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摘要：本作品优势突出表现在体积轻便且功能多样，本产品能更简单快捷地完成水面清洁，投饵等之前复杂的人工水面作业，操作简单，达到中小水域清洁和水质检测的低成本自动化运行。且设计轻便灵巧，低功耗，适应性强，运动非常平稳。而且结构简单，操作、维护方便，且多功能集于一体，是具有很强生活意义的创新性作品。本作品还添加智能与遥控双系统、通信和图像传输系统、自主避障等功能aa、增加了复杂情况下船只的适应能力，使得这款作品能更好的适应更多的恶劣的环境条件，最大程度实现自动化。
关键词：水面清洁，双体船，K60，自主避障
中图分类号：32 文章标识码：A 文章编号：1672-2310（2015）12-003-11
随着人们生活水平的提高，旅游业发展越来越快，水上乐园等娱乐场所也正吸引着越来越多的游客，鱼塘也不仅仅在于平常的鱼类养殖， 还发展了钓鱼、观光等业务。这样对越来越高的水域清洁需求与日益恶化的水面环境的冲突日益严重给管理者和开发者带来麻烦和困扰。于是我们提出了一种面对中小型水域的多功能水面清洁船的设计。
2 系统总体硬件设计
考虑低功耗和环保的因素，我们选用MSP430F5529单片机和相应低功耗器、清洁器件作为传感器。
3技术方案
3.1可控量抛洒装置
作为多功能船的另一个重要的附加功能，可控量的抛洒也是一个重要研究方向。此装置会使得在一次船只出行能完成多种任务，如鱼饵抛投，药品抛洒等任务，增加了多功能船的可操作性和创新性。对于抛洒装置的设计也有很多考虑因素，舵机每次参数调整导致抛洒量的变化多少，变化过快会使得每次抛洒量难以精确，参数的调整对于影响的抛洒量的变化程度也是重要的设计指标。
本作品设计了独特的可控量的抛洒装置，机械结构类似于空气清新剂。通过一个可控舵机的控制结构使得能够通过改变数据从而定量改变抛洒量。
这种装置能很方便的控制每次抛洒量的变化，同时我们给舵机设计的定时器周期也采用了较大值，这样能够更精确参数改变对舵机转过角度的变化的影响。同时可视化的抛洒量也适应了大多数人群的操作需要，方便简洁。
垃圾储存装置：
为了保证收集装置始终交叉收集，我们对其进行了同步控制，是收集效果更好。此外，为了提高垃圾的存储量，我们增加了一扇网状挡板，如上图所示，此装置可以将垃圾聚集在船体后方，以舵机控制此门的开关，每隔10分钟，此门打开一次，将船口的垃圾收入船体后方，然后挡板闭合，再次将垃圾挡在船体后方，如此反复，可以大大提高船体的垃圾装载量。而且同传统的垃圾收集船相比，本作品放弃了靠传送带来收集垃圾的装置，使得船体大大缩小，而且减轻了重量。
3.2 自主避障系统的设计
本作品避障功能的实现是依靠红外传感器来完成的。安全避障是我们在自动控制模式下研究的一个基本问题，而障碍物与船模之间距离的获取是一个关键环节。超声波在空气中传播时，如果遇到其它媒介，则因两种媒介的声阻抗不同而产生反射。
起初我们用红外模块作为避障功能的传感器，但是后发现，红外受光照强度影响过大，有效距离在强光下会大幅缩短，造成船模转向不及时以致碰壁，而且价格较高，因此改造之后的船模使用的是HC-SR04 超声波模块， 和红外模块相比下，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、环境适应性强、硬件实现容易、近距范围类内不受光线影响等优点，被广泛用作测距工具。
3.3 图像采集传输系统
我们采用小型模拟摄像头和433M图像传输模块作为船体的图像采集和传输系统，模拟摄像头无需CPU进行数据的采集和存储，节省了大量的CPU资源，同时433M图传模块虽然在传输速度上较2.4G等模块慢，但由于船体行进速度慢，无太大影响，而433M图像传输模块在通信距离和穿透能力上均是2.4GHZ的图像传输模块所无法达到的。
4主要创新点级关键技术
本作品优势突出表现在体积轻便且功能多样，本产品能更简单快捷地完成水面清洁，投饵等之前复杂的人工水面作业，操作简单，达到中小水域清洁和水质检测的低成本自动化运行。
作品设计轻便灵巧，低功耗，适应性强，运动非常平稳。而且结构简单，操作、维护方便，且多功能集于一体，是具有很强生活意义的创新性作品。
本作品还添加智能与遥控双系统、通信和图像传输系统、自主返航等功能、增加了复杂情况下船只的适应能力，使得这款作品能更好的适应更多的恶劣的环境条件，最大程度实现自动化。
关键技术：
（1） 自主避障技术
（2） 图像采传输和通信
（3） 定位及导航技术
（4） 电源系统控制技术
（5） 驱动技术控制
5与国内外同类产品比较及结论
与大型水域清洁相比，当今的水面清洁船大多是由大公司设计制造的大型机械船只，有水草收割、水面保洁、水域监察、垃圾收集、水面保洁等多种功能船只。特点在于体积大、收集废弃物多、针对于大面积水域的集中治理。这些水面治理船都是适用于大范围大面积的水域治理，而出于运输成本和施工面积考虑都难以在中小水域进行水面清理保洁工作。而且大多只能执行单一大量的任务作业，对于中小水域无异于大才小用。
就当今自动化的发展方向来看，自动化都是从大型机械自动化发展到小型生活自动化。例如大型的工业制造机器人到小型家用机器人，自动化的普及与推广对改善人类生活提高人类生活质量有重要意义，故将大型的工业自动化设备进行缩改成为小型民用机器人也是一个重要的发展方向。增加功能缩小体积则是小型民用机器人的一个发展目标，故也对此开发了面向中小水域的多功能清洁船。
本作品弥补了当前中小水域清洁的空白，使得像鱼塘等典型中小型水域低成本自动化成为可能。所以本作品更加适用于中小池塘多任务作业，更加方便实现鱼塘自动化运行，且更加降低成本，有很好的推广空间。
参考文献
[1] 郭晓玉，鲍慧，迟文广. MSP430低功耗运行模式原理及应用[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2005（12）.
[2] 李现明. 超声波传感器的结构应用[J]. 工业仪表与自动化装置，2012（1）.
作者简介： 龚见素（本科生），专业为自动化
赵曜（本科生）， 专业为电气工程及其自动化
崔保春（研究生导师），研究方向为电力电子、检测技术与自动化装置矿山安全方面的研究
关键词：水面清洁，双体船，K60，自主避障
中图分类号：32 文章标识码：A 文章编号：1672-2310（2015）12-003-11
随着人们生活水平的提高，旅游业发展越来越快，水上乐园等娱乐场所也正吸引着越来越多的游客，鱼塘也不仅仅在于平常的鱼类养殖， 还发展了钓鱼、观光等业务。这样对越来越高的水域清洁需求与日益恶化的水面环境的冲突日益严重给管理者和开发者带来麻烦和困扰。于是我们提出了一种面对中小型水域的多功能水面清洁船的设计。
2 系统总体硬件设计
考虑低功耗和环保的因素，我们选用MSP430F5529单片机和相应低功耗器、清洁器件作为传感器。
3技术方案
3.1可控量抛洒装置
作为多功能船的另一个重要的附加功能，可控量的抛洒也是一个重要研究方向。此装置会使得在一次船只出行能完成多种任务，如鱼饵抛投，药品抛洒等任务，增加了多功能船的可操作性和创新性。对于抛洒装置的设计也有很多考虑因素，舵机每次参数调整导致抛洒量的变化多少，变化过快会使得每次抛洒量难以精确，参数的调整对于影响的抛洒量的变化程度也是重要的设计指标。
本作品设计了独特的可控量的抛洒装置，机械结构类似于空气清新剂。通过一个可控舵机的控制结构使得能够通过改变数据从而定量改变抛洒量。
这种装置能很方便的控制每次抛洒量的变化，同时我们给舵机设计的定时器周期也采用了较大值，这样能够更精确参数改变对舵机转过角度的变化的影响。同时可视化的抛洒量也适应了大多数人群的操作需要，方便简洁。
垃圾储存装置：
为了保证收集装置始终交叉收集，我们对其进行了同步控制，是收集效果更好。此外，为了提高垃圾的存储量，我们增加了一扇网状挡板，如上图所示，此装置可以将垃圾聚集在船体后方，以舵机控制此门的开关，每隔10分钟，此门打开一次，将船口的垃圾收入船体后方，然后挡板闭合，再次将垃圾挡在船体后方，如此反复，可以大大提高船体的垃圾装载量。而且同传统的垃圾收集船相比，本作品放弃了靠传送带来收集垃圾的装置，使得船体大大缩小，而且减轻了重量。
3.2 自主避障系统的设计
本作品避障功能的实现是依靠红外传感器来完成的。安全避障是我们在自动控制模式下研究的一个基本问题，而障碍物与船模之间距离的获取是一个关键环节。超声波在空气中传播时，如果遇到其它媒介，则因两种媒介的声阻抗不同而产生反射。
起初我们用红外模块作为避障功能的传感器，但是后发现，红外受光照强度影响过大，有效距离在强光下会大幅缩短，造成船模转向不及时以致碰壁，而且价格较高，因此改造之后的船模使用的是HC-SR04 超声波模块， 和红外模块相比下，超声波传感器以其信息处理简单、价格低廉、环境适应性强、硬件实现容易、近距范围类内不受光线影响等优点，被广泛用作测距工具。
3.3 图像采集传输系统
我们采用小型模拟摄像头和433M图像传输模块作为船体的图像采集和传输系统，模拟摄像头无需CPU进行数据的采集和存储，节省了大量的CPU资源，同时433M图传模块虽然在传输速度上较2.4G等模块慢，但由于船体行进速度慢，无太大影响，而433M图像传输模块在通信距离和穿透能力上均是2.4GHZ的图像传输模块所无法达到的。
4主要创新点级关键技术
本作品优势突出表现在体积轻便且功能多样，本产品能更简单快捷地完成水面清洁，投饵等之前复杂的人工水面作业，操作简单，达到中小水域清洁和水质检测的低成本自动化运行。
作品设计轻便灵巧，低功耗，适应性强，运动非常平稳。而且结构简单，操作、维护方便，且多功能集于一体，是具有很强生活意义的创新性作品。
本作品还添加智能与遥控双系统、通信和图像传输系统、自主返航等功能、增加了复杂情况下船只的适应能力，使得这款作品能更好的适应更多的恶劣的环境条件，最大程度实现自动化。
关键技术：
（1） 自主避障技术
（2） 图像采传输和通信
（3） 定位及导航技术
（4） 电源系统控制技术
（5） 驱动技术控制
5与国内外同类产品比较及结论
与大型水域清洁相比，当今的水面清洁船大多是由大公司设计制造的大型机械船只，有水草收割、水面保洁、水域监察、垃圾收集、水面保洁等多种功能船只。特点在于体积大、收集废弃物多、针对于大面积水域的集中治理。这些水面治理船都是适用于大范围大面积的水域治理，而出于运输成本和施工面积考虑都难以在中小水域进行水面清理保洁工作。而且大多只能执行单一大量的任务作业，对于中小水域无异于大才小用。
就当今自动化的发展方向来看，自动化都是从大型机械自动化发展到小型生活自动化。例如大型的工业制造机器人到小型家用机器人，自动化的普及与推广对改善人类生活提高人类生活质量有重要意义，故将大型的工业自动化设备进行缩改成为小型民用机器人也是一个重要的发展方向。增加功能缩小体积则是小型民用机器人的一个发展目标，故也对此开发了面向中小水域的多功能清洁船。
本作品弥补了当前中小水域清洁的空白，使得像鱼塘等典型中小型水域低成本自动化成为可能。所以本作品更加适用于中小池塘多任务作业，更加方便实现鱼塘自动化运行，且更加降低成本，有很好的推广空间。
参考文献
[1] 郭晓玉，鲍慧，迟文广. MSP430低功耗运行模式原理及应用[J]. 单片机与嵌入式系统应用，2005（12）.
[2] 李现明. 超声波传感器的结构应用[J]. 工业仪表与自动化装置，2012（1）.
作者简介： 龚见素（本科生），专业为自动化
赵曜（本科生）， 专业为电气工程及其自动化
崔保春（研究生导师），研究方向为电力电子、检测技术与自动化装置矿山安全方面的研究