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中文科技期刊数据库（全文版）工程技术

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基于树莓派单片机的多功能无人船设计

11（通讯作者）233

阮宏民张林于蕾伍健毫罗天骏

1.河海大学力学与工程科学学院，江苏南京211100

2.河海大学数学学院，江苏南京211100

3.河海大学里尔学院，江苏南京211100

摘要：本文主要设计了一种可以适用于河湖治理和水产养殖的新型多功能无人船，它的功能模块包括水质检测模

块，漂浮物识别和清理模块，超声波避障模块，GPS定位模块，电机模块，清洁能源收集模块，智能水产养殖模

块。所有的功能模块都由中央单元树莓派单片机模块负责控制。设计完成的多功能无人船不仅能够自主规划路线

和避障行驶，还能够实现在内河水道中的污染物溯源和漂浮物识别清理，以及在养殖水塘中的智能水产养殖。无

人船还有清洁能源收集功能，符合“节能减排的”思想。

关键词：多功能；避障；水质检测；水产养殖

中图分类号：TP23

0引言无人船的整体框架如图1所示，各个模块之间协

同工作，共同实现无人船在内河水道和养殖水塘行驶

随着自动控制、物联网、大数据等关键技术的突

[4]

的两大功能。整体船体的建模图和实物图分别如图2

破与创新，无人系统得到了广泛的应用[1][2][3]。相较于

和图3所示。

传统人工驾驶油气艇，无人船在河湖水质监测、偷排

管道和污染源头的寻找、漂浮垃圾的清理等方面都有

较大潜力和优势。在此背景下，本文设计了一种以树

莓派单片机作为核心处理器的多功能无人船，兼具在

内河水道和养殖水塘行驶的功能。在内河水道行驶时，

可以实现水质检测和漂浮物识别清理；在养殖水塘行

驶，可以实现水塘的智能水产养殖。

设计的无人船一方面可以支持“绿水青山就是金

山银山”可持续发展理念中河湖治理的优先地位，另

一方面还可以实现水产养殖中饲料的精准投喂，同时图2无人船建模图

还搭载有清洁能源模块，符合节能减排的思想，具有

一定的推广价值。

图1无人船整体框架设计图

1硬件设计图3无人船实物图

1.1无人船整体框架设计1.2中央控制单元模块

收稿日期：2024年05月20日

作者简介：阮宏民（2002—），男，汉族，安徽全椒人，学生，本科，研究方向为应用物理。

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中央控制单元负责整个无人船控制，数据处理，感器能够通过接收障碍物反射或发射出的红外信号进

图像识别，航向控制，是整个无人船的核心部分。无行有效的响应，并且可以通过电位器调节响应灵敏度

人船采用具有高性能、低功耗的微处理器树莓派单片和响应延迟。然而由于红外避障模块在室外无人船的

机作为中央控制单元主控芯片。主要负责以下工作：（1）应用上存在巨大缺陷，即红外传感器会极大地受到太

根据内河水道和养殖水塘数字化地图，控制无人船航阳光中红外线成分的影响，尤其是在较高灵敏度的情

向；（2）对于水质检测系统中传感器采集的数据进行况下，红外模块并不适合