CN106200653B - 一种船用航迹自动控制装置 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种船用航迹自动控制装置，它包括控制主板、显示器、按键、操作按钮、电磁阀和传感器；控制主板通过以太网与电子海图相连，显示器通过串口与控制主板相连，按键通过通用输入输出口与控制主板相连，操作按钮通过串口与控制主板相连，传感器通过串口或网口与控制主板相连，通过拨码开关进行通讯数据形式的选择；控制主板接收来自电子定位系统的信息、罗经传感器的信息以及速度和距离传感器的信息，同时接收来自电子海图的航线规划信息和舵角反馈器发送的实际舵角信息，控制主板根据接收到的信息，自动解算出指令舵角信息，采用指令舵角信息指导舵机控制装置进行实际动舵。本发明能够高精度的保持船舶航向，提高船舶航行的安全性。
Description
技术领域
本发明属于船舶自动控制领域，具体涉及一种船用航迹自动控制装置。
背景技术
目前国内航迹控制系统在通讯方式、人机工程以及智能诊断等方面都有着明显的不足。目前船舶通导设备基本都在使用串口通讯方式，该种方式通讯方式为点对点，当通讯设备之间进行通讯时，就会出现网状结构，纷繁复杂，特别是某种传感器需要对多路设备提供信号以及某种设备需要接受多种传感器信号时更是电缆众多，纵横交错。目前一般驾驶员操舵位置显示的驾驶信息及其有限，一般只显示实际艏向等信息，而其他信息会在电子海图以及雷达等设备上进行显示，不利于驾驶员实时、直观掌握船舶驾驶动态。而且，当设备出现故障时只会提示报警而没有提示出现故障后的操作方法，不利于驾驶员快速反映来面对出现的设备故障。
发明内容
针对现有技术中存在的问题，本发明提供一种船用航迹自动控制装置，能够高精度的保持船舶航向、航迹，提高船舶航行的安全性。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种船用航迹自动控制装置，该装置包括控制主板、显示器、按键、操作按钮、电磁阀和传感器；所述控制主板通过以太网与电子海图相连，所述显示器通过串口与控制主板相连，操作按钮通过串口与控制主板相连，传感器通过串口或网口与控制主板相连，通过拨码开关进行通讯数据形式的选择，所述拨码开关控制信号通过通用输入、输出的方式进入控制主板。
所述控制主板接收来自电子定位系统的信息、罗经传感器的信息以及速度和距离传感器的信息，同时接收来自电子海图的航线规划信息和舵角反馈器发送的实际舵角信息，控制主板根据接收到的信息，自动解算出指令舵角信息，采用所述指令舵角信息指导舵机控制装置进行实际动舵。
当拨码开关置于“OFF OFF”位置时，为仅采用传统串口传输方式进行通讯；当拨码开关置于 “OFF ON”位置时，为仅采用以太网传输方式进行通讯；当拨码开关置于“ON OFF”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以传统串口传输方式为主，以太网传输方式为辅；当拨码开关置于“ON ON”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以太网传输方式为主，传统串口传输方式为辅。
所述显示器进行实时船舶动态以及航路点信息动态显示，通过显示屏显示多种不同信息元素，包括船舶的航行信息、控制指令信息、计划航线信息、报警信息、配置信息、传感器信息、控制主板计算得到的信息、显示器直接接收到的电子海图信息及按键直接设定的信息，将这些信息的绘制代码剥离出来，独立成为模块，能够增强系统的独立性和完整性并增强了系统的灵活性和可维护性。
所述显示器用于显示数据获取：通过数据池中提取出最新的显示数据，判断显示数据是否发生变化，若有则更新相应数据显示；进行数据处理并封装：按照内部信息传输协议，利用特定的方法对需要更新的数据进行加工处理，转化为通信字符流，存入到发送数据缓存区；然后进行数据发送：利用数据发送器将发送缓存区数据传输到显示屏。
所述传感器信息包括对地航向、船舶实际位置、对地航速和对水航速；航行状态信息包括未启动监控、直线航行、转弯航行和监控结束；控制主板接收信息后计算得到的信息包括：当前操舵模式、流速和流向、计划航向角、实际艏向角、目标航路点、下一航路点、下一航路段航向、到起转线距离、到起转线时间、设定的转弯半径；所述显示器直接接收到的电子海图的信息包括当前航线名称；所述按键直接设定的信息包括航行模式。
所述传感器的信号源设有快捷键，按下所述快捷键，该快捷键信息传输给控制主板，控制主板直接调出信息源设置界面，通过所述快捷键一键进入传感器数据设置界面。
航迹控制系统内部使用CAN通讯网络，所述航迹控制系统内部由多种独立单元组成，各单元均使用CAN网络节点，每个单元均发送自身的工作状态信息以及其他节点需要的数据信息，当任意一个独立单元出现故障时，该单元均会提供相关故障信息，船用航迹自动控制装置进行实时检测和判断故障信息，当某单元自身出现故障或由于接线问题导致某单元与船用航迹自动控制装置脱离时，该装置自动根据各单元故障等级以及自身自动控制算法的要求来进行在线自整定，并在整定后机会提供信息提示。
航迹控制系统实时提取操作系统时间，通过模式按键设置显示模式方式，显示模式在“白天”、“夜晚”和“自动”三种模式之间循环切换，模式按键采用通用输入输出方式连接控制主板，按下按键后，控制主板接收到按键的请求，则控制器发出显示模式切换指令和切换后的显示数据供显示器进行显示。
如当前模式是“白天”模式，按下按键则显示“夜晚”模式，再次按下按键则显示“自动”模式。“自动”模式下，系统自动采集时间，根据系统时间来自动调节。目前采用北京时间20：00-07：:00时间段为“夜晚”模式，其余时间段为“白天”模式。该按键采用通用输入输出方式连接控制主板，按下按键后，控制主板接收到按键的请求，则控制器发出显示模式切换指令和切换后的显示数据供显示器进行显示。驾驶人员可以根据实际时间来进行模式自动切换，也可以选择人工手动方式，根据个人喜好进行设备显示模式。
本发明以太网传输数据格式和内容仍然以现有的串口数据国际标准IEC61162格式和内容进行传输；本发明所有按键通过通用输入输出方式与控制主板进行连接，所有按键可以与旋钮共同来完成参数设定等操作。本次设计在常规按键功能中添加信号源设置快捷键，按下该按键，该按键信息传输给控制主板，控制主板直接调出信息源设置界面。当然，也可以通过普通的操作步骤进入信号源设置功能。本发明中电磁阀得电后驱动液压舵机，所述液压舵机和舵角反馈器之间机械连接，液压舵机将实际的舵角信息实时发送给舵角反馈器。
与现有技术相比，本发明的有益效果为：
①本发明电子海图、电子定位系统、传感器、罗经等设备均采用以太网进行通讯，并且随着船舶桥楼中央控制台的不断普及，这些信息都会集中在中央控制台进行显示，而中央控制台则会将这些信号通过以太网的形式发送给需要的用户；②本发明在传统的控制器串口通讯的基础上加上以太网，以太网以及串口通信技术的结合来让用户进行自行选择，是满足客户多需求功能的一种体现，而这种做法，将会大大减少传感器到不同设备之间的连线，自动操舵仪则不需要再从不同设备处接收传感器信号，而直接从中央控制台进行接收就好，本装置可以通过不同的硬件连接来选择最终是选择以太网形式还是串口形式进行数据通讯，通过以太网通讯，还可以进行驾控台相关设备的统一调光和报警应答；③本装置首次采用了详细的船舶动态以及航路点信息显示，在常规航迹控制系统中，船舶动态信息以及航路点信息一般都在电子海图上进行显示，而一般来说，自动操舵仪与电子海图都不在同一个地方，为驾驶人员的合理判断增加了障碍。本装置采用显示器（液晶显示屏），在操舵仪上就可以自主显示船舶动态信息以及航路点信息，可以提供有效数据供驾驶人员参考；④本发明在线自整定技术能够自动检测本套相关设备的运行情况，出现故障及时反馈并及时通知船舶驾驶人员以及备用导航人员。并及时根据相关故障进行故障情况判断，提供自诊断后的优化操作方案，以供船舶驾驶人员参考，有利于驾驶人员作出迅速、及时、正确的选择，从而有效提高航行安全；⑤不管多么先进的控制算法以及人工智能，首先必须有强大的数据来源，传感器数据必须高度准确、及时和可靠，这样才可能根据数据分析解算出准确的动作，这就对传感器数据的来源提出了很高的要求。本装置首次提出了传感器信号源专用快捷键，通过该快捷键可以一键进入传感器数据设置界面，以方便驾驶人员在出现传感器故障的时候不需要再按照常规的数据设置步骤进行一步一步的操作，大大缩短了数据来源选择的时间，也有效的提高了船舶航行安全，当然，也可以通过普通的操作步骤进入信号源设置功能；⑥本发明船用航迹自动控制装置能代替舵手操舵，保证船舶在给定航迹上航行。性能优良的航迹控制系统不仅可以大大减轻船舶驾驶人员的工作量，而且可以高精度的保持船舶航向、航迹，提高航行安全；并且可以减少偏航次数，减小偏航值，提高实际航速，缩短航程，从而达到节省燃料，提高航行效益的目的。在目前提倡绿色环保节能减排的时代背景下，发明具有更加安全、经济、便捷的船用航迹控制系统具有特殊的实际意义。
附图说明
图1为本发明船用航迹自动控制装置示意图。
图2为本发明船用航迹自动控制装置硬件组成框图。
图3 为本发明航迹控制模式下信息显示。
图4为本发明信息选择框图。
其中，图3中横坐标范围可通过设定航迹偏差限值调整，最大值小于10000m，P：表示向左偏离航线，S：表示向右偏离航线，时间范围为：0-40s。
具体实施方式
如图1-图4所示，本实施例船用航迹自动控制装置，该装置包括控制主板1、显示器3、按键4、操作按钮5、电磁阀6和传感器；所述控制主板1通过以太网与电子海图2相连，所述显示器3通过串口与控制主板1相连，操作按钮5通过串口与控制主板1相连，传感器通过串口或网口与控制主板1相连，通过拨码开关11进行通讯数据形式的选择，所述拨码开关控制信号通过通用输入、输出的方式进入控制主板，当拨码开关置于“OFF OFF”位置时，为仅采用传统串口传输方式进行通讯；当拨码开关置于 “OFF ON”位置时，为仅采用以太网传输方式进行通讯；当拨码开关置于“ON OFF”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以传统串口传输方式为主，以太网传输方式为辅；当拨码开关置于“ONON”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以太网传输方式为主，传统串口传输方式为辅；
所述控制主板1接收来自电子定位系统7的信息、罗经传感器8的信息以及速度和距离传感器9的信息，同时接收来自电子海图的航线规划信息和舵角反馈器10发送的实际舵角信息，控制主板1根据接收到的信息，自动解算出指令舵角信息，采用所述指令舵角信息指导舵机控制装置进行实际动舵。
本实施例显示器3进行实时船舶动态以及航路点信息动态显示，通过显示屏显示多种不同信息元素，包括船舶的航行信息、控制指令信息、计划航线信息、报警信息、配置信息、传感器信息、控制主板计算得到的信息、显示器直接接收到的电子海图信息及按键直接设定的信息，将这些信息的绘制代码剥离出来，独立成为模块；所述显示器3用于显示数据获取：通过数据池中提取出最新的显示数据，判断显示数据是否发生变化，若有则更新相应数据显示；进行数据处理并封装：按照内部信息传输协议，利用特定的方法对需要更新的数据进行加工处理，转化为通信字符流，存入到发送数据缓存区；然后进行数据发送：利用数据发送器将发送缓存区数据传输到显示屏。
本实施例传感器信息包括对地航向、船舶实际位置、对地航速和对水航速；航行状态信息包括未启动监控、直线航行、转弯航行和监控结束；控制主板接收信息后计算得到的信息包括：当前操舵模式、流速和流向、计划航向角、实际艏向角、目标航路点、下一航路点、下一航路段航向、到起转线距离、到起转线时间、设定的转弯半径；所述显示器直接接收到的电子海图的信息包括当前航线名称；所述按键直接设定的信息包括航行模式；所述传感器的信号源设有快捷键，按下所述快捷键，该快捷键信息传输给控制主板，控制主板直接调出信息源设置界面，通过所述快捷键一键进入传感器数据设置界面。
作为优选，本实施例航迹控制系统内部使用CAN通讯网络，所述航迹控制系统内部由多种独立单元组成，各单元均使用CAN网络节点，每个单元均发送自身的工作状态信息以及其他节点需要的数据信息，当任意一个独立单元出现故障时，该单元均会提供相关故障信息，船用航迹自动控制装置进行实时检测和判断故障信息，当某单元自身出现故障或由于接线问题导致某单元与船用航迹自动控制装置脱离时，该装置自动根据各单元故障等级以及自身自动控制算法的要求来进行在线自整定，并在整定后机会提供信息提示。
作为进一步优选，本实施例航迹控制系统实时提取操作系统时间，通过模式按键设置显示模式方式，显示模式在“白天”、“夜晚”和“自动”三种模式之间循环切换，模式按键采用通用输入输出方式连接控制主板，按下按键后，控制主板接收到按键的请求，则控制器发出显示模式切换指令和切换后的显示数据供显示器进行显示。
尽管上述实施例已对本发明作出具体描述，但是对于本领域的普通技术人员来说，应该理解为可以在不脱离本发明的精神以及范围之内基于本发明公开的内容进行修改或改进，这些修改和改进都在本发明的精神以及范围之内。
Claims (2)
1.一种船用航迹自动控制装置，其特征在于，该装置包括控制主板（1）、显示器（3）、按键（4）、操作按钮（5）、电磁阀（6）和传感器；所述控制主板（1）通过以太网与电子海图（2）相连，所述显示器（3）通过串口与控制主板（1）相连，按键（4）通过通用输入输出口与控制主板（1）相连，操作按钮（5）通过串口与控制主板（1）相连，传感器通过串口或网口与控制主板（1）相连，通过拨码开关（11）进行通讯数据形式的选择，所述拨码开关控制信号通过通用输入、输出的方式进入控制主板；
所述控制主板（1）接收来自电子定位系统（7）的信息、罗经传感器（8）的信息以及速度和距离传感器（9）的信息，同时接收来自电子海图的航线规划信息和舵角反馈器（10）发送的实际舵角信息，控制主板（1）根据接收到的信息，自动解算出指令舵角信息，采用所述指令舵角信息指导舵机控制装置进行实际动舵；
所述传感器的信号源设有快捷键，按下所述快捷键，该快捷键信息传输给控制主板，控制主板直接调出信息源设置界面，通过所述快捷键一键进入传感器数据设置界面，航迹控制系统实时提取操作系统时间，通过模式按键设置显示模式方式，显示模式在“白天”、“夜晚”和“自动”三种模式之间循环切换，模式按键采用通用输入输出方式连接控制主板，按下按键后，控制主板接收到按键的请求，则控制器发出显示模式切换指令和切换后的显示数据供显示器进行显示；
当拨码开关置于“OFF OFF”位置时，为仅采用传统串口传输方式进行通讯；当拨码开关置于 “OFF ON”位置时，为仅采用以太网传输方式进行通讯；当拨码开关置于“ON OFF”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以传统串口传输方式为主，以太网传输方式为辅；当拨码开关置于“ON ON”位置时，为同时采用传统串口传输方式和以太网传输方式进行通讯，但以太网传输方式为主，传统串口传输方式为辅；
所述显示器（3）进行实时船舶动态以及航路点信息动态显示，通过显示屏显示多种不同信息元素，包括船舶的航行信息、控制指令信息、计划航线信息、报警信息、配置信息、传感器信息、控制主板计算得到的信息、显示器直接接收到的电子海图信息及按键直接设定的信息，将这些信息的绘制代码剥离出来，独立成为模块，所述显示器（3）用于显示数据获取：通过数据池中提取出最新的显示数据，判断显示数据是否发生变化，若有则更新相应数据显示；进行数据处理并封装：按照内部信息传输协议，利用特定的方法对需要更新的数据进行加工处理，转化为通信字符流，存入到发送数据缓存区；然后进行数据发送：利用数据发送器将发送缓存区数据传输到显示屏；
航迹控制系统内部使用CAN通讯网络，所述航迹控制系统内部由多种独立单元组成，各单元均使用CAN网络节点，每个单元均发送自身的工作状态信息以及其他节点需要的数据信息，当任意一个独立单元出现故障时，该单元均会提供相关故障信息，船用航迹自动控制装置进行实时检测和判断故障信息，当某单元自身出现故障或由于接线问题导致某单元与船用航迹自动控制装置脱离时，该装置自动根据各单元故障等级以及自身自动控制算法的要求来进行在线自整定，并在整定后机会提供信息提示。
2.根据权利要求1所述的船用航迹自动控制装置，其特征在于，所述传感器信息包括对地航向、船舶实际位置、对地航速和对水航速；航行状态信息包括未启动监控、直线航行、转弯航行和监控结束；控制主板接收信息后计算得到的信息包括：当前操舵模式、流速和流向、计划航向角、实际艏向角、目标航路点、下一航路点、下一航路段航向、到起转线距离、到起转线时间、设定的转弯半径；所述显示器直接接收到的电子海图的信息包括当前航线名称；所述按键直接设定的信息包括航行模式。
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |