羅意 措姆

摘 要：在互聯(lián)網大發(fā)展的如今，通過對互聯(lián)網技術的進一步發(fā)展與延伸，衍生出了物聯(lián)網技術，并且目前其已經實際的應用到水質檢測無人船的設計當中。本文將首先研究基于物聯(lián)網通信技術的水質檢測無人船系統(tǒng)的設計；其次闡述水質檢測無人船關鍵部分技術和相關系統(tǒng)；最后分析水質檢測無人船的系統(tǒng)測試方案。

關鍵詞：物聯(lián)網；通訊技術；水質檢測無人船

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

0 前言

通過對物聯(lián)網技術的實際應用，實現(xiàn)了對于相關的水質檢測更好的擴充。無人船相關系統(tǒng)與技術可以利用物聯(lián)網實現(xiàn)在線的、實時的、自動的對水質進行控制與檢測。整個無人船系統(tǒng)可以通過對互聯(lián)網技術進行綜合的實踐，為水產的養(yǎng)殖以及水庫和相關水質環(huán)境，帶去良好的促進作用。

1 水質檢測無人船系統(tǒng)設計

基于物聯(lián)網通信技術的水質檢測無人船系統(tǒng)的設計，由無人船前端的智能水質監(jiān)測終端、岸端的通信網絡系統(tǒng)以及水文監(jiān)測中心組成。其功能主要包括四個部分。第一部分是自主的進行巡航、定位和對無人船的控制。這一部分包括了船體的避障單元、航行的控制單元、以及對獲取和分析水質的檢測單元；第二部分主要負責岸邊檢測、通信、遠程的操作以及對相關信息的智能管理和查詢功能；第三部分主要負責對水面上的垃圾進行檢測、收集、分類和處理功能。在岸邊的檢測中心當中，會設有工作站，并與服務器組成局域網，這個局域網可以通過交換器與4G無線路由器進行有效的連接，借助無線路由器與無人船的檢測終端進行數(shù)據(jù)的收與發(fā)。無人船內的總體結構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、無人船航行的控制系統(tǒng)、岸邊網絡接收系統(tǒng)等。其中，相關的控制設備由PC端的地面站以及手機上的控制軟件和相關的遙控器等設備組成。

2 水質檢測無人船關鍵部分技術和相關系統(tǒng)

基于物聯(lián)網通信技術的水質檢測無人船關鍵部分技術，和相關系統(tǒng)的第一方面，就是無人船的數(shù)據(jù)采集技術。無人船的水質監(jiān)測裝置會直接安裝到無人船的船底，實時的獲取相關的水質情況，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測中心。對于水質的檢測主要體現(xiàn)在水溫的情況、水下電導率情況、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，檢測之后可以利用相關的TIP/IP協(xié)議，將相關數(shù)據(jù)傳輸?shù)皆贫说臄?shù)據(jù)庫當中，對于水的具體情況和指標進行初步的獲取與分析，之后將結果進行顯示，并制成相關圖表。為了實現(xiàn)無人船對水質的智能采集，要結合物聯(lián)網技術開發(fā)一個無人船控制系統(tǒng)數(shù)據(jù)采集的板塊，這個板塊可以是在Cortex M3的基礎上進行研制，對傳感器的數(shù)據(jù)進行有效擴展、并結合數(shù)據(jù)通訊模塊進行研究。其原理是通過Cortex M3的微處理器，將GPIO口以脈沖波的形式進行發(fā)射，實現(xiàn)對超聲波的檢測以及接收，實現(xiàn)對水質的實際情況檢測。并且利用超聲波的傳感器物理檢測原理，還能夠智能的觸發(fā)船底的機械滾軸，使得機械滾軸向內進行滾動，實現(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人船當中，并且在這一過程還不會影響到對水質的檢測工作。無人船實現(xiàn)保護環(huán)境，減小污染的同時，還能不斷做好對水質數(shù)據(jù)的采集以及上傳工作。

第二方面核心技術是無人船的控制以及避障系統(tǒng)。無人船控制系統(tǒng)主要采用的是小水線面以及雙體船的設計方式，船體當中的控制以及核心技術板塊采用STM32芯片，并且將MPU6000模塊、GPS定位系統(tǒng)、NEP-M8N定位模塊以及無線通信等融入其中。通過PID算法以及GPS定位等對無人船的軌跡進行操控以及設計。運用PWM輸出到電子調速器當中，對船槳的運行進行調試。船位方向則可以使用磁力計和旋螺儀等進行實際的調整。無人船的船體避障系統(tǒng)可以通過兩種方式進行。第一種是紅外線探測儀，由于紅外線測試儀受到雨天、以及霧天影響較為嚴重，因此很少在實際的無人船避障當中使用；而無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，通過中間層的Arduino 核心板向 STM32核心板進行信號的發(fā)送，在STM32核心板接收到信號之后，對設定的PWM值與檢測的PWM值進行智能比較，比較后控制方向與速度，使船體躲避障礙物，更好的保護無人船的船體情況[1]。

3 系統(tǒng)測試的方案

基于物聯(lián)網通信技術的水質檢測無人船的實際測試工作，可以在小型的湖泊以及人工的湖泊當中進行，實際檢測、定位、傳感以及測量等。在下水檢測前要做好4G網絡的選擇，還要通過PC端或者手機APP界面，對無人船的巡航路徑進行實際的設置，設置之后將具體的任務發(fā)送到無人船系統(tǒng)當中，無人船就會根據(jù)具體的巡航路徑對水質進行測試，經過實際測試之后，本系統(tǒng)可以在網絡環(huán)境正常的情況下，將水質的相關數(shù)據(jù)有效的反映到云端或者操作APP當中，并且根據(jù)定位返航的相關結果表明，在空曠的水域當中，系統(tǒng)的測量誤差小于0.6m，在空曠區(qū)域，無人船能夠自動的規(guī)避絕大多數(shù)的障礙物，可以有效地將垃圾收集到無人船內，相關的誤差僅為1.2-2m之間。并且無人船的測量傳感器可以在實際的航行當中，對水質情況以及環(huán)境做到有效的檢測[2]。

4 結論

綜上所述，在無人船水質監(jiān)測當中，正確的運用互聯(lián)網通訊技術，可以更好地對水質情況進行檢測。經上文分析可得，基于物聯(lián)網通信技術的水質檢測無人船，在實現(xiàn)保護環(huán)境，減小污染的同時，還能做好對水質的數(shù)據(jù)采集和上傳的相關工作。為水產的養(yǎng)殖以及水庫和相關水質環(huán)境，帶去積極的因素以及良好的促進作用。無人船未來在經過不斷的研究與實踐之后，可以運用到更廣闊的湖泊、海洋水質探索當中。

參考文獻：

[1]夏傳克，薛江南，殷智浩.物聯(lián)網交互式水質監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[J].電腦知識與技術，2018，14（24）：262-264.

[2]秦學偉.基于物聯(lián)網的水質實時在線監(jiān)測系統(tǒng)設計與實現(xiàn)[D].聊城大學，2017.