本專(zhuān)利涉及一種數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置和方法，具體地址，是一種基于無(wú)人船系統(tǒng)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置，尤其涉及一種可獲取水中浮標(biāo)裝置所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置和方法。

背景技術(shù)：

隨著智能海水養(yǎng)殖產(chǎn)業(yè)的蓬勃發(fā)展，電浮標(biāo)系統(tǒng)被逐步引入到水體檢測(cè)、養(yǎng)殖環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，并已體現(xiàn)出了較為顯著的應(yīng)用效果與應(yīng)用價(jià)值，其通過(guò)搭載多種傳感器及視頻模塊能實(shí)現(xiàn)對(duì)所處環(huán)境的整體化、一體化采集、分析并對(duì)相關(guān)數(shù)據(jù)信息進(jìn)行有效存儲(chǔ)與傳輸。

然而，鑒于浮標(biāo)裝置位置的離岸距離較遠(yuǎn)，以射頻網(wǎng)絡(luò)、wifi網(wǎng)絡(luò)為代表的高速大數(shù)據(jù)無(wú)線(xiàn)通信網(wǎng)絡(luò)無(wú)法進(jìn)行有效搭建，而衛(wèi)星信號(hào)所能承載的數(shù)據(jù)信息量有限故而無(wú)法滿(mǎn)足大量數(shù)據(jù)的持續(xù)傳輸。

針對(duì)這種信息傳輸?shù)钠款i問(wèn)題，現(xiàn)階段的解決方案僅是周期性的通過(guò)衛(wèi)星信號(hào)傳輸少量必須信息，并定期駕船航行至浮標(biāo)手動(dòng)提取存儲(chǔ)有視頻資料等信息的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)卡。這種方法不僅大幅滯后了數(shù)據(jù)信息的獲取周期，更提升了獲取信息的成本，使得浮標(biāo)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的信息采集過(guò)程效率低下，此為現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。

因而如何高效、便捷的獲取存儲(chǔ)在浮標(biāo)中的數(shù)據(jù)信息成為了當(dāng)前浮標(biāo)裝置進(jìn)行海洋監(jiān)測(cè)過(guò)程中亟待解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于無(wú)人船系統(tǒng)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置和方法，它可以近距離的獲取浮標(biāo)內(nèi)所存儲(chǔ)數(shù)據(jù)信息并航行回到岸邊基站，進(jìn)行數(shù)據(jù)上傳。

本發(fā)明的一個(gè)方面，提供了一種用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置，其特征是：該裝置基于無(wú)人船系統(tǒng)；包括內(nèi)置wifi模塊的工控主機(jī)；外連的高清攝像模塊、激光雷達(dá)模塊、北斗衛(wèi)星模塊；設(shè)有電機(jī)模塊以控制螺旋槳和舵機(jī)的電路板；該主機(jī)包括執(zhí)行如下步驟的程序：

通過(guò)北斗衛(wèi)星模塊獲取無(wú)人船位置信息和目標(biāo)任務(wù)指令，對(duì)航行軌跡進(jìn)行規(guī)劃，并向電路板發(fā)布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識(shí)別浮標(biāo)；

開(kāi)啟激光雷達(dá)模塊，對(duì)無(wú)人船周?chē)h(huán)境的障礙情況進(jìn)行探測(cè)；

確定浮標(biāo)位置，并向電路板發(fā)布繞行控制指令；

開(kāi)啟wifi模塊，接收浮標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，并存儲(chǔ)至外部存儲(chǔ)裝置。

進(jìn)一步地，所述程序還包括如下步驟:

控制高清攝像模塊的攝像頭所連接的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識(shí)別障礙物；

根據(jù)當(dāng)前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計(jì)避障需求。

優(yōu)選地，所述電路板的電機(jī)模塊包括：

stc89c52單片機(jī)；

雙繞組雙極步進(jìn)電機(jī)控制芯片udn2916lb；

max232串口通信芯片。

進(jìn)一步地，該裝置還包括：

連接于電路板的信標(biāo)燈，用以提示其他自主航行器進(jìn)行有效避讓。

本發(fā)明的另一方面，提供了一種用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)方法，其特征是包括如下步驟：

工控主機(jī)通過(guò)北斗衛(wèi)星模塊獲取無(wú)人船位置信息和目標(biāo)任務(wù)指令，對(duì)航行軌跡進(jìn)行規(guī)劃，并向外設(shè)電路板發(fā)布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識(shí)別浮標(biāo)；

開(kāi)啟激光雷達(dá)模塊，對(duì)無(wú)人船周?chē)h(huán)境的障礙情況進(jìn)行探測(cè)；

確定浮標(biāo)位置，并向外設(shè)電路板發(fā)布繞行控制指令；

開(kāi)啟wifi模塊，接收浮標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，并存儲(chǔ)至外部存儲(chǔ)裝置。

進(jìn)一步地，該方法還包括如下步驟:

控制高清攝像模塊的攝像頭所連接的旋轉(zhuǎn)云臺(tái)，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識(shí)別障礙物；

根據(jù)當(dāng)前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計(jì)避障需求。

優(yōu)選地，該方法還包括如下步驟:

系統(tǒng)自檢，若存在異常進(jìn)入容錯(cuò)控制，無(wú)人船系統(tǒng)根據(jù)自檢故障報(bào)告進(jìn)行軟件修正；

如故障未解決，通過(guò)北斗模塊發(fā)送系統(tǒng)當(dāng)前狀態(tài)信息，重設(shè)航向返回基站。

本發(fā)明的有益效果在于高效、便捷的獲取存儲(chǔ)在浮標(biāo)中的數(shù)據(jù)，其是這樣實(shí)現(xiàn)的:無(wú)人船系統(tǒng)通過(guò)北斗衛(wèi)星信號(hào)接收模塊的定位功能確定自身位置；通過(guò)北斗衛(wèi)星信號(hào)接收模塊的信息功能獲取目標(biāo)浮標(biāo)的位置信息；通過(guò)分析當(dāng)前自身位置及目標(biāo)浮標(biāo)位置設(shè)定航行軌跡；通過(guò)位于船上的攝像頭模塊實(shí)現(xiàn)視距范圍內(nèi)的水面障礙物識(shí)別；通過(guò)位于甲板前段與后端的激光雷達(dá)實(shí)現(xiàn)對(duì)近距離范圍內(nèi)障礙物形狀的識(shí)別；通過(guò)分析障礙物的位置調(diào)整航行軌跡；通過(guò)搭載wifi路由模塊與一定范圍內(nèi)的浮標(biāo)上的wifi模塊進(jìn)行匹配，用以獲取浮標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息。

附圖說(shuō)明

圖1是本發(fā)明的用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的結(jié)構(gòu)示意圖。

圖2是本發(fā)明的用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的方框圖。

圖3是本發(fā)明的用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的外設(shè)電路圖。

圖4是本發(fā)明的用于獲取水中浮標(biāo)所存儲(chǔ)信息的數(shù)據(jù)中轉(zhuǎn)裝置的程序流程圖。

具體實(shí)施方式

現(xiàn)結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。

結(jié)合圖1，為本發(fā)明的數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置結(jié)構(gòu)示意圖，其中a1為浮標(biāo)，其通過(guò)懸索a10固定于特定區(qū)域，用以采集區(qū)域內(nèi)的水文信息及環(huán)境信息。a2為北斗衛(wèi)星數(shù)據(jù)模塊，用以周期性的發(fā)送必傳數(shù)據(jù)信息并發(fā)布浮標(biāo)位置信息。a3為太陽(yáng)能電池板，用以為浮標(biāo)系統(tǒng)提供電能。a4為浮標(biāo)頂層轉(zhuǎn)臺(tái)，通過(guò)旋轉(zhuǎn)為攝像模塊a6提供360⁰拍攝視角。a5為led信標(biāo)燈。a7為氣象站，用以測(cè)試浮標(biāo)所處環(huán)境的風(fēng)俗、風(fēng)向、氣溫。a8為wifi模塊，當(dāng)其獲取到無(wú)人船裝置上路由信號(hào)后，建立與無(wú)人船裝置的數(shù)據(jù)通信鏈路。a13為水下攝像模塊轉(zhuǎn)臺(tái)，其通過(guò)旋轉(zhuǎn)為水下攝像模塊a12提供360⁰拍攝視角。a11為水下平臺(tái)，其為轉(zhuǎn)臺(tái)a13提供支撐。a9為溫度傳感器模塊，用以探測(cè)水溫。a14、a15、a16為水下探測(cè)模塊其固定在懸索上用以探測(cè)不同水深下的水文信息，其每個(gè)模塊上固化有溫度、酸堿度、溶解氧、電導(dǎo)率、濁度、葉綠素a、藍(lán)綠藻、磷酸鹽po4及氨氮nh3傳感器。

圖1中，本發(fā)明所指無(wú)人船系統(tǒng)b1，包括螺旋槳b2，其一共兩個(gè)左右對(duì)稱(chēng)安置在舵機(jī)b4兩側(cè)，為無(wú)人船提供航行力。舵機(jī)b4通過(guò)角度偏轉(zhuǎn)改變無(wú)人船航向。還包括激光雷達(dá)模塊b5、b10，用以探測(cè)無(wú)人船身周?chē)恼系K阻擋；wifi路由模塊b6，用以接收浮標(biāo)wifi模塊a8的數(shù)據(jù)信息；太陽(yáng)能板b7，為無(wú)人船系統(tǒng)提供電能來(lái)源；高清攝像模塊b8，其通過(guò)內(nèi)置云臺(tái)旋轉(zhuǎn)為無(wú)人船提供360⁰拍攝視角，以此作為目標(biāo)識(shí)別的信號(hào)來(lái)源。北斗衛(wèi)星模塊b9，用以獲取自身位置信息，并通過(guò)衛(wèi)星鏈路接收浮標(biāo)位置信息及無(wú)人船控制任務(wù)指令；無(wú)人船信標(biāo)燈b11，用以提示其他自主航行器進(jìn)行有效避讓。

結(jié)合圖2，其為基于無(wú)人船系統(tǒng)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置方框圖。其中，本發(fā)明所述無(wú)人船系統(tǒng)以工控主機(jī)作為數(shù)據(jù)信息處理核心，其通過(guò)主機(jī)自帶的usb端口與攝像模塊b8(含旋轉(zhuǎn)云臺(tái))、激光雷達(dá)模塊b5、b10連接。工控機(jī)設(shè)備內(nèi)置的wifi模塊作為wifi路由模塊b6。北斗衛(wèi)星模塊b9、外接存貯裝置b12通過(guò)工控主機(jī)串口與工控主機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。連接螺旋槳b2的電機(jī)控制模塊a、連接舵機(jī)b4的電機(jī)控制模塊b、信標(biāo)燈b11及穩(wěn)壓模塊固化在統(tǒng)一的外設(shè)電路上。

結(jié)合圖3為基于無(wú)人船系統(tǒng)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置外設(shè)電路圖。本專(zhuān)利的總輸入電壓vin為12v，由電源接口g引入，g正極引入端接按鍵開(kāi)關(guān)x，實(shí)現(xiàn)電源通斷。x另一端接7805(u3)管腳1。u3管腳2懸空、管腳3輸出5v工作電壓(vcc)、管腳4接地，接于1、4管腳間的電容c1、c2與接于3、4管腳間的電容c3、c4均為降噪電容，電阻r1(1.5kω)一端接vcc(+5v電源)另一端與發(fā)光二極管d1一端連接，d1另一端接地。

本專(zhuān)利所選用的數(shù)據(jù)處理芯片為stc89c52單片機(jī)(u1)，其管腳38接5v工作電壓，管腳16接gnd，石英晶振11.0592mhz(y1)的兩個(gè)管腳分別u1的管腳13(xtal1)、14(xtal2)連接，電容c13(30pf)、c12(30pf)的一端分別接在y1(xtal1、xtal2)上，另一端接地；電容c5(10uf)與由按鍵s1與電阻r4(1kω)組成的串聯(lián)支路并聯(lián)接于u1管腳4(rst)與+5v電源之間，電阻r3(10kω)接于rst與gnd之間。電阻r2(10kω)接于u9管腳29與+5v電源之間。排阻rp1為9針10kω排阻，其管腳1接vcc(+5v電源)，管腳2至管腳9分別接u9的管腳37至管腳30。q1為三極管，其集電極接+12v、基極接u1管腳41。p2為信標(biāo)燈接口，其管腳1接q1的發(fā)射集，管腳2接gnd。p3為舵機(jī)伺服裝置接口，其管腳1接+12v、管腳2接u1管腳40、管腳3接+5v、管腳4接gnd。

u2為max232串口通信芯片，其管腳6接電容c9(0.1uf)后接地，管腳2接電容c8(0.1uf)后接+5v電源，管腳16接+5v電源，管腳15接gnd，管腳4與管腳5之間接c10(0.1uf)，管腳1與管腳3之間接c11(0.1uf)，管腳12(rx)接u1管腳5，管腳11(tx)接u1管腳7，4針接口p1為串口通信線(xiàn)端，其管腳1接+5v電源，管腳2接gnd，管腳3與u2管腳14相連，管腳4與u2管腳13相連。p1與工控機(jī)連接實(shí)現(xiàn)外界電路板與工控機(jī)之間的數(shù)據(jù)通信。

u4為雙繞組雙極步進(jìn)電機(jī)控制芯片udn2916lb，其關(guān)聯(lián)電路用以控制無(wú)人船螺旋推進(jìn)裝置電機(jī)。u4管腳11(ph1)與u1管腳3相連、管腳3(ph2)與u1管腳2相連、管腳13(i01)與u1管腳1相連、管腳12(i11)與u1管腳44相連、管腳1(i02)與u1管腳43相連、管腳2(i12)與u1管腳42相連，u1通過(guò)上述端口控制螺旋槳電機(jī)的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)向。u4管腳4、管腳6、管腳7、管腳10、管腳18、管腳19接gnd，管腳8接vcc(+5v電源)，管腳24接vin(+12v電源)。電阻r9(56kω)與電容c16(470pf)并聯(lián)并接于u4管腳9與vcc(+5v電源)之間，電阻r10(56kω)與電容c17(470pf)并聯(lián)并接于u4管腳5與vcc(+5v電源)之間，電阻r6(1kω)兩端分別與u4管腳21、管腳22連接，電阻r5(1.43ω)與電容c14(4700pf)并聯(lián)并接于u4管腳22與gnd之間,電阻r8(1kω)兩端分別與u4管腳15、管腳16連接，電阻r7(1.43ω)與電容c15(4700pf)并聯(lián)并接于u4管腳15與gnd之間。4針接口p4管腳1至管腳4分別與u4管腳17、管腳14、管腳20、管腳23連接。p4管腳1、管腳2分別接左側(cè)螺旋槳電機(jī)線(xiàn)圈兩端，p1管腳3、管腳4分別接左側(cè)螺旋槳電機(jī)線(xiàn)圈兩端。

結(jié)合圖4基于無(wú)人船系統(tǒng)的浮標(biāo)數(shù)據(jù)信息中轉(zhuǎn)裝置程序流程圖，其工控機(jī)內(nèi)嵌程序運(yùn)行步驟如下：

步驟1，初始化，完成后進(jìn)入步驟2；

步驟2，系統(tǒng)自檢，若存在異常進(jìn)入步驟3，無(wú)異常進(jìn)入步驟6；

步驟3，容錯(cuò)控制，無(wú)人船系統(tǒng)根據(jù)自檢故障報(bào)告進(jìn)行軟件修正，完成后進(jìn)入步驟4；

步驟4，判斷，若故障解決則進(jìn)入步驟6，未解決則進(jìn)入步驟5；

步驟5，無(wú)人船系統(tǒng)通過(guò)北斗模塊發(fā)送系統(tǒng)發(fā)送當(dāng)前狀態(tài)信息，并重設(shè)航向返回基站；

步驟6，無(wú)人船系統(tǒng)通過(guò)北斗模塊獲取當(dāng)前位置信息，完成后進(jìn)入步驟7；

步驟7，無(wú)人船系統(tǒng)通過(guò)北斗模塊獲取新的目標(biāo)任務(wù)指令，若獲取新任務(wù)則進(jìn)入步驟8，若未獲取則進(jìn)入步驟9；

步驟8，更新目標(biāo)浮標(biāo)的地理坐標(biāo)，完成后進(jìn)入步驟9；

步驟9，無(wú)人船系統(tǒng)根據(jù)當(dāng)前位置坐標(biāo)、獲取到的浮標(biāo)所處方位及預(yù)計(jì)航行線(xiàn)路上的障礙物情況對(duì)無(wú)人船行軌跡進(jìn)行規(guī)劃，完成后進(jìn)入步驟10；

步驟10，工控機(jī)系統(tǒng)通過(guò)串口向外界電路板發(fā)布航行控制指令，用以進(jìn)行無(wú)人船航向控制，完成后進(jìn)入步驟11；

步驟11，判斷，無(wú)人船是否抵達(dá)浮標(biāo)所在海域，若已抵達(dá)則進(jìn)入步驟12，如未抵達(dá)則進(jìn)入步驟20；

步驟12，工控機(jī)通過(guò)usb接口開(kāi)啟位于船體甲板前側(cè)和后側(cè)的激光雷達(dá)模塊，對(duì)無(wú)人船系統(tǒng)周?chē)h(huán)境的障礙情況進(jìn)行探測(cè)，完成后進(jìn)入步驟13；

步驟13，工控機(jī)通過(guò)usb接口對(duì)攝像頭圖像信息進(jìn)行采集與識(shí)別，確定浮標(biāo)位置，完成后進(jìn)入步驟14；

步驟14，工控機(jī)開(kāi)啟wifi模塊，并獲取浮標(biāo)wifi信號(hào)，完成后進(jìn)入步驟15；

步驟15，工控機(jī)通過(guò)串口向外界電路板發(fā)布航行控制指令，其航行軌跡以浮標(biāo)為圓心，進(jìn)行圓形巡航繞行，指令發(fā)布后進(jìn)入步驟16；

步驟16，工控機(jī)通過(guò)wifi模塊接收浮標(biāo)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息，完成后進(jìn)入步驟17；

步驟17，工控機(jī)通過(guò)usb接口將獲取的浮標(biāo)所傳出數(shù)據(jù)信息存儲(chǔ)至b12外部存儲(chǔ)裝置，完成后進(jìn)入步驟18；

步驟18，工控機(jī)通過(guò)北斗衛(wèi)星模塊發(fā)布向基站發(fā)布報(bào)告，完成后進(jìn)入步驟19；

步驟19，判斷，無(wú)人船系統(tǒng)是否獲得新的任務(wù)指令，若未獲得則返回步驟5，若獲得新指令則返回步驟8；

步驟20，工控機(jī)通過(guò)usb接口對(duì)攝像頭圖像信息進(jìn)行采集，完成后進(jìn)入步驟21,；

步驟21，判斷，若攝像頭所處視角內(nèi)存在障礙物則進(jìn)入步驟22，若不存在則進(jìn)入步驟23；

步驟22，工控機(jī)根據(jù)當(dāng)前航行軌跡及障礙物所處的位置設(shè)計(jì)避障需求，完成后返回步驟2；

步驟23，工控機(jī)通過(guò)usb接口對(duì)攝像頭所涉旋轉(zhuǎn)云臺(tái)進(jìn)行控制，改變拍攝方向，完成后返回步驟10。

以上所述僅是本發(fā)明的較佳實(shí)施例而已，并非對(duì)本發(fā)明做任何形式上的限制，雖然本發(fā)明已以較佳實(shí)施例公開(kāi)如上，然而并非用以限定本發(fā)明，任何熟悉本專(zhuān)業(yè)的技術(shù)人員，在不脫離本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)，當(dāng)可利用上述揭示的技術(shù)內(nèi)容作出些許更動(dòng)或修飾為等同變化的等效實(shí)施例，但凡是未脫離本發(fā)明技術(shù)方案的內(nèi)容，依據(jù)本發(fā)明的技術(shù)實(shí)質(zhì)對(duì)以上實(shí)施例所作的任何簡(jiǎn)單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發(fā)明技術(shù)方案的范圍內(nèi)。