一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、無線通信模塊，所述控制子系統(tǒng)包括微控制器MCU、調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊，所述微控制器MCU分別與所述調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊、無線通信模塊相連接，所述監(jiān)控子系統(tǒng)與所述控制子系統(tǒng)之間通過所述無線通信模塊連接，所述電機控制模塊包括操舵控制系統(tǒng)、油門檔位控制系統(tǒng)，所述操舵控制系統(tǒng)包括電羅經(jīng)，所述油門檔位控制系統(tǒng)包括步進電機、發(fā)動機、控制線，所述步進電機通過所述控制線與所述發(fā)動機相連接。本實用新型提高了無人船遠程操控的安全性與智能性。
【專利說明】
一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型涉及智能控制技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002]從人工智能技術(shù)發(fā)展的現(xiàn)狀看，無人船(Unmanned Surface Vehicle，USV)將是未來河海環(huán)境下各種危險、重復(fù)、枯燥任務(wù)的主要承擔(dān)者。海上搜救工作是一種代價昂貴，充滿風(fēng)險性的任務(wù)，也是發(fā)現(xiàn)和救助幸存者的唯一途徑。由于無人船具有靈活機動、造價低、能夠在海洋環(huán)境下自主航行的特點，獲得了海事搜救領(lǐng)域的重點關(guān)注。無人船的控制硬件系統(tǒng)決定了無人船任務(wù)執(zhí)行效果，將直接影響無人船遠程操控的安全性與智能性。
【實用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實用新型提供了一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有的無人船遠程操控的安全性與智能性的問題。
[0004]本實用新型采用的技術(shù)手段如下:
[0005]—種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、無線通信模塊，所述控制子系統(tǒng)包括微控制器MCU、調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊，所述微控制器MCU分別與所述調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊、無線通信模塊相連接，所述監(jiān)控子系統(tǒng)與所述控制子系統(tǒng)之間通過所述無線通信模塊連接，所述電機控制模塊包括操舵控制系統(tǒng)、油門檔位控制系統(tǒng)，所述操舵控制系統(tǒng)包括電羅經(jīng)，所述油門檔位控制系統(tǒng)包括步進電機、發(fā)動機、控制線，所述步進電機通過所述控制線與所述發(fā)動機相連接。
[0006]優(yōu)選地，還包括姿態(tài)板，所述姿態(tài)板與所述姿態(tài)接口模塊相連接，所述姿態(tài)板包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計。
[0007]優(yōu)選地，所述無線通信模塊的通信方式為雙向通信。
[0008]采用本實用新型所提供的一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，提高了無人船遠程操控的安全性與智能性。
【附圖說明】

[0009]圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本實用新型的結(jié)構(gòu)框架示意圖；
[0011]圖3為本實用新型的姿態(tài)板10結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4為本實用新型的姿態(tài)測量系統(tǒng)12結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對本實用新型的原理和特征進行描述，所舉實例只用于解釋本實用新型，并非用于限定本實用新型的范圍。
[0014]參照圖1至圖4，一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，包括監(jiān)控子系統(tǒng)1、控制子系統(tǒng)2、無線通信模塊9，所述監(jiān)控子系統(tǒng)I與所述控制子系統(tǒng)2之間通過所述無線通信模塊9連接。所述無線通信模塊9采用的頻段為433M。所述監(jiān)控子系統(tǒng)I遠程通過所述無線通信模塊9向所述控制子系統(tǒng)2發(fā)送指令，進行數(shù)據(jù)的交互。所述控制子系統(tǒng)2包括微控制器MCU3、調(diào)試模塊4、電源管理模塊5、電機控制模塊6、GPS接口模塊7、姿態(tài)接口模塊8，所述微控制器MCU3分別與所述調(diào)試模塊4、電源管理模塊5、電機控制模塊6、GPS接口模塊7、姿態(tài)接口模塊8、無線通信模塊9相連接。所述電源管理模塊5中的供電系統(tǒng)采用24V的蓄電池供電。上位機將數(shù)據(jù)和參數(shù)通過所述調(diào)試模塊4錄入至所述微控制器MCU3中。所述微控制器MCU3控制所述電機控制模塊6對無人船的航向以及速度進行實時的控制。所述GPS接口模塊7連接GPS裝置采集無人船的GPS位置信息，并將該位置信息傳送至所述微控制器MCU3中。所述電源管理模塊5對整個控制子系統(tǒng)2進行供電。
[0015]所述電機控制模塊6包括操舵控制系統(tǒng)61、油門檔位控制系統(tǒng)62。
[0016]所述操舵控制系統(tǒng)61包括電羅經(jīng)611。在所述操舵控制系統(tǒng)61中，自動舵的控制對象是無人船，控制量是航向。用所述電羅經(jīng)611連續(xù)檢測航向，一旦航向變化即能按照偏航角的大小使船舶自動保持在給定航向上航行。在本實用新型中的所述操舵控制系統(tǒng)61中采用機械傳動裝置，舵機與方向盤的齒輪傳動比為8:3。所述電羅經(jīng)611經(jīng)檢測到船的方向變化，產(chǎn)生一個控制量來控制舵機的轉(zhuǎn)動從而帶動方向盤的轉(zhuǎn)動，一旦檢測到無人船的航向回到了指定的航向，舵機就停止偏轉(zhuǎn)從而完成無人船的自主航行。
[0017]所述油門檔位控制系統(tǒng)62包括步進電機621、發(fā)動機622、控制線623。所述步進電機621通過所述控制線623與所述發(fā)動機622相連接。在所述油門檔位控制系統(tǒng)62中，采用所述步進電機621拉動所述發(fā)動機622的遠程控制線623從而控制無人船的油門和檔位系統(tǒng)。檔位分為前進擋、空擋、后退檔。在本實用新型中，采用了三個微動開關(guān)的信息反饋形式來采集檔位信息，當(dāng)所述步進電機621觸動到微動開關(guān)時控制器接收信號后，最終使所述步進電機621停止在相應(yīng)的檔位上，實現(xiàn)了無人船的檔位控制。所述油門檔位控制系統(tǒng)62中，可以根據(jù)實際操作需要，所述步進電機621拉動油門的遠程控制線623到合適的位置，實現(xiàn)無人船的速度控制。
[0018]—種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，還包括姿態(tài)板10，所述姿態(tài)板10與所述姿態(tài)接口模塊8相連接，所述姿態(tài)接口模塊8將所述姿態(tài)板10采集的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送給所述微控制器MCU3。所述姿態(tài)板10包括三軸陀螺儀101、三軸加速度計102、三軸磁力計103。所述無線通信模塊9的通信方式為雙向通信。所述微控制器MCU3、調(diào)試模塊4、電源管理模塊5、電機控制模塊6、GPS接口模塊7、姿態(tài)接口模塊8組成控制板11。所述微控制器M⑶3是所述控制板11的主控單元。所述姿態(tài)板10的作用是實時測量無人船的姿態(tài)數(shù)據(jù)。所述控制板11接收所述監(jiān)控子系統(tǒng)I的指令，控制所述電機控制模塊6達到控制無人船的目的，提高了無人船遠程操控的智能性。所述姿態(tài)板10與控制板11相連接組成姿態(tài)測量系統(tǒng)12。所述姿態(tài)測量系統(tǒng)12相當(dāng)于傳感器模塊，能夠測量無人船的姿態(tài)數(shù)據(jù)，比如，航向角。所述姿態(tài)板10通過I2C總線與所述控制板11相連接。所述姿態(tài)板10將測量的無人船的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送給所述控制板11進行數(shù)據(jù)的分析處理。所述控制板11將接收到的原始姿態(tài)數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)融合處理，通過歐拉角和四元數(shù)進行姿態(tài)結(jié)算，將原始接收的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化成航向角。所述控制板11接收姿態(tài)解算信息后，通過PID控制算法進行電機控制，從而調(diào)整航行姿態(tài)，從而實現(xiàn)穩(wěn)定航行，提高了無人船遠程操控的安全性。
[0019]在所述控制子系統(tǒng)2中，用到了 2個定時器，分別是??Μ7定時器和??Μ3定時器。??Μ7定時器通過中斷模擬了一個32位的定時器，用于給定系統(tǒng)時間，采集并上傳各傳感器信號的執(zhí)行，按照每Is上傳到所述監(jiān)控子系統(tǒng)I 一次。??Μ3定時器的定時周期是一個PffM的周期，用于控制所述電機控制模塊6，每3ms更新一次。綜上所述，采用本實用新型所提供的一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，提高了無人船遠程操控的安全性與智能性。本實用新型重點解決了無人船的操舵控制系統(tǒng)與油門檔位控制系統(tǒng)的技術(shù)問題。針對無人船的操舵控制系統(tǒng)61，結(jié)合電羅經(jīng)611姿態(tài)檢測設(shè)備，采用機械傳動裝置實現(xiàn)無人船的自主航向控制。針對無人船的油門檔位控制系統(tǒng)62，設(shè)計了步進電機621結(jié)合微動開關(guān)的硬件架構(gòu)，步進電機621拉動遠程控制線623觸動微動開關(guān)完成檔位操作。
[0020]以上所述僅為本實用新型的較佳實施例而已，并不用以限制本實用新型，凡在本實用新型的精神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本實用新型保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1.一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，其特征在于，包括監(jiān)控子系統(tǒng)、控制子系統(tǒng)、無線通信模塊，所述控制子系統(tǒng)包括微控制器MCU、調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊，所述微控制器MCU分別與所述調(diào)試模塊、電源管理模塊、電機控制模塊、GPS接口模塊、姿態(tài)接口模塊、無線通信模塊相連接，所述監(jiān)控子系統(tǒng)與所述控制子系統(tǒng)之間通過所述無線通信模塊連接，所述電機控制模塊包括操舵控制系統(tǒng)、油門檔位控制系統(tǒng)，所述操舵控制系統(tǒng)包括電羅經(jīng)，所述油門檔位控制系統(tǒng)包括步進電機、發(fā)動機、控制線，所述步進電機通過所述控制線與所述發(fā)動機相連接。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，其特征在于，還包括姿態(tài)板，所述姿態(tài)板與所述姿態(tài)接口模塊相連接，所述姿態(tài)板包括三軸陀螺儀、三軸加速度計、三軸磁力計。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種海上搜救無人船控制系統(tǒng)，其特征在于，所述無線通信模塊的通信方式為雙向通信。
【文檔編號】G05B19/042GK205691985SQ201620537043
【公開日】2016年11月16日
【申請日】2016年6月6日 公開號201620537043.8, CN 201620537043, CN 205691985 U, CN 205691985U, CN-U-205691985, CN201620537043, CN201620537043.8, CN205691985 U, CN205691985U
【發(fā)明人】任佳, 段夢霞, 張玉婷
【申請人】海南大學(xué)