申请/专利权人：中国地质大学(武汉)

申请日：2019-05-16

公开（公告）日：2024-03-22

公开（公告）号：CN110398574B

主分类号：G01N33/18

分类号：G01N33/18;G01N27/06;G01D21/02;B63B35/00;G05B19/042

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.03.22#授权;2019.11.26#实质审查的生效;2019.11.01#公开

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。

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；所述中央控制模块2为ARM架构的第三代树莓派；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；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；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，CS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；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；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。

全文数据：一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置技术领域本发明涉及物联网信息技术与环境检测领域，尤其涉及一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置。背景技术目前，水质监测主要有三种形式：水质站监测、实验室监测、移动监测。国内水质监测多数仍采用实验室监测，人工现场将采集的水质数据带回实验室，再由专业人员化验分析，整个流程耗时耗力，不仅监测结果有严重的滞后性，而且不能及时反映水质的变化规律。水质站监测有测量及时和远程动态反应水质参数等优点，但是监测点位置固定，监测范围有限，且成本昂贵，不易大规模部署。而国外的一些欧美发达国家，由于移动水质监测技术起步较早，技术相对成熟，且由于其移动性、及时性等优势，倾向采用移动监测。西班牙卡塔赫纳理工大学研制的自主导航系统的水下航行器，能通过自身携带的各种传感器监测周围环境。国内虽起步较晚，陆续有公司开始涉及移动监测领域，但相对国外来说，监测技术的移动便携性和系统性还有很多不足。近几年，随着信息技术的快速发展，特别是传感器技术和物联网技术，电子元器件越来越小型化、微型化，去掉臃肿体积的小型智能机器人能很好的根据指令完成人们日常监测水质的任务，极大的提高工作效率和工作质量。发明内容为了解决上述问题，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，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；所述装置主体为单体船壳模型，内部中空；所述电源管理模块固定于所述装置主体前部的中空部，用于为所述中央控制模块、所述移动管理模块和所述数据采集模块稳定供电；所述移动管理模块固定于所述装置主体的尾端，驱动所述装置主体向目标水质监测点移动；所述数据采集模块固定于所述装置主体中部的侧面，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；所述中央控制模块固定于所述装置主体内的中部，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，所述中央控制模块还用于接收所述局域网远程终端的控制指令，并根据所述控制指令对所述电源管理模块、所述移动管理模块和所述数据采集模块进行控制；所述局域网远程终端与所述中央控制模块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、所述移动管理模块和所述数据采集模块。进一步地，所述中央控制模块为ARM架构的第三代树莓派。进一步地，所述移动管理模块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。进一步地，所述电源管理模块包括电源、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。进一步地，所述数据采集模块包括定位单元、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由所述ARM架构的第三代树莓派GPIO口的2引脚输出5V供电。进一步地，所述装置主体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，局域网远程终端发送控制指令给中央控制模块，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，使所述装置主体运动到目标水质监测点。进一步地，所述局域网远程终端为计算机。进一步地，在使用时，通过所述局域网远程终端发送运动控制指令至所述中央控制模块，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，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，便于管理人员实时查看。本发明提供的技术方案带来的有益效果如下：1本发明节点装置采用单体船壳模型构造，体积小、重量轻，具有移动便携性；相比于双体船的双电机驱动，前者阻力更小，速度更快，灵活度更高；2将温度传感器采集的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；3本发明中央控制单元为ARM架构的第三代树莓派RaspberryPi3，采用64位四核处理器，内置基于Linux的独立操作系统，将其作为控制和信息处理核心，自动控制整个节点装置对水质参数的采集及数据处理，节省开发资源和人力的同时，也提高了工作效率。丰富的硬件外接接口，可扩展性强，针对不同水域的水质监测，可外接不同的传感器，应用性广，便于工作人员及时对目标水域水质情况的全面详细分析；4本发明电源采用2200毫安时的大容量可快充锂电池，提供移动节点装置的长续航；电机驱动模块和高频降压型开关稳压器与电源的组合不仅确保整个节点装置各单元的工作供电，分压设计也保障了节点电路工作的稳定性；5本发明采用全星座定位模块和电子罗盘相结合的方式，精准定位及运动导航；6本发明成本低且环保，符合国家绿色环保倡议，在局域网中可大量部署组网，对小型流域的水质监测有良好的效果。附图说明下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：图1是本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的装置图；图2是本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的控制结构图；图3是本发明实施例中ARM架构的第三代树莓派的外围连接电路图；图4是本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的控制框图；图5是本发明实施例中MP1584EN芯片的电路图；图6是本发明实施例中L298N电机控制模块电路图；图7是本发明实施例中ATGM336H全星座定位模块的功能框图；图8是本发明实施例中ATGM336H全星座定位模块的设计电路图；图9是本发明实施例中HMC5883L三轴磁场传感器的接口电路图。具体实施方式为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。本发明的实施例提供了一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置。请参阅图1，图1为本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的装置图，包括：节点装置本体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；如图2所示，图2是本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的控制结构图，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。所述中央控制模块2为ARM架构的第三代树莓派RaspberryPi3；其外围连接电路图如图3所示；所述ARM架构的第三代树莓派板载40个GPIO口控制电机、舵机以及所述数据采集单元各传感器的正常工作；此外，由于它强大的运算处理能力，对数据采集单元采集的水质监测数据现场快速处理分析，利用自身集成的WiFi或者蓝牙模块与局域网远程终端6通信，将结果及时回传至局域网远程终端6。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型号的直流电机方向单元为SG90型号的舵机。如图4所示，图4是本发明实施例中一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置的控制框图；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芯片高频降压型开关稳压器，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高频降压型开关稳压器的正负输入口，以将7.4V电压降为5V给所述ARM架构的第三代树莓派供电MP1584EN芯片的电路图如图5所示，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；如图6所示为L298N电机控制模块电路图，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。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；ATGM336H全星座定位模块的功能框图如图7所示；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；设计电路图如图8所示，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HMC5883L三轴磁场传感器的接口电路图如图9所示，电容C5和C7加上HMC5883L三轴磁场传感器片上ASIC电路中H-电桥驱动电路产生电流脉冲，使片上置位复位电流产生磁场给HMC5883L三轴磁场传感器去磁和极性翻转；R3、R4为I2C总线的上拉电阻，DRDY为数据准备好中断接控制器中断输入口；所述电导率监测单元包括DJS-1C型的电导率传感器和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由所述ARM架构的第三代树莓派GPIO口的2引脚输出5V供电。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。所述局域网远程终端6为计算机。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。如表1所示为本发明实施例中部分硬件设备的技术参数表；表1技术参数表本发明一种基于树莓派的可移动水质检测节点装置的实施例提供的技术方案带来的有益效果如下：1本发明节点装置采用单体船壳模型构造，体积小、重量轻，具有移动便携性；相比于双体船的双电机驱动，前者阻力更小，速度更快，灵活度更高；2将温度传感器采集的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；3本发明中央控制单元为ARM架构的第三代树莓派RaspberryPi3，采用64位四核处理器，内置基于Linux的独立操作系统，将其作为控制和信息处理核心，自动控制整个节点装置对水质参数的采集及数据处理，节省开发资源和人力的同时，也提高了工作效率。丰富的硬件外接接口，可扩展性强，针对不同水域的水质监测，可外接不同的传感器，应用性广，便于工作人员及时对目标水域水质情况的全面详细分析；4本发明电源采用2200毫安时的大容量可快充锂电池，提供移动节点装置的长续航；电机驱动模块和高频降压型开关稳压器与电源的组合不仅确保整个节点装置各单元的工作供电，分压设计也保障了节点电路工作的稳定性；5本发明采用全星座定位模块和电子罗盘相结合的方式，精准定位及运动导航；6本发明成本低且环保，符合国家绿色环保倡议，在局域网中可大量部署组网，对小型流域的水质监测有良好的效果。以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

权利要求：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。

百度查询： 中国地质大学(武汉) 一种基于树莓派的水面可移动水质监测节点装置

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