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原文传递一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置

专利名称：	一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置
摘要：	本发明提供了一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，包括：节点装置主体、中央控制模块、电源管理模块、移动管理模块、数据采集模块和局域网远程终端；装置主体由单体船壳模型构造；电源管理模块固定于装置主体的前部，为其它模块稳定供电；移动管理模块固定于装置主体的尾端，驱动装置主体向目标水质监测点灵活高速移动；数据采集模块固定于装置主体中部的外侧，用于对目标水质监测点的水质数据进行采集；中央控制模块固定于装置主体中部，用于对目标水质监测点的水质数据获取及处理分析，并与局域网远程终端进行通信。本发明的有益效果是：节点装置成本低，可灵活移动，能胜任高负荷的复杂运算，利于长时间大规模部署使用。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	湖北;42
申请人：	中国地质大学(武汉)
发明人：	邓燚文;王勇;匡署龙
专利状态：	有效
申请日期：	2019-05-16T00:00:00+0800
发布日期：	2019-11-01T00:00:00+0800
申请号：	CN201910404038.8
公开号：	CN110398574A
代理机构：	武汉知产时代知识产权代理有限公司
代理人：	易滨
分类号：	G01N33/18(2006.01);G;G01;G01N;G01N33
申请人地址：	430000 湖北省武汉市洪山区鲁磨路388号
主权项：	1.一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于，包括：节点装置主体(1)、中央控制模块(2)、电源管理模块(3)、移动管理模块(4)、数据采集模块(5)和局域网远程终端(6)；所述装置主体(1)为单体船壳模型，内部中空；所述电源管理模块(3)固定于所述装置主体(1)前部的中空部，用于为所述中央控制模块(2)、所述移动管理模块(4)和所述数据采集模块(5)稳定供电；所述移动管理模块(4)固定于所述装置主体(1)的尾端，驱动所述装置主体(1)向目标水质监测点移动；所述数据采集模块(5)固定于所述装置主体(1)中部的侧面，用于对目标水质监测点的水质数据进行采集，进而获得目标水质监测点的水质数据；所述中央控制模块(2)固定于所述装置主体(1)内的中部，用于对所述目标水质监测点的水质数据进行处理分析，得到处理分析后的水质采集数据；另外，所述中央控制模块(2)还用于接收所述局域网远程终端(6)的控制指令，并根据所述控制指令对所述电源管理模块(3)、所述移动管理模块(4)和所述数据采集模块(5)进行控制；所述局域网远程终端(6)与所述中央控制模块(2)通过无线通信发送控制指令，以获取所述水质采集数据和间接控制所述电源管理模块(3)、所述移动管理模块(4)和所述数据采集模块(5)。 2.如权利要求1所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述中央控制模块(2)为ARM架构的第三代树莓派。 3.如权利要求2所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述移动管理模块(4)包括移动单元和方向单元；所述移动单元为RK-380PH-4733型号的直流电机；所述方向单元为SG90型号的舵机。 4.如权利要求3所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述电源管理模块(3)包括电源、中央控制模块降压单元和电机驱动单元；所述中央控制模块降压单元为MP1584EN芯片，该芯片的输入电压为4.5V至28V，并提供3A输出和电流模式控制，以实现环路响应和补偿，使所述电源的7.4V电压下降至5V；所述电机驱动单元为L298N电机控制模块；所述电源为2200毫安时的7.4V直流锂电池；由于所述ARM架构的第三代树莓派和部分模块要在5V稳压的工作电压下，因此将7.4V锂电池电源分为两路正负极供电接线，一路接中央控制模块降压单元的正负输入口，以将7.4V电压降为5V给所述ARM架构的第三代树莓派供电，另一路接所述L298N电机驱动模块，通过所述L298N电机驱动模块5V供电输出给所述舵机供电，通过所述L298N电机驱动模块的B通道给所述直流电机供电；L298N电机控制模块的OUT1和OUT2引脚接入直流电机，IN1和IN2引脚从所述ARM架构的第三代树莓派接入控制电平，控制直流电机的正反转，ENA接入所述ARM架构的第三代树莓派GPIO口的12引脚，以控制电机的运行与停止。 5.如权利要求4所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述数据采集模块(5)包括定位单元、电子罗盘单元、温度采集单元、电导率采集单元；其中，所述定位单元为ATGM336H全星座定位模块；采用有源天线，在ATGM336H全星座定位模块内部提供天线电源、天线检测及短路保护；ATGM336H的TX引脚和RX引脚分别连接所述ARM架构的第三代树莓派的第10引脚和第8引脚；所述电子罗盘单元为HMC5883L三轴磁场传感器，将采集到的地磁信息转换为数字信号输出，定位单元与电子罗盘单元相结合，确定节点装置的定位和运动方向；所述电导率监测单元包括电导率传感器和MCP3002模数转换芯片，电导率传感器采集水体电导率的模拟量，并由MCP3002模数转换芯片将水体电导率的模拟量转换为数字量；所述MCP3002模数转换芯片的CH0引脚连接所述电导率传感器的模拟信号输出接口，引脚、DIN引脚、DOUT引脚、CLK引脚和VDD引脚分别连接所述ARM架构的第三代树莓派的24引脚、19引脚、21引脚、23引脚、3.3V电源引脚和VSS接地引脚；所述温度采集单元为DS18B20防水数字温度传感器；数字温度传感器采集水体温度，并将水体温度用于电导率传感器采集输出值的温度补偿，确保电导率传感器采集数据的准确有效；所述电导率传感器和所述温度传感器由所述ARM架构的第三代树莓派GPIO口的1引脚输出3.3V供电；所述定位单元和所述电子罗盘单元15由所述ARM架构的第三代树莓派GPIO口的2引脚输出5V供电。 6.如权利要求3所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述装置主体(1)的尾部还安装有螺旋桨和舵叶；所述螺旋桨与直流电机的丝杠固定连接，以通过所述直流电机控制所述螺旋桨转动；所述舵叶与所述舵机的丝杠固定连接，以通过所述舵机控制所述舵叶转动，进而控制所述装置主体(1)的前进方向；节点装置的移动依赖电机和舵机的协调配合，局域网远程终端(6)发送控制指令给中央控制模块(2)，利用所述ARM架构的第三代树莓派的GPIO口控制所述直流电机和和所述舵机的运转，所述直流电机驱动螺旋桨的旋转，提供船体动力加速度，舵机带动所述舵叶左右变向，使所述装置主体(1)运动到目标水质监测点。 7.如权利要求1所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：所述局域网远程终端(6)为计算机。 8.如权利要求6所述的一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置，其特征在于：在使用时，通过所述局域网远程终端(6)发送运动控制指令至所述中央控制模块(2)，使节点装置运动到目标水质监测点，进而由所述电导率传感器采集水体电导率的模拟量，并由MCP3002模数转换芯片将水体电导率的模拟量转换为数字量，数字温度传感器采集水体温度，用于电导率传感器采集输出值的温度补偿，定位单元对船体驻停点精确定位地址，电子罗盘单元采集地磁信息，进而将水体电导率的数字量、水体温度、定位地址和地磁信息所组成的目标水质监测点的水质数据通过所述ARM架构的第三代树莓派的GPIO口传输至中央控制模块(2)，实现对目标水质监测点的水质数据的采集；然后，所述ARM架构的第三代树莓派对所述水质数据进行处理与分析，获得处理分析后的水质采集数据，进而通过无线通信将所述水质采集数据上传至局域网远程终端(6)，便于管理人员实时查看。
所属类别：	发明专利