[发明专利]一种基于ZigBee的小型分布式水环境监测无人艇

权利要求书

1.一种基于ZigBee的小型分布式水环境监测无人艇，其特征在于，包括船体(1)、电路仓(2)、自稳定平台(3)、停机坪(4)、驱动单元(5)、通信单元、传感单元、控制单元和电磁铁(7)；

所述船体(1)底部设置有驱动单元(5)，并安装有水质传感器、水流计和流速计，水流计与流速计用于实时检测水流的方向和速度；

所述电路仓(2)位于船体(1)中央，用于存放通信单元、传感单元与控制单元的电路部分以及电池；电路仓(2)包括上仓壳和下仓壳，上仓壳与下仓壳通过防水圈和螺钉固定连接；

所述自稳定平台(3)位于电路仓(2)上方，包括固定板(3-1)、舵机A(3-2-1)、舵机B(3-2-2)、舵机固定板(3-3)、支撑架(3-4)、传动臂A(3-5-1)、传动臂B(3-5-2)、全向轮(3-6)和亚克力板(3-7)；固定板(3-1)下侧与电路仓(2)固定连接，固定板(3-1)上侧与舵机固定板(3-3)固定连接，用于支撑整个平台；舵机A(3-2-1)与舵机B(3-2-2)分别按照水平方向和垂直方向固定设置于舵机固定板(3-3)上，且舵机A(3-2-1)与舵机B(3-2-2)分别通过传动臂A(3-5-1)和传动臂B(3-5-2)与亚克力板(3-7)连接，用于控制亚克力板(3-7)摆动使亚克力板(3-7)始终保持水平状态；支撑架(3-4)一端固定于固定板(3-1)上，另一端通过全向轮(3-6)与亚克力板(3-7)连接，用于支撑亚克力板(3-7)；

所述停机坪(4)设置于自稳定平台(3)上方并与亚克力板(3-7)固定连接，停机坪(4)由太阳能充电板组成，用于为电池充电，太阳能充电控制器位于电路仓(2)内；

所述驱动单元(5)用于控制无人艇的位置，通过串口与控制单元进行数据交互；当无人机降落或采集数据时，驱动单元(5)根据水流计与流速计实时检测的水流方向和速度，调整无人艇的朝向与运动速度，以补偿水流对无人艇的推力从而实现无人艇定点；

所述通信单元包括ZigBee模块和天线(6)，天线(6)设置于船体(1)外侧，通信单元通过串口与控制单元进行数据交互；

所述传感单元包括陀螺仪、GPS模块、水质传感器、水流计和流速计，陀螺仪通过I2C总线与控制单元进行通信，GPS模块通过串口与控制单元进行通信；

所述控制单元包括i.MX6 ULL嵌入式处理器和HC32F005C6PA处理器，i.MX6 ULL嵌入式处理器用于网关控制、信息的接收与转发，HC32F005C6PA处理器用于无人艇的运动控制、水质传感器数据的采集和自稳定平台(3)的控制；

所述电磁铁(7)设置于停机坪(4)下方，当无人机安置于停机坪(4)上时，电磁铁(7)通电以吸附固定无人机，当无人机即将起飞时，电磁铁(7)断电以释放无人机。

2.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的小型分布式水环境监测无人艇，其特征在于，电池包括电池A与电池B，电池A为首选的无人艇供电电池，当电池A电量即将耗尽时，无人艇供电自动切换至电池B，同时通过太阳能充电控制器利用太阳能充电板对电池A充电。

3.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的小型分布式水环境监测无人艇，其特征在于，传感单元(7)中的陀螺仪实时采集无人艇船身的俯仰角和侧偏角，将偏移角度转换为舵机A(3-2-1)与舵机B(3-2-2)的转动脉冲系数，从而控制舵机A(3-2-1)与舵机B(3-2-2)的转动角度并分别通过传动臂A(3-5-1)和传动臂B(3-5-2)传动以使亚克力板(3-7)保持水平状态。

4.如权利要求1所述的一种基于ZigBee的小型分布式水环境监测无人艇，其特征在于，所述驱动单元(5)包括驱动单元A和驱动单元B，驱动单元A与驱动单元B平行设置于船体(1)两侧后部，分别包括防水电机、电机驱动板和螺旋桨，防水电机带动螺旋桨转动，当驱动单元A与驱动单元B的防水电机全部正转或反转时无人艇直线运行，当防水电机差速转动时无人艇转弯。