OpenVINOTM,给你看得见的未来!>>
电子产品世界 » 论坛首页 » 高校专区 » 毕业设计专区 » 基于ZigBee的多功能探测船

共1条 1/1 1 跳转至

基于ZigBee的多功能探测船

高工
2014-03-06 17:25:37    评分

作者:滨州学院 孙琼 史经伦 卢琪

指导教师:李卫兵 高海阔

 

作品简介

  1.作品摘要

  本项目旨在解决当前水面探测工作的困难性、危险性等问题。系统以太阳能作为能量来源,通过PC机端上位机远程控制其行驶到特定水域进行探测。该设计可实现水深测量、不同水深水温测量和水取样、净水物质投放、视频拍摄等,为水质水文检测、水产养殖等领域提供了有效解决办法。

  2.开发背景

  水利部门、水养殖业等行业中常常需要了解湖水的深度、温度等参数,以及获取水样进行检测以制定相应的应对方案。而目前测水深、水温、取水样、投放净水物质等多采用人工作业的方式,不仅费时费力,而且效率低带有一定的危险性。为改善这种状况,我们设计出多功能探测船。系统由远程控制,可到达不易人工作业的场合,避免了人工作业的危险性、困难性等问题。

  3.功能与使用说明

  3.1. 主控制器模块设计

  使用STC15F2K61S2单片机做为主控制器。单片机接收到上位机的信号后进行各功能的实现。其控制模块示意图如图1所示。

  3.2. 上位机和远程控制模块

  PC机端上位机以ZigBee无线模块为媒介与远程单片机间实现通信,进行指令的发送和相关数据的接收。无线控制接收模块示意图如图2所示。上位机界面如图3所示。

  3.3.太阳能电池板充电模块

  太阳能电池板固定在船体上方,经控制电路后可有效对蓄电池进行充电。在船不使用的情况下,可将电池板一侧掀起对准太阳光方向,以提高太阳能利用效率。

  3.4.水深度、温度测量模块

  该部分设计可实现河水深度测量和不同水深的水温测量。通过上位机发送相关指令,装置根据接受的指令执行相应操作,并将测量数据发回上位机。其装置如图4所示。

  3.5. 水取样模块

  通过上位机发送指令可抽取不同水位的水样。当储水仓满时,通过检测电路得知后,抽水机自动停止工作。其装置如图5所示。

  3.6. 净水物质投放模块

  上位机发送指令后,抽水机可将船体前部储水盒中的液体净水物质抽到河水中。当储水仓空时,抽水机自动停止工作。

  3.7. 视频拍摄模块

  通过步进电机和舵机控制摄像头的360度的旋转进行视频拍摄,其拍摄图像经WiFi传送给上位机显示。视频拍摄模块装置如图6所示。

 

平台选型说明

  STC公司的IAP15F2K61S2单片机

 

设计说明

  1.主控制器模块

  使用IAP15F2K61S2单片机做为主控制器。这是STC最新的增强型51,相比较传统51,有以下优点:1T STC-Y5 内核,比传统51快6-12倍内部RAM扩大,具有内部高精准可调RC振荡器,有一个16位自动重载定时器,串口波特率设置更灵活,有片内SPI控制器,速度可达1/4主频速度,有片内PWM/PCA控制器,可捕获外部缓冲或这产生PWM,有片内AD。因此该单片机的选择完全可满足该系统的设计要求。IAP15F2K61S2单片机最小系统原理图如图7所示。

  2. 上位机和无线模块

  PC机端上位机使用LABVIEW进行编写,其数据处理速度快和可视化效果好。因此对船的各探测功能指令发送操作容易,便于操作者进行操作。

  无线模块使用ZIGBEE。该模块在系统设计中起到传送上位机的指令给探测船,并将探测数据发回到上位机。其有效传输距离可达1000米以上。其特点是低复杂度、自组织、低功耗、低数据速率、低成本。主要适合用于自动控制和远程控制领域,可以嵌入各种设备,对环境条件要求小。适合该系统的应用环境要求。

  3. 船行驶控制模块

  使用R775三拓电机与大功率电机电调和螺旋桨组合模块进行速度控制,使用舵机和挡板组合进行角度调节。R775电机在12V、0.63A工作条件下转速就可达12000r/min,并且扭力大。电机电调是常用的速度调节装置,其工作稳定,灵敏度高。通过单片机控制电调,进而控制R775电机转速,可为船体提供足够动力,并保证控制稳定可靠。舵机扭力大,旋转角度可控,可有效控制船体行驶方向。船行驶、方向控制示意图所示如下图8所示。电调控制电路路如图9所示。

  4. 太阳能电池板充电模块

  此模块主要由太阳能电池板和太阳能光电控制器组成。太阳能电池板尺寸610×292×25MM,标称功率20W,峰值电压17.28v,峰值电流1.16A,最大开路电压21.24V,短路电流1.31A,经过太阳能充电控制电路后,最高充电电压14.4v,浮充充电电压1.6V,欠压返回电压12.4V,欠压保护电压10.8V。该充电电路可防止蓄电池过度充电、过度放电,具有防反接保护功能。太阳能光电控制器有效提升了太阳能电池板光电转换效率,维护蓄电池的物理、化学性能,延长蓄电池使用寿命,提高了光伏系统的可靠性。

  5. 水深度测量模块

  本模块由圆盘、电机、黑白线检测传感器构成;绳的一端连接重物,另一端缠绕在固定尺寸圆盘上,转盘由L298驱动的直流减速电机带动其旋转,转盘上贴有白色胶布,通过黑白线检测传感器可计算转盘旋转圈数。当重物到达河底时,绳子不受重物拉力,而处于松弛状态,通过一个自制的检测装置检测到这一现象,并向单片机发回一个低电平,单片机获取信息后,控制电机停止转动。通过黑白线检测传感器可计算转盘旋转圈数,进而有圆盘周长乘以圈数可得知当前水深值。当测量结束,收回细绳,重物到达原位置后,系统可自动停止转盘转动。此方案具有成本低,误差小,容易操作的特点。水深测量模块整体装置图如图10所示。L298驱动电路如图11所示。

 

  6. 水温度测量模块

  采用防水型DS18B20水温探头,水温探头与水深测量装置的重物端连接在一起,当返回水深数据的同时可返回水温数据。也可由上位机发送指令进行特定水深的温度测量,所测数据发回上位机进行显示。温度传感器DS18B20测温范围 -55℃~+125℃,在-10℃~+85℃时精度为±0.5℃,在使用中不需要任何外围元件,采用独特的单线接口方式,DS18B20在与单片机连接时仅需要一条口线即可实现单片机与DS18B20的双向通讯。其使用简单,价格低,精确度高。水温测量整体装置图如图12所示。DS18B20电路如图13所示。

  7. 水取样模块

  采用RS-360SH直流抽水电机。将抽水机固定在转盘上,抽水机可随圆盘转动。防止与抽水机连接的水管在旋转时由于一端固定而打结。水管缠绕在转盘上,一端于抽水电机连接,另一端连接一重物。转盘由直流减速电机带动其旋转,抽水机工作开始和停止由L298N驱动电路进行控制。转盘转动时,通过黑白线检测传感器,得到的圆盘旋转圈数,将所得圈数与上位机发送的指令进行比较,从而控制水管入水深度,以实现抽取不同深度水样的目的。抽水机工作采用继电器控制,经测试继电器能控制其稳定可靠工作。

  在船体后部配有两个储水仓,可通过上位机进行选择使用哪一个储水仓。当储水仓水满时,系统自动关闭抽水机,并发回警告——储水仓已满。此时可将水管收回,系统可自动停止圆盘转动,将水管收回到原位置。继电器控制电路图如图14所示。水取样模块整体装置图如图15所示。

  8. 物质投放模块

  用熟料板粘接成一个液体药物存放盒,液体药物放于盒中,当船到达指定位置后,通过上位机发送指令控制直流抽水电机,把净水液体药品(如次氯酸钠、硝化细菌等)抽到河水里。若液体药品已投放完,系统会自动关闭抽水机,并发回提示(药品已投放完)给上位机。这种方法成本低,简单方便,容易控制。物质投放装置图如图16所示。

  9.视频拍摄模块

  使用步进电机和舵机控制摄像头的360度旋转,以进行不同视角的视频拍摄。视频内容经WiFi传送给PC机显示。视频拍摄模块装置图如图17所示。

此文档的视频来自:http://v.eepw.com.cn/video/play/id/13420




关键词: ZigBee     探测船     上位机     模块    

共1条 1/1 1 跳转至

回复

匿名不能发帖!请先 [ 登陆 注册 ]