基于物联网通信技术的水质检测无人船

    罗意 措姆

    摘 要：在互联网大发展的如今，通过对互联网技术的进一步发展与延伸，衍生出了物联网技术，并且目前其已经实际的应用到水质检测无人船的设计当中。本文将首先研究基于物联网通信技术的水质检测无人船系统的设计；其次阐述水质检测无人船关键部分技术和相关系统；最后分析水质检测无人船的系统测试方案。

    关键词：物联网；通讯技术；水质检测无人船

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

    0 前言

    通过对物联网技术的实际应用，实现了对于相关的水质检测更好的扩充。无人船相关系统与技术可以利用物联网实现在线的、实时的、自动的对水质进行控制与检测。整个无人船系统可以通过对互联网技术进行综合的实践，为水产的养殖以及水库和相关水质环境，带去良好的促进作用。

    1 水质检测无人船系统设计

    基于物联网通信技术的水质检测无人船系统的设计，由无人船前端的智能水质监测终端、岸端的通信网络系统以及水文监测中心组成。其功能主要包括四个部分。第一部分是自主的进行巡航、定位和对无人船的控制。这一部分包括了船体的避障单元、航行的控制单元、以及对获取和分析水质的检测单元；第二部分主要负责岸边检测、通信、远程的操作以及对相关信息的智能管理和查询功能；第三部分主要负责对水面上的垃圾进行检测、收集、分类和处理功能。在岸边的检测中心当中，会设有工作站，并与服务器组成局域网，这个局域网可以通过交换器与4G无线路由器进行有效的连接，借助无线路由器与无人船的检测终端进行数据的收与发。无人船内的总体结构主要包括了视频信息、图片信息等传输系统、船体的避障单元、无人船航行的控制系统、岸边网络接收系统等。其中，相关的控制设备由PC端的地面站以及手机上的控制软件和相关的遥控器等设备组成。

    2 水质检测无人船关键部分技术和相关系统

    基于物联网通信技术的水质检测无人船关键部分技术，和相关系统的第一方面，就是无人船的数据采集技术。无人船的水质监测装置会直接安装到无人船的船底，实时的获取相关的水质情况，并将水下的情况以图片，或者视频的方式传输到岸边的检测中心。对于水质的检测主要体现在水温的情况、水下电导率情况、水下浑浊度情况、以及水下的酸碱度情况和氧化还原能力等，检测之后可以利用相关的TIP/IP协议，将相关数据传输到云端的数据库当中，对于水的具体情况和指标进行初步的获取与分析，之后将结果进行显示，并制成相关图表。为了实现无人船对水质的智能采集，要结合物联网技术开发一个无人船控制系统数据采集的板块，这个板块可以是在Cortex M3的基础上进行研制，对传感器的数据进行有效扩展、并结合数据通讯模块进行研究。其原理是通过Cortex M3的微处理器，将GPIO口以脉冲波的形式进行发射，实现对超声波的检测以及接收，实现对水质的实际情况检测。并且利用超声波的传感器物理检测原理，还能够智能的触发船底的机械滚轴，使得机械滚轴向内进行滚动，实现将船底触碰的塑料瓶、塑料袋等污染环境的固体垃圾收拢到无人船当中，并且在这一过程还不会影响到对水质的检测工作。无人船实现保护环境，减小污染的同时，还能不断做好对水质数据的采集以及上传工作。

    第二方面核心技术是无人船的控制以及避障系统。无人船控制系统主要采用的是小水線面以及双体船的设计方式，船体当中的控制以及核心技术板块采用STM32芯片，并且将MPU6000模块、GPS定位系统、NEP-M8N定位模块以及无线通信等融入其中。通过PID算法以及GPS定位等对无人船的轨迹进行操控以及设计。运用PWM输出到电子调速器当中，对船桨的运行进行调试。船位方向则可以使用磁力计和旋螺仪等进行实际的调整。无人船的船体避障系统可以通过两种方式进行。第一种是红外线探测仪，由于红外线测试仪受到雨天、以及雾天影响较为严重，因此很少在实际的无人船避障当中使用；而无人船避障的第二种方式就是，超声波避障，这种方式主要是在遇到障碍时，通过中间层的Arduino 核心板向 STM32核心板进行信号的发送，在STM32核心板接收到信号之后，对设定的PWM值与检测的PWM值进行智能比较，比较后控制方向与速度，使船体躲避障碍物，更好的保护无人船的船体情况[1]。

    3 系统测试的方案

    基于物联网通信技术的水质检测无人船的实际测试工作，可以在小型的湖泊以及人工的湖泊当中进行，实际检测、定位、传感以及测量等。在下水检测前要做好4G网络的选择，还要通过PC端或者手机APP界面，对无人船的巡航路径进行实际的设置，设置之后将具体的任务发送到无人船系统当中，无人船就会根据具体的巡航路径对水质进行测试，经过实际测试之后，本系统可以在网络环境正常的情况下，将水质的相关数据有效的反映到云端或者操作APP当中，并且根据定位返航的相关结果表明，在空旷的水域当中，系统的测量误差小于0.6m，在空旷区域，无人船能够自动的规避绝大多数的障碍物，可以有效地将垃圾收集到无人船内，相关的误差仅为1.2-2m之间。并且无人船的测量传感器可以在实际的航行当中，对水质情况以及环境做到有效的检测[2]。

    4 结论

    综上所述，在无人船水质监测当中，正确的运用互联网通讯技术，可以更好地对水质情况进行检测。经上文分析可得，基于物联网通信技术的水质检测无人船，在实现保护环境，减小污染的同时，还能做好对水质的数据采集和上传的相关工作。为水产的养殖以及水库和相关水质环境，带去积极的因素以及良好的促进作用。无人船未来在经过不断的研究与实践之后，可以运用到更广阔的湖泊、海洋水质探索当中。

    参考文献：

    [1]夏传克，薛江南，殷智浩.物联网交互式水质监测系统设计与实现[J].电脑知识与技术，2018，14（24）：262-264.

    [2]秦学伟.基于物联网的水质实时在线监测系统设计与实现[D].聊城大学，2017.