基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船

羅意 措姆

摘 要：在互聯(lián)網(wǎng)大發(fā)展的如今，通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展與延伸，衍生出了物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)，并且目前其已經(jīng)實(shí)際的應(yīng)用到水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船的設(shè)計(jì)當(dāng)中。本文將首先研究基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船系統(tǒng)的設(shè)計(jì)；其次闡述水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船關(guān)鍵部分技術(shù)和相關(guān)系統(tǒng)；最后分析水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船的系統(tǒng)測(cè)試方案。

關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)；通訊技術(shù)；水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2019.07.130

0 前言

通過(guò)對(duì)物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了對(duì)于相關(guān)的水質(zhì)檢測(cè)更好的擴(kuò)充。無(wú)人船相關(guān)系統(tǒng)與技術(shù)可以利用物聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)在線的、實(shí)時(shí)的、自動(dòng)的對(duì)水質(zhì)進(jìn)行控制與檢測(cè)。整個(gè)無(wú)人船系統(tǒng)可以通過(guò)對(duì)互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)進(jìn)行綜合的實(shí)踐，為水產(chǎn)的養(yǎng)殖以及水庫(kù)和相關(guān)水質(zhì)環(huán)境，帶去良好的促進(jìn)作用。

1 水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船系統(tǒng)設(shè)計(jì)

基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，由無(wú)人船前端的智能水質(zhì)監(jiān)測(cè)終端、岸端的通信網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以及水文監(jiān)測(cè)中心組成。其功能主要包括四個(gè)部分。第一部分是自主的進(jìn)行巡航、定位和對(duì)無(wú)人船的控制。這一部分包括了船體的避障單元、航行的控制單元、以及對(duì)獲取和分析水質(zhì)的檢測(cè)單元；第二部分主要負(fù)責(zé)岸邊檢測(cè)、通信、遠(yuǎn)程的操作以及對(duì)相關(guān)信息的智能管理和查詢功能；第三部分主要負(fù)責(zé)對(duì)水面上的垃圾進(jìn)行檢測(cè)、收集、分類和處理功能。在岸邊的檢測(cè)中心當(dāng)中，會(huì)設(shè)有工作站，并與服務(wù)器組成局域網(wǎng)，這個(gè)局域網(wǎng)可以通過(guò)交換器與4G無(wú)線路由器進(jìn)行有效的連接，借助無(wú)線路由器與無(wú)人船的檢測(cè)終端進(jìn)行數(shù)據(jù)的收與發(fā)。無(wú)人船內(nèi)的總體結(jié)構(gòu)主要包括了視頻信息、圖片信息等傳輸系統(tǒng)、船體的避障單元、無(wú)人船航行的控制系統(tǒng)、岸邊網(wǎng)絡(luò)接收系統(tǒng)等。其中，相關(guān)的控制設(shè)備由PC端的地面站以及手機(jī)上的控制軟件和相關(guān)的遙控器等設(shè)備組成。

2 水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船關(guān)鍵部分技術(shù)和相關(guān)系統(tǒng)

基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船關(guān)鍵部分技術(shù)，和相關(guān)系統(tǒng)的第一方面，就是無(wú)人船的數(shù)據(jù)采集技術(shù)。無(wú)人船的水質(zhì)監(jiān)測(cè)裝置會(huì)直接安裝到無(wú)人船的船底，實(shí)時(shí)的獲取相關(guān)的水質(zhì)情況，并將水下的情況以圖片，或者視頻的方式傳輸?shù)桨哆叺臋z測(cè)中心。對(duì)于水質(zhì)的檢測(cè)主要體現(xiàn)在水溫的情況、水下電導(dǎo)率情況、水下渾濁度情況、以及水下的酸堿度情況和氧化還原能力等，檢測(cè)之后可以利用相關(guān)的TIP/IP協(xié)議，將相關(guān)數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)庫(kù)當(dāng)中，對(duì)于水的具體情況和指標(biāo)進(jìn)行初步的獲取與分析，之后將結(jié)果進(jìn)行顯示，并制成相關(guān)圖表。為了實(shí)現(xiàn)無(wú)人船對(duì)水質(zhì)的智能采集，要結(jié)合物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開(kāi)發(fā)一個(gè)無(wú)人船控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的板塊，這個(gè)板塊可以是在Cortex M3的基礎(chǔ)上進(jìn)行研制，對(duì)傳感器的數(shù)據(jù)進(jìn)行有效擴(kuò)展、并結(jié)合數(shù)據(jù)通訊模塊進(jìn)行研究。其原理是通過(guò)Cortex M3的微處理器，將GPIO口以脈沖波的形式進(jìn)行發(fā)射，實(shí)現(xiàn)對(duì)超聲波的檢測(cè)以及接收，實(shí)現(xiàn)對(duì)水質(zhì)的實(shí)際情況檢測(cè)。并且利用超聲波的傳感器物理檢測(cè)原理，還能夠智能的觸發(fā)船底的機(jī)械滾軸，使得機(jī)械滾軸向內(nèi)進(jìn)行滾動(dòng)，實(shí)現(xiàn)將船底觸碰的塑料瓶、塑料袋等污染環(huán)境的固體垃圾收攏到無(wú)人船當(dāng)中，并且在這一過(guò)程還不會(huì)影響到對(duì)水質(zhì)的檢測(cè)工作。無(wú)人船實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境，減小污染的同時(shí)，還能不斷做好對(duì)水質(zhì)數(shù)據(jù)的采集以及上傳工作。

第二方面核心技術(shù)是無(wú)人船的控制以及避障系統(tǒng)。無(wú)人船控制系統(tǒng)主要采用的是小水線面以及雙體船的設(shè)計(jì)方式，船體當(dāng)中的控制以及核心技術(shù)板塊采用STM32芯片，并且將MPU6000模塊、GPS定位系統(tǒng)、NEP-M8N定位模塊以及無(wú)線通信等融入其中。通過(guò)PID算法以及GPS定位等對(duì)無(wú)人船的軌跡進(jìn)行操控以及設(shè)計(jì)。運(yùn)用PWM輸出到電子調(diào)速器當(dāng)中，對(duì)船槳的運(yùn)行進(jìn)行調(diào)試。船位方向則可以使用磁力計(jì)和旋螺儀等進(jìn)行實(shí)際的調(diào)整。無(wú)人船的船體避障系統(tǒng)可以通過(guò)兩種方式進(jìn)行。第一種是紅外線探測(cè)儀，由于紅外線測(cè)試儀受到雨天、以及霧天影響較為嚴(yán)重，因此很少在實(shí)際的無(wú)人船避障當(dāng)中使用；而無(wú)人船避障的第二種方式就是，超聲波避障，這種方式主要是在遇到障礙時(shí)，通過(guò)中間層的Arduino 核心板向 STM32核心板進(jìn)行信號(hào)的發(fā)送，在STM32核心板接收到信號(hào)之后，對(duì)設(shè)定的PWM值與檢測(cè)的PWM值進(jìn)行智能比較，比較后控制方向與速度，使船體躲避障礙物，更好的保護(hù)無(wú)人船的船體情況[1]。

3 系統(tǒng)測(cè)試的方案

基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船的實(shí)際測(cè)試工作，可以在小型的湖泊以及人工的湖泊當(dāng)中進(jìn)行，實(shí)際檢測(cè)、定位、傳感以及測(cè)量等。在下水檢測(cè)前要做好4G網(wǎng)絡(luò)的選擇，還要通過(guò)PC端或者手機(jī)APP界面，對(duì)無(wú)人船的巡航路徑進(jìn)行實(shí)際的設(shè)置，設(shè)置之后將具體的任務(wù)發(fā)送到無(wú)人船系統(tǒng)當(dāng)中，無(wú)人船就會(huì)根據(jù)具體的巡航路徑對(duì)水質(zhì)進(jìn)行測(cè)試，經(jīng)過(guò)實(shí)際測(cè)試之后，本系統(tǒng)可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境正常的情況下，將水質(zhì)的相關(guān)數(shù)據(jù)有效的反映到云端或者操作APP當(dāng)中，并且根據(jù)定位返航的相關(guān)結(jié)果表明，在空曠的水域當(dāng)中，系統(tǒng)的測(cè)量誤差小于0.6m，在空曠區(qū)域，無(wú)人船能夠自動(dòng)的規(guī)避絕大多數(shù)的障礙物，可以有效地將垃圾收集到無(wú)人船內(nèi)，相關(guān)的誤差僅為1.2-2m之間。并且無(wú)人船的測(cè)量傳感器可以在實(shí)際的航行當(dāng)中，對(duì)水質(zhì)情況以及環(huán)境做到有效的檢測(cè)[2]。

4 結(jié)論

綜上所述，在無(wú)人船水質(zhì)監(jiān)測(cè)當(dāng)中，正確的運(yùn)用互聯(lián)網(wǎng)通訊技術(shù)，可以更好地對(duì)水質(zhì)情況進(jìn)行檢測(cè)。經(jīng)上文分析可得，基于物聯(lián)網(wǎng)通信技術(shù)的水質(zhì)檢測(cè)無(wú)人船，在實(shí)現(xiàn)保護(hù)環(huán)境，減小污染的同時(shí)，還能做好對(duì)水質(zhì)的數(shù)據(jù)采集和上傳的相關(guān)工作。為水產(chǎn)的養(yǎng)殖以及水庫(kù)和相關(guān)水質(zhì)環(huán)境，帶去積極的因素以及良好的促進(jìn)作用。無(wú)人船未來(lái)在經(jīng)過(guò)不斷的研究與實(shí)踐之后，可以運(yùn)用到更廣闊的湖泊、海洋水質(zhì)探索當(dāng)中。

參考文獻(xiàn)：

[1]夏傳克，薛江南，殷智浩.物聯(lián)網(wǎng)交互式水質(zhì)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J].電腦知識(shí)與技術(shù)，2018，14（24）：262-264.

[2]秦學(xué)偉.基于物聯(lián)網(wǎng)的水質(zhì)實(shí)時(shí)在線監(jiān)測(cè)系統(tǒng)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D].聊城大學(xué)，2017.