本發(fā)明涉及空?？缃橘|(zhì)通信及能量采集，具體涉及一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、空?？缬蛲ㄐ攀钱?dāng)前海洋觀測(cè)領(lǐng)域中的重點(diǎn)問(wèn)題。由于電磁波在水中的衰減非常嚴(yán)重，而聲波無(wú)法突破海面?zhèn)鬏斨了?，因此傳統(tǒng)信號(hào)頻段下的通信需要借助中繼節(jié)點(diǎn)實(shí)現(xiàn)?？蘸？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)有效解決了這一問(wèn)題，作為中繼節(jié)點(diǎn)，它支持水聲、電磁或光等多種模式通信?？蘸？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)可與衛(wèi)星，水下機(jī)器人，潛標(biāo)和水面船等多種節(jié)點(diǎn)共同形成海洋觀測(cè)系統(tǒng)。由于目前空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)通常采用蓄電池進(jìn)行供電，有的以太陽(yáng)能，風(fēng)能等各種環(huán)境中存在的能源作為補(bǔ)充，然而傳統(tǒng)的發(fā)電效率過(guò)低，無(wú)法產(chǎn)生充足的能量供空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)長(zhǎng)時(shí)間工作。

2、因此，有必要提供一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的是提供一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，以解決現(xiàn)有空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)續(xù)航有限，發(fā)電效率與能量利用率低的問(wèn)題。

2、為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案：

3、一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，包括：通信子系統(tǒng)、能量采集子系統(tǒng)、環(huán)境感知子系統(tǒng)、自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)、電子艙段和浮體；所述通信子系統(tǒng)包括：通信設(shè)備模塊、主控單元模塊和通信天線；

4、所述通信設(shè)備模塊與所述主控單元模塊線連接；所述通信天線與所述通信設(shè)備模塊線連接；

5、所述通信子系統(tǒng)、所述能量采集子系統(tǒng)、所述環(huán)境感知子系統(tǒng)均與所述自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)線連接；

6、其中，所述通信子系統(tǒng)用于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)與外界的信息交互；

7、所述能量采集子系統(tǒng)用于將太陽(yáng)能和風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能；

8、所述環(huán)境感知子系統(tǒng)用于采集和傳輸環(huán)境信息；

9、所述自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)用于將所述電能進(jìn)行穩(wěn)壓處理后向所述通信子系統(tǒng)、所述環(huán)境感知子系統(tǒng)供電；

10、所述通信設(shè)備模塊、所述主控單元模塊、所述自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)均固定連接在所述電子艙段內(nèi)；所述浮體固定套設(shè)于所述電子艙段的外部；

11、所述環(huán)境感知子系統(tǒng)包括：環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器和stm32f103c8t6單片機(jī)；所述環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器與所述能量采集子系統(tǒng)固定連接；所述stm32f103c8t6單片機(jī)與所述電子艙段固定連接；

12、所述能量采集子系統(tǒng)和所述通信天線均連接于所述浮體的頂部。

13、進(jìn)一步的，所述通信設(shè)備模塊包括：數(shù)傳電臺(tái)通信終端、水聲通信終端和銥星通信終端。

14、進(jìn)一步的，所述能量采集子系統(tǒng)包括：太陽(yáng)能采集模塊和風(fēng)能采集模塊；所述太陽(yáng)能采集模塊包括：柔性太陽(yáng)能板；所述風(fēng)能采集模塊包括：螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)。

15、進(jìn)一步的，所述通信天線包括：數(shù)傳電臺(tái)和銥星天線，所述數(shù)傳電臺(tái)和所述銥星天線均固定連接于所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)的中心處。

16、進(jìn)一步的，所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)包括：控制系統(tǒng)、塔筒、發(fā)電機(jī)、固定軸以及與所述固定軸連接的多個(gè)薩伏紐斯轉(zhuǎn)子葉片；

17、所述塔筒連接于所述浮體的頂部；所述發(fā)電機(jī)和所述控制系統(tǒng)均連接于所述塔筒內(nèi)；所述固定軸與所述發(fā)電機(jī)驅(qū)動(dòng)連接；

18、多個(gè)所述薩伏紐斯轉(zhuǎn)子葉片以所述固定軸為中心陣列設(shè)置，所述薩伏紐斯轉(zhuǎn)子葉片為半鼓形結(jié)構(gòu)；

19、所述發(fā)電機(jī)與所述控制系統(tǒng)線連接。

20、進(jìn)一步的，所述自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)包括：蓄電池、電源轉(zhuǎn)換模塊、stm32f103c8t6單片機(jī)、繼電器和穩(wěn)壓模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊包括：轉(zhuǎn)5v電壓轉(zhuǎn)換板、轉(zhuǎn)12v電壓轉(zhuǎn)換板和轉(zhuǎn)24v電壓轉(zhuǎn)換板。

21、進(jìn)一步的，所述環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器包括：波浪能傳感器、gps位置傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和溫濕度傳感器，所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器和所述溫濕度傳感器均固定連接在所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)的中心處。

22、本發(fā)明具有如下有益效果：

23、本發(fā)明通過(guò)分級(jí)轉(zhuǎn)換，將太陽(yáng)能與風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能供給網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)使用，浮體與發(fā)電模組的特殊設(shè)計(jì)使得該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)能夠在海洋使用過(guò)程中獲取穩(wěn)定的能量，將采集到的能量?jī)?yōu)先供給環(huán)境感知子系統(tǒng)使用，提高了整個(gè)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的能量使用效率，延長(zhǎng)了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的工作時(shí)間。本發(fā)明中主控單元模塊通過(guò)通信設(shè)備模塊將環(huán)境感知子系統(tǒng)獲取到的環(huán)境信息傳輸給遠(yuǎn)程監(jiān)控人員，增強(qiáng)了監(jiān)控人員對(duì)空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)所處環(huán)境狀態(tài)的識(shí)別能力。

技術(shù)特征：

1.一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，包括：通信子系統(tǒng)、能量采集子系統(tǒng)、環(huán)境感知子系統(tǒng)、自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)、電子艙段和浮體；所述通信子系統(tǒng)包括：通信設(shè)備模塊、主控單元模塊和通信天線；

2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述通信設(shè)備模塊包括：數(shù)傳電臺(tái)通信終端、水聲通信終端和銥星通信終端。

3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述能量采集子系統(tǒng)包括：太陽(yáng)能采集模塊和風(fēng)能采集模塊；所述太陽(yáng)能采集模塊包括：柔性太陽(yáng)能板；所述風(fēng)能采集模塊包括：螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)。

4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述通信天線包括：數(shù)傳電臺(tái)和銥星天線，所述數(shù)傳電臺(tái)和所述銥星天線均固定連接于所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)的中心處。

5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)包括：控制系統(tǒng)、塔筒、發(fā)電機(jī)、固定軸以及與所述固定軸連接的多個(gè)薩伏紐斯轉(zhuǎn)子葉片；

6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空?？缬蛲ㄐ啪W(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)包括：蓄電池、電源轉(zhuǎn)換模塊、stm32f103c8t6單片機(jī)、繼電器和穩(wěn)壓模塊；所述電源轉(zhuǎn)換模塊包括：轉(zhuǎn)5v電壓轉(zhuǎn)換板、轉(zhuǎn)12v電壓轉(zhuǎn)換板和轉(zhuǎn)24v電壓轉(zhuǎn)換板。

7.根據(jù)權(quán)利要求3所述的清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空海跨域通信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，其特征在于，所述環(huán)境監(jiān)測(cè)傳感器包括：波浪能傳感器、gps位置傳感器、風(fēng)速風(fēng)向傳感器和溫濕度傳感器，所述風(fēng)速風(fēng)向傳感器和所述溫濕度傳感器均固定連接在所述螺旋式垂直渦輪發(fā)電機(jī)的中心處。

技術(shù)總結(jié)
本發(fā)明公開(kāi)了一種清潔能量供能與監(jiān)測(cè)的自漂流式空海跨域通信網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)，屬于空?？缃橘|(zhì)通信及能量采集技術(shù)領(lǐng)域；其包括：通信子系統(tǒng)、能量采集子系統(tǒng)、環(huán)境感知子系統(tǒng)、自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)、電子艙段和浮體；通信子系統(tǒng)包括：通信設(shè)備模塊、主控單元模塊和通信天線；通信設(shè)備模塊與主控單元模塊線連接；通信天線與通信設(shè)備模塊線連接；通信子系統(tǒng)、能量采集子系統(tǒng)、環(huán)境感知子系統(tǒng)均與自適應(yīng)發(fā)電控制子系統(tǒng)線連接。本發(fā)明通過(guò)分級(jí)轉(zhuǎn)換，將太陽(yáng)能與風(fēng)能轉(zhuǎn)換為電能供給網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)使用，浮體與發(fā)電模組的特殊設(shè)計(jì)使得該網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)能夠在海洋使用過(guò)程中獲取穩(wěn)定的能量，提高了整個(gè)網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的能量使用效率，延長(zhǎng)了網(wǎng)關(guān)系統(tǒng)的工作時(shí)間。

技術(shù)研發(fā)人員：施浩藍(lán),商志剛,邢銘涵
受保護(hù)的技術(shù)使用者：哈爾濱工程大學(xué)三亞南海創(chuàng)新發(fā)展基地
技術(shù)研發(fā)日：
技術(shù)公布日：2025/5/15