本发明专利技术公开了一种新型水下机器人水质数据采集装置及其方法，属于机器人技术领域，包括外壳、推进器组、上舱、下舱、浮标舱、上舱盘、下舱盘、供电组件、电源调节模块、数据采集控制模块、水质传感器组件和无线物联网模块。本装置通过电源管理模块转换为其他各模块所需的供电电压。数据采集控制模块按照设定时序向水质传感器组件发出信号，实时读取和处理传感器反馈的水质数据，并将处理后的水质数据通过无线物联网模块上传至数据平台，实现显示与保存水质数据。通过无线物联网技术，该装置搭载于水下无人机，适用于多种类型水域浅表层(距离海平面20m以内)；通过无线通讯设备，实现更大面积内的实时和长期的水质数据观测需求。面积内的实时和长期的水质数据观测需求。面积内的实时和长期的水质数据观测需求。
【技术实现步骤摘要】
一种新型水下机器人水质数据采集装置及其控制方法
[0001]本专利技术涉及了一种新型水下机器人水质数据采集装置及其控制方法，属于机器人
技术介绍
[0002]近年来，国际上水下机器人的专利技术和应用逐渐增多。由于人在水下受生理因素限制，导致行动灵活性不佳、潜水深度有限，且某些水域水下环境复杂恶劣，水下机器人可以代替人类潜入水中进行工作，行动灵活，功能多样，不受各种水下环境因素的限制。因此，该类机器人在水下搜救、海底勘探、军事侦察等领域有着广阔的应用前景。
[0003]水下机器人工作的水环境中，水质是对一定范围内水环境的最直接的表征数据。在生态保护中，自然水体的水质作为生态指标的一个重要参数用以反应该区域内生态环境，助力污染防治和生态修复。在渔业中，通过监控人工渔场的水质参数，可以反应改善养鱼场的管理决策，从而提升质量和产量。
[0004]结合上述两方面，搭载水质检测功能装置的小型水下机器人具有重要的实际意义。当前，用于水质检测的水下机器人主要由以下几种局限性：(1)仅实现水样采集功能且采集样本数量少，并不能实时获取水质数据，需要多次投放水下机器人进行采样，并辅以人工参与后续水质检测步骤；(2)水质数据不能直接被处理和存储，无法实现数据可视化，也会增加投放水下机器人的次数和额外的数据处理和存储步骤；(3)无法获得动态的数据，即无法一次性获取不同时间内同一采样点的水质数据，或者无法在较短时间内同时获取多个采样点的数据。
[0005]根据上述的几点局限性，一种兼具获取即时的水质数据和实时数据上传的新型水下机器人水质数据采集装置亟待被设计应用。
技术实现思路
[0006]本专利技术的目的是为了克服现有水下机器人在水质检测方面的功能不足，提出了一种新型水下机器人水质数据采集装置。该水质数据采集装置具备随水下机器人潜入待测水域中，在一系列采样点实时检测酸碱度、电导率、溶解氧、浊度和叶绿素等水质数据、处理水质数据并借助蜂窝网络上传至物联网平台记录并存储的功能，是一种高效、便捷、应用广泛的水质数据采集装置。
[0007]为实现上述目的，本专利技术采用如下的技术方案：
[0008]一种新型水下机器人水质数据采集装置，其包括外壳、推进器组、上舱、下舱、浮标舱、上舱盘、下舱盘、供电组件、电源调节模块、数据采集控制模块、水质传感器组件和无线物联网模块；
[0009]所述的外壳为非密闭结构，外壳上开设有用于布置推进器组的开口，外壳安装在装置最外层；所述上舱盘和下舱盘相互连接组成安装支架，安装支架位于外壳内部并与外壳的内壁固定连接；所述的推进器组共包含6个推进器、其中四个推进器推进方向为水平方
向，这四个推进器对称安装于安装支架的四周，提供水下无人机绕竖直中心轴转动的扭力和水平方向运动的推力，剩余两个推进器的推进方向为竖直方向，对称安装于安装支架两侧，提供水下无人机竖直方向运动的推力；所述的上舱和下舱分别固定安装在上舱盘和下舱盘上，所述的浮标舱利用正浮力漂浮于海面，上舱、下舱和浮标舱均为密封舱室；所述的供电组件单独安装在下舱内；所述的电源调节模块和数据采集控制模块集成在同一电路板上；所述的无线物联网模块包括主体电路和天线，主体电路和所述的电源调节模块和数据采集控制模块的电路板共同安装在上舱内，天线安装在密封的浮标舱内；所述的水质传感器组件安装在上舱盘上；
[0010]所述的数据采集控制模块、水质传感器组件和无线物联网模块均由供电组件供电；电源调节模块与供电组件相连，用于调节供电组件输出不同等级电压；
[0011]所述的数据采集控制模块与水质传感器组件通过RS485总线相连；所述的数据采集控制模块与无线物联网模块的主体电路通过串口通信线相连；所述的无线物联网模块的主体电路与天线通过ANT接口相连；
[0012]所述的数据采集控制模块通过向水质传感器组件按照设定时序发出控制信号，实时读取传感器反馈的水质数据并处理；相隔设定的时间间隔，数据采集控制模块将处理后的水质数据通过无线物联网模块上传至数据平台，以实现实时的水质数据显示与保存。
[0013]作为本专利技术的优选，所述的供电组件包括锂电池组和电源开关，所述的锂电池组的输出电压范围为12V，置于下舱内，所述的开关控制电池对外输出，安装在下舱的一侧舱盖上。
[0014]作为本专利技术的优选，所述的电源调节模块由供电组件输入电能，通过直流输入12V转直流稳定输出的12V电路、直流输入12V转直流输出5V电路、直流输入5V转直流输出3.3V电路实现不同电压等级的直流电能转换；所述的电源调节模块的三个电路之间可以级联；所述的电源调节模块的三个电路均为宽范围直流输入，均允许直流输入4.5V至60V，所述的电源调节模块的三个电路也允许分立。
[0015]作为本专利技术的优选，所述的数据采集控制模块是基于STM32微控制器的嵌入式系统，含有外部晶振电路、MAX485电路、LED状态指示电路、RS485接口、滤波电容电路、电源接口、串口通讯接口以及调压器电路、启动模式电路、复位电路等外围电路；所述的MAX485电路用于接收、翻译和发送微控制器的串口和RS485总线之间的信号。
[0016]作为本专利技术的优选，所述的水质传感器组包含但不限于酸碱度(PH)电极、电导率(EC)电极、溶解氧(DO)电极、浊度电极、自清洗叶绿素数字传感器等；所述的水质传感器的功率关系为并联；所述的水质传感器的信号线均接入 RS485总线。
[0017]作为本专利技术的优选，所述的无线物联网模块采用无线通讯模块与物联网应用开发平台相结合，两者通过蜂窝移动通信完成数据的实时上传。
[0018]作为本专利技术的优选，所述的供电组件与所述的电源调节模块之间的功率线通过穿线螺栓接入下舱内，所述的电源调节模块与水质传感器组件之间的功率线通过穿线螺栓接入上舱内。所述的水质传感器组中，各水质传感器的功率线和信号线，分别通过穿线螺栓接入上舱内，与RS485总线相连。
[0019]本专利技术还公开了一种新型水下机器人水质数据采集装置控制方法，在启动供电组件的开关后，数据采集控制模块发送指令启动无线物联网模块，再接入蜂窝网络并登录物
联网平台相应账号，以一定的顺序依次地、循环地向RS485总线发送相应参数读取指令并接收相应传感器传回的指令，并校验和译码，间隔固定的时间向物理网平台发送当前的水质数据并更新物联网平台的数据模型。
[0020]与现有技术相比，本专利技术的有益效果是：
[0021](1)本专利技术可被水下机器人搭载潜入较大范围的水域，对水深20m浅的水体进行实时检测，与传统的水质测试手段相比，该装置可以更便捷地对较大水域的水质进行直接检测，避免了采样带来的不便；该装置携带多种水质传感器，功能齐全，无需采集多个样本，也可避免采样后水质变化对一些参数检测带来的影响。
[0022](2)本专利技术的数据采集控制模块和无线物联网模块可以直接处理和存储水质数据，结合物联网平台的功能可以实现水质数据可视化，避免了多次投放水下机器人的繁复工作和额外的数据处理本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种新型水下机器人水质数据采集装置，其特征在于，包括外壳(1)、推进器组(2)、上舱(3)、下舱(4)、浮标舱(8)、上舱盘(5)、下舱盘(6)、供电组件、电源调节模块、数据采集控制模块、水质传感器组件和无线物联网模块；所述的外壳(1)上开设有用于布置推进器组(2)的开口，外壳(1)安装在装置最外层；所述上舱盘(5)和下舱盘(6)相互连接组成安装支架，安装支架位于外壳(1)内部并与外壳(1)的内壁固定连接；所述的推进器组(2)共包含6个推进器、其中四个推进器推进方向为水平方向，这四个推进器对称安装于安装支架的四周，提供水下无人机绕竖直中心轴转动的扭力和水平方向运动的推力，剩余两个推进器的推进方向为竖直方向，对称安装于安装支架两侧，提供水下无人机竖直方向运动的推力；所述的上舱(3)和下舱(4)分别固定安装在上舱盘(5)和下舱盘(6)上，所述的浮标舱(8)利用正浮力漂浮于海面，上舱(3)、下舱(4)和浮标舱(8)均为密封舱室；所述的供电组件单独安装在下舱(4)内；所述的电源调节模块和数据采集控制模块集成在同一电路板上；所述的无线物联网模块包括主体电路和天线，主体电路和所述的电源调节模块和数据采集控制模块的电路板共同安装在上舱(3)内，天线安装在密封的浮标舱(8)内；所述的水质传感器组件安装在上舱盘(5)上；所述的数据采集控制模块、水质传感器组件和无线物联网模块均由供电组件供电；电源调节模块与供电组件相连，用于调节供电组件输出不同等级电压；所述的数据采集控制模块与水质传感器组件通过RS485总线相连；所述的数据采集控制模块与无线物联网模块的主体电路通过串口通信线相连；所述的无线物联网模块的主体电路与天线通过ANT接口相连；所述的数据采集控制模块通过向水质传感器组件按照设定时序发出控制信号，实时读取传感器反馈的水质数据并处理；相隔设定的时间间隔，数据采集控制模块将处理后的水质数据通过无线物联网模块上传至数据平台，以实现实时的水质数据显示与保存。2.根据权利要求1所述的新型水下机器人水质数据采集装置，其特征在于，所述的供电组件包括锂电池组和电源开关，所述的锂电池组的输出电压范围为12V，置于下舱(4)内，所述的电源开关控制锂电池组对外输出，以贯穿形式安装在下舱(4)的一侧舱盖上。3.根据权利要求1所述新型水下机器人水质数据采集装置，其特征在于，所述的电源调节模块由供电组件输入电能，通过直流输入12V转直流稳定输出12V的电路、直流输入12V转直流输出5V电路、直流输入5V转直流输出3.3V电路实现不同电压等级的直流电能转换。4.根据权利要求3所述新型水下机器人水质数据采集装置，其特征在于，所述的电源调节模块的三个电路均为宽范围直流输入，均允许直流输入4.5...
【专利技术属性】
技术研发人员：周晶，车宇超，高健，赵黎明，黄豪彩，陈鹰，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：
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