[发明专利]一种基于人工势场法的无人船防碰撞物联网控制系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于人工势场法的无人船防碰撞物联网控制系统及方法，包括感知层、传输层、应用层。感知层实现参数的采集并和服务器交互；传输层为GPRS‑DTU模块，用于连接感知层和应用层；应用层采用C/S结构建立TCP/IP连接。服务器通过程序解析计算将原始数据分割出来显示在对应的LineEdit中；服务器主界面嵌入百度地图，在地图上设置若干个目标点，使无人船沿着目标点自动驾驶，同时结合Matlab编写人工势场法的.m文件，使其生成Qt可调用的库。无人船测量装置中的超声波测距传感器检测到水面障碍物，发送信号至服务器后台程序；服务器接收到信号，调用人工势场法.m文件库并建立势力场模型，经服务器计算求出合力势场并引导无人船航行航向，实现无人船安全避障。

技术领域

本发明涉及水面无人船物联网远程通信技术和智能避障技术领域，具体涉及一种基于人工势场法的无人船防碰撞物联网控制系统及方法。

背景技术

我国是水产养殖大国，多年来养殖规模不断扩张，养殖水体的自然承载能力已日趋饱和。水质监测是水产养殖中最重要的一环，水中的溶氧量，pH值，温度一定要在适合鱼类生存的范围之内，这些参数对鱼类的生长其决定性作用。

漂浮式固定点水质监测站在近十几年才开始开发与应用，其存在的问题主要有：1)固定点测量，监测站点数量过少则测量范围有限，增加监测站点则成本过高；2)监测站点一旦布置不能轻易移动，区域受限、便携性不高。

因此，需要设计一种方法用于移动监测和周期性水质安全巡检。将多参数水质测量仪安装在无人船上，可以控制无人船移动到指定的水域对水质进行采样分析。水质多参数监测无人船具有无人、体积小，成本低、便携性高、测量及时、灵活性好、覆盖范围广等优点。

但现有的无人船都是依靠手动控制到达指定目标点，存在测量范围误差。因此在本发明专利的无人船服务器后台程序嵌入百度地图，在地图中设置指定的测量目标点，让无人船自动驾驶自主游弋至指定测量目标点。但是在失去人工手动控制的情况下，无人船又无法躲避障碍物，因此加入人工势场法，保证无人船能够应对复杂的水路和突发的水面情况，可以安全躲避障碍物，使船身不会受损。

因此，本发明针对无人船防碰撞控制，提出一种基于人工势场法的水质多参数监测无人船防碰撞物联网控制系统。

发明内容

为了解决当前无人船无法避障的问题，本发明提出一种基于人工势场法的无人船防碰撞物联网控制系统。通过该系统，无人船在自动导航时可以应对复杂的水路以及突发的水面情况，能够避免无人船在运动过程中碰撞障碍物而导致船体受损，实现无人船顺利到达目标点并采集目标点的水质参数，无人船将采集的水质参数上传至服务器后台程序的数据库中；采用多线程技术接收无人船信息采集模块采集的数据。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种基于人工势场法的水质多参数监测无人船防碰撞物联网控制系统包括感知层、传输层、应用层三部分；

第一部分，所述感知层由一艘双体充气船、动力输出模块、电源模块、控制模块、信息采集模块、通信模块组成。

所述双体充气船用于装载动力输出模块、电源模块、控制模块、信息采集模块；

所述动力输出模块由两台水下直流异步电机和无刷电调组成；

所述水下直流异步电机用于控制无人船前进后退以及转向；

所述无刷电调通过PWM波进行调压，电机根据电压调速；

所述电源模块由锂电池组成，用于为其他模块供电；

所述控制模块为下位机，采用微控制器(stm32f4芯片)；所述下位机与所述上位机交互，用于上传数据至上位机、以及接收上位机下发的控制信息。

所述信息采集模块由GPS定位模块、水质监测模块、超声波测距模块、电子罗盘组成；