FastBond2阶段1-一种多参数、低耦合的移动水质监测无人船设计

内容介绍

1. 项目介绍

水质监测是环境监测工作中的重点工作之一，是水环境管理、污染源控制、环境规划等提供科学依据的主要来源，对整个水环境保护、水污染控制以及维护水环境健康方面起着至关重要的作用。在河道和水产资源的保护与管理过程中，开展水质监测是一种非常重要的技术手段，通过提供核心数据为提升水环境治理提供。但是，目前针对水环境的监测存在如下方面的问题：

(1) 大多采用人工取样和定点监测的方式，人工成本高，采样样本不全面。

(2) 缺少在线监测与数据远程传输的功能，不利于大数据分析和远程共享。

(3) 水质监测点较为单一，监测结果不全面，缺乏足够的说服力。

因此借助本次FastBond2活动，拟解决水质检测的难题。主要实现的功能如下：

（1）采样。采样结构包括安装在无人船上的收集箱，收集箱内的底部安装有旋转驱动单元，旋转驱动单元的输出端安装有转盘，转盘上环形分布有若干个试管槽，试管槽内放置有试管。完成一次取样，试管进行封盖保存。

（2）动力。动力通过控制电机的转速和舵机选择来实现方向和速度的改变。

（3）定位与通信。采用4G模块，进行远程通信和控制。

2. 方案框图

本项目的主要框图如下，得捷网站链接如下：https://www.digikey.cn/schemeit/project/一种多参数低耦合的移动水质监测无人船设计-a064bab3269c4681bfa7716596974781

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主要思路如下：RK3399作为无人船的“大脑”，负责接收遥控器的指令，4G模块作为无线数据传输的功能外，还在采样水体时对地理位置、水体照片提供经纬度数据，方便后续分析与研究；摄像头作为无人船运动的指引，也提供照片拍摄的任务；电机控制与旋转控制任务交给EV66E56A，旋转控制则是更换不同的试管进行多次不同时间、不同地点的水质采样，方便多角度还原河道的水质情况。

3. 主要元器件

主控，EV66E56A CNANO AVR64EA48 MCU单片机，microchip
4G模块，FS-MCore-F800EG
计算核心，RK3399开发板
视觉采集，飞凌嵌入式OV13850

EV66E56A CNANO AVR64EA48

EV66E56A CNANO AVR64EA48是一款基于AVR64EA48微控制器的评估板，由Microchip Technology AVR64EA48 Curiosity Nano评估套件提供支持。该板具有预装AVR64EA48微控制器，并且由MPLAB ® X IDE及Microchip Studio同时提供支持，使得用户可以轻松访问AVR64EA48的各项特性，以便将器件集成到定制设计中。

该评估板具有多种特性，包括一个黄色用户LED、一个机械式用户交换机、一个32.768kHz晶体、一个20MHz晶体、一个板载调试器以及虚拟串行端口(CDC)和调试GPIO通道(DGI GPIO)等。此外，它还支持USB供电或外部供电，并具有500mA最大输出电流（受环境温度和输出电压限制）的能力。

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ATK-M750C

ATK-M750C是一款物联网通信模块，它支持Cat.1通信协议，可以作为物联网设备的通信接口，实现数据传输和远程控制等功能。

该模块具有多种优点，包括低功耗、高性能、宽温工作范围、高可靠性和丰富的接口等。它可以应用于各种物联网设备中，如智能家居、智能城市、智能工业等领域的设备，实现远程数据传输和控制等功能。

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RK3399

RK3399是一款由瑞芯微推出的处理器，它基于big.LITTLE架构，集成了双核Cortex-A72和四核Cortex-A53，具有独立的NEON协处理器。RK3399支持多格式视频解码，包括H.264/H.265/VP9，高达4Kx2K@60fps，特别是H.264/H.265解码器支持10bits的编码，还支持H.264/MVC/VP8编码，高达1080p@30fps，高质量JPEG编解码，特殊的图像预处理和后处理。内置的3D GPU使得RK3399弯曲兼容于OpenGL ES1.1/2.0/3.0/3.1，OpenCL和DirectX11.1。此外，它还具有特殊的带MMU的2D引擎，可以最大化显示性能并提供非常平滑的操作。

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OV13850

OV13850是一款1/3.06英寸的1320万像素CMOS图像传感器，使用OmniBSI+技术提供单-1320万像素（4224×3136)摄像头的功能。它可以通过串行摄像头控制总线（SCCB)接口进行控制，提供全帧、下采样、开窗的10位MIPI图像。OV13850能够在10位1320万像素分辨率下以每秒24帧（fps)的速度运行，并允许用户完全控制图像质量、格式和输出数据传输。此外，它还具有一个单编程（OPT）存储器，并适用于低功耗相机模块。

OV13850的主要特性包括：

低电压、高性能。
最多4车道的MIPI接口。
适用于低功耗相机模块。
提供定制信息。
通过SCCB接口控制，提供全帧、下采样、开窗的10位MIPI图像。
在10位1320万像素分辨率下以每秒24帧的速度运行。
用户可以完全控制图像质量、格式和输出数据传输。
具有一个单编程（OPT）存储器。
专有的传感器技术可以减少或消除固定图案噪声、污迹等常见的图像污染光源，从而产生干净、完全稳定的彩色图像。

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4. 心得体会

这次活动对我来说是一次难能可贵的机遇，它让我得以接触到平时无法触及的全新工具与技术，例如来自microchip等公司的器件。我获得了许多实用的知识和技能，这将极大地提升我的工作效率和质量，也能让我更好地应对各种工作和生活中的挑战。