数据传输系统论文和设计-李云

全文摘要

本实用新型提供了一种数据传输系统，其包括：水域无人设备，其包括数据采集模块、发送控制模块和第一水声通信模块，数据采集模块用于检测并采集待测水域的水域环境数据，并依次通过发送控制模块和第一水声通信模块将该水域环境数据向外部发送；水上中继浮标，其包括主控模块和第二水声通信模块；近地浮标，其包括数据控制处理模块、第三水声通信模块和第一移动通信模块；地面站，其包括上位机和与第二移动通信模块，上位机用于对水域环境数据进行数据分析并生成检测结果，将该水域环境数据和检测结果进行储存和显示。与相关技术相比，本实用新型的数据传输系统实时传输水域环境数据以对待测水域进行实时污染检测，同时实时进行污染告警提示。

主设计要求

1.一种数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统包括：水域无人设备，其包括数据采集模块、发送控制模块和第一水声通信模块，所述数据采集模块与所述发送控制模块通信连接，所述发送控制模块与所述第一水声通信模块通信连接；其中，所述数据采集模块用于检测并采集待测水域的水域环境数据，并依次通过所述发送控制模块和所述第一水声通信模块将该水域环境数据向外部发送；水上中继浮标，其包括主控模块和第二水声通信模块，所述主控模块和所述第二水声通信模块通信连接，所述第二水声通信模块与所述第一水声通信模块通过水声信号形成通信连接；近地浮标，其包括数据控制处理模块、第三水声通信模块和第一移动通信模块，所述数据控制处理模块分别与所述第三水声通信模块和所述第一移动通信模块通信连接，所述第三水声通信模块与所述第二水声通信模块通过水声信号形成通信连接；地面站，其包括上位机和第二移动通信模块，所述上位机与所述第二移动通信模块通信连接，所述第二移动通信模块通过移动通信网络与所述第一移动通信模块形成通信连接；其中，所述上位机用于对所述水域环境数据进行数据分析并生成检测结果，将该水域环境数据和检测结果进行储存和显示。

设计方案

1.一种数据传输系统，其特征在于，所述数据传输系统包括：

水域无人设备，其包括数据采集模块、发送控制模块和第一水声通信模块，所述数据采集模块与所述发送控制模块通信连接，所述发送控制模块与所述第一水声通信模块通信连接；其中，所述数据采集模块用于检测并采集待测水域的水域环境数据，并依次通过所述发送控制模块和所述第一水声通信模块将该水域环境数据向外部发送；

水上中继浮标，其包括主控模块和第二水声通信模块，所述主控模块和所述第二水声通信模块通信连接，所述第二水声通信模块与所述第一水声通信模块通过水声信号形成通信连接；

近地浮标，其包括数据控制处理模块、第三水声通信模块和第一移动通信模块，所述数据控制处理模块分别与所述第三水声通信模块和所述第一移动通信模块通信连接，所述第三水声通信模块与所述第二水声通信模块通过水声信号形成通信连接；

地面站，其包括上位机和第二移动通信模块，所述上位机与所述第二移动通信模块通信连接，所述第二移动通信模块通过移动通信网络与所述第一移动通信模块形成通信连接；其中，所述上位机用于对所述水域环境数据进行数据分析并生成检测结果，将该水域环境数据和检测结果进行储存和显示。

2.根据权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述发送控制模块和所述第一水声通信模块之间、所述主控模块和所述第二水声通信模块之间、所述数据控制处理模块和所述第三水声通信模块之间及所述数据控制处理模块和所述第一移动通信模块之间均通过通用异步收发传输器形成通信连接并实现数据互传。

3.根据权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述水域无人设备包括水面无人船和水下无人航行器中的任意一种；所述水面无人船航行于待测水域水面，所述水下无人航行器。

4.根据权利要求1所述的数据传输系统，其特征在于，所述数据采集模块包括温度传感器、盐度传感器、COD检测仪和水体表观光谱测量仪中的任意一种或多种。

5.根据权利要求4所述的数据传输系统，其特征在于，所述水域环境数据包括待测水域的温度信息、盐度信息、化学需氧量信息和光谱信息中的任意一种或多种。

设计说明书

【技术领域】

本实用新型涉及数据传输领域，尤其涉及一种数据传输系统。

【背景技术】

我国江河湖泊众多，水系发达，作为影响国计民生的重要资源，水资源在社会生活及工业生产中都具有举足轻重的地位。而近年来，为了更好地治理水资源的污染问题，有效地对水域的污染情况进行检测，由于水域无人设备操作灵活方便、成本低，其被广泛地应用于水域的污染检测当中。

相关技术中，水域无人设备航行于待测检测水域中并收集所述待测水域的水域环境数据；然后，将所述水域无人设备回收后；最后，调取所述水域环境数据进行分析处理以得到该所述待测水域的检测结果。

然而，相关技术中，需要将所述水域无人设备回收后，才能获得水域环境数据以获得该水域的检测结果，由于无法实时传输该水域环境数据，无法满足对该水域进行实时的污染检测的要求，从而无法实时根据检测结果对被污染的水域进行污染告警提示。

因此，实有必要提供一种新的数据传输系统解决上述技术问题。

【实用新型内容】

本实用新型的目的在于提供一种数据传输系统，其实时传输水域环境数据以对待测水域进行实时污染检测，同时实时进行污染告警提示。

为达到上述目的，本发明提供一种数据传输系统，其包括：

进一步的，所述发送控制模块和所述第一水声通信模块之间、所述主控模块和所述第二水声通信模块之间、所述数据控制处理模块和所述第三水声通信模块之间及所述数据控制处理模块和所述第一移动通信模块之间均通过通用异步收发传输器形成通信连接并实现数据互传。

进一步的，所述水域无人设备包括水面无人船和水下无人航行器中的任意一种；所述水面无人船航行于待测水域水面，所述水下无人航行器。

进一步的，所述数据采集模块包括温度传感器、盐度传感器、COD检测仪和水体表观光谱测量仪中的任意一种或多种。

进一步的，所述水域环境数据包括待测水域的温度信息、盐度信息、化学需氧量信息和光谱信息中的任意一种或多种。

与相关技术相比，本实用新型中水域无人设备、水上中继浮标和近地浮标通过水声信号依次形成通信连接并实现数据互传，近地浮标与地面站通过移动通信网络实现数据互传，水域无人设备、水上中继浮标、近地浮标以及地面站共同构成了可实现数据实时互传的数据传输系统；该数据传输系统通过水域无人设备对待测水域进行实时检测，并将检测获得的水域环境数据依次通过水上中继浮标和近地浮标传输至地面站进行数据分析处理并获得检测结果，从而实现对待测水域进行实时污染检测，同时，地面站又可将该检测结果依次通过近地浮标和水上中继浮标回传至水域无人设备，水域无人设备根据该检测结果对被污染的水域实时进行污染告警提示。

【附图说明】

为了更清楚地说明本实用新型实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图，其中：

图1为本实用新型数据传输系统的结构示意图；

图2为本实用新型数据传输系统的电路结构示意图。

【具体实施方式】

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本实用新型保护的范围。

请同时参阅图1-2所示，本实用新型提供一种数据传输系统100，其包括水域无人设备1、水上中继浮标2、近地浮标3以及地面站4。

所述水域无人设备1，航行于待测水域并用于检测和收集所述待测水域的水域环境数据，其可以通过遥控设备(图未示)进行远程控制。

在本实施方式中，所述水域无人设备1包括数据采集模块11、发送控制模块12和第一水声通信模块13，所述数据采集模块11与所述发送控制模块12通信连接，所述发送控制模块12与所述第一水声通信模块13通信连接并实现数据互传。

所述数据采集模块11，用于检测并采集待测水域的水域环境数据，并将该水域环境数据通过所述发送控制模块12传输至所述第一水声通信模块13，最后通过所述第一通信模块13将该水域环境数据向所述水域无人设备1的外部传输。

其中，所述数据采集模块11包括温度传感器、盐度传感器、COD检测仪(COD英文全称Chemical Oxygen Demand，即化学需氧量)和水体表观光谱测量仪中的任意一种或多种，其可以根据实际需要检测的水域环境数据进行具体设置；水域环境数据包括待测水域的温度信息、盐度信息、化学需氧量信息和光谱信息中的任意一种或多种，所述数据采集模块的具体设置直接决定检测采集到的水域环境数据的种类。进一步的，所述发送控制模块12和所述第一水声通信模块13之间通过通用异步收发传输器(UART，英文全称为UniversalAsynchronous Receiver\/Transmitter)形成通信连接并实现数据互传。

更进一步的，所述水域无人设备1还包括与所述发送控制模块12形成电气连接的污染告警模块14。所述污染告警模块14，用于根据检测结果，对被污染的水域进行污染告警提示，进行污染告警提示的方式为：通过所述污染告警模块14上的定位装置获取该被污染的是水域的位置信息，将该位置信息通过所述发送控制模块12传输至所述第一水声通信模块13，所述第一水声通信模块13将该位置信息向外传输，随后，依次通过所述水上中继浮标2、所述近地浮标3传输至所述地面站4中，所述地面站4将与该次污染告警提示对应的位置信息存储并显示，以便工作人员及时对被污染水域进行进一步的排查。该污染告警提示的方式有效地提高了所述数据传输系统100进行是实时检测水域污染情况的可靠性，且便于找出水域的被污染的位置，从而便于对该被污染的位置进行针对性的治理，提高污染治理的效率和使得治理效果更佳。

值得一提的是，所述水域无人设备1具体的结构形式是不限，其可以是水面无人船和水下无人航行器中的任意一种，比如，在本实施方式中，所述水域无人设备1为水下无人航行器。

所述水上中继浮标2，漂浮于所述待检水域上并作为所述水域无人设备1与所述近地浮标3之间的数据中转站，用于接收水域环境数据或被污染的水域的位置信息并传输至所述近地浮标3，还用于接收所述近地浮标3发送的检测结果并传输至所述水域无人设备1。

在本实施方式中，所述水上中继浮标2包括主控模块21和第二水声通信模块22，所述主控模块21和所述第二水声通信模块22通信连接并实现数据互传，所述第二水声通信模块22与所述第一水声通信模块13通过水声信号形成通信连接并形成数据互传。

所述第二水声通信模块22，用于接收水域环境数据或被污染的水域的位置信息并传输至所述近地浮标3，还用于接收检测结果并通过所述第一水声通信模块13传输至所述水域无人设备1。

所述主控模块21用于接收所述第二水声通信模块22从所述第一水声通信模块13获取的水域环境数据，并将该水域环境数据进行数据处理后回传至所述第二水声通信模块22；还用于控制所述第二水声通信模块22将该经过数据处理后的水域环境数据或被污染的水域的位置信息传输至所述近地浮标3；还用于通过所述第二水声通信模块22接收所述近地浮标3发送的检测结果。

进一步的，所述主控模块21和所述第二水声通信模块22之间通过通用异步收发传输器(UART，英文全称为Universal Asynchronous Receiver\/Transmitter)形成通信连接并实现数据互传。

所述近地浮标3，漂浮于所述待测水域上并作为所述地面站4与所述水上中继浮标2之间的数据中转站，用于接收水域环境数据或被污染的水域的位置信息并传输至所述地面站4，还用于接收所述地面站4发送的检测结果并传输至所述水上中继浮标2。

在本实施方式中，所述近地浮标3包括数据控制处理模块31、第三水声通信模块32和第一移动通信模块33，所述数据控制处理模块31与所述第三水声通信模块32通信连接并实现数据互传，且所述数据控制处理模块31与所述第一移动通信模块33通信连接并实现数据互传，所述第三水声通信模块32与所述第二水声通信模块22通过水声信号形成通信连接并实现数据互传。

所述第三水声通信模块32，用于接收所述第二水声通信模块22水域环境数据或被污染的水域的位置信息，并传输至所述数据控制处理模块31；还用于接收检测结果并通过水声信号传输至所述第二水声通信模块22。

所述数据控制处理模块31，用于接收所述第三水声通信模块32从所述第二水声通信模块22获取的水域环境数据，并将该水域环境数据进行数据处理后通过传输至所述第一移动通信模块33；还用于控制所述第一移动通信模块33将该经过数据处理后的水域环境数据或被污染的水域的位置信息传输至所述地面站4；还用于通过所述第一移动通信模块33接收所述地面站4发送的检测结果，并通过所述第三水声通信模块32向所述第二水声通信模块22发送检测结果。

进一步的，所述数据控制处理模块31和所述第三水声通信模块32之间、所述数据控制处理模块31和所述第一移动通信模块33之间均通过通用异步收发传输器(UART，英文全称为Universal Asynchronous Receiver\/Transmitter)形成通信连接并实现数据互传。

所述地面站4，其包括上位机41和第二移动通信模块42，所述上位机41与所述第二移动通信模块42通信连接并实现数据互传，所述第二移动通信模块42通过移动通信网络与所述第一移动通信模块33形成通信连接并实现数据互传。

所述第二移动通信模块42，用于接收所述第一移动通信模块33发送的水域环境数据或被污染的水域的位置信息，并传输至所述上位机41；还用于将检测结果发送至所述第一移动通信模块33。

所述上位机41，用于对水域环境数据进行数据分析并生成检测结果，检测结果将该水域环境数据和检测结果进行储存和显示；且用于将检测结果通过所述第二移动通信模块42发送至所述第一移动通信模块33；还用于对被污染的水域的位置信息进行储存和显示。

进一步的，所述上位机41和所述第二移动通信模块42之间通过通用异步收发传输器(UART，英文全称为Universal Asynchronous Receiver\/Transmitter)形成通信连接并实现数据互传。

值得一提的是，所述第一水声通信模块13、所述第二水声通信模块22和所述第三水声通信模块32为现有技术中常用的水声通信设备，其可以根据实际需要进行具体的选择，只要水声通信设备能使得上述的三者之间通过水声信号形成通信连接以传输数据即可；作为一种可选的实施方式，所述第一水声通信模块13、所述第二水声通信模块22和所述第三水声通信模块32均为AquaSent AM-AUV型号的水声通信设备。

所述第一移动通信模块33和所述第二移动通信模块42为现有技术中常用的移动通信终端，如GSM移动通信终端、CDMA移动通信终端和3G移动通信终端、4G移动通信终端中任意一种可直接在此进行使用，当然，随着以后的5G通信技术的发展，该5G移动通信终端也能在此应用，其可以根据实际需要进行具体的选择，只要移动通信终端能使得上述的两者之间通过移动网络信号形成通信连接以传输数据即可；作为一种可选的实施方式，所述第一移动通信模块33和所述第二移动通信模块42的为E-lins 4G无线数传终端(即伊林思工业级4G无线数传终端)。

所述发送控制模块12、所述主控模块21和所述数据控制处理模块31为现有技术中常用的嵌入式系统，其可以根据实际需要进行具体的选择；作为一种可选的实施方式，所述发送控制模块12为EasyARM-i.MX287A的开发板，所述主控模块21为STM32F103的开发板，所述数据控制处理模块31为i.MX6UL的开发板。

为了方便理解，下面将对该数据传输系统100进行实时的数据传输的过程展开描述，该过程包括：对水域环境数据实时传输流程和对检测结果实时反馈流程。

对水域环境数据实时传输流程为：

所述数据采集模块11实时对待测水域进行检测，并将检测获得的水域环境数据传输至所述发送控制模块12，所述发送控制模块12将水域环境数据发送至所述第一水声通信模块13，所述第一水声通信模块13接收后通过水声信号将水域环境数据转送至所述第二水声通信模块22。

所述第二水声通信模块22将水域环境数据送至所述主控模块21进行数据处理，经过处理后的水域环境数据再由所述第二水声通信模块22通过水声信号传输至所述第三水声通信模块32。

所述第三水声通信模块32将经过处理后的水域环境数据发送至所述数据控制处理模块31进行数据格式转换，所述数据控制处理模块31将经过数据格式转换后的水域环境数据传送至所述第一移动通信模块33，经所述第一移动通信模块33通过移动网络信号发送至所述第二移动通信模块42，

所述第二移动通信模块42将经过数据格式转换后的水域环境数据传送至所述上位机41进行存储并显示。

对检测结果实时反馈流程为：

所述上位机41根据水域环境数据，进行数据分析并判断与该水域是否被污染，并获得检测结果，通过所述上位机41将检测结果发送至所述第二移动通信模块42，所述第二移动通信模块42通过移动网络信号将检测结果发送至所述第一移动通信模块33。

所述第一移动通信模块33将检测结果经由所述数据控制处理模块31转发至所述第三水声通信模块32，所述第三水声通信模块32通过水声信号发送至所述第二水声通信模块22。

所述第二水声通信模块22通过水声信号经由所述第一水声通信模块13中继后将检测结果反馈至所述发送控制模块12。

在所述对检测结果实时反馈流程之后，还需要进行实时的污染告警提示流程：当检测结果判定该待测水域为被污染的水域，则所述发送控制模块12对该被污染的水域实时进行污染告警提示。

需要说明的是，该实时的污染告警提示流程可以是通过在所述发送控制模块12内部设置的污染告警提示电路，通过该污染告警提示电路进行污染告警提示；该实时的污染告警提示流程也可以是通过与所述发送控制模块12连接的其他模块独立进行的污染告警提示，作为一个可选的实施方式，所述水域无人设备1设置了与所述发送控制模块12连接的污染告警模块14，下面将对被污染水域的位置信息实时进行污染告警提示的流程展开说明：

所述发送控制模块12将检测结果传输至所述污染告警模块14，所述污染告警模块14根据检测结果进行判断，当检测结果判定该水域被污染，则该污染告警模块14通过其定位装置获取该被污染水域的位置信息(该被污染水域的位置信息即为所述水域无人设备1所在的位置信息)，经所述发送控制模块12将被污染水域的位置信息传输至所述第一水声通信模块13，后通过水声信号发送至所述第二水声通信模块22。

所述第二水声通信模块22通过水声信号将被污染水域的位置信息发送至所述第三水声通信模块32。

所述第三水声通信模块32将被污染水域的位置信息发送至所述数据控制处理模块31进行数据格式转换，所述数据控制处理模块31将经过数据格式转换后的被污染水域的位置信息传送至所述第一移动通信模块33，经所述第一移动通信模块33通过移动网络信号发送至所述第二移动通信模块42。

所述第二移动通信模块42将经过数据格式转换后的被污染水域的位置信息传送至所述上位机41进行存储并显示，所述上位机41根据被污染水域的位置信息进行污染告警提示。

以上所述的仅是本实用新型的实施方式，在此应当指出，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型创造构思的前提下，还可以做出改进，但这些均属于本实用新型的保护范围。

设计图

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