的傳輸時(shí)間，電源 模塊(10 負(fù)責(zé)提供電源；各模塊信號流向電源模塊(10 提供電源，電流流向微處理器 (109)，微處理器(109)通過SPI控制無線模塊(110)，信號流向?yàn)殡p向。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的手持 式遙控終端中的無線模塊(103)的電路無線射頻模塊Nan0PAN5375的1端、3端、4端、14端、15端、16端、17端、18端、19端、20端、22端、23端、25端、27端、28端、29端接地；無線 射頻模塊Nan0PAN5375的M端與天線接口 JO的1端連接；天線接口 JO的2端、3端、4端、 5端接地；無線射頻模塊NanoPAN5375的2端與電容COl、電容C02、電容C05、電容C06的一 端、無線射頻模塊Nan0PAN5375的21端、與電源芯片ASl 117-2. 5的2端連接；電容COl、電 容C02、電容C05、電容C06的另一端接地；無線射頻模塊NanoPAN5375的5端與USB轉(zhuǎn)串口 芯片F(xiàn)T2232C的M端連接；無線射頻模塊NanoPAN5375的8端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C 的23端連接；無線射頻模塊Nan0PAN5375的7端與FT2232C的22端連接；無線射頻模塊 NanoPAN5375的32端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的21端連接；無線射頻模塊NanoPAN5375 的13端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的15端連接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的13端與電 容C03、電容C04、電容C07、電容C08的一端、電源芯片ASl 117-3. 3的2端、USB轉(zhuǎn)串口芯 片F(xiàn)T2232C的31端連接；電容C03、電容C04、電容C07、電容C08的另一端接地；USB轉(zhuǎn)串 口芯片F(xiàn)T2232C的3端與電容C09、電容ClO的一端、USB接口 USBOl的1端，USB轉(zhuǎn)串口 芯片F(xiàn)T2232C的4端、42端、電源芯片ASl 117-2. 5的3端、電源芯片ASl 117-2. 5的3端連 接；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的8端與電阻ROl的一端連接，電阻ROl的另一端與USB接口 USBOl的2端連接；FT2232C的7端與電阻R02、電阻R03的一端連接，電阻R02的另一端與 USB接口 USBOl的3端連接，R03的另一端與USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的5端連接；USB轉(zhuǎn)串 口芯片F(xiàn)T2232C的43端與晶振YO的一端、電容Cll的一端連接，電容Cll的另一端接地； USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的44端與晶振YO的另一端、電容C12的一端連接，電容C12的另 一端接地；USB轉(zhuǎn)串口芯片F(xiàn)T2232C的25端、45端、18端、47端、9端，USB接口 USBOl的4 端，電源芯片ASl 117-3. 3的1端，電源芯片ASl 117-2. 5的1端接地。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速監(jiān)測系統(tǒng)，其特征在于所述的微型 遙控船中的水質(zhì)檢測模塊(114)的電路AD芯片ADS8364的8端與AD芯片ADS8364的13 端、3端、電容Cl、電容C2、電容C3的一端連接，并連接5V電源正極；電容Cl、電容C2、電容 C3的另一端與AD芯片ADS8364的4端、9端、14端、31端連接，并接地；AD芯片ADS8364的 1端與電阻Rl的一端、電氣隔離模塊EMOl的7端連接；AD芯片ADS8364的2端與電阻Rl 的另一端、電氣隔離模塊EMOl的12端連接；AD芯片ADS8364的12端與電阻R2的一端、電 氣隔離模塊EM02的7端連接；AD芯片ADS8364的11端與電阻R2的另一端、電氣隔離模塊 EM02的12端連接；AD芯片ADS8364的6端與電阻R3的一端、電氣隔離模塊EM03的7端連 接；AD芯片ADS8364的7端與電阻R3的另一端、電氣隔離模塊EM03的12端連接；AD芯片 ADS8364的16端與電阻R4的一端、電氣隔離模塊EM04的7端連接；AD芯片ADS8364的17 端與電阻R4的另一端、電氣隔離模塊EM04的12端連接；AD芯片ADS8364的19端與電阻R5 的一端、電氣隔離模塊EM05的7端連接；AD芯片ADS8364的18端與電阻R5的另一端、電氣 隔離模塊EM05的12端連接；電氣隔離模塊EMOl的5端、電氣隔離模塊EM02的5端、電氣 隔離模塊EM03的5端、電氣隔離模塊EM04的5端、電氣隔離模塊EM05的5端接地；電氣隔 離模塊EMOl的1端與傳感器接口 Sensorl的1端、電氣隔離模塊EMOl的4端、電氣隔離 模塊EM02的4端、電氣隔離模塊EM03的4端、電氣隔離模塊EM04的4端、電氣隔離模 塊EM05的4端連接，并接MV電源正極；電氣隔離模塊EM02的1端與傳感器接口 Sensorf 的2端連接，電氣隔離模塊EM03的1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊 EM04的1端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，電氣隔離模塊EM05的1端與傳感器接口Sensor5的2端連接；電氣隔離模塊EMOl的2端與傳感器接口 Sensorl的2端連接，并接 地；電氣隔離模塊EM02的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊 EM03的2端與傳感器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM04的2端與傳感 器接口 Sensorf的2端連接，并接地；電氣隔離模塊EM05的2端與傳感器接口 Sensorf的 2端連接，并接地。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種遙控式移動(dòng)水質(zhì)快速檢測系統(tǒng)。它包括手持式遙控終端、搭載水質(zhì)檢測模塊的微型遙控船、以及4個(gè)用于無線定位的錨節(jié)點(diǎn)。手持式遙控終端通過人機(jī)接口(帶觸摸屏的液晶屏和按鍵)接收操作員的指令，并將指令通過無線模塊傳送至微型遙控船的控制模塊。遙控船的控制模塊根據(jù)接收到的命令控制船體的運(yùn)動(dòng)軌跡、或水質(zhì)數(shù)據(jù)采樣操作并將采樣結(jié)果傳回到手持式遙控終端。由遙控終端完成水質(zhì)參數(shù)的現(xiàn)場分析及數(shù)據(jù)存儲(chǔ)等功能。本發(fā)明具有體積小、運(yùn)輸移動(dòng)方便，操作安全，監(jiān)測速度快、無化學(xué)試劑的二次污染，成本低、適用范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，特別適于偏遠(yuǎn)地區(qū)及小型水域水質(zhì)的應(yīng)急監(jiān)測。
文檔編號G01N33/18GK102087261SQ201010598240
公開日2011年6月8日 申請日期2010年12月21日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月21日
發(fā)明者李飛飛, 楊江 申請人:浙江大學(xué)