[发明专利]一种实时可抗风浪无人船的航线控制方法及其水质监测系统

说明书

本发明公开了一种实时可抗风浪无人船的航线控制方法及其水质监测系统，采用基于Cortex‑M4内核的STM32F407单片机为无人船的主控制器，其中船体左右侧各装有一对小型水下电机用来适应风浪，后侧装有两个推进电机提供前进动力，船上搭载了GPS定位模块、电子罗盘模块、GPRS模块、溶解氧传感器，主控制器解算各项模块的数据，再将数据通过GPRS传送至基于C#.NET编写的上位机服务器后台程序，上位机对采集的数据分析可视化并将水质参数上传至数据库，同时发送命令给无人船实现自动导航，在地图上显示运动轨迹。该系统不仅扩大了水质监测范围，而且在风浪环境下也能自动矫正自身位置，可以广泛应用于农业水产养殖、海洋测绘以及污水监测等场景。

技术领域

本发明涉及水域中利用无人船进行水质监测技术领域，具体涉及一种实时的可抗风浪无人船的航线控制方法及其水质监测系统设计。

背景技术

我国是水资源利用大国，随着居民生活的日益改善，居民对水质安全需求也日益提高。水质监测不仅是日常饮用水的一环，也是水产养殖、海洋维护等情况下必不可少的任务，水中的温度值、湿度、气压值、溶氧值等是水质监测任务中需要测量的数据，它们是水质评估中重要的影响因子。

过去对水质监测的方法主要是两种。一种是监测人员携带相关仪器，在岸边提取一定量水源进行现场检测分析并记录，这种方式人工成本高，测量范围只能局限在岸边，不能完全评估出水质情况；另一种测量方式是采用浮点式监测，在水域中的多个点安装浮标，监测结果可通过无线或者GPRS方式上传到数据库中，这种方式比前者测量范围稍微大些，但是后期维护成本很高，且监测点相对固定不变。

近年来，无人船在水质监测任务中扮演了越来越重要的角色，成为了一种趋势。将测量装置放在无人船上，通过手机或者PC进行远程遥控无人船，可在水域中的任意点进行水质在线监测，并且能够立即反馈测量结果。利用无人船进行水质监测，具有体积小、便携带、测量灵活范围大等优点。

但现有的无人船都是依靠岸基人员手动控制到达指定测量点，需要观测无人船动态和环境。因此在本发明的无人船服务器后台程序中嵌入地图，在地图中可以设置多个测量点，无人船按照设置的点进行遍历，最终回到原点，无需人工干预。但是在有风情况下，无人船易受到环境影响，偏离预计航线，与预定点误差较大，因此本次发明针对有风情况下，通过硬、软件的设计，使得无人船在风浪情况下也可以正常按照原来路线航行，减少误差。

因此，本发明针对无人船适应风浪环境情况，提出一种实时的可抗风浪的无人船水质监测系统。

发明内容

为了解决当前无人船在有风情况下偏离预定航线的问题，本发明提出一种实时的可抗风浪无人船的航线控制方法及其水质监测系统。通过该航线控制方法，无人船在自动导航时可以应对有风环境矫正姿态，适应风浪变化，实现对预定测量点的准确测量，减小误差，无人船将采集的水质参数上传至服务器后台及其数据库中。

本发明通过以下技术方案予以实现：

一种实时的可抗风浪无人船水质监测系统设计包括感知层、传输层、应用层三部分；

第一部分，所述感知层由双体充气无人船、动力系统模块、电源模块、控制模块、水质参数采集模块、导航模块、风力风向采集模块、通信模块组成。

所述双体充气无人船用于装载动力系统模块、电源模块、控制模块、水质采集模块、导航模块；

所述动力系统模块由左右两侧各一对电机驱动螺旋桨和后侧一对电机驱动螺旋桨、无刷电调组成；

所述电机驱动螺旋桨控制无人船速度以及转向；

所述无刷电调通过控制模块输出PWM达到调速效果；

所述电源模块由充电锂电池组成，用于为其他模块供电；

所述控制模块为基于Cortex-M4内核的STM32单片机；