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(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制線，所述步進(jìn)電機(jī)通過所述控制線與所述發(fā)動(dòng)機(jī)相連接。本實(shí)用新型提高了無人船遠(yuǎn)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(shí)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(xiǎn)、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(jià)昂貴，充滿風(fēng)險(xiǎn)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(jī)動(dòng)、造價(jià)低、能夠在海洋環(huán)境下自主航行的特點(diǎn)，獲得了海事搜救領(lǐng)域的重點(diǎn)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(yuǎn)程操控的安全性與智能性。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]有鑒于此，本實(shí)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(yuǎn)程操控的安全性與智能性的問題。
[0004]本實(shí)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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制線，所述步進(jìn)電機(jī)通過所述控制線與所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)、三軸磁力計(jì)。
[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(shí)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(yuǎn)程操控的安全性與智能性。
【附圖說明】

[0009]圖1為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)示意圖；
[0010]圖2為本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)框架示意圖；
[0011]圖3為本實(shí)用新型的姿態(tài)板10結(jié)構(gòu)示意圖；
[0012]圖4為本實(shí)用新型的姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)12結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0013]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的原理和特征進(jìn)行描述，所舉實(shí)例只用于解釋本實(shí)用新型，并非用于限定本實(shí)用新型的范圍。
[0014]參照?qǐng)D1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(yuǎn)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(jìn)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(jī)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(jī)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(jī)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(jī)控制模塊6對(duì)無人船的航向以及速度進(jìn)行實(shí)時(shí)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(duì)整個(gè)控制子系統(tǒng)2進(jìn)行供電。
[0015]所述電機(jī)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(dòng)舵的控制對(duì)象是無人船，控制量是航向。用所述電羅經(jīng)611連續(xù)檢測(cè)航向，一旦航向變化即能按照偏航角的大小使船舶自動(dòng)保持在給定航向上航行。在本實(shí)用新型中的所述操舵控制系統(tǒng)61中采用機(jī)械傳動(dòng)裝置，舵機(jī)與方向盤的齒輪傳動(dòng)比為8:3。所述電羅經(jīng)611經(jīng)檢測(cè)到船的方向變化，產(chǎn)生一個(gè)控制量來控制舵機(jī)的轉(zhuǎn)動(dòng)從而帶動(dòng)方向盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，一旦檢測(cè)到無人船的航向回到了指定的航向，舵機(jī)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(jìn)電機(jī)621、發(fā)動(dòng)機(jī)622、控制線623。所述步進(jìn)電機(jī)621通過所述控制線623與所述發(fā)動(dòng)機(jī)622相連接。在所述油門檔位控制系統(tǒng)62中，采用所述步進(jìn)電機(jī)621拉動(dòng)所述發(fā)動(dòng)機(jī)622的遠(yuǎn)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(jìn)擋、空擋、后退檔。在本實(shí)用新型中，采用了三個(gè)微動(dòng)開關(guān)的信息反饋形式來采集檔位信息，當(dāng)所述步進(jìn)電機(jī)621觸動(dòng)到微動(dòng)開關(guān)時(shí)控制器接收信號(hào)后，最終使所述步進(jìn)電機(jī)621停止在相應(yīng)的檔位上，實(shí)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(shí)際操作需要，所述步進(jìn)電機(jī)621拉動(dòng)油門的遠(yuǎn)程控制線623到合適的位置，實(shí)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(jì)102、三軸磁力計(jì)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(jī)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(shí)時(shí)測(cè)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(jī)控制模塊6達(dá)到控制無人船的目的，提高了無人船遠(yuǎn)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(cè)量系統(tǒng)12。所述姿態(tài)測(cè)量系統(tǒng)12相當(dāng)于傳感器模塊，能夠測(cè)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(cè)量的無人船的姿態(tài)數(shù)據(jù)傳送給所述控制板11進(jìn)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(jìn)行數(shù)據(jù)融合處理，通過歐拉角和四元數(shù)進(jìn)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(jìn)行電機(jī)控制，從而調(diào)整航行姿態(tài)，從而實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定航行，提高了無人船遠(yuǎn)程操控的安全性。
[0019]在所述控制子系統(tǒng)2中，用到了 2個(gè)定時(shí)器，分別是??Μ7定時(shí)器和??Μ3定時(shí)器。??Μ7定時(shí)器通過中斷模擬了一個(gè)32位的定時(shí)器，用于給定系統(tǒng)時(shí)間，采集并上傳各傳感器信號(hào)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(shí)器的定時(shí)周期是一個(gè)PffM的周期，用于控制所述電機(jī)控制模塊6，每3ms更新一次。綜上所述，采用本實(shí)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(yuǎn)程操控的安全性與智能性。本實(shí)用新型重點(diǎn)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(duì)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(cè)設(shè)備，采用機(jī)械傳動(dòng)裝置實(shí)現(xiàn)無人船的自主航向控制。針對(duì)無人船的油門檔位控制系統(tǒng)62，設(shè)計(jì)了步進(jìn)電機(jī)621結(jié)合微動(dòng)開關(guān)的硬件架構(gòu)，步進(jìn)電機(jī)621拉動(dòng)遠(yuǎn)程控制線623觸動(dòng)微動(dòng)開關(guān)完成檔位操作。
[0020]以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)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(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型保護(hù)的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項(xiàng)】
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(jī)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(jī)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(jī)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(jìn)電機(jī)、發(fā)動(dòng)機(jī)、控制線，所述步進(jìn)電機(jī)通過所述控制線與所述發(fā)動(dòng)機(jī)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(jì)、三軸磁力計(jì)。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(hào)】G05B19/042GK205691985SQ201620537043
【公開日】2016年11月16日
【申請(qǐng)日】2016年6月6日 公開號(hào)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(mèng)霞, 張玉婷
【申請(qǐng)人】海南大學(xué)