具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人及应用方法与流程

1.本发明涉及监测设备及应用技术领域，特别是一种具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人及应用方法。


背景技术：

2.在水利管理部门中，需要对相关河流的水位及水流速等水文信息进行实时监测。移动式非接触式雷达波流速探测仪设备（以下简称探测仪设备）是现有较为先进的一种水文监测设备，其主要结构包括电动小车、跨河线缆和安装在岸边的电动牵引机构，应用中，两岸的电动牵引机构分别收卷小车一侧缆绳、放卷另一侧缆绳，使小车在横向分布于河道之上的钢索上等来回运动，进而，雷达波流速探测仪对河道水文数据进行无缝监测。探测仪设备由于需要在岸边建立结构复杂、成本高的电动牵引机构，因此存在成本高、维护不方便且耗电的缺点。
3.现有技术中，也有采用蓄电池方式供电的探测仪设备，其在内部控制电路板控制作用下，每按照一定时间运行到岸边的充电桩处进行充电；虽然其一定程度上减少了建设电动牵引机构的成本，但是由于需要使用供电线路供电，相对存在浪费电能的缺点。还有就是，目前的蓄电池方式供电的探测仪设备，采用的电驱车轮没有刹车机构，由于横跨于河道之上的钢索不可能保持水平，且自身表面光滑，这样，特别在河道之上风力等影响下，每次停下监测水文数据时有可能发生打滑现象，无法保持测量时候与缆道相对静止，也就是说无法有效保证对相应点位河道的水文数据进行监测，因此存在河道水文监测盲区的几率（现有的探测仪设备，其采用的步进电机的停电后无法驻留，探测仪设备在缆道上面运行时候有坡度，为了在测量的时候保持不滑或者溜出设定测量位置，其电机必须产生反向力矩来保持不动，会导致在整个运行和停止测流过程中都在消耗电池电量）。还有就是，现有技术是只有监测电压，参数单一，没法完整评估小车的电池电量，尤其是电池在衰减后，电池效率下降，经常导致小车电量不足，停在河道双轨缆绳上，需要花费大量的人力物力，通过厂家专业技术人员到现场进行抢修，影响到小车的正常使用。由于电池充电次数有限，没有达到电池的最佳使用寿命，或者过充，或者发电过多，都会影响到电池的使用寿命。
4.最后就是，现有的蓄电池方式供电的探测仪设备，在因各种原因自身耗电完毕后，如果停留在河道上离岸边较远，那么由于救援人员不方便操作，会给救援工作带来极大的不利影响 且也存在很大的安全风险。综上，现有的蓄电池方式供电的探测仪设备还具有很大的技术缺陷。


技术实现要素：

5.为了克服现有蓄电池方式供电的探测仪设备，因结构所限存在如背景所述弊端，本发明提供了一种在小车上布置有重量轻的柔性太阳能板，在相关机构及电路作用下，通过太阳能电池板进行充电；在电能使用完前，能自动行驶到岸边和充电桩对接充电；能在主蓄电池性能变差时主动切换到备份蓄电池进行供电；远端相关人员通过接收的数据能了解
太阳能电池板及蓄电池的性能及充放电状态，对小车的历史能耗数据进行统计分析，能对电量未来的使用做规划及电池的充放电进行调度，尤其是小车能通过物联网平台订阅当前及未来一段时间测流小车所在的位置天气预报，这样就能对电池进行更精细准确的运行调度，及保证能有效充电，又能延长使用时间，还能在需要的任何点位定点采集水文数据，判断钢索等的损坏情况，在因各种原因电池耗尽时，能通过配套的救援车辆为设备补充充电，由此为有效采集水文数据起到了有利技术支持的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人及应用方法。
6.本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，包括探测仪设备本体、太阳能电池板、蓄电池、带有电磁刹车机构的电驱车轮、充电桩、钢索，钢索两端横向安装在河道两岸的支撑座上，充电桩安装在岸边一侧；其特征在于还具有充电小车、基于计算机系统的主控模块，主控模块、蓄电池、gprs模块安装在探测仪设备本体的外壳内；所述太阳能电池板安装在探测仪设备本体上端，电驱车轮有二套，二套电驱车轮分别安装在探测仪设备本体的外壳下端四周，且车轮的轮子具有轮槽，电驱车轮的轮子位于钢索上端，外壳下端有套环，套环套在钢索外侧；所述蓄电池具有两套、分别作为主蓄电池和备份蓄电池，太阳能电池板、主蓄电池、备份蓄电池的电源输出端和主控模块的控制电源输入端电性连接，主控模块的八路信号端和二套电驱车轮及二套电磁刹车机构的各两个接线端分别电性连接；所述充电小车包括壳体、蓄电池、无线遥控板、无线控制板、安装在壳体下端四周的电驱车轮a，电驱车轮a的电源输入端和无线控制板的电源输出端电性连接，车轮a的轮子具有轮槽a，车轮a的轮子位于钢索上端，壳体a下端有套环a，套环a套在钢索外侧；所述主控模块内安装有数据采集单元、数据发送单元、数据分析单元、控制单元、定时单元；具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法包括如下流程，（1）：主控模块经控制单元控制太阳能电池板对蓄电池充电，并控制主蓄电池输出电源为用电设备供电，数据分析单元在主蓄电池电量下降到低于阈值时切换备份蓄电池为用电设备供电；（2）主控模块在定时单元作用下，每间隔一定时间或者连续控制探测仪设备本体在钢索上运行，并在设定的点停止运动一段时间对河面进行水文，监测的水位数据通过gprs模块远传；（3）数据采集单元采集蓄电池及太阳能电池板的电流、电压数据，上述数据经数据发送单元通过gprs模块远传；（4）数据分析单元在两套蓄电池电量低于阈值时，经控制单元控制探测仪设备本体行驶到岸边充电桩处获得电源充电：（5）探测仪设备本体出现电能耗尽情况时，工作人员机构无线方式控制充电小车为其充电，探测仪设备本体内刹车控制系统与探测仪设备本体的充电口直接连通，充电口具有为探测仪设备本体刹车线圈供电、应急打开刹车的功能，探测仪设备本体缺电或者刹车控制系统失效情况下，通过营救小车供电，释放刹车的功能，减少营救成本。
7.进一步地，所述探测仪设备本体的左右侧端各有两个和主控模块的控制电源输入端经导线连接的金属触点，充电小车的壳体一侧端具有两个和其内部蓄电池经导线连接的金属弹性片。
8.进一步地，所述控制单元控制探测仪设备本体前后运动时，主控板不输出电源到电磁刹车机构，两套电驱车轮能正常转动，到达相应监测点位后，主控板输出电源到电磁刹车机构，两套电驱车轮备被刹车不再转动，防止监测中，探测仪设备本体发生位移。
9.进一步地，所述充电小车和探测仪设备本体一侧端接触后，充电小车的两只金属
片和探测仪设备本体的两只金属触点分别接触且电性导通，探测仪设备本体另一侧端和充电桩接触后，充电桩的两只金属片和探测仪设备本体的两只金属触点分别接触且电性导通。
10.进一步地，所述数据采集单元还能采集电驱车轮的电流数据，如果工作电流变大、负荷过大，代表钢索表面产生毛刺或者其它损坏对电驱车轮的运动造成阻碍。
11.进一步地，所述备份蓄电池为用电设备供电的数据能通过数据单元采集后，经gprs模块远传；通过在探测仪设备本体上安装的陀螺仪，能实时监测到探测仪设备本体的状态的振动和角度，探测仪设备本体的数据采集系统结合摆动分析，主动过滤掉无效的数据，保证雷达是在稳定姿态下测量数据的准确性。本发明有益效果是：本发明通过太阳能电池板进行供电、节省能源；在因天气等原因电能使用完前，能自动行驶到岸边和充电桩对接充电；蓄电池具有主从备份，能在主蓄电池性能变差时主动切换到备份蓄电池进行供电；远端相关人员通过接收的数据能了解太阳能电池板及蓄电池的性能，根据需要提前更换，保证设备正常工作；具有电磁刹车机构能保证设备在需要的任何点位定点采集水文数据，能根据电动车轮的负荷判断钢索的损坏情况，根据需要进行提前检修；且在因各种原因电池耗尽时，能通过配套的救援车辆为设备打开刹车装置拖回充电桩，使其能回到岸边检修，由此为有效采集水文数据起到了有利技术支持。基于上述，本发明具有好的应用前景。
附图说明
12.以下结合附图和实施例将本发明做进一步说明。
13.图1是本发明整体结构示意图。
14.图2是本发明电路图。
15.图3是本发明软件架构框图。
具体实施方式
16.图1、2、3中所示，具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，包括具有雷达水位监测机构（位于壳体内其探测头位于壳体下端中部外）的探测仪设备本体1、太阳能电池板g1、蓄电池g2及g3、带有电磁刹车机构的电驱车轮2、充电桩(图中未画出)、钢索3，两根钢索3前后间隔距离横向安装在河道两岸的支撑座上，充电桩安装在岸边右侧、且位于两根钢索3之间，雷达水位监测机构（图中未画出）的信号输出端和探测仪设备本体配套的gprs模块信号输入端经导线连接；还具有充电小车(图中未画出)、基于微型计算机系统的主控模块a1，主控模块a1、蓄电池g2及g3、gprs模块安装在探测仪设备本体1的外壳内；所述太阳能电池板g1前低后高倾斜安装在探测仪设备本体1上端，电驱车轮2有二套，二套电驱车轮2分别经螺杆螺母安装在探测仪设备本体1的壳体下端四周，且车轮的轮子具有轮槽6（方便在钢索上滚动），前端两套电驱车轮2及后端两套电驱车轮2的轮子分别位于两根钢索3上端，壳体下端左右部两部各有各一个限位套环4，套环4套在钢索3外侧；所述蓄电池高具有两套、分别作为主蓄电池和备份蓄电池，太阳能电池板g1、主蓄电池g2、备份蓄电池g3的电源输出端和主控模块a1的控制电源输入端经导线连接，主控模块a1的二路信号端和二套电驱车轮2及二套电磁刹车机构的各两个接线端分别经导线连接；所述充电小车包括壳体a、蓄电池、无线遥控板、无线控制板、安装在壳体a下端四周的电驱车轮a，两套电驱车轮a的电源输入
端和无线控制板的两个电源输出端经导线连接，无线遥控板工作人员随身携带，车轮a的轮子具有轮槽a，前端两套电驱车轮a及后端两套电驱车轮a的轮子分别位于两根钢索3上端，壳体a下端左右部两部各有各一个限位套环a，套环a套在钢索外侧（充电小车平时位于岸边）；主控模块a1内安装有数据采集单元、数据发送单元、数据分析单元、控制单元、定时单元。
17.图1、2、3中所示，探测仪设备本体的左右侧端中部各有两个和主控模块a1的控制电源输入端经导线连接的金属触点5，充电小车的壳体右侧端中部具有两个和其内部蓄电池经导线连接的金属弹性片。主控板a1控制探测仪设备本体1前后运动时，主控板a1不输出电源到电磁刹车机构，两套电驱车轮2能正常转动，到达相应监测点位后，主控板a1输出电源到电磁刹车机构2，两套电驱车轮备2被刹车不再转动，防止监测中，探测仪设备本体1发生位移。充电小车和探测仪设备本体1一侧端接触后，充电小车的两只金属片和探测仪设备本体的两只金属触点5分别接触且电性导通，探测仪设备本体`另一侧端和充电桩接触后，充电桩的两只金属片和探测仪设备本体的两只金属触点5分别接触且电性导通。
18.图1、2、3中所示，具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法包括如下流程，（1）：在白天时，太阳能电池板g1受光照产生太阳能，在主控模块a1切换作用下为主蓄电池g2、备份蓄电池g3进行充电，并控制主蓄电池g2输出电源为所有用电设备供电，这样由于采用太阳能电池板g1供电，节省了能源，且减少了探测仪设备本体到岸边充电桩处充电的频率和时间，能最大限度的在河道中央处于测量值守，尤其是在山谷中，在阴雨天或者冬季，岸边太阳照射时间有限，小车顶上的太阳能在河道中央更能发挥边用边充的功能；具体的，数据单元采集到主蓄电池g2因各种原电压下降到低于阈值时，数据分析单元在能切换备份蓄电池为用电设备供电，保证了整体设备正常工作采集河道的水文数据。
19.图1、2、3中所示，（2）主控模块的控制单元在内部定时单元作用下，每间隔一定时间或者连续控制输出电源到两套电驱车轮2的电机正负及负正两极电源输入端，探测仪设备本体1会在钢索上来回运动，此刻两套电磁刹车机构处于失电状态不会将电驱车轮的轮子刹住，探测仪设备本体1在设定的监测点停止运动一段时间（此刻两套电磁刹车机构得电将轮子刹住，这样，探测仪设备本体在钢索上不会在运动，能更准确的对相应点位进行水文监测），或者连续经雷达水位监测机构对河面进行水文监测，监测水位数据通过gprs模块远传，远端管理人员能实时经pc机或者智能手机等掌握现场的水文数据，出现异常数据时到现场进行处置。（3）数据采集单元采集蓄电池及太阳能电池板的电流、电压数据，上述数据经数据分析单元分析后，然后数据发送单元通过gprs模块远传，远端管理人员在太阳能电池板g1和蓄电池g2、g3的性能变差时能及时进行维护和更换，保证了整体设备正常工作。（4）数据采集单元在两套蓄电池电量低于阈值时(也就是因为太阳能电池板性能下降，或者天气异常太阳能电池板输出的电源过低等)，会输出控制信号到控制单元，控制单元控制两套电驱车轮2向右行驶，当探测仪设备本体右侧端的充电触点和充电桩的弹性金属片接触后，探测仪设备本体停止运动，充电桩为探测仪设备本体的蓄电池进行充电，充完电后，控制单元控制探测仪设备本体1回到监测工位。（5）探测仪设备本体出现电能耗尽情况，比如停留在河道中央之上，工作人员人为方式无法将其拉回到充电桩处充电时，工作人员通过无线遥控板发出控制指令，无线接收模块会根据无线遥控板的控制指令控制电驱车轮a带动充电小车左或右运动接近探测仪设备本体1，当充电小车的充电金属片接触探测仪设备
本体1左侧端的金属触电后，控制充电小车停止运动，然后充电小车内的蓄电池为探测仪设备本体内的蓄电池进行充电；充电完毕后，控制充电小车回到岸边，这样，探测仪设备本体又会自主运动；数据采集单元还能采集电驱车轮的电流数据，如果工作电流变大、负荷过大，代表钢索表面产生毛刺或者其它损坏对电驱车轮的运动造成阻碍，远端管理人员接收到异常数据后就能第一时间到现场检修，保证整体设备的正常工作；具体的，探测仪设备本体出现电能耗尽情况时，工作人员机构无线方式控制充电小车为其充电，探测仪设备本体内刹车控制系统与探测仪设备本体的充电口直接连通，充电口具有为探测仪设备本体刹车线圈供电、应急打开刹车的功能，探测仪设备本体缺电或者刹车控制系统失效情况下，通过营救小车供电，释放刹车的功能，减少营救成本（通过一个钩子钩住故障小车，同时通过小车的应急救援供电触点给刹车供电，就能把故障小车带回充电桩处进行维修处理）。小车由于受到侧风的影响，缆道会进行摇摆，雷达的测量角度就会变化，这样就会导致测量数据不准，与实际存在很大的误差，本技术通过在小车（探测仪设备本体）上安装有陀螺仪，能实时监测到小车的状态的振动和角度，探测仪设备本体的数据采集系统结合摆动分析，主动过滤掉无效的数据，保证雷达是在稳定姿态下测量数据的准确性。
20.图1、2、3所示， 通过上述所有机构和控制软件单元共同作用下，本发明经太阳能电池板进行供电、节省了能源；在因天气等原因电能使用完前，能自动行驶到岸边和充电桩对接充电；蓄电池具有主从备份，能在主蓄电池性能变差时主动切换到备份蓄电池进行供电；远端相关人员通过接收的数据能了解太阳能电池板及蓄电池的性能，根据需要提前更换，保证设备正常工作；具有电磁刹车机构能保证设备在需要的任何点位定点采集水文数据，能根据电动车轮的负荷判断钢索的损坏情况，根据需要进行提前检修；且在因各种原因电池耗尽时，能通过配套的救援车辆为设备补充充电，使其能回到岸边检修，由此为有效采集水文数据起到了有利技术支持。
21.以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点，对于本领域技术人员而言，显然本发明限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。
22.此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

技术特征：
1.具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，包括探测仪设备本体、太阳能电池板、蓄电池、带有电磁刹车机构的电驱车轮、充电桩、钢索，钢索两端横向安装在河道两岸的支撑座上，充电桩安装在岸边一侧；其特征在于还具有充电小车、基于计算机系统的主控模块，主控模块、蓄电池、gprs模块安装在探测仪设备本体的外壳内；所述太阳能电池板安装在探测仪设备本体上端，电驱车轮有二套，二套电驱车轮分别安装在探测仪设备本体的外壳下端四周，且车轮的轮子具有轮槽，电驱车轮的轮子位于钢索上端，外壳下端有套环，套环套在钢索外侧；所述蓄电池具有两套、分别作为主蓄电池和备份蓄电池，太阳能电池板、主蓄电池、备份蓄电池的电源输出端和主控模块的控制电源输入端电性连接，主控模块的八路信号端和二套电驱车轮及二套电磁刹车机构的各两个接线端分别电性连接；所述充电小车包括壳体、蓄电池、无线遥控板、无线控制板、安装在壳体下端四周的电驱车轮a，电驱车轮a的电源输入端和无线控制板的电源输出端电性连接，车轮a的轮子具有轮槽a，车轮a的轮子位于钢索上端，壳体a下端有套环a，套环a套在钢索外侧；所述主控模块内安装有数据采集单元、数据发送单元、数据分析单元、控制单元、定时单元；具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法包括如下流程，（1）：主控模块经控制单元控制太阳能电池板对蓄电池充电，并控制主蓄电池输出电源为用电设备供电，数据分析单元在主蓄电池电量下降到低于阈值时切换备份蓄电池为用电设备供电；（2）主控模块在定时单元作用下，每间隔一定时间或者连续控制探测仪设备本体在钢索上运行，并在设定的监测点停止运动一段时间对河面进行水文监测，监测水位数据通过gprs模块远传；（3）数据采集单元采集蓄电池及太阳能电池板的电流、电压数据，上述数据经数据发送单元通过gprs模块远传；（4）数据分析单元在两套蓄电池电量低于阈值时，经控制单元控制探测仪设备本体行驶到岸边充电桩处获得电源充电：（5）探测仪设备本体出现电能耗尽情况时，工作人员机构无线方式控制充电小车为其充电，探测仪设备本体内刹车控制系统与探测仪设备本体的充电口直接连通，充电口具有为探测仪设备本体刹车线圈供电、应急打开刹车的功能，探测仪设备本体缺电或者刹车控制系统失效情况下，通过营救小车供电，释放刹车的功能，减少营救成本。2.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，其特征在于，探测仪设备本体的左右侧端各有两个和主控模块的控制电源输入端经导线连接的金属触点，充电小车的壳体一侧端具有两个和其内部蓄电池经导线连接的金属弹性片。3.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法，其特征在于，控制单元控制探测仪设备本体前后运动时，主控板不输出电源到电磁刹车机构，二套电驱车轮能正常转动，到达相应监测点位后，主控板输出电源到电磁刹车机构，二套电驱车轮备被刹车不再转动，防止监测中，探测仪设备本体发生位移。4.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，其特征在于，充电小车和探测仪设备本体一侧端接触后，充电小车的两只金属片和探测仪设备本体的两只金属触点分别接触且电性导通，探测仪设备本体另一侧端和充电桩接触后，充电桩的两只金属片和探测仪设备本体的两只金属触点分别接触且电性导通。5.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法，其特征在于，数据采集单元还能采集电驱车轮的电流数据，如果工作电流变大、负荷过大，代表钢索表面产生毛刺或者其它损坏对电驱车轮的运动造成阻碍。6.根据权利要求1所述的具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法，其
特征在于，备份蓄电池为用电设备供电的数据能通过数据单元采集后，经gprs模块远传；通过在探测仪设备本体上安装的陀螺仪，能实时监测到探测仪设备本体的状态的振动和角度，探测仪设备本体的数据采集系统结合摆动分析，主动过滤掉无效的数据，保证雷达是在稳定姿态下测量数据的准确性。

技术总结
具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人，包括探测仪设备本体、太阳能电池板、蓄电池、带电磁刹车机构的电驱车轮、充电桩、钢索，钢索安装在河道两岸支撑座上，充电桩安装在岸边一侧；还具有充电小车、主控模块，主控模块、蓄电池、GPRS模块安装在探测仪设备本体的外壳内并电性连接；太阳能电池板安装在外壳上，电驱车安装在外壳下端；充电小车包括壳体、蓄电池、无线遥控板、无线控制板、壳体下端的电驱车轮A，主控模块内安装有数据采集单元、数据发送单元、数据分析单元、控制单元、定时单元；具有电池管理系统的低功耗水文测流机器人的应用方法包括五个流程。本发明节能，能方便充电，有效采集河道水文数据。本发明具有好的应用前景。景。景。


技术研发人员：吴相会 孙英军 薛金山 任榧
受保护的技术使用者：成都汉维斯科技有限公司
技术研发日：2022.11.18
技术公布日：2023/9/22