一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，涉及一种监控系统，系统水流状况采集端对采集模块采集到的信号进行放大及滤波处理，再将处理后的数据信号通过有线方式发送到水流状况实时显示端；水流状况实时显示端操作系统嵌入到MCU内，实现MCU的资源分配及进程调度，MCU将接收到的数据信号通过液晶屏进行实时显示，并通过无线通信模块发送到水流状况汇总分析端；水流状况汇总分析端，实现了数据的接收，高性能计算机对接收到的数据进行处理及显示，并交付于文件服务器进行数据的存储，移动设备实现了水流状况的远程查看。本发明通过对廊道内水流状况的分析确定压电能量收集器的最佳放置区间，减少由于紊流带来时间及精力上的浪费，提高了科研效率，为水下能量收集技术提供实验室阶段的评估与验证。
1.一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述系统包含水流状况采集端、水流状况实时显示端和水流状况汇总分析端；其中：水流状况采集端：包括采集模块、信号初级放大模块、低通滤波模块、后级放大模块、采样保持模块，所述的采集模块由三轴加速度传感器构成，所述的低通滤波模块与信号初级放大模块相连，所述的后级放大模块与低通滤波模块相连，所述的采样保持模块与后级放大模块相连，将处理后的数据信号通过IIC或SPI发送到水流状况实时显示端；三轴加速度传感器通过两块纳米胶带粘贴在廊道的顶端内侧部分，多点采集廊道内的水流状况；
水流状况实时显示端：包括液晶屏、MCU、无线通信模块及操作系统，所述的液晶屏和无线通信模块与MCU相连，所述的操作系统嵌入到MCU内；
水流状况汇总分析端：包括无线路由、高性能计算机、文件服务器及移动终端，所述的无线路由与水流状况实时显示端的无线通信模块具有相同的通信协议，所述的高性能计算机对接收到的数据进行处理及显示，所述的文件服务器对数据进行存储，所述的移动设备实现了水流状况的远程查看。
2.根据权利要求1所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述采集模块为三轴加速度传感器并将其置于仿海底洋流实验装置的廊道内，三轴加速度传感器感应出水流在X，Y，Z轴3个方向的流向变化信号，通过信号初级放大模块、低通滤波模块、后级放大模块、采样保持模块进行放大和滤波进行滤波处理。
3.根据权利要求 2 所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述信号初级放大信号处理电路的处理流程为：三轴加速度传感器采集到的数据经初级放大电路进行放大，通过低通滤波电路将干扰信号滤除掉，在通过后级放大电路对其进行二次放大并进行采样保持，最终获得比较纯净的目标特征信号。
4.根据权利要求1所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述水流状况实时显示端接收水流状况采集端发送的数据，并通过MCU进行实时处理及显示，是使用者实时观察此处的水流情况，并通过WiFi模块发送给水流状况汇总分析端。
5.根据权利要求 4 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述,MCU是基于增强型51系列、STM32系列或msp430系列单片机，所述的操作系统是Linux、Ucos或Android，用于合理配置单片机的资源并实现进程调度。
6.根据权利要求1所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述水流状况汇总分析端通过无线路由接收并汇总分析各个采集节点的数据，并通过高性能计算机实时显示及分析水流状况数据，并将其存储于文件服务器中；所述的移动设备或通过网络对服务器进行访问，实时获取廊道内的水流流动状况。
7.根据权利要求 6 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述,无线路由应与水流状况实时显示端的无线通信模块具有相同的通信协议；所述的文件服务器应装有数据库软件，其类型为Access、SQL Server或MySQL。
8.根据权利要求 6 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，对水流流动稳定的目标范围进行设定，高性能计算机将各节点的水流数据与之对比，若在目标范围之外，界面上则显示“警告”，否则界面上显示“正常”。
9.根据权利要求 6所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，其特征在于，所述移动设备与高性能计算机上的实时显示界面是联动查看的，并对服务器内的数据进行提取、查看及打印输出等操作。
一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统
技术领域
[0001] 本发明涉及一种仿海底洋流监控系统，特别是涉及一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统。
背景技术
[0002] 海底洋流流速较慢，一般为0.5m/s，且具有平稳持续的特征，因此可以利用压电能量收集技术将海底洋流的动能转换为电能，并为海底物联网传感器持续供电。在仿海底洋
流系统的实验中，因实验室的水循环设施受尺寸大小限制，往往在实验过程中廊道内会出
现层流及紊流现象，而层流与紊流干扰会直接影响后期压电能量收集的效果，因此需要对
实验系统中水流动的状况进行监测，保证后期实验的可靠性。为了分析实验装置中玻璃廊
道内水流流动状况，本发明提供了一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统。
发明内容
[0003] 本发明的目的在于提供一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，该系统利用三轴加速度传感器和无线通信技术设计了水流状况实时监测系统，通过对廊道内水流
状况的分析确定压电能量收集器的最佳放置区间。
[0004] 本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
[0005] 一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述系统包含水流状况采集端、水流状况实时显示端和水流状况汇总分析端；其中：
[0006] 水流状况采集端：包括采集模块、信号初级放大模块、低通滤波模块、后级放大模块、采样保持模块，所述的采集模块由三轴加速度传感器构成，所述的低通滤波模块与信号
初级放大模块相连，所述的后级放大模块与低通滤波模块相连，所述的采样保持模块与后
级放大模块相连，将处理后的数据信号通过IIC或SPI发送到水流状况实时显示端；
[0007] 水流状况实时显示端：包括液晶屏、MCU、无线通信模块及操作系统，所述的液晶屏和无线通信模块与MCU相连，所述的操作系统嵌入到MCU内；
[0008] 水流状况汇总分析端：包括无线路由、高性能计算机、文件服务器及移动终端，所述的无线路由与水流状况实时显示端的无线通信模块具有相同的通信协议，所述的高性能
计算机对接收到的数据进行处理及显示，所述的文件服务器对数据进行存储，所述的移动
设备实现了水流状况的远程查看。
[0009] 所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述采集模块为三轴加速度传感器并将其置于仿海底洋流实验装置的廊道内，三轴加速度传感器感应出水流在X，
Y，Z轴3个方向的流向变化信号，通过信号初级放大模块、低通滤波模块、后级放大模块、采
样保持模块进行放大和滤波进行滤波处理。
[0010] 所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述信号初级放大信号处理电路的处理流程为：三轴加速度传感器采集到的数据经初级放大电路进行放大，通过
低通滤波电路将干扰信号滤除掉，在通过后级放大电路对其进行二次放大并进行采样保
持，最终获得比较纯净的目标特征信号。
[0011] 所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述水流状况实时显示端接收水流状况采集端发送的数据，并通过MCU进行实时处理及显示，是使用者实时观察此
处的水流情况，并通过WiFi模块发送给水流状况汇总分析端。
[0012] 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述,MCU是基于增强型51系列、STM32系列或msp430系列单片机，所述的操作系统是Linux、Ucos或Android，用于合理配
置单片机的资源并实现进程调度。
[0013] 所述的一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述水流状况汇总分析端通过无线路由接收并汇总分析各个采集节点的数据，并通过高性能计算机实时显示及分
析水流状况数据，并将其存储于文件服务器中；所述的移动设备或通过网络对服务器进行
访问，实时获取廊道内的水流流动状况。
[0014] 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述,无线路由应与水流状况实时显示端的无线通信模块具有相同的通信协议；所述的文件服务器应装有数据库软
件，其类型为Access、SQL Server或MySQL。
[0015] 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述对水流流动稳定的目标范围进行设定，高性能计算机将各节点的水流数据与之对比，若在目标范围之外，界面上则
显示“警告”，否则界面上显示“正常”。
[0016] 所述的仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述移动设备与高性能计算机上的实时显示界面是联动查看的，并对服务器内的数据进行提取、查看及打印输出等操
作。
[0017] 本发明的优点与效果是：
[0018] 本发明对廊道内任意区域内的水流状况进行监测，并以实时曲线的形式实时显示出来，方便直观，可以精确确定能量收集器放置的最佳放置区间，减少由于紊流为能量收集
器带来的误差，集中实验者的时间及精力，提高科研效率，为水下能量收集技术及理论提供
实验室阶段的评估与验证。
附图说明
[0019] 图1为本发明提出的一种系统总体框图；
[0020] 图2为本发明提出的一种水流状况实时显示端框图；
[0021] 图3为本发明提出的一种水流信号的处理流程框图；
[0022] 图4为本发明提出的一种水流状态实时显示端的处理流程图；
[0023] 图5为本发明提出的一种水流状态汇总分析端的处理流程图。
[0024] 图中，1、廊道，2、三轴加速传感器3、纳米胶带，4、连接线，5、水流状况实时显示模块，6、无线路由，7、高性能计算机，8、文件服务器，9、移动设备，10、MCU，11、液晶屏，12、无线
通信模块。
具体实施方式
[0025] 下面结合实施例对本发明进行详细说明。
[0026] 本发明分为三部分：水流状况采集端、水流状况实时显示端和水流状况汇总分析端。
[0027] 其中，水流状况采集端，包括采集模块、信号初级放大模块、低通滤波模块、后级放大模块、采样保持模块，主要功能利用三轴加速度传感器实时获取廊道内的水流流动状况，
并经过信号处理电路对其进行放大及滤波处理，最终将目标数据信号通过IIC或SPI总线发
送到水流状况实时显示端；
[0028] 水流状况实时显示端，包括液晶屏、MCU、无线通信模块及操作系统，液晶屏和无线通信模块均与MCU相连，实现了水流状况的本地显示及发送，操作系统嵌入到MCU内，实现了
MCU资源的合理利用，将其功耗降为最低；
[0029] 水流状况汇总分析端，包括无线路由、高性能计算机、文件服务器及移动终端。无线路由与水流状况实时显示端的无线通信模块具有相同的通信协议，实现水流数据的接
收，在对各节点的数据汇总之后，将其通过无线的方式发送给高性能计算机，高性能计算机
对接收到的数据进行处理及显示，并将其存储于文件服务器中。移动设备也可以通过网络
对水流状况的远程查看。
[0030] 在水流状况采集端安置纳米胶带将三轴加速度传感器布置与廊道内部，利用纳米胶带便于粘贴、灵活移动的特性，可以复用随意改变传感器的位置。
[0031] 在水流状况采集端三轴加速度传感器依次与信号初级放大电路、低通滤波电路、后级放大电路、采样保持电路连接，对采集的原始信号进行放大及滤波处理，得到纯净的特
征信号。
[0032] 水流状况采集端与水流状况实时显示端是通过SPI或IIC总线进行通信的，由于其数据传输的高速性，两种总线均到达数据实时显示的效果。
[0033] 水流状况实时显示端的MCU对接收到的数据进行处理，利用液晶屏将水流流动状况以实时曲线的形式显示出来，然后利用WiFi模块将水流数据发送给水流状况汇总分析
端。
[0034] 水流状况汇总分析端，利用无线路由对各采集节点的水流数据进行分析汇总，利用无线方式发送至高性能计算机，高性能计算机节点IP为单位进行数据的实时显示，并且
界面中提供了水流状况的合适范围，使用者可以根据需要进行设定，高性能计算机将获取
的各节点数据与之对比，若在合适的范围内，界面上显示“正常”，否则显示“警告”。同时，各
节点的水流数据也以IP为单位存储于文件服务器中。
[0035] 水流状况汇总分析端的高性能计算机及移动设备均可以对文件服务器内的数据进行提取及查看操作，也可以对其进行数据的输出与打印等操作。
实施例
[0036] 有鉴于此，本发明实施例期望提供一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，利用三轴加速度传感器和无线通信技术设计了水流状况实时监测系统，通过对廊道内
水流状况的分析确定压电能量收集器的最佳放置区间。
[0037] 为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
[0038] 如图1所示，本发明实施例期望提供一种仿海底洋流实验中水流动状况智能监控系统，所述的三轴加速度传感器2通过两块纳米胶带3粘贴在廊道1的顶端内侧部分，多点采
集廊道1内的水流状况；所述的连接线4将水流数据传输给水流状况实时显示模块5；所述的
水流状态实时显示模块通过无线的方式将水流数据发送给无线路由6；所述的无线路由6将
各个节点发送的数据进行汇总，然后通过无线的方式发送给高性能计算机7；高性能计算机
7对水流数据进行分析及实时显示，并将数据存储于文件服务器8；所述的移动设备9可以通
过网络进行水流状况的远程查看。
[0039] 进一步地，所述的水流状况实时显示端5如图2所示，包括MCU 10、液晶屏11及无线通信模块12。所述的MCU 10带有操作系统并集成模数转换模块；所述的液晶屏11通过插针
置于MCU 10的上部，且其下方置有无线通信模块12；所述的无线通信模块12也是通过插针
与MCU 10进行连接的。
[0040] 进一步地，当三轴加速度传感器2采集到水流数据时，系统对其处理的流程如图3所示。由于三轴加速度传感器采集到的的信号微弱且带有干扰信号，所以要经过初级放大
处理，然后进行滤波处理，得到较为纯净的信号，然后再经过后级放大及采样保持，得到目
标特征信号，再通过MCU 10集成的模数转换模块进行转换，最终通过SPI或IIC实现了与水
流状态实时显示端MCU的通信。
[0041] 进一步地，当水流状态实时显示端5获取到数据后，其处理的流程如图4所示。在启动时，首先进行初始化配置，然后判断有无数据接收，当接收到数据时对其进行处理，并通
过液晶屏11进行实时显示，然后获取无线通信模块的IP地址与水流数据进行打包，最终通
过WiFi发送到水流状况汇总分析端的无线路由6。
[0042] 进一步地，当水流状况汇总分析端接收到数据时，其处理流程如图5所示。在启动时，首先进行初始化配置，然后当无线路由有数据接收时，对数据进行分析处理获取其IP地
址及水流数据，并将其发送给高性能计算机7，高性能计算机对数据进行分析，提取出IP地
址及水流数据进行实时显示，并将其与合适范围值进行比较，如果当前数值在范围内，页面
中提示“正常”，如果超出范围则页面提示“报警”。最终将数据存储于文件服务器8中，并且
移动设备9可以通过网络进行水流状况的远程查看。
[0043] 进一步地，所述的水流状况采集端的三轴加速度传感器2与水流状况实时显示端的MCU是通过高速的SPI总线进行通信的。
[0044] 进一步地，所述的MCU 10 选行为STM32f103系列单片机，并配有Ucos操作系统。所述的无线通信方式选择为WIFI通信方式。
[0045] 进一步地，所述的水流状况汇总分析端的高性能计算机7选型为Windows操作系统，所述的文件服务器8装有SQL Server数据库，所述的移动设备9为Android手机。
[0046] 进一步地，所述的水流状况汇总分析端中的高性能计算机7和移动设备9，均可实现水流数据的实时查看，而且均可对文件服务器8中的数据进行提取查看与输出打印。
