CN104064056A - 一种基于锚链振频分析的走锚预警系统 - Google Patents

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苑志江
高占胜
易成涛
王书晓
杨常青
李伟
徐�明
迟卫
金良安
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Abstract

一种基于锚链振频分析的走锚预警系统，属于舰船安全保障技术领域。这种走锚预警系统包括振动检测模块和主控模块，两模块之间采用无线通信传输。实时检测锚链振动特征的振动检测模块通过连接固定装置安装在锚链上，振动检测模块检测到的锚链振动特征数据由无线通信传输至主控模块，主控模块对锚链振动频率特征进行实时分析和动态显示，当锚链振动频率特征符合设定的走锚特征时，判定舰船处于走锚危险状态，并自动发布走锚预警。通过对锚链振动频率的实时监测，可充分掌握舰船锚泊动态，并判断其走锚危险程度，进而及早提供可靠的走锚预警信息。该系统具有设备简单、易于安装、操作简便、可靠性强、自动化程度高等特点，具有很好的推广应用前景。

Description

一种基于锚链振频分析的走锚预警系统
技术领域
本发明涉及一种基于锚链振频分析的走锚预警系统，其属于舰船安全保障技术领域。
背景技术
走锚是指锚泊舰船受到的锚链张力大于系泊力时，锚被拖动、自转甚至锚爪翻转出底土从而丧失正常锚泊力，导致舰船漂移的现象。如果锚泊值更人员未能及时发现走锚，极易引发碰撞、触礁、搁浅等事故，严重威胁舰船的锚泊安全。因而，走锚判断及其预警技术研究一直是航海安全领域的重要课题。
现有走锚预警方法主要依据舰船走锚前的典型物理特征和力学参数变化来判断走锚危险。如专利号为CN85201825U的中国实用新型专利“一种走锚自控报警装置”，是利用舰船走锚时锚链产生的特征振动带动传感棒运动，使干簧管导通，电路接通电源，从而将振动信号迅速转换为电信号，当三分钟内接收到三次以上该电信号时即驱动电子报警器电路工作，发布走锚报警。专利号为CN202281955U的中国实用新型专利“一种舰船锚泊测控系统”，是通过码头主控系统实时接收和显示的海况数据及锚泊受力数据来判断锚泊系统安全，当海流流速、海浪声呗、最大锚拉力的其中一个达到临界条件时，即判定舰船处于走锚危险状态，并向船上远端发出预警信号，提示船员检查锚泊状况或采取相应措施进行人工锚泊操作。专利号为CN102092460A的中国发明专利给出了一种风浪耦合作用下超大型舰船单点浮筒系泊系统受力分析的方法和模型。此外，还有学者提出通过观测舰船位置、锚的位移、锚链夹角等的变化等进行走锚预警。上述走锚预警系统不同程度地存在附属设备复杂、实地操作受限、过于依赖锚泊值更人员主观经验、难以实际工程应用等问题，且往往是在舰船已经发生走锚后才发出警报，不能实现真正意义的走锚预警，因而亟需开发一种简便易行、快速可靠的走锚预警系统。
发明内容
本发明的目的是提供一种基于锚链振频分析的走锚预警系统，以实时监测舰船锚泊动态，及早发布可靠的走锚预警，从而提醒值更人员及时检查锚泊状况或采取有效措施，充分保证舰船锚泊安全，避免走锚等事故的发生。
本发明采用的技术方案是：一种基于锚链振频分析的舰船走锚预警系统，包括振动检测模块和主控模块，两模块之间采用无线通信传输，所述振动检测模块包括电源、振动传感器、检测模块单片机、无线发射装置、防水外壳和连接固定装置，电源与振动传感器、检测模块单片机和无线发射装置进行电连接，振动传感器、检测模块单片机和无线发射装置依次进行电连接；所述主控模块包括无线接收装置、主控模块单片机、USB接口模块和上位机，无线接收装置、主控模块单片机、USB接口模块和上位机依次进行电连接；实时检测锚链振动特征的振动检测模块通过连接固定装置安装在锚链上，振动检测模块检测到的锚链振动特征数据由无线通信传输至主控模块，由主控模块对锚链振动频率特征进行实时分析和动态显示，当锚链振动频率特征符合设定的走锚特征时，判定舰船处于走锚危险状态，并自动发布走锚预警。
所述连接固定装置采用永磁体固定结构。
所述主控模块采用独立式结构或嵌入舰船综合导航系统式结构。
所述振动传感器采用ADXL345型加速度芯片。
所述检测模块单片机和主控模块单片机均采用STC12C5A60S2系列。
所述无线发射装置与无线接收装置均采用NRF24L01无线数据传输模块。
所述USB接口模块采用CH341串口转USB模块。
本发明的有益效果是：这种基于锚链振频分析的舰船走锚预警系统包括振动检测模块和主控模块，两模块之间采用无线通信传输。实时检测锚链振动特征的振动检测模块通过连接固定装置安装在锚链上，振动检测模块检测到的锚链振动特征数据由无线通信传输至主控模块，主控模块对锚链振动频率特征进行实时分析和动态显示，当锚链振动频率特征符合设定的走锚特征时，判定舰船处于走锚危险状态，并自动发布走锚预警。通过对锚链振动频率的实时监测，可充分掌握舰船锚泊动态，并判断其走锚危险程度，进而及早提供可靠的走锚预警信息。与现有走锚预警系统相比，其自动化程度和可靠性均较高，既可大大减轻锚泊值更人员的工作负担，又可降低对值更人员主观经验的依赖程度；且系统设备结构简单，便于安装操作，易于实现工程化应用，应用前景广阔。
附图说明
图1是一种基于锚链振频分析的走锚预警系统的工作原理框图。
图2是在走锚模拟实验中的锚链振动频率特征变化图。
图中：1、振动检测模块 2、主控模块 11、电源 12、振动传感器 13、检测模块单片机 14、无线发射装置 15、防水外壳 16、连接固定装置 21、无线接收装置 22、主控模块单片机 23、USB接口模块 24、上位机。
具体实施方式
下面结合附图对本发明作进一步的说明。
图1示出了一种基于锚链振频分析的走锚预警系统的工作原理框图。图中，这种基于锚链振频分析的舰船走锚预警系统包括振动检测模块1和主控模块2，两模块之间采用无线通信传输，主控模块2采用独立式结构设置于驾驶室内或嵌入舰船综合导航系统式结构。
振动检测模块1包括电源11、振动传感器12、检测模块单片机13、无线发射装置14、防水外壳15和连接固定装置16，电源11与振动传感器12、检测模块单片机13和无线发射装置14进行电连接，振动传感器12、检测模块单片机13和无线发射装置14依次进行电连接。振动传感器12采用ADXL345型三轴加速度芯片，其量程范围可调为±2g/±4g/±8g/±16g；检测模块单片机13采用STC12C5A60S2系列，它具有内存大、耗电低、计算速度快、抗干扰能力强等优点；无线发射装置14采用NRF24L01无线数据传输模块。
主控模块2包括无线接收装置21、主控模块单片机22、USB接口模块23和上位机24，无线接收装置21、主控模块单片机22、USB接口模块23和上位机24依次进行电连接。主控模块单片机22采用STC12C5A60S2系列，，它具有内存大、耗电低、计算速度快、抗干扰能力强等优点；无线接收装置21采用NRF24L01无线数据传输模块，USB接口模块23采用CH341串口转USB芯片，用于主控模块单片机22与上位机24的数据通信。
实时检测锚链振动特征的振动检测模块1通过连接固定装置16安装在锚链上，连接固定装置16采用永磁体固定结构。振动检测模块1检测到的锚链振动特征数据由无线通信传输至主控模块2，由主控模块2对锚链振动频率特征进行实时分析和动态显示，当锚链振动频率特征符合设定的走锚特征时，判定舰船处于走锚危险状态，并自动发布走锚预警。
图2示出了在走锚模拟实验中检测得到的锚链振动频率特征变化情况。正常锚泊时，锚链呈悬垂状态，其振动频率相对平稳，平均值为0.2799Hz；在风流等的影响下，锚链会呈现绷紧拉直状态，其对应的振动频率显著增大，特征极值分别为0.3969Hz、0.5581Hz、0.4764Hz；当船锚移动时，锚链振动频率对应着最后一组显著变化，其特征极值减小为0.3817Hz。模拟实验结果表明：本发明可以实现锚链振频特征的实时动态监测，并准确判断舰船走锚危险状态，从而及早发布走锚预警。
本发明的使用方法及原理：舰船正常锚泊时，锚链处于悬垂状态，在风、浪、流等的作用下，锚链将不可避免地产生频率较低的涡激振动；随着风、浪、流等的加大，锚链将逐渐绷紧拉直，产生一种具有固定振荡频率和振幅的特征性振动，从而引起振动频率的显著变化；锚链绷紧拉直几次后，锚会产生松动甚至移位等现象，即引起舰船走锚，此时锚链振动频率也会发生相应变化。鉴于此，本发明对锚链振动频率进行实时监测和动态分析，并通过其振频特征变化来判定舰船走锚危险状态，进而自动发布走锚预警。

Claims (7)

1.一种基于锚链振频分析的舰船走锚预警系统，包括振动检测模块（1）和主控模块（2），两模块之间采用无线通信传输，其特征是：所述振动检测模块（1）包括电源（11）、振动传感器（12）、检测模块单片机（13）、无线发射装置（14）、防水外壳（15）和连接固定装置（16），电源（11）与振动传感器（12）、检测模块单片机（13）和无线发射装置（14）进行电连接，振动传感器（12）、检测模块单片机（13）和无线发射装置（14）依次进行电连接；所述主控模块（2）包括无线接收装置（21）、主控模块单片机（22）、USB接口模块（23）和上位机（24），无线接收装置（21）、主控模块单片机（22）、USB接口模块（23）和上位机（24）依次进行电连接；实时检测锚链振动特征的振动检测模块（1）通过连接固定装置（16）安装在锚链上，振动检测模块（1）检测到的锚链振动特征数据由无线通信传输至主控模块（2），由主控模块（2）对锚链振动频率特征进行实时分析和动态显示，当锚链振动频率特征符合设定的走锚特征时，判定舰船处于走锚危险状态，并自动发布走锚预警。
2.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述连接固定装置（16）采用永磁体固定结构。
3.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述主控模块（2）采用独立式结构或嵌入舰船综合导航系统式结构。
4.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述振动传感器（12）采用ADXL345型加速度芯片。
5.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述检测模块单片机（13）和主控模块单片机（22）均采用STC12C5A60S2系列。
6.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述无线发射装置（14）与无线接收装置（21）均采用NRF24L01无线数据传输模块。
7.根据权利要求1所述的基于锚链振频分析的走锚预警系统，其特征是：所述USB接口模块（23）采用CH341串口转USB模块。
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