專利名稱：一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)技術(shù)領(lǐng)域[0001]本實(shí)用新型涉及一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，屬于船 舶過閘自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
[0002]長期以來，我國船閘日常作業(yè)的自動(dòng)化水平較低，過閘船舶吃水深度的測量多 由人工簡易方法完成，由于貨物裝載不均勻?qū)е碌拇w吃水不均勻，使得人工測量精度 較低，無法有效控制吃水超深船舶過閘，導(dǎo)致船閘閘檻和護(hù)坦受到損害，甚至危害船舶 的行駛安全，造成不必要的生命財(cái)產(chǎn)損失。同時(shí)，船主對(duì)船舶的自行改造，導(dǎo)致船舶實(shí) 際吃水超過設(shè)計(jì)吃水，加重了這一問題的危害性。實(shí)用新型內(nèi)容[0003]本實(shí)用新型所要解決的技術(shù)問題是針對(duì)上述背景技術(shù)中存在于吃水超深船舶過 閘中的問題，提供一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)。[0004]本實(shí)用新型為解決上述技術(shù)問題，采用如下技術(shù)方案[0005]一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，包括紅外線傳感器模 塊、超聲波檢測模塊、聲光報(bào)警裝置、控制顯示模塊、信號(hào)分析處理模塊、視頻采集裝 置、視頻錄制裝置；其中紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、控制顯示模塊分別與信 號(hào)分析處理模塊相連接；信號(hào)分析處理模塊的輸出端分別與聲光報(bào)警裝置、視頻錄制裝 置的輸入端連接；視頻錄制裝置與視頻采集裝置相連接。[0006]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中超聲波檢測 模塊包括電源控制模塊、超聲波傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其中電源控制模塊的控制輸入 端與信號(hào)分析處理模塊的輸出端連接，電源控制模塊的控制輸出端依次連接超聲波傳感 器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)分析處理模塊的輸入端。[0007]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中信號(hào)分析處 理模塊采用具有型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)。[0008]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中聲光報(bào)警裝 置包括語音報(bào)警模塊和指示燈顯示模塊；所述語音報(bào)警模塊采用型號(hào)為PM60的語音集 成模塊；所述指示燈顯示模塊采用兩種顏色的LED燈。[0009]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中控制顯示模 塊包括鍵盤控制模塊和LCD顯示模塊；所述鍵盤控制模塊用于控制系統(tǒng)復(fù)位LCD顯示 模塊用于顯示船舶吃水超深狀況以及系統(tǒng)狀況。[0010]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中還包括電源 電路，所述電源電路用于向所述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)的各部 分供電。[0011]進(jìn)一步地，上述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)中模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用型號(hào)為ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。[0012]本實(shí)用新型采用上述技術(shù)方案具有以下有益效果[0013]1、本實(shí)用新型能及時(shí)準(zhǔn)確地檢測出過閘船舶的吃水超深狀態(tài)，對(duì)于吃水深度超 過預(yù)定限度的船舶，用聲光報(bào)警裝置報(bào)警并阻止其通行，相對(duì)于人工測量吃水深度的方 法，能有效避免船體各處吃水不均勻、人工測量主觀性強(qiáng)等問題，具有吃水超深判斷準(zhǔn) 確，報(bào)警及時(shí)，自動(dòng)化程度高等優(yōu)點(diǎn)。[0014]2、提高船閘的運(yùn)營效率，通過阻止吃水超深的船舶過閘，保護(hù)船閘閘檻和護(hù)坦 等設(shè)施，有效降低維護(hù)成本，延長船閘使用壽命。[0015]3、廣泛適用于大小船閘的船舶吃水超深檢測及控制。


[0016]圖1為本實(shí)用新型的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示 意圖；[0017]圖2為本實(shí)用新型的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)的電路結(jié) 構(gòu)示意圖；[0018]圖3為本實(shí)用新型的超聲波傳感器、紅外線傳感器以及聲光報(bào)警裝置布置示意 圖；[0019]圖4為圖3中a-a方向的剖面示意圖；[0020]圖5為本實(shí)用新型的用于控制吃水超深船舶過閘的方法檢測時(shí)的工作流程圖；[0021]圖6為本實(shí)用新型的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)的電路原 理圖；[0022]圖7為本實(shí)用新型的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)電路中的 電源電路原理圖。具體實(shí)施方案[0023]
以下結(jié)合附圖對(duì)技術(shù)方案的實(shí)施做進(jìn)一步的詳細(xì)描述[0024]如圖1所示，一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，包括紅外 線傳感器模塊1、超聲波檢測模塊2、信號(hào)分析處理模塊3、聲光報(bào)警裝置4、控制顯示模 塊5、視頻采集裝置6、視頻錄制裝置7及電源電路。其中，紅外線傳感器模塊1用于檢 測是否有船舶在檢測區(qū)域內(nèi)；超聲波檢測模塊2用于檢測船舶吃水深度是否超限；聲光 報(bào)警裝置4用于采用語音和指示燈報(bào)警；控制顯示模塊5用于控制系統(tǒng)復(fù)位和顯示船舶吃 水超深狀況；視頻采集裝置6用于采集檢測區(qū)域內(nèi)船舶狀況；視頻錄制裝置7用于錄制 視頻采集裝置采集到的吃水超深船舶狀況；信號(hào)分析處理模塊3用于接收紅外線傳感器 模塊1、超聲波檢測模塊2和控制顯示模塊5輸出的信號(hào)，并控制超聲波檢測模塊2、聲 光報(bào)警裝置4、控制顯示模塊5和視頻錄制裝置7工作。[0025]如圖2所示，紅外線傳感器模塊1由兩個(gè)型號(hào)相同的紅外線傳感器1-1和1-2組 成，并分別與信號(hào)分析處理模塊3連接。[0026]超聲波檢測模塊2由電源控制模塊2-1、超聲波傳感器2-2、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2_3 連接構(gòu)成，電源控制模塊2-1由信號(hào)分析處理模塊3控制，超聲波傳感器2-2將檢測信號(hào)傳至模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2-3轉(zhuǎn)換后輸出至信號(hào)分析處理模塊3。[0027]聲光報(bào)警裝置4由語音報(bào)警模塊4-1、指示燈顯示模塊4-2連接構(gòu)成，整個(gè)裝置 用于給出外圍聲光報(bào)警信號(hào)。報(bào)警模塊4-1、指示燈顯示模塊4-2在信號(hào)分析處理模塊3 的控制下同步工作。語音報(bào)警模塊采用型號(hào)為PM60的語音集成模塊；指示燈顯示模塊 采用兩種顏色的LED燈，兩種顏色分別為紅色和綠色。[0028]控制顯示模塊5由鍵盤控制模塊5-1、LCD顯示模塊5_2連接構(gòu)成，鍵盤控制模 塊5-1用來控制系統(tǒng)復(fù)位，LCD顯示模塊5-2用來顯示船舶吃水超深狀況和系統(tǒng)狀況。[0029]信號(hào)分析處理模塊3采用具有型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)作為系統(tǒng)的主控部分， 通過單片機(jī)接收紅外線傳感器1-1或1-2輸出的信號(hào)進(jìn)行分析處理；通過控制超聲波檢測 裝置的電源控制模塊2-1啟動(dòng)超聲波傳感器2-2發(fā)射和接收超聲波信號(hào)，再通過模數(shù)轉(zhuǎn)換 模塊2-3對(duì)信號(hào)轉(zhuǎn)換后傳輸回單片機(jī)；控制聲光報(bào)警裝置4和視頻錄制裝置7工作并由 LCD顯示模塊5-2輸出結(jié)果。[0030]視頻采集裝置6的輸出端與視頻錄制裝置7的輸入端連接。[0031]視頻錄制裝置7的輸入端分別與信號(hào)分析處理模塊3和視頻采集裝置6的輸出端 連接。視頻錄制裝置7由信號(hào)分析處理模塊3控制是否對(duì)視頻采集裝置6采集到的信號(hào) 進(jìn)行錄制。[0032]電源電路為本實(shí)用新型的裝置中各電路提供工作電源。[0033]如圖3所示，紅外線傳感器1-1和紅外線傳感器1-2的間距為d，用于控制檢測 區(qū)域的范圍，紅外線傳感器模塊1用于檢測河面上到達(dá)及離開檢測區(qū)域的船舶。如有一 個(gè)紅外線傳感器檢測到船舶進(jìn)入檢測區(qū)域的信號(hào)，則啟動(dòng)系統(tǒng)進(jìn)入檢測狀態(tài)，直到另一 個(gè)紅外線傳感器檢測到船舶離開檢測區(qū)域的信號(hào)，系統(tǒng)結(jié)束檢測狀態(tài)。[0034]超聲波傳感器檢測是利用超聲波傳感器2-2發(fā)射的具有一定波束角的超聲波脈 沖，超聲波脈沖與目標(biāo)物接觸后發(fā)生反射，反射的超聲波脈沖被超聲波傳感器2-2接 收，即獲得檢測到目標(biāo)物的信號(hào)。將超聲波傳感器2-2設(shè)置于檢測區(qū)域中部引航道側(cè)壁 界限水深處，當(dāng)超聲波傳感器2-2檢測到目標(biāo)物，則表示船舶吃水超深；如若超聲波傳 感器2-2始終沒有接收到反射的超聲波信號(hào)，即沒有檢測到目標(biāo)物的信號(hào)，表明船舶吃 水深度沒有超限。[0035]實(shí)施例一[0036]如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本實(shí)用新型的基于超聲波傳感器的船舶吃水深 度超限預(yù)警系統(tǒng)，包括設(shè)置于引航道側(cè)壁界限水深的超聲波傳感器2-2;設(shè)置于超聲波 傳感器2-2兩側(cè)等水平距離的引航道側(cè)壁上方水面位置的2個(gè)紅外線傳感器1-1和1-2 ； 一個(gè)用于接收紅外線傳感器1-1和1-2輸出的信號(hào)、控制超聲波傳感器2-2工作、接收超 聲波傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2-3輸出的信號(hào)和控制聲光報(bào)警裝置4及視頻錄制裝置7工作的 信號(hào)分析處理模塊3 ；設(shè)置于超聲波傳感器2-2所在處附近河岸上的聲光報(bào)警裝置4 ；設(shè) 置于船間調(diào)度站內(nèi)的控制顯示模塊5 ；設(shè)置于超聲波傳感器2-2所在處附近河岸上的視頻 采集裝置6 ；設(shè)置于船閘調(diào)度站內(nèi)的視頻錄制裝置7。[0037]當(dāng)傳紅外線感器模塊1檢測到信號(hào)時(shí)，信號(hào)分析處理模塊3通過分析判斷是否有 船舶進(jìn)入檢測區(qū)域，如果有船舶進(jìn)入檢測區(qū)域則信號(hào)分析處理模塊3將通過控制超聲波 傳感器電源控制模塊2-1啟動(dòng)超聲波傳感器2-2進(jìn)行工作，超聲波傳感器2-2將接收的信號(hào)通過超聲波傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2-3轉(zhuǎn)換后輸入信號(hào)分析處理模塊3。信號(hào)分析處理模 塊3通過分析判斷船舶吃水是否超深，如果船舶吃水超深，信號(hào)分析處理模塊3將啟動(dòng)聲 光報(bào)警裝置4進(jìn)行報(bào)警，啟動(dòng)視頻錄制裝置7對(duì)視頻采集裝置6采集到的信號(hào)進(jìn)行錄制， 同時(shí)將船舶吃水超深的狀況在控制顯示模塊5中輸出，直到通過鍵盤控制模塊5-1分別對(duì) 聲光報(bào)警裝置4和視頻錄制裝置7進(jìn)行復(fù)位。如果船舶吃水深度沒有超限，超聲波傳感 器2-2將持續(xù)檢測，直到紅外線傳感器模塊1檢測到該船舶離開檢測區(qū)域的信號(hào)，表明船 舶吃水深度未超限，系統(tǒng)將結(jié)束本次運(yùn)行。[0038]本實(shí)施例的報(bào)警裝置電路原理圖以驅(qū)動(dòng)1個(gè)超聲波傳感器為例具體說明。如圖6 和圖7所示，信號(hào)分析處理模塊3具有型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)Ul ；紅外線傳感器模塊 1具有紅外線傳感器Jl和紅外線傳感器J2 ；超聲波傳感器電源控制模塊2-1由電阻R8、 三極管Q3以及繼電器K3連接構(gòu)成；超聲波傳感器2-2具有超聲波傳感器J3 ；超聲波傳 感器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2-3具有型號(hào)為ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2 ；語音報(bào)警模塊4_1具有 型號(hào)為PM60的語音集成模塊U4;指示燈顯示模塊4-2主要由Li、L2、QU Q2、KU K2、R5和R6連接構(gòu)成；鍵盤控制模塊5-1主要由S2、S3、R7、R9連接構(gòu)成；LCD顯 示模塊5-2具有型號(hào)為1602的LCD顯示芯片U3 ；電源電路8是由電解電容C3 C6、 變壓器Tl、電阻R10、整流橋BRt以及穩(wěn)壓器U5、U6連接構(gòu)成。[0039]紅外線傳感器Jl、J2的信號(hào)輸出端口分別與單片機(jī)的P2.0、P2.1端口連接；[0040]單片機(jī)Ul的P2.2端口與三極管Q3的基極之間連接一個(gè)電阻R8，啟動(dòng)超聲波傳 感器J3時(shí)，由單片機(jī)Ul的P2.2端口輸出高電平，產(chǎn)生的電流通過三極管Q3放大驅(qū)動(dòng)繼 電器K3使之接在電源電路8和超聲波傳感器J3正極之間開關(guān)K3閉合，從而使超聲波傳 感器J3工作。模數(shù)轉(zhuǎn)換器U2將信號(hào)輸入到單片機(jī)Ul ；[0041]單片機(jī)Ul的P0.6、P0.7 口分別驅(qū)動(dòng)繼電器Kl和K2線圈通斷，繼電器K1、 K2的常開接點(diǎn)分別與指示燈Li、L2相連，兩個(gè)指示燈Li、L2分別發(fā)出紅、綠兩種不同 顏色的光以便區(qū)別。單片機(jī)Ul的P0.0、P0.1、P0.2 口分別與語音報(bào)警模塊U4的K1、 K2、K3端口相連。U4的SPP、SPN端口與揚(yáng)聲器連接；[0042]LCD顯示模塊5-2由LCD顯示芯片U3的控制口 RS、R\W、E以及數(shù)據(jù)口 D0 D7 分別與單片機(jī)Ul的端口 P0.3、P0.4、P0.5以及P1.0 P1.7連接；[0043]鍵盤控制模塊5-1由功能復(fù)位鍵幻、S3分別與單片機(jī)Ul的P2.6、P2、7端口連接；[0044]電源電路為各電路提供電源。[0045]如圖5所示，并結(jié)合圖3、圖4，本實(shí)用新型的系統(tǒng)工作過程為紅外線傳感器 1-1檢測到水面上有船舶到達(dá)檢測區(qū)域的信號(hào)，通過信號(hào)分析處理模塊3控制超聲波傳感 器電源控制模塊2-1啟動(dòng)設(shè)置在引航道側(cè)壁上界限水深處的超聲波傳感器2-2開始工作。 超聲波傳感器2-2接收和發(fā)射超聲波，超聲波傳感器模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊2-3將接收到的信號(hào)處 理后傳輸給信號(hào)分析處理模塊3，信號(hào)分析處理模塊3分析波束范圍內(nèi)有無吃水超深的船 體；如果檢測到船體吃水超深，信號(hào)分析處理模塊3控制聲光報(bào)警裝置4進(jìn)行報(bào)警并啟動(dòng) 視頻錄制裝置7對(duì)視頻采集裝置6采集到的信號(hào)進(jìn)行錄制，同時(shí)設(shè)置于調(diào)度站內(nèi)的LCD 顯示模塊5-2顯示報(bào)警信息，由工作人員操作鍵盤控制模塊5-1，同時(shí)對(duì)語音報(bào)警模塊 4-1、指示燈顯示模塊4-2以及視頻錄制裝置7進(jìn)行復(fù)位，若無此項(xiàng)操作，聲光報(bào)警裝置4將持續(xù)報(bào)警且視頻錄制裝置7處于持續(xù)錄制狀態(tài)；如果沒有檢測到物體通過，超聲波傳 感器2-2將持續(xù)檢測，直到紅外線傳感器1-2檢測到該船舶離開檢測區(qū)域的信號(hào)，系統(tǒng)將 結(jié)束運(yùn)行。[0046]由于所述的設(shè)置在引航道側(cè)壁的超聲波傳感器2-2發(fā)射的超聲波脈沖具有一定 的波束角，為克服這一問題，在安裝超聲波探頭時(shí)將超聲波波束中心線與水平面調(diào)成一 定的角度，角度為超聲波傳感器波束角的一半，保證超聲波傳感器2-2所發(fā)射波束的上 邊界與水平面平行，同時(shí)合理設(shè)置超聲波傳感器的量程，不大于界限水深除以超深波傳 感器波束角余弦值的值，保證波束的下邊界不觸及河底，消除波束角對(duì)測量的影響。[0047]顯然，各部件的結(jié)構(gòu)、設(shè)置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本實(shí)用新 型的技術(shù)基礎(chǔ)上，對(duì)個(gè)別部件進(jìn)行的改進(jìn)和等同變化，不應(yīng)排除在本實(shí)用新型的保護(hù)范 圍之外。
權(quán)利要求1.一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在于，包括紅外線 傳感器模塊、超聲波檢測模塊、聲光報(bào)警裝置、控制顯示模塊、信號(hào)分析處理模塊、視 頻采集裝置、視頻錄制裝置；其中紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、控制顯示模塊 分別與信號(hào)分析處理模塊相連接；信號(hào)分析處理模塊的輸出端分別與聲光報(bào)警裝置、視 頻錄制裝置的輸入端連接；視頻錄制裝置與視頻采集裝置相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于所述的超聲波檢測模塊包括電源控制模塊、超聲波傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊，其中電 源控制模塊的控制輸入端與信號(hào)分析處理模塊的輸出端連接，電源控制模塊的控制輸出 端依次連接超聲波傳感器、模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊、信號(hào)分析處理模塊的輸入端。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于所述的信號(hào)分析處理模塊采用具有型號(hào)為AT89C51的單片機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于所述的聲光報(bào)警裝置包括語音報(bào)警模塊和指示燈顯示模塊；所述語音報(bào)警模塊采用 型號(hào)為PM60的語音集成模塊；所述指示燈顯示模塊采用兩種顏色的LED燈。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于所述的控制顯示模塊包括鍵盤控制模塊和LCD顯示模塊；所述鍵盤控制模塊用于控 制系統(tǒng)復(fù)位；LCD顯示模塊用于顯示船舶吃水超深狀況以及系統(tǒng)狀況。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于還包括電源電路，所述電源電路用于向所述基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限 預(yù)警系統(tǒng)的各部分供電。
7.根據(jù)權(quán)利要求2所述的基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，其特征在 于所述模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊采用型號(hào)為ADC0809的模數(shù)轉(zhuǎn)換器。
專利摘要本實(shí)用新型涉及一種基于超聲波傳感器的船舶吃水深度超限預(yù)警系統(tǒng)，屬于船舶過閘自動(dòng)控制技術(shù)領(lǐng)域。本實(shí)用新型包括紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、聲光報(bào)警裝置、視頻采集裝置、控制顯示模塊、視頻錄制裝置以及信號(hào)分析處理模塊、供電模塊。與原先人工測量船舶吃水深度相比，本實(shí)用新型能有效避免人工測量主觀性強(qiáng)等問題，具有測量準(zhǔn)確、自動(dòng)化程度高的優(yōu)點(diǎn)，不僅提高船閘的運(yùn)營效率，還能保護(hù)船閘閘檻和護(hù)坦等設(shè)施，延長船閘使用壽命。
文檔編號(hào)B63B39/12GK201800887SQ20102051851
公開日2011年4月20日 申請(qǐng)日期2010年9月7日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月7日
發(fā)明者廖迎娣, 楊正, 管大為, 陳波濤, 陳達(dá) 申請(qǐng)人:南京河海科技有限公司, 河海大學(xué)