一種自學習軌跡導航游弋式水質多參數遠程監(jiān)控系統(tǒng)的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明屬于GPS定位技術和無線傳感網絡技術，尤其設及一種用于水產養(yǎng)殖、江河 管理和城市供水的水源取水口的水質進行游戈式動態(tài)測量并通過手機進行遠程監(jiān)控的系 統(tǒng)。
【背景技術】
[0002] 我國是水產養(yǎng)殖大國，多年來養(yǎng)殖規(guī)模不斷擴張，養(yǎng)殖水體的自然承載能力已日 趨飽和，傳統(tǒng)的靠擴規(guī)模來增產量的粗放型養(yǎng)殖模式已不適合水產養(yǎng)殖業(yè)的可持續(xù)發(fā)展。 近年來隨著農業(yè)結構的調整，養(yǎng)殖模式正逐步向W高密度養(yǎng)殖和循環(huán)式養(yǎng)殖為代表的集約 型工廠化養(yǎng)殖模式轉變。水質監(jiān)控作為水產養(yǎng)殖中的一個重要環(huán)節(jié)，保持水中的溶氧量，pH 值，溫度在魚類一定適宜范圍之內，對魚類生長起著決定性作用。現(xiàn)代化的養(yǎng)殖模式對于水 質監(jiān)控的要求更為嚴苛。
[0003] 在我國，較長的一段時間內水質監(jiān)測采用人工方式，由專業(yè)人員憑經驗判斷水質 狀況或者人工采樣到實驗室分析，誤差大、周期長。隨著傳感器技術的發(fā)展，便攜式多參數 水質測量儀為養(yǎng)殖人員提供了更為準確、便捷的監(jiān)測方式，但其對于人的依賴性依然很強， 并且不能全天候在線測量。水質自動在線監(jiān)測儀器和系統(tǒng)在近十幾年才開始開發(fā)與應用， 其存在的問題主要有：1)水質監(jiān)測傳感器節(jié)點多數采用有線方式布線困難、成本高且分布 范圍??；2)傳感器節(jié)點固定測量，點數過少則測量范圍有限，增加測量點數則成本過高；3) 通常采用的現(xiàn)場監(jiān)控和遠程監(jiān)控W電腦為操作對象，區(qū)域受限、便攜性不高。
[0004] GPS技術在交通運輸中的應用越來越廣泛，它在現(xiàn)代交通智能管理、車輛調度指 揮、車船等交通工具的導向領航、車輛運行性能的動態(tài)監(jiān)測等諸多方面提供了技術支撐。 GPS在農業(yè)領域中主要用于結合GIS進行農作物產量、±壤成分和性質分布監(jiān)測，引導飛機 進行合理施肥、播種和噴灑農藥等方面。
[0005] 目前，已有一些專利設及無線遠程監(jiān)測水質的專利，例如，公開號為CN103024007A 的發(fā)明專利"基于Zigbee和GPRS的遠程水環(huán)境監(jiān)測儀和監(jiān)測方法"，通過多個Zigbee從節(jié)點 固定分布于不同區(qū)域采集整個水域的水質參數，通過Zigbee網絡將從節(jié)點的采集數據發(fā)送 到主節(jié)點后經過ARM處理器進行數據封裝后通過GPRS模塊發(fā)送到遠程上位機。該方法使用 多個采集節(jié)點，需要使用多套采集傳感器設備，成本高。

【發(fā)明內容】

[0006] 為了解決當前固定式水質監(jiān)控系統(tǒng)分布點數少、成本高的問題，本發(fā)明提出了一 種游戈式的水產養(yǎng)殖水質遠程監(jiān)控系統(tǒng)。通過該系統(tǒng)，可W對大面積養(yǎng)殖水域進行遠程監(jiān) 測，分區(qū)域控制增氧機的啟停。
[0007] 首次操作手動遙控測量船使測量船學習移動路徑，之后轉為自動導航。通過測量 船的游戈巡航測量水域內多個目標點的水質情況，使用GPRS模塊將測量數據上傳至服務 器，服務器根據測得數據與設定值的比較控制測量點附近事先布置好的執(zhí)行裝置產生相應 的動作，來達到調節(jié)水質的目的；同時系統(tǒng)也可W將數據通過服務器發(fā)送給移動設備的安 卓客戶端，使得用戶可W進行手動控制。實現(xiàn)本發(fā)明的技術方案如下：
[0008] 一種自學習軌跡導航游戈式水質多參數遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括:測量船、服務器W及 執(zhí)行裝置；
[0009] 所述測量船包括船體、W及設置在船體上的測量裝置，所述測量裝置一方面測量 水質參數和船體的位置信息、所述測量裝置另一方面和服務器進行交互；
[0010] 所述服務器根據所述測量裝置上傳的信息來控制船體移動W及水質調節(jié)；
[0011] 所述執(zhí)行裝置與所述測量裝置交互，所述執(zhí)行裝置用于調節(jié)水質。
[0012] 優(yōu)選技術方案，所述測量裝置包括:控制模塊、信息采集模塊、動力輸出模塊W及 電源模塊;所述信息采集模塊、所述動力輸出模塊均與所述控制模塊相連，所述電源模塊為 控制模塊、信息采集模塊、動力輸出模塊供電。
[0013] 優(yōu)選技術方案，所述信息采集模塊包括水質監(jiān)測模塊、GPS定位模塊W及電子羅 盤，所述水質監(jiān)測模塊、所述GPS定位模塊W及所述電子羅盤均與所述控制模塊相連；
[0014] 優(yōu)選技術方案，所述動力輸出模塊包括:驅動電路、左電機、右電機、傳動裝置;所 述驅動電路分別與控制模塊、左電機、右電機W及傳動裝置相連接;所述傳動裝置為直流電 機。
[0015] 優(yōu)選技術方案，所述控制模塊包括GPRS模塊和CC2530模塊；所述GPRS模塊和 CC2530模塊相連;所述電源模塊包括兩組裡電池。
[0016] 優(yōu)選技術方案，所述水質監(jiān)測模塊包括:pH傳感器、巧光法溶解氧傳感器、水位傳 感器。
[0017] 優(yōu)選技術方案，所述執(zhí)行裝置包括控制節(jié)點和執(zhí)行器，所述執(zhí)行器包括抽水累、排 水累、水車式增氧機W及葉輪式增氧機;所述控制節(jié)點由CC2530控制忍片、中間繼電器和接 觸器構成。
[0018] 優(yōu)選技術方案，還包括遙控器，所述遙控器用于控制測量船的首次軌跡W及設定 目標點。
[0019] 優(yōu)選技術方案，還包括設置在船體頂部的薄膜太陽能。
[0020] 優(yōu)選技術方案，還包括與所述服務器交互的移動設備客戶端。
[0021] 基于上述監(jiān)控系統(tǒng)，本發(fā)明提出了一種水質多參數遠程監(jiān)控方法，包括如下步驟：
[0022] 步驟1，將執(zhí)行器在水中合適的位置布置好；
[0023] 步驟2,手動控制遙控器，使得測量船沿水域行駛一圈，在行駛過程中確定若干個 監(jiān)測的目標點，同時將目標點的位置信息記錄下來并上傳到服務器；
[0024] 步驟3,服務器根據測量船當前位置信息控制測量船的行駛方向，包括計算當前位 置與目標點的直線距離和方向角，再將方向角與磁北方向角對比得出船體的轉向角，使的 巧慢船向靠近第i個目標航行;其中，i = 1，2，3…N，N為設置的目標點的個數；
[0025] 步驟4,延時10秒后再次執(zhí)行步驟3;
[00%]步驟5，重復步驟4直至測量船自動到達第i個目標點；
[0027] 步驟6，停止行駛，進行水質監(jiān)測，所述監(jiān)測包括淺水區(qū)監(jiān)測和深水區(qū)監(jiān)測；
[00%]步驟7,將步驟6中監(jiān)測的水質參數上傳至服務器，服務器根據水質參數與預先設 定值對比進行水質調控；
[0029] 步驟8,重復步驟3至7,依次完成剩余目標點的水質監(jiān)控;切斷動力，對電池充電W 進行下一輪的監(jiān)測。
[0030] 與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明的有益效果：
[0031 ] (1)克服傳統(tǒng)檢測終端固定分布，成本高、測量范圍局限的缺點，移動測量水域內 多個點不同水層的水質情況。
[0032] (2)測量船具有GPS定位功能，補充了測量點的位置信息，有助于對區(qū)域內不同位 置的水質變化進行監(jiān)控分析，細化控制，能夠根據位置就近選擇執(zhí)行器。
[0033] (3)測量船具有學習功能，在首次設定后可W自動導航到各個目標點。
[0034] (4)可W根據不同的情況分區(qū)域控制不同增氧機工作。
[0035] (5)可通過手機在任何地方遠程監(jiān)控水質。
【附圖說明】
[0036] 圖1是本發(fā)明的測量裝置示意圖；
[0037] 圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)結構圖；
[0038] 圖3是本發(fā)明的程序流程圖；
[0039] 圖4是本發(fā)明的測量船自學習導航軌跡圖；
[0040] 圖5是本發(fā)明的手機客戶端界面。
[0041 ]圖6是驅動電路原理圖。
【具體實施方式】
[0042] 本發(fā)明提出了一種自學習軌跡導航游戈式水質多參數遠程監(jiān)控系統(tǒng)，包括測量 船、服務器和執(zhí)行裝置。測量船由船體和位于船體上的測量裝置組成，所述船體用于承載整 個測量裝置的設備，為水上移動測量提供平臺；所述測量裝置一方面測量水質參數和船體 的位置信息、另一方面和服務器進行交互。所述服務器根據所述測量裝置上傳的信息來控 制船體移動W及水質調節(jié)。所述執(zhí)行裝置與所述測量裝置交互，用于調節(jié)水質;執(zhí)行裝置包 括控制節(jié)點和執(zhí)行器，執(zhí)行器包括抽水累、排水累、水車式增氧機W及葉輪式增氧機，控制 節(jié)點位于控制柜內，用于控制執(zhí)行器產生相應動作，控制節(jié)點由CC2530控制忍片連接繼電 器、接觸器構成，與執(zhí)行器之間通過線纜連接實現(xiàn)對執(zhí)行器的控制，控制柜可W安裝在岸 邊。當測量船運行到控制節(jié)點附近時該控制節(jié)點響應由測量船發(fā)出的控制指令，打開或關 閉對應的執(zhí)行器。
[0043] 下面結合附圖和具體實施例來對本發(fā)明作進一步說明。
[0044] 如圖1和圖2所示，位于測量船上的測量裝置主要包括控制模塊，信息采集模塊，動 力輸出模塊，電源模塊。
[0045] 控制模塊由GPRS模塊和CC2530模塊構成，GPRS模塊主要用于數據的遠程傳輸與遠 程控制，CC2530模塊一方面通過GPRS模塊和服務器交互、另一方面通過自帶ZigBee模塊分 別和遙控器、執(zhí)行裝置的控制節(jié)點交互，并進行現(xiàn)場控制。
[0046] 信息采集模塊包括水質監(jiān)測模塊、GPS定位模塊W及電子羅盤，水質監(jiān)測模塊由傳 感器組構成，具體包括:抑傳感器、巧光法溶解氧傳感器、水位傳感器，pH傳感器用于獲取水 質的pH值，巧光法溶解氧傳感器用于獲取水質的溶解氧和水溫;GPS定位模塊用于獲取船體 的經締度信息；電子羅盤用于獲取船體的磁北方向角。
[0047] 動力輸出模塊由左電機、右電機、驅動電路W及傳動裝置組成，通過驅動電路實現(xiàn) 對左電機、右電機W及傳動裝置的控制，通過控制左電機的轉速和右電機的轉速實現(xiàn)船體 水平行駛方向的調整，通過控制傳動裝置控制傳感器組垂直方向移動，傳動裝置采用直流 電機。
[0048] 電源模塊由兩組裡電池構成，既能減輕整體重量又能增強測量船的續(xù)航能力。另 夕h船頂部貼附一層薄膜太陽能，結合太陽能控制器給裡電池充電。
[0049] 進一步如圖2所