海洋监测采样船

在陆地环境污染渐渐消失的时候,海洋环境问题却日益严重。海洋是地球上最大的生态系统,一旦海洋生态系统因为环境污染而崩溃,人类也就离毁灭不远了。

古往今来,出现过很多海洋保护措施,但是海洋保护问题却没有像陆地环境问题一样日益完善。我们小组对此进行深入分析,并使用喵家软硬件,提出了一种新时代背景下的海洋环境保护方案。

1.项目简介

1.1 海洋污染现状

我国海岸线长达18000千米,海域总面积470万平方公里,在陆地资源渐渐衰竭,人口总数却在不断增长的情况下,海洋资源已悄然成为经济发展、社会发展的重要组成部分。

我国早在上世纪七八十年代就对海洋进行了治理,基本上构建了具有中国特色的海洋环境保护法律体系。步入二十一世纪以来,寻求海洋可持续发展道路成为了全球共识。国内外无数专家学者投身于海洋环境保护,以中国知网为例,下图为中国知网收录的近五十余年海洋环境污染相关文献数量。从图中我们可以很明显地发现,相关研究越来越多,但是治理效果却迟迟看不到,究竟是哪个环境出了问题呢?

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1.2解决方案的提出

基于上文提到的疑问,我们进行深入调查和研究,最后终于找到了海洋环境治理最核心的问题。

海洋环境保护较难起到效果是因为执行力不够,虽然有完善的法律法规,但是却没有人督促执行。陆地环境在所有人眼皮底下,与每个人日常生活息息相关,所以执行力较高。

就像我们很多人都知道海洋保护很重要,但是却没有人清晰明了地知道海洋保护的急迫性,因为没有“亲眼所见”。基于这个核心问题,我们开发了这一套“众筹式海洋水质检测系统”。

它由网络端和数据采集端两部分组成,数据采集端采集海水浊度,酸碱度数据后可将采集的数据以及采集点GPS坐标通过MQTT协议,依托喵家物联网系统共享至全网络。

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1.3方案优势

我们将会首先号召沿海地区的居民,制作自己的数据采集端,将自己所在地点的GPS数据上传至喵家服务器,共同构建全球海洋水质地图。

另一方面通过构建全球海洋水质地图活动,让越来越多的人关注海洋环境污染问题,一方面让大家自觉减少环境污染,另一方面让所有人督促海洋环境相关政策的执行。

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2.项目适合人群

初高中学生,要有求有Microbit编程基础

3.项目难度

机械搭建:五颗星(需要会三维设计,切割加工等等)

电子接线:三颗星(有多种传感器连接等)

软件编程:四颗星(需要编写IOT端程序)

4.材料准备

  • Microbit 1块
  • Robotbit拓展板 1块
  • TDS水质传感器 1个
  • 电机 2个
  • 舵机 1个
  • 水泵 1个
  • GPS模块 1个
  • 液体温度传感器 1个
  • 浊度传感器 1个
  • NbIOT模块 1个
  • 20*30cm木板 6块
  • 试管 3根
  • 乐高积木 若干

5.工具准备

  • 3D打印机一台
  • 电钻
  • 锯子
  • 螺丝刀
  • 胶枪

6.软件准备

  • Makecode
  • 微信开发者工具

7.项目原理

  1. 运动控制:通过物联网服务器给搭载了NBIOT物联网模块的采样船发送控制信号,控制船上电机转动,进而让船运动到采样地点。
  2. 数据采集:到达采样地点后,在网页端通过物联网服务器给采样船发送采样指令,采样船通过TDS水质传感器检测海水浊度,通过液体温度传感器测量海水温度,GPS测量该点经纬度值,并根据指令使用指定编号试管存储水样。
  3. 数据共享:数据采集完毕后,通过NBIOT模块上传至物联网服务器,网页端解析出经纬度数据后调用地图插件,在地图上标出该点海水浊度,温度。

简单来讲,就是通过物联网控制采样船运动,通过多种传感器采集数据,最后通过物联网标注共享数据。

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8.制作过程——机械搭建

  1. 木板切割

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  1. 拼装船体

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  1. 船内支架及电机安装

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  1. 试管支架搭建

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  1. 试管切换器安装

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9.制作过程——电子接线

液体温度传感器接P1引脚,TDS水质传感器接P2引脚,GPS模块的Tx引脚连接Robotbit的P13引脚,NB-IOT模块的Tx,Rx引脚分别连接Robotbit的P14,P15引脚。

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10.制作过程——软件编写与调试

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11.项目展示视频

https://www.bilibili.com/video/av73724770/?p=1

12.总结

12.1项目难点

  • GPS驱动库编写
  • 物联网服务器搭建与APP小程序编写
  • NB-IOT通讯系统搭建

12.2 项目的不足与改进

  • 不足:NB-IOT模块联网时信号不稳定,故有时候存在较长延时。
  • 改进:后续改为指定GPS坐标,小船自动行驶到采样点进行采样,运动过程不通过人工控制,从而避免因延时带来的问题。