[发明专利]适用全天候水质监测的报警平台

权利要求书

1.一种适用全天候水质监测的报警平台，其特征在于，包括若干移动监测单元和监测总站，所述移动监测单元包括无人机、水质检测装置和地面控制装置，其中，

所述水质检测装置通过收放装置悬挂于机身安装平台底面，所述水质检测装置包括第一加解密模块，所述水质检测装置用于采集目标水域指定水层的水样，以获取水质参数，并生成第一加密数据；

所述地面控制装置通过地面数据终端与机载数据终端进行通信，以接收所述第一加密数据，所述地面控制装置包括第二加解密模块，所述第二加解密模块用于对所述第一加密数据进行解密处理，并通过显示器进行显示；所述地面控制装置还用于获取检水作业指令，所述第二加解密模块对所述检水作业指令进行加密以生成第二加密数据，然后将所述第二加密数据发送至所述无人机；

所述无人机通过所述第一加解密模块对所述第二加密数据进行解密处理，并按照预设航路飞行至目标水域，并悬停在目标水域的水面上方预设高度，以便于水质检测装置采集水样；

所述监测总站包括主控制器、数据通信模块、第三加解密模块、警示模块、水质显示模块和无人机状态显示模块，所述主控制器分别与所述数据通信模块、所述第三加解密模块、所述警示模块、所述水质显示模块和所述无人机状态显示模块相连，所述监测总站通过数据通信模块与所述若干移动监测单元进行无线通信，以获取所述第一加密数据，所述第三加解密模块用于对所述第一加密数据进行解密处理，以获取水质参数和飞行参数，所述主控制器读取所述水质参数和飞行参数，并将水质参数发送至所述水质显示模块显示水质参数，将飞行参数所述无人机状态显示模块显示，所述主控制器还用于判断所述水质参数是否为预警参数，如果是，则控制所述警示模块发出报警信号；

还包括减震装置，减震装置设置于机身安装平台和收放装置之间，减震装置包括连接柱、支撑板、弹簧、中心轴，在机身安装平台的下方平行间隔设置支撑板，在机身安装平台与支撑板之间均匀间隔固装多个连接柱，在支撑板的中心通过轴承安装一中心轴，中心轴位于支撑板的下方，在中心轴上同轴套装固定一套环，在套环与支撑板之间径向均匀间隔连接多个内圈弹簧，中心轴的底端连接收放装置，在收放装置的顶面与支撑板之间径向均匀连接多个外圈弹簧；

还包括收放装置，所述收放装置包括安装箱、电机、减速机构和绕线轮，其中，安装箱通过竖隔板分隔成两个区间，在第一区间固装电机、减速机构及电调，在第二区间安装绕线轮，减速机构的输出轴穿过隔板连接绕线轮，在绕线轮上缠绕线，线穿过限位块后连接一挂钩；通过收放装置的电机旋转释放与收起绳子，电机的旋转方向通过单片机进行控制，操作人员通过数传远程向单片机发送信号，单片机接收信号向电机输出信号，电机旋转，执行收起与释放功能，同时，电机的旋转圈数通过相位变化检测，当检测到电机单条输电线电流正反转换一次，则电机旋转一圈，从而可以计算绳子收起或者放下的长度，具体通过单片机检测输入电机的三根电流线中的其中一个，当电流方向出现一正一反变化时，证明电机旋转一圈，释放或者收起一圈的绳子长度；

还包括电源分配电路板，电源分配电路板将电池电源分为8路电源，其中6路分配于6路电子调速器，1路分配于飞控与导航系统，1路分配于降压系统，降压系统将电源DC48V转化为DC24V，且在输出端分为3路DC24V，1路用于数据链供电，1路用于水质检测装置供电，1路对接MP1584ENDC-DC模块，通过MP1584ENDC-DC模块，将DC24V降压为DC0-±5V，用于收放装置的起动；

还包括减震起落架和起落架收放机构，其中，减震起落架包括起落架支杆、连接套筒、减震套筒和减震机构，减震机构包括顶板、橡胶塞、减震支柱、弹簧和连接杆，减震支柱为上粗下细的柱状结构，减震支柱的上端与橡胶塞相连，减震支柱的下端与下连接杆粘连在一起，弹簧的下端与下连接杆粘连在一起；起落架收放机构固装于起落架的支杆顶端，起落架收放机构包括舵机、固定板、主动齿轮、从动齿轮、小摇臂和与小摇臂轴连接的大摇臂，固定板固装于无人机的机身安装平台底面；小摇臂固装于从动齿轮上，小摇臂与从动齿轮同步转动；舵机与主动齿轮相连，以带动主动齿轮转动；

所述水质检测装置还包括主控单元、液位计和水质检测传感器单元，其中，所述主控单元分别与所述第一加解密模块、无人机的飞控与导航系统、所述水质检测传感器单元、所述液位计和所述收放装置相连，当主控单元检测到水质检测装置到达指定水层时，控制收放装置的电机停止工作，并控制水质检测传感器单元开始检测，以生成水质参数，所述主控单元通过RS485接口和Modbus协议读取水质检测传感器检测到的水质参数，并将若干水质参数进行打包处理，以生成第一检测数据，所述主控单元还通过RS235接口读取无人机的飞行参数；所述第一加解密模块用于将所述第一检测数据与所述飞行参数进行打包加密处理，以生成第一加密数据；

所述第一加解密模块包括数据加解密模块、密码资源管理模块和口令认证模块，数据加解密模块用于使用SM1加密算法实现主控单元发送的数据加解密功能，密码资源管理模块用于存储密码资源以及密码资源的解密，口令认证模块用于实现对主控单元发送的口令进行认证，返回认证结果；

所述监测总站还包括操作平台，所述操作平台与所述主控制器相连，所述操作平台可实现人机交互，操作人员通过操作平台设置预设最低阈值和预设最高阈值，所述主控制器用于接收所述预设最低阈值和预设最高阈值并对所述水质参数进行分析，如果所述水质参数高于预设最高阈值或者所述水质参数低于预设最低阈值，则判断所述水质参数为预警数据，并触发警示模块，发出报警信号；

还包括标准化数据存储模块和数据修正单元，所述标准化数据存储模块用于存储实验室标准化检测数据，所述主控制器还用于读取所述水质参数，并将所述水质参数与所述实验室标准化检测数据进行比对，如果所述水质参数与所述实验室标准化检测数据的数据差值超出预设范围，则控制所述数据修正单元对所述预设最低阈值和所述预设最高阈值进行调整；

所述无人机包括飞控与导航系统和第一图传模块，所述飞控与导航系统包括主控制器、若干机载传感器和任务载荷控制接口，其中，

所述若干机载传感器包括若干避障机构和超声波高度传感器，其中，所述避障机构用于检测无人机周边的障碍物以获取障碍检测信息，所述超声波高度传感器用于获取无人机底面距离水面的实时高度；

所述主控制器包括惯性测量单元(IMU)、气压计、GPS单元、指南针单元和若干接口，所述主控制器与所述若干机载传感器电性连接，以获取障碍检测信息和实施高度，并生成飞行参数，以实现无人机的姿态控制和精准定位；

所述任务载荷控制接口与任务载荷电性连接，其中，所述任务载荷包括水质检测装置；

所述第一图传模块用于获取目标水域的实时图像信息；

所述监测总站还包括第二图传模块和图像显示模块，所述监测总站的第二图传模块与所述第一图传模块进行通讯，以接收目标水域的实时图像信息，所述主控制器控制所述图像显示模块显示实时图像信息；

所述水质显示模块、所述无人机状态显示模块和所述图像显示模块分别设置在不同的显示器上或者以分屏模式显示在同一显示器上；

所述避障机构设置于机臂的电机安装座底面，所述避障机构用于将障碍检测信息发送至所述飞控与导航系统以计算无人机飞行作业平台与障碍物的距离，当所述飞控与导航系统判断所述无人机飞行作业平台与障碍物的间距小于第一预设距离时，切入速度保护模式，以控制无人机减速飞行，并将障碍信息发送至地面控制装置，以便于操作人员操纵无人机避开障碍物；当所述飞控与导航系统判断所述无人机飞行作业平台与障碍物的间距小于第二预设距离时，切入位置保护模式，控制无人机悬停，所述第一预设距离大于所述第二预设距离；所述超声波高度传感器设置于无人机的机身安装平台底面，所述超声波高度传感器用于将实时高度发送至所述飞控与导航系统，当所述飞控与导航系统判断所述实时高度等于预设高度H时，控制无人机悬停；当所述飞控与导航系统判断所述实时高度大于预设高度时，控制无人机下降；当所述飞控与导航系统判断所述实时高度小于预设高度H时，控制无人机上升，从而实现无人机的高度维持；

所述监测总站还包括无人机指挥模块，当所述警示模块发出报警信号时，操作人员通过所述无人机指挥模块输入无人机飞行控制指令，以通过人为干预保证无人机飞行安全。