本專利涉及一種數據中轉裝置和方法，具體地址，是一種基于無人船系統的浮標數據信息中轉裝置，尤其涉及一種可獲取水中浮標裝置所存儲信息的數據中轉裝置和方法。

背景技術：

隨著智能海水養殖產業的蓬勃發展，電浮標系統被逐步引入到水體檢測、養殖環境監測等領域，并已體現出了較為顯著的應用效果與應用價值，其通過搭載多種傳感器及視頻模塊能實現對所處環境的整體化、一體化采集、分析并對相關數據信息進行有效存儲與傳輸。

然而，鑒于浮標裝置位置的離岸距離較遠，以射頻網絡、wifi網絡為代表的高速大數據無線通信網絡無法進行有效搭建，而衛星信號所能承載的數據信息量有限故而無法滿足大量數據的持續傳輸。

針對這種信息傳輸的瓶頸問題，現階段的解決方案僅是周期性的通過衛星信號傳輸少量必須信息，并定期駕船航行至浮標手動提取存儲有視頻資料等信息的數據存儲卡。這種方法不僅大幅滯后了數據信息的獲取周期，更提升了獲取信息的成本，使得浮標監測系統的信息采集過程效率低下，此為現有技術的不足之處。

因而如何高效、便捷的獲取存儲在浮標中的數據信息成為了當前浮標裝置進行海洋監測過程中亟待解決的問題。

技術實現要素：

針對現有技術的不足，本發明解決的技術問題是提供一種基于無人船系統的浮標數據信息中轉裝置和方法，它可以近距離的獲取浮標內所存儲數據信息并航行回到岸邊基站，進行數據上傳。

本發明的一個方面，提供了一種用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉裝置，其特征是：該裝置基于無人船系統；包括內置wifi模塊的工控主機；外連的高清攝像模塊、激光雷達模塊、北斗衛星模塊；設有電機模塊以控制螺旋槳和舵機的電路板；該主機包括執行如下步驟的程序：

通過北斗衛星模塊獲取無人船位置信息和目標任務指令，對航行軌跡進行規劃，并向電路板發布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別浮標；

開啟激光雷達模塊，對無人船周圍環境的障礙情況進行探測；

確定浮標位置，并向電路板發布繞行控制指令；

開啟wifi模塊，接收浮標內存儲的數據信息，并存儲至外部存儲裝置。

進一步地，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云臺，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別障礙物；

根據當前航行軌跡及障礙物所處的位置設計避障需求。

優選地，所述電路板的電機模塊包括：

stc89c52單片機；

雙繞組雙極步進電機控制芯片udn2916lb；

max232串口通信芯片。

進一步地，該裝置還包括：

連接于電路板的信標燈，用以提示其他自主航行器進行有效避讓。

本發明的另一方面，提供了一種用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉方法，其特征是包括如下步驟：

工控主機通過北斗衛星模塊獲取無人船位置信息和目標任務指令，對航行軌跡進行規劃，并向外設電路板發布徑行控制指令；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別浮標；

開啟激光雷達模塊，對無人船周圍環境的障礙情況進行探測；

確定浮標位置，并向外設電路板發布繞行控制指令；

開啟wifi模塊，接收浮標內存儲的數據信息，并存儲至外部存儲裝置。

進一步地，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云臺，以改變拍攝方向；

采集高清攝像模塊的圖像信息，識別障礙物；

根據當前航行軌跡及障礙物所處的位置設計避障需求。

優選地，該方法還包括如下步驟:

系統自檢，若存在異常進入容錯控制，無人船系統根據自檢故障報告進行軟件修正；

如故障未解決，通過北斗模塊發送系統當前狀態信息，重設航向返回基站。

本發明的有益效果在于高效、便捷的獲取存儲在浮標中的數據，其是這樣實現的:無人船系統通過北斗衛星信號接收模塊的定位功能確定自身位置；通過北斗衛星信號接收模塊的信息功能獲取目標浮標的位置信息；通過分析當前自身位置及目標浮標位置設定航行軌跡；通過位于船上的攝像頭模塊實現視距范圍內的水面障礙物識別；通過位于甲板前段與后端的激光雷達實現對近距離范圍內障礙物形狀的識別；通過分析障礙物的位置調整航行軌跡；通過搭載wifi路由模塊與一定范圍內的浮標上的wifi模塊進行匹配，用以獲取浮標內存儲的數據信息。

附圖說明

圖1是本發明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉裝置的結構示意圖。

圖2是本發明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉裝置的方框圖。

圖3是本發明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉裝置的外設電路圖。

圖4是本發明的用于獲取水中浮標所存儲信息的數據中轉裝置的程序流程圖。

具體實施方式

現結合附圖和實施例對本發明作進一步詳細說明。

結合圖1，為本發明的數據信息中轉裝置結構示意圖，其中a1為浮標，其通過懸索a10固定于特定區域，用以采集區域內的水文信息及環境信息。a2為北斗衛星數據模塊，用以周期性的發送必傳數據信息并發布浮標位置信息。a3為太陽能電池板，用以為浮標系統提供電能。a4為浮標頂層轉臺，通過旋轉為攝像模塊a6提供360⁰拍攝視角。a5為led信標燈。a7為氣象站，用以測試浮標所處環境的風俗、風向、氣溫。a8為wifi模塊，當其獲取到無人船裝置上路由信號后，建立與無人船裝置的數據通信鏈路。a13為水下攝像模塊轉臺，其通過旋轉為水下攝像模塊a12提供360⁰拍攝視角。a11為水下平臺，其為轉臺a13提供支撐。a9為溫度傳感器模塊，用以探測水溫。a14、a15、a16為水下探測模塊其固定在懸索上用以探測不同水深下的水文信息，其每個模塊上固化有溫度、酸堿度、溶解氧、電導率、濁度、葉綠素a、藍綠藻、磷酸鹽po4及氨氮nh3傳感器。

圖1中，本發明所指無人船系統b1，包括螺旋槳b2，其一共兩個左右對稱安置在舵機b4兩側，為無人船提供航行力。舵機b4通過角度偏轉改變無人船航向。還包括激光雷達模塊b5、b10，用以探測無人船身周圍的障礙阻擋；wifi路由模塊b6，用以接收浮標wifi模塊a8的數據信息；太陽能板b7，為無人船系統提供電能來源；高清攝像模塊b8，其通過內置云臺旋轉為無人船提供360⁰拍攝視角，以此作為目標識別的信號來源。北斗衛星模塊b9，用以獲取自身位置信息，并通過衛星鏈路接收浮標位置信息及無人船控制任務指令；無人船信標燈b11，用以提示其他自主航行器進行有效避讓。

結合圖2，其為基于無人船系統的浮標數據信息中轉裝置方框圖。其中，本發明所述無人船系統以工控主機作為數據信息處理核心，其通過主機自帶的usb端口與攝像模塊b8(含旋轉云臺)、激光雷達模塊b5、b10連接。工控機設備內置的wifi模塊作為wifi路由模塊b6。北斗衛星模塊b9、外接存貯裝置b12通過工控主機串口與工控主機進行數據傳輸。連接螺旋槳b2的電機控制模塊a、連接舵機b4的電機控制模塊b、信標燈b11及穩壓模塊固化在統一的外設電路上。

結合圖3為基于無人船系統的浮標數據信息中轉裝置外設電路圖。本專利的總輸入電壓vin為12v，由電源接口g引入，g正極引入端接按鍵開關x，實現電源通斷。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)另一端與發光二極管d1一端連接，d1另一端接地。

本專利所選用的數據處理芯片為stc89c52單片機(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)組成的串聯支路并聯接于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為信標燈接口，其管腳1接q1的發射集，管腳2接gnd。p3為舵機伺服裝置接口，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與工控機連接實現外界電路板與工控機之間的數據通信。

u4為雙繞組雙極步進電機控制芯片udn2916lb，其關聯電路用以控制無人船螺旋推進裝置電機。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通過上述端口控制螺旋槳電機的轉速轉向。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分別接左側螺旋槳電機線圈兩端，p1管腳3、管腳4分別接左側螺旋槳電機線圈兩端。

結合圖4基于無人船系統的浮標數據信息中轉裝置程序流程圖，其工控機內嵌程序運行步驟如下：

步驟1，初始化，完成后進入步驟2；

步驟2，系統自檢，若存在異常進入步驟3，無異常進入步驟6；

步驟3，容錯控制，無人船系統根據自檢故障報告進行軟件修正，完成后進入步驟4；

步驟4，判斷，若故障解決則進入步驟6，未解決則進入步驟5；

步驟5，無人船系統通過北斗模塊發送系統發送當前狀態信息，并重設航向返回基站；

步驟6，無人船系統通過北斗模塊獲取當前位置信息，完成后進入步驟7；

步驟7，無人船系統通過北斗模塊獲取新的目標任務指令，若獲取新任務則進入步驟8，若未獲取則進入步驟9；

步驟8，更新目標浮標的地理坐標，完成后進入步驟9；

步驟9，無人船系統根據當前位置坐標、獲取到的浮標所處方位及預計航行線路上的障礙物情況對無人船行軌跡進行規劃，完成后進入步驟10；

步驟10，工控機系統通過串口向外界電路板發布航行控制指令，用以進行無人船航向控制，完成后進入步驟11；

步驟11，判斷，無人船是否抵達浮標所在海域，若已抵達則進入步驟12，如未抵達則進入步驟20；

步驟12，工控機通過usb接口開啟位于船體甲板前側和后側的激光雷達模塊，對無人船系統周圍環境的障礙情況進行探測，完成后進入步驟13；

步驟13，工控機通過usb接口對攝像頭圖像信息進行采集與識別，確定浮標位置，完成后進入步驟14；

步驟14，工控機開啟wifi模塊，并獲取浮標wifi信號，完成后進入步驟15；

步驟15，工控機通過串口向外界電路板發布航行控制指令，其航行軌跡以浮標為圓心，進行圓形巡航繞行，指令發布后進入步驟16；

步驟16，工控機通過wifi模塊接收浮標內存儲的數據信息，完成后進入步驟17；

步驟17，工控機通過usb接口將獲取的浮標所傳出數據信息存儲至b12外部存儲裝置，完成后進入步驟18；

步驟18，工控機通過北斗衛星模塊發布向基站發布報告，完成后進入步驟19；

步驟19，判斷，無人船系統是否獲得新的任務指令，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，工控機通過usb接口對攝像頭圖像信息進行采集，完成后進入步驟21,；

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

步驟22，工控機根據當前航行軌跡及障礙物所處的位置設計避障需求，完成后返回步驟2；

步驟23，工控機通過usb接口對攝像頭所涉旋轉云臺進行控制，改變拍攝方向，完成后返回步驟10。

以上所述僅是本發明的較佳實施例而已，并非對本發明做任何形式上的限制，雖然本發明已以較佳實施例公開如上，然而并非用以限定本發明，任何熟悉本專業的技術人員，在不脫離本發明技術方案的范圍內，當可利用上述揭示的技術內容作出些許更動或修飾為等同變化的等效實施例，但凡是未脫離本發明技術方案的內容，依據本發明的技術實質對以上實施例所作的任何簡單修改、等同變化與修飾，均仍屬于本發明技術方案的范圍內。