阅读说明：本技术 一种调节水体温度的太阳能无人船及其调节方法 (Solar unmanned ship for adjusting water body temperature and adjusting method thereof ) 是由 赵军霞 王建华 饶六中 问靖 赵瑞昱 于 2019-09-18 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种调节水体温度的太阳能无人船,涉及无人船与水产养殖领域,包括船体、微处理器、推进模块、通讯模块、GPS定位模块、温度传感器一、电源模块、制冷模块及太阳能模块；制冷模块包括抽水泵、冷胆、蒸发器、直流压缩机和冷凝器,蒸发器为环绕冷胆的螺旋形铜管；太阳能模块设置在船体的顶部；温度传感器一向微处理器发送水域的水温信号一,温度传感器二向微处理器发送冷胆内的水温信号二,通讯模块用于微处理器与上位机之间的数据传输,GPS向微处理器发送船体的经纬度值；一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法。本发明采用压缩机制冷,增强水体制冷的效率,铺设柔性大阳能电池板,采集太阳能转化为电能,节省能源消耗。(The invention discloses a solar unmanned ship for adjusting water body temperature, which relates to the field of unmanned ships and aquaculture and comprises a ship body, a microprocessor, a propulsion module, a communication module, a GPS (global positioning system) positioning module, a temperature sensor I, a power supply module, a refrigeration module and a solar module; the refrigeration module comprises a water pump, a cold container, an evaporator, a direct current compressor and a condenser, wherein the evaporator is a spiral copper pipe surrounding the cold container; the solar module is arranged on the top of the ship body; the temperature sensor sends a first water temperature signal of a water area to the microprocessor, the temperature sensor sends a second water temperature signal in the cold liner to the microprocessor, the communication module is used for data transmission between the microprocessor and the upper computer, and the GPS sends the longitude and latitude values of the ship body to the microprocessor; an adjusting method of a solar unmanned ship for adjusting the temperature of a water body. The invention adopts the compressor for refrigeration, enhances the efficiency of water refrigeration, lays the flexible big solar cell panel, collects solar energy and converts the solar energy into electric energy, and saves energy consumption.)

一种调节水体温度的太阳能无人船及其调节方法

技术领域

本发明涉及无人船与水产养殖的技术领域，尤其涉及一种调节水体温度的太阳能无人船。

背景技术

炎热的夏季是水产养殖的黄金季节,也是水产病害多发、鱼类死亡率高的阶段。这时候池塘上层水的温度比下层水的温度高，增加了上下水混合的阻力，从而形成“温跃层”，温跃层一旦形成，上层水体丰富的溶氧不能传输到下层，而且下层的营养盐也不能补充到上层，造成水质恶化，鱼塘减产等后果。传统方法通过增加增氧机运行时长来加大水体对流，但这种方法对增氧机附近局部水域效果较好，对整个水塘的整体降温效果并不理想。

针对这个问题，现有公告号为CN106598122B的中国专利提出一种自主走航式的水温监控装置，解决了整体水域降温的问题，但是该专利中使用的半导体制冷器件受材料的优值系数及散热面散热环境影响，对水体制冷的效率较低。另外该专利中的半导体制冷模块以及无人船动力主要由电池提供，造成续航时间短的问题。在水产养殖的夏季水体制冷方面，市场需要一款续航持久，制冷效率高的水体制冷装置。

发明内容

针对上述产生的问题，本发明的目的在于提供一种调节水体温度的太阳能无人船及其调节方法，采用压缩机制冷模块的机械制冷方法，增强水体制冷的效率，同时采集太阳能转化为电能，节省能源消耗，操控方法多样。

为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：

一种调节水体温度的太阳能无人船，其包括船体、微处理器、推进模块、通讯模块、GPS定位模块、温度传感器一、及电源模块，所述微处理器控制所述推进模块，所述推进模块用于向所述船体提供动力，所述太阳能无人船还包括：制冷模块，所述制冷模块设置在所述船体内，所述制冷模块包括抽水泵、冷胆、蒸发器、直流压缩机和冷凝器，所述蒸发器为环绕所述冷胆的螺旋形铜管，所述蒸发器中设有制冷剂，所述蒸发器的出口端、所述直流压缩机、所述冷凝器和所述蒸发器的入口端依次相连通形成一个循环通路，所述冷胆内设有液位传感器和温度传感器二，所述冷胆的进水管上设置有所述抽水泵，所述冷胆的出水管上设置有阀门，所述电源模块与所述制冷模块相连接；太阳能模块，所述太阳能模块设置在所述船体的顶部，所述太阳能模块与所述微处理器和所述电源模块均相连接，所述太阳能模块通过所述微处理器向所述制冷模块供电；所述温度传感器一用于检测水域水温并向所述微处理器发送水温信号一，所述温度传感器二用于检测所述冷胆内水温并向所述微处理器发送冷胆内的水温信号二，所述通讯模块用于所述微处理器与上位机之间的数据双向传输，所述GPS定位模块用于向所述微处理器发送所述船体的经纬度值。

优选地，所述温度传感器一设置在所述船体的外壁上，所述温度传感器一、所述温度传感器二、所述通讯模块和所述GPS定位模块均与所述微处理器信号连接。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船，其中，所述太阳能模块采用柔性太阳能电池板，在所述船体的上方固定有半圆形支架，所述柔性太阳能电池板铺设在所述半圆形支架上。

优选地，所述电源模块包括有蓄电池，所述柔性太阳能电池板的发电量一部分储存至所述蓄电池内，所述蓄电池向所述船体内负载供电，所述电源模块可以实时监控所述蓄电池的电压和所述柔性太阳能电池板的发电量。

通过采用上述技术方案，在光照条件丰富时，所述柔性太阳能电池板的发电量充足，被转换的太阳光能通过所述微处理器直接给所述船体内的负载供电，剩余部分的电能向所述蓄电池充电并储存起来，在光照条件不足时或负载电量消耗超出所述柔性太阳能电池板的发电量时，由所述柔性太阳能电池板和所述蓄电池同时向所述船体内的负载供电，在无光照条件时，由所述蓄电池向负载供电，两种供电系统共同工作，可以适应不同场景条件的供电。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船，其中，所述微处理器控制所述制冷模块。

优选地，所述温度传感器一的数量为两个，两个所述温度传感器分别设置在所述船体的左右两侧，两个所述温度传感器用于对所述船体的航行水域进行温度的实时监测并将数据返回至所述微处理器中，所述微处理器将两个数据的平均值作为所述水温信号一，所述微处理器将所述水温信号一通过所述通讯模块发送至所述上位机。

一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，包括上述中任意一项所述的太阳能无人船，所述船体具有遥控模式、自主模式和自主返航模式，包括步骤：

S1：所述上位机获取所述水温信号一；

S2：选择所述船体的工作模式，若选择所述遥控模式则执行步骤S3.1，若选择所述自主模式则执行步骤S4.1，若选择所述自主返航模式则执行步骤S5.1；

S3.1：所述上位机将操控信息发送给所述下位机，所述下位机控制所述船体航行；

S3.2：人员实时观察所述上位机的组态界面上的所述水温信号一，并判断所述水温信号一是否大于预设的温度值，若是关闭所述推进模块并执行S6，若否执行S9；

S4.1：在所述上位机的组态界面的水域图中规划巡航路径，从路径中均匀采样出n个路径点坐标，依次命名为P1，P2，...，Pn，所述微处理器将所述经纬度值转化成墨卡托坐标格式；

S4.2：首先追踪P1点，当所述船体航行至P1点外部的预设空间范围内，开始追踪P2点；

S4.3：抵达Pn点后，将P1点设为目标点，实现巡航路径的循环航行；

S4.4：所述微处理器判断所述水温信号一是否大于预设的温度值，若是关闭所述推进模块并执行S6，若否执行S9；

S5.1：将所述船体当前位置作为起点，在所述上位机的组态界面设置返航点作为终点，采用LOS导航算法，所述船体追踪返航点，完成自主返航；

S6：开启所述制冷模块，所述抽水泵将待降温水域的水抽入所述冷胆中，当所述液位传感器检测到水位超过设定的最高水位线时，所述抽水泵停止工作；

S7：制冷，所述直流压缩机将制冷剂压缩成高温高压气体，经由所述冷凝器向外界空气中散热冷凝成高压液体，并将高压液体送入所述蒸发器中，低温的液态制冷剂在所述蒸发器中与所述冷胆中的水进行热交换，所述直流压缩机再将所述蒸发器中已吸热气化的制冷剂蒸汽吸回；

S8：所述温度传感器二向所述微处理器发送所述水温信号二，所述微处理器判断所述水温信号二是否大于预设的温度值，若是重新执行S7，若否打开所述阀门进行排水，当所述液位传感器检测到所述冷胆内水位到达最低水位线时，关闭所述阀门并重新执行S6；

S9：关闭所述制冷模块。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，当所述抽水泵工作后，所述液位传感器检测到所述冷胆内的水始终低于最低水位线时，所述微处理器向所述上位机发送故障信息并显示在组态界面上，若超过预设时间无人处理，则执行S5.1。

优选地，所述预设时间为15分钟。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，所述S1是先启动所述太阳能无人船和所述上位机，所述温度传感器一实时采集所处水域的水温，并实时向所述微处理器发送所述水温信号一，所述微处理器将所述水温信号一发送至所述上位机，所述上位机的组态界面显示所述水温信号一。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，所述S3.1是所述上位机将遥控手柄位置信息及按键信息发送给所述下位机，所述下位机将所述位置信息通过归一化转换成占空比信息并输出至所述推进模块的左右电机，所述左右电机控制所述船体航行，实现所述船体转向及前进后退功能。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，步骤S4.2是所述上位机按下开始巡航按钮，所述船体起始位置作为起点，P1点作为终点，采用LOS导航算法，所述船体首先追踪目标点P1，所述预设识别空间为P1点的外部2m的空间范围内，当所述船体进入所述预设识别空间后，认定已经抵达该目标点，开始追踪下一点。

上述的一种调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，其中，S9是关闭所述阀门、所述直流压缩机、所述蒸发器和所述冷凝器。

本发明由于采用上述技术，使之与现有技术相比具有的积极效果是：

(1)本发明的用于调节水体温度的太阳能无人船，采用压缩机制冷模块的机械制冷方法，增强水体制冷的效率，同时考虑到夏季阳光资源充足且机械制冷设备耗电量较大，在船体上方建起半圆形支架，铺设柔性大阳能电池板，采集太阳能转化为电能，节省能源消耗；

(2)在操控性方面，用户有三种模式可以选择，包括遥控模式，自主模式，自主返航模式，自主功能较为完善。上位机界面可以让操作人员更为直观的看到相关水域环境及无人船所处位置。

附图说明

图1是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的示意图；

图2是本发明的制冷模块的装置示意图；

图3是本发明的上位机的组态界面示意图；

图4是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的调节方法的流程图；

图5是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的工作流程图。

附图中：1、船体；2、微处理器；3、推进模块；4、通讯模块；5、GPS定位模块；6、温度传感器一；7、电源模块；8、制冷模块；81、抽水泵；82、冷胆；83、蒸发器；84、直流压缩机；85、冷凝器；86、阀门；87、液位传感器；88、温度传感器二；9、太阳能模块。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明，但不作为本发明的限定。

图1是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的示意图；图2是本发明的制冷模块的装置示意图；图3是本发明的上位机的组态界面示意图。请参见图1至图3所示，示出了一种较佳实施例的调节水体温度的太阳能无人船，其包括船体1、微处理器2、推进模块3、通讯模块4、GPS定位模块5、温度传感器一6、及电源模块7，微处理器2控制推进模块3，推进模块3主要采用电力推进方式，其中还包括：制冷模块8，制冷模块8设置在船体1内，制冷模块8包括抽水泵81、冷胆82、蒸发器83、直流压缩机84和冷凝器85，蒸发器83为环绕冷胆82的螺旋形铜管，蒸发器83中设有制冷剂，蒸发器83的出口端、直流压缩机84、冷凝器85和蒸发器83的入口端依次相连通形成一个循环通路，冷胆82内设有液位传感器87和温度传感器二88，冷胆82的进水管上设置有抽水泵81，冷胆82的出水管上设置有阀门86，电源模块7于制冷模块8相连接，温度传感器二88用于测量冷胆82内的水温，液位传感器87用于测量冷胆82内的液位高度，若抽水泵81打开，液位传感器87检测到液位高度始终低于预先设定的最低水位线，则微处理器2向上位机(图中未示出)发送抽水泵81工作异常信号并显示在上位机的组态界面上。

微处理器2控制制冷模块8工作，当接收到开启制冷模块8命令时，抽水泵81将待降温水域的水抽入冷胆82中，直流压缩机84启动，将制冷剂压缩成高温高压气体，经由冷凝器85向外界空气中散热冷凝成高压液体，再将高压液体送入蒸发器83中，低温的液态冷凝剂流经螺旋形铜管时，与冷胆82中的待冷却水进行热交换，制冷剂气化吸热，达到制冷的效果，压缩机再将蒸发器83中已吸热气化的制冷剂蒸汽吸回，从而构成循环，达到降温的目的。

进一步，作为一种较佳的实施例，调节水体温度的太阳能无人船还包括：太阳能模块9，太阳能模块9设置在船体1的顶部，太阳能模块9与微处理器2和电源模块7均相连接，太阳能模块9通过微处理器2向制冷模块8供电。

更进一步，作为一种较佳的实施例，温度传感器一6用于检测水域水温并向微处理器2发送水域的水温信号一，温度传感器二88用于检测冷胆82内水温并向微处理器2发送冷胆82内的水温信号二，通讯模块4和GPS定位模块5通过一支架安装在船体1的船头上，通讯模块4和GPS定位模块5，通讯模块4用于微处理器2与上位机之间的数据双向传输，GPS定位模块5用于向微处理器2发送船体1的经纬度值。

再进一步，作为一种较佳的实施例，温度传感器一6的数量为两个，两个温度传感器分别设置在船体1的左右两侧，两个温度传感器用于对船体1的航行水域进行温度的实时监测并将数据返回至微处理器2，微处理器2将两个数据的平均值作为水温信号一，微处理器2将水温信号一通过通讯模块4发送至上位机。

还有，作为一种较佳的实施例，太阳能模块9采用柔性太阳能电池板输出光伏电压，与电源模块7的能源控制装置连接，在船体1的上方固定有半圆形支架，柔性太阳能电池板铺设在半圆形支架上。

而且，作为一种较佳的实施例，温度传感器一6设置在船体1的外壁上，温度传感器一6、温度传感器二88、通讯模块4和GPS定位模块5均与微处理器2信号连接。

更进一步，作为一种较佳的实施例，电源模块7包括有蓄电池，柔性太阳能电池板的发电量一部分储存至蓄电池内，蓄电池用于向船体1内负载供电，电源模块7可以实时监控蓄电池的电压和柔性太阳能电池板的发电量；在光照充足时，柔性太阳能电池板的发电量充足，被转换的太阳光能通过微处理器2直接给船体1内的负载供电，剩余部分的电能向蓄电池充电并储存起来，在光照不足或负载电量消耗超出柔性太阳能电池板的发电量时，由柔性太阳能电池板和蓄电池同时向船体1内的负载供电，在无光照条件时，由蓄电池向负载供电，两种供电系统共同工作，可以适应不同场景条件下的供电。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

图4是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的流程图。

进一步的，请参见图1、图2、图3和图4所示，示出了一种较佳实施例的调节水体温度的太阳能无人船的调节方法，船体1具有遥控模式、自主模式和自主返航模式，调节方法包括步骤：

S1：上位机获取水温信号一；

S2：选择船体1的工作模式，若选择遥控模式则执行步骤S3.1，若选择自主模式则执行步骤S4.1，若选择自主返航模式则执行步骤S5.1；

S3.1：上位机将操控信息发送给下位机(图中未示出)，下位机控制船体1航行；

S3.2：人员观察上位机的组态界面上的水温信号一，并判断水温信号一是否大于预设的温度值，若是关闭推进模块3并执行S6，若否执行S9；

S4.1：在上位机的组态界面的水域图中规划巡航路径，从路径中均匀采样出n个路径点坐标，依次命名为P1，P2，...，Pn，微处理器2将经纬度值转化成墨卡托坐标格式；

S4.2：首先追踪P1点，当船体1航行至P1点外部的预设空间范围内，开始追踪P2点；

S4.3：抵达Pn点后，将P1点设为目标点，实现巡航路径的循环航行；

S4.4：在S4.1至S4.4进行过程中，微处理器2实时判断水温信号一是否大于预设的温度值，若是关闭推进模块3并执行S6，船体1停止航行，若否执行S9，船体1继续航行；

S5.1：将船体1当前位置作为起点，在上位机的组态界面设置返航点作为终点，采用LOS导航算法，船体1追踪返航点，完成自主返航；

S6：开启制冷模块8，抽水泵81将待降温水域的水抽入冷胆82中，当液位传感器87检测到水位超过设定的最高水位线时，抽水泵81停止工作；

S7：制冷，直流压缩机84将制冷剂压缩成高温高压气体，经由冷凝器85向外界空气中散热冷凝成高压液体，并将高压液体送入蒸发器83中，低温的液态制冷剂在蒸发器83中与冷胆82中的水进行热交换，直流压缩机84再将蒸发器83中已吸热气化的制冷剂蒸汽吸回；

S8：温度传感器二88向微处理器2发送水温信号二，微处理器2判断水温信号二是否大于预设的温度值，若是重新执行S7，若否打开阀门86进行排水，当液位传感器87检测到冷胆82内水位到达最低水位线时，关闭阀门86并重新执行S6；

S9：关闭制冷模块8。

进一步的，在S4.2中当目标点发生变化时，将上一点作为起始点，当前追踪点作为目标点开始追踪。

进一步的，当抽水泵81工作后，液位传感器87检测到冷胆82内的水始终低于最低水位线时，微处理器2向上位机发送故障信息并显示在组态界面上，若超过预设时间无人处理，则执行S5.1。

进一步的，S1是先启动太阳能无人船和上位机，温度传感器一6实时采集所处水域的水温，并实时向微处理器2发送水温信号一，微处理器2将水温信号一发送至上位机，上位机的组态界面显示水温信号一；在上位机组态界面按下设置返航点按钮，在水域图中选择目的点作为自主返航功能的目标点。

进一步的，S3.1是上位机将遥控手柄位置信息及按键信息发送给下位机，下位机将位置信息通过归一化转换成占空比信息并输出至推进模块3的左右电机，左右电机控制船体1航行。

进一步的，步骤S4.2是上位机按下开始巡航按钮，船体1起始位置作为起点，P1点作为终点，采用LOS导航算法，船体1首先追踪目标点P1，预设识别空间为P1点的外部2m的空间范围内，当船体1进入预设识别空间后，认定已经抵达该目标点，开始追踪下一点。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围。

本发明在上述基础上还具有如下实施方式：

图5是本发明的调节水体温度的太阳能无人船的工作流程图。

进一步的，请参见图1、图2、图3和图4所示，示出了一种较佳实施例的一种调节水体温度的太阳能无人船的工作流程，包括：

步骤一、启动太阳能无人船，水温传感器一开始工作并返回实时水温信号一并显示在上位机的组态界面上；

步骤二、手动选择工作模式；

步骤三、下位机接收到上位机工作模式命令，若选择遥控模式执行步骤四，若选择自主模式执行步骤五，若选择自主返航模式执行步骤六；

步骤四、在遥控模式下，人员使用上位机配置的遥控器进行太阳能无人船航行控制，同时用户可以根据上位机组态界面实时返回的水温情况选择开启或关闭制冷模块8；

步骤五、在自主模式下，人员在组态界面上设定路径，随后太阳能无人船追踪路径进行巡航以及自动水体制冷；

步骤六、在自主返航模式下，将预设的GPS坐标点作为目标点，无人船进行返航。

进一步的，若抽水泵81运转出现故障，微处理器2返回故障信息并显示在组态界面上，等待15分钟无人处理，进入自主返航模式。

以上仅为本发明较佳的实施例，并非因此限制本发明的实施方式及保护范围，对于本领域技术人员而言，应当能够意识到凡运用本发明说明书及图示内容所作出的等同替换和显而易见的变化所得到的方案，均应当包含在本发明的保护范围内。