本專利涉及一種數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置和方法，具體地址，是一種基于無人船系統(tǒng)的浮標數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置，尤其涉及一種可獲取水中浮標裝置所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著智能海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電浮標系統(tǒng)被逐步引入到水體檢測、養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測等領(lǐng)域，并已體現(xiàn)出了較為顯著的應(yīng)用效果與應(yīng)用價值，其通過搭載多種傳感器及視頻模塊能實現(xiàn)對所處環(huán)境的整體化、一體化采集、分析并對相關(guān)數(shù)據(jù)信息進行有效存儲與傳輸。

然而，鑒于浮標裝置位置的離岸距離較遠，以射頻網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)為代表的高速大數(shù)據(jù)無線通信網(wǎng)絡(luò)無法進行有效搭建，而衛(wèi)星信號所能承載的數(shù)據(jù)信息量有限故而無法滿足大量數(shù)據(jù)的持續(xù)傳輸。

針對這種信息傳輸?shù)钠款i問題，現(xiàn)階段的解決方案僅是周期性的通過衛(wèi)星信號傳輸少量必須信息，并定期駕船航行至浮標手動提取存儲有視頻資料等信息的數(shù)據(jù)存儲卡。這種方法不僅大幅滯后了數(shù)據(jù)信息的獲取周期，更提升了獲取信息的成本，使得浮標監(jiān)測系統(tǒng)的信息采集過程效率低下，此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。

因而如何高效、便捷的獲取存儲在浮標中的數(shù)據(jù)信息成為了當前浮標裝置進行海洋監(jiān)測過程中亟待解決的問題。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

針對現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問題是提供一種基于無人船系統(tǒng)的浮標數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置和方法，它可以近距離的獲取浮標內(nèi)所存儲數(shù)據(jù)信息并航行回到岸邊基站，進行數(shù)據(jù)上傳。

本發(fā)明的一個方面，提供了一種用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置，其特征是：該裝置基于無人船系統(tǒng)；包括內(nèi)置wifi模塊的工控主機；外連的高清攝像模塊、激光雷達模塊、北斗衛(wèi)星模塊；設(shè)有電機模塊以控制螺旋槳和舵機的電路板；該主機包括執(zhí)行如下步驟的程序：

通過北斗衛(wèi)星模塊獲取無人船位置信息和目標任務(wù)指令，對航行軌跡進行規(guī)劃，并向電路板發(fā)布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別浮標；

開啟激光雷達模塊，對無人船周圍環(huán)境的障礙情況進行探測；

確定浮標位置，并向電路板發(fā)布繞行控制指令；

開啟wifi模塊，接收浮標內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)信息，并存儲至外部存儲裝置。

進一步地，所述程序還包括如下步驟:

控制高清攝像模塊的攝像頭所連接的旋轉(zhuǎn)云臺，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別障礙物；

根據(jù)當前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計避障需求。

優(yōu)選地，所述電路板的電機模塊包括：

stc89c52單片機；

雙繞組雙極步進電機控制芯片udn2916lb；

max232串口通信芯片。

進一步地，該裝置還包括：

連接于電路板的信標燈，用以提示其他自主航行器進行有效避讓。

本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)方法，其特征是包括如下步驟：

工控主機通過北斗衛(wèi)星模塊獲取無人船位置信息和目標任務(wù)指令，對航行軌跡進行規(guī)劃，并向外設(shè)電路板發(fā)布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別浮標；

開啟激光雷達模塊，對無人船周圍環(huán)境的障礙情況進行探測；

確定浮標位置，并向外設(shè)電路板發(fā)布繞行控制指令；

開啟wifi模塊，接收浮標內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)信息，并存儲至外部存儲裝置。

進一步地，該方法還包括如下步驟:

控制高清攝像模塊的攝像頭所連接的旋轉(zhuǎn)云臺，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別障礙物；

根據(jù)當前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計避障需求。

優(yōu)選地，該方法還包括如下步驟:

系統(tǒng)自檢，若存在異常進入容錯控制，無人船系統(tǒng)根據(jù)自檢故障報告進行軟件修正；

如故障未解決，通過北斗模塊發(fā)送系統(tǒng)當前狀態(tài)信息，重設(shè)航向返回基站。

本發(fā)明的有益效果在于高效、便捷的獲取存儲在浮標中的數(shù)據(jù)，其是這樣實現(xiàn)的:無人船系統(tǒng)通過北斗衛(wèi)星信號接收模塊的定位功能確定自身位置；通過北斗衛(wèi)星信號接收模塊的信息功能獲取目標浮標的位置信息；通過分析當前自身位置及目標浮標位置設(shè)定航行軌跡；通過位于船上的攝像頭模塊實現(xiàn)視距范圍內(nèi)的水面障礙物識別；通過位于甲板前段與后端的激光雷達實現(xiàn)對近距離范圍內(nèi)障礙物形狀的識別；通過分析障礙物的位置調(diào)整航行軌跡；通過搭載wifi路由模塊與一定范圍內(nèi)的浮標上的wifi模塊進行匹配，用以獲取浮標內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)信息。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的方框圖。

圖3是本發(fā)明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的外設(shè)電路圖。

圖4是本發(fā)明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的程序流程圖。

具體實施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步詳細說明。

結(jié)合圖1，為本發(fā)明的數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中a1為浮標，其通過懸索a10固定于特定區(qū)域，用以采集區(qū)域內(nèi)的水文信息及環(huán)境信息。a2為北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)模塊，用以周期性的發(fā)送必傳數(shù)據(jù)信息并發(fā)布浮標位置信息。a3為太陽能電池板，用以為浮標系統(tǒng)提供電能。a4為浮標頂層轉(zhuǎn)臺，通過旋轉(zhuǎn)為攝像模塊a6提供360⁰拍攝視角。a5為led信標燈。a7為氣象站，用以測試浮標所處環(huán)境的風俗、風向、氣溫。a8為wifi模塊，當其獲取到無人船裝置上路由信號后，建立與無人船裝置的數(shù)據(jù)通信鏈路。a13為水下攝像模塊轉(zhuǎn)臺，其通過旋轉(zhuǎn)為水下攝像模塊a12提供360⁰拍攝視角。a11為水下平臺，其為轉(zhuǎn)臺a13提供支撐。a9為溫度傳感器模塊，用以探測水溫。a14、a15、a16為水下探測模塊其固定在懸索上用以探測不同水深下的水文信息，其每個模塊上固化有溫度、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素a、藍綠藻、磷酸鹽po4及氨氮nh3傳感器。

圖1中，本發(fā)明所指無人船系統(tǒng)b1，包括螺旋槳b2，其一共兩個左右對稱安置在舵機b4兩側(cè)，為無人船提供航行力。舵機b4通過角度偏轉(zhuǎn)改變無人船航向。還包括激光雷達模塊b5、b10，用以探測無人船身周圍的障礙阻擋；wifi路由模塊b6，用以接收浮標wifi模塊a8的數(shù)據(jù)信息；太陽能板b7，為無人船系統(tǒng)提供電能來源；高清攝像模塊b8，其通過內(nèi)置云臺旋轉(zhuǎn)為無人船提供360⁰拍攝視角，以此作為目標識別的信號來源。北斗衛(wèi)星模塊b9，用以獲取自身位置信息，并通過衛(wèi)星鏈路接收浮標位置信息及無人船控制任務(wù)指令；無人船信標燈b11，用以提示其他自主航行器進行有效避讓。

結(jié)合圖2，其為基于無人船系統(tǒng)的浮標數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置方框圖。其中，本發(fā)明所述無人船系統(tǒng)以工控主機作為數(shù)據(jù)信息處理核心，其通過主機自帶的usb端口與攝像模塊b8(含旋轉(zhuǎn)云臺)、激光雷達模塊b5、b10連接。工控機設(shè)備內(nèi)置的wifi模塊作為wifi路由模塊b6。北斗衛(wèi)星模塊b9、外接存貯裝置b12通過工控主機串口與工控主機進行數(shù)據(jù)傳輸。連接螺旋槳b2的電機控制模塊a、連接舵機b4的電機控制模塊b、信標燈b11及穩(wěn)壓模塊固化在統(tǒng)一的外設(shè)電路上。

結(jié)合圖3為基于無人船系統(tǒng)的浮標數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置外設(shè)電路圖。本專利的總輸入電壓vin為12v，由電源接口g引入，g正極引入端接按鍵開關(guān)x，實現(xiàn)電源通斷。x另一端接7805(u3)管腳1。u3管腳2懸空、管腳3輸出5v工作電壓(vcc)、管腳4接地，接于1、4管腳間的電容c1、c2與接于3、4管腳間的電容c3、c4均為降噪電容，電阻r1(1.5kω)一端接vcc(+5v電源)另一端與發(fā)光二極管d1一端連接，d1另一端接地。

本專利所選用的數(shù)據(jù)處理芯片為stc89c52單片機(u1)，其管腳38接5v工作電壓，管腳16接gnd，石英晶振11.0592mhz(y1)的兩個管腳分別u1的管腳13(xtal1)、14(xtal2)連接，電容c13(30pf)、c12(30pf)的一端分別接在y1(xtal1、xtal2)上，另一端接地；電容c5(10uf)與由按鍵s1與電阻r4(1kω)組成的串聯(lián)支路并聯(lián)接于u1管腳4(rst)與+5v電源之間，電阻r3(10kω)接于rst與gnd之間。電阻r2(10kω)接于u9管腳29與+5v電源之間。排阻rp1為9針10kω排阻，其管腳1接vcc(+5v電源)，管腳2至管腳9分別接u9的管腳37至管腳30。q1為三極管，其集電極接+12v、基極接u1管腳41。p2為信標燈接口，其管腳1接q1的發(fā)射集，管腳2接gnd。p3為舵機伺服裝置接口，其管腳1接+12v、管腳2接u1管腳40、管腳3接+5v、管腳4接gnd。

u2為max232串口通信芯片，其管腳6接電容c9(0.1uf)后接地，管腳2接電容c8(0.1uf)后接+5v電源，管腳16接+5v電源，管腳15接gnd，管腳4與管腳5之間接c10(0.1uf)，管腳1與管腳3之間接c11(0.1uf)，管腳12(rx)接u1管腳5，管腳11(tx)接u1管腳7，4針接口p1為串口通信線端，其管腳1接+5v電源，管腳2接gnd，管腳3與u2管腳14相連，管腳4與u2管腳13相連。p1與工控機連接實現(xiàn)外界電路板與工控機之間的數(shù)據(jù)通信。

u4為雙繞組雙極步進電機控制芯片udn2916lb，其關(guān)聯(lián)電路用以控制無人船螺旋推進裝置電機。u4管腳11(ph1)與u1管腳3相連、管腳3(ph2)與u1管腳2相連、管腳13(i01)與u1管腳1相連、管腳12(i11)與u1管腳44相連、管腳1(i02)與u1管腳43相連、管腳2(i12)與u1管腳42相連，u1通過上述端口控制螺旋槳電機的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。u4管腳4、管腳6、管腳7、管腳10、管腳18、管腳19接gnd，管腳8接vcc(+5v電源)，管腳24接vin(+12v電源)。電阻r9(56kω)與電容c16(470pf)并聯(lián)并接于u4管腳9與vcc(+5v電源)之間，電阻r10(56kω)與電容c17(470pf)并聯(lián)并接于u4管腳5與vcc(+5v電源)之間，電阻r6(1kω)兩端分別與u4管腳21、管腳22連接，電阻r5(1.43ω)與電容c14(4700pf)并聯(lián)并接于u4管腳22與gnd之間,電阻r8(1kω)兩端分別與u4管腳15、管腳16連接，電阻r7(1.43ω)與電容c15(4700pf)并聯(lián)并接于u4管腳15與gnd之間。4針接口p4管腳1至管腳4分別與u4管腳17、管腳14、管腳20、管腳23連接。p4管腳1、管腳2分別接左側(cè)螺旋槳電機線圈兩端，p1管腳3、管腳4分別接左側(cè)螺旋槳電機線圈兩端。

結(jié)合圖4基于無人船系統(tǒng)的浮標數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置程序流程圖，其工控機內(nèi)嵌程序運行步驟如下：

步驟1，初始化，完成后進入步驟2；

步驟2，系統(tǒng)自檢，若存在異常進入步驟3，無異常進入步驟6；

步驟3，容錯控制，無人船系統(tǒng)根據(jù)自檢故障報告進行軟件修正，完成后進入步驟4；

步驟4，判斷，若故障解決則進入步驟6，未解決則進入步驟5；

步驟5，無人船系統(tǒng)通過北斗模塊發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送當前狀態(tài)信息，并重設(shè)航向返回基站；

步驟6，無人船系統(tǒng)通過北斗模塊獲取當前位置信息，完成后進入步驟7；

步驟7，無人船系統(tǒng)通過北斗模塊獲取新的目標任務(wù)指令，若獲取新任務(wù)則進入步驟8，若未獲取則進入步驟9；

步驟8，更新目標浮標的地理坐標，完成后進入步驟9；

步驟9，無人船系統(tǒng)根據(jù)當前位置坐標、獲取到的浮標所處方位及預(yù)計航行線路上的障礙物情況對無人船行軌跡進行規(guī)劃，完成后進入步驟10；

步驟10，工控機系統(tǒng)通過串口向外界電路板發(fā)布航行控制指令，用以進行無人船航向控制，完成后進入步驟11；

步驟11，判斷，無人船是否抵達浮標所在海域，若已抵達則進入步驟12，如未抵達則進入步驟20；

步驟12，工控機通過usb接口開啟位于船體甲板前側(cè)和后側(cè)的激光雷達模塊，對無人船系統(tǒng)周圍環(huán)境的障礙情況進行探測，完成后進入步驟13；

步驟13，工控機通過usb接口對攝像頭圖像信息進行采集與識別，確定浮標位置，完成后進入步驟14；

步驟14，工控機開啟wifi模塊，并獲取浮標wifi信號，完成后進入步驟15；

步驟15，工控機通過串口向外界電路板發(fā)布航行控制指令，其航行軌跡以浮標為圓心，進行圓形巡航繞行，指令發(fā)布后進入步驟16；

步驟16，工控機通過wifi模塊接收浮標內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)信息，完成后進入步驟17；

步驟17，工控機通過usb接口將獲取的浮標所傳出數(shù)據(jù)信息存儲至b12外部存儲裝置，完成后進入步驟18；

步驟18，工控機通過北斗衛(wèi)星模塊發(fā)布向基站發(fā)布報告，完成后進入步驟19；

步驟19，判斷，無人船系統(tǒng)是否獲得新的任務(wù)指令，若未獲得則返回步驟5，若獲得新指令則返回步驟8；

步驟20，工控機通過usb接口對攝像頭圖像信息進行采集，完成后進入步驟21,；

步驟21，判斷，若攝像頭所處視角內(nèi)存在障礙物則進入步驟22，若不存在則進入步驟23；

步驟22，工控機根據(jù)當前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計避障需求，完成后返回步驟2；

步驟23，工控機通過usb接口對攝像頭所涉旋轉(zhuǎn)云臺進行控制，改變拍攝方向，完成后返回步驟10。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實施例而已，并非對本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實施例公開如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實質(zhì)對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。