CN108241326A - 一种基于物联网的智能船舶系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于物联网的智能船舶系统，主要包括：主控制系统、感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端；所述主控系统分别与所述感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端相连接，所述能源供给系统还与所述感知系统和执行系统相连接。本发明的一种基于物联网的智能船舶系统，可以实现船舶网络通信、船舶智能化运行以及经济可靠的优点。

Description

一种基于物联网的智能船舶系统

技术领域

本发明涉及物联网船舶智能化及船舶自动化领域，具体地，涉及一种基于物联网的智能船舶系统。

背景技术

海上船舶通常安装各自的控制系统，用于船舶内部控制操作，但目前的船舶系统主要用于船舶自身的航行或者管理。每一个多功能都由单独的计算机控制，其功能分散控制也相对分散。具体地，现有技术方案主要采用VDR(Voyage Data Recorder，船载航行数据记录仪)、AIS(Automatic Identification System，船舶自动识别系统)、ECDIS(Electronic Chart Display and Information System，电子海图)等设备，与海事卫星通信网络相结合，构建远程船舶监控系统。ABS(American Bureau of Shipping，美国船级社)公司的SAFENET船舶监控系统，由中远集运和上海海事大联合研发的船舶管理信息系统(SMIS)航行与机舱数据获取系统(NEDAS)。以上的系统功能都是单一的，也不能算是智能的。目前广泛应用系统平台大多是单一的基于现场总线的测控，没有与上层管理网络互联互通。常规用于航行管理的监视系统没有和位置结合起来现有的方案在进行数据分析时未对船舶设备配备智能的维修方案。船舶物联网搭建初具条件，目前，船舶行业外对物联网技术的认知度越来越高，包括智能城市、智能交通、智能家庭、智能工业、智能农业等，都在应用物联网概念。

全球已进入“工业4.0”发展时期，我国于2015年5月发布了《中国制造2025》，把海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进，表明大数据时代背景下，船舶行业智能制造已成为船舶制造与航运领域发展的趋势。全球已进入“工业4.0”发展时期，我国于2015年5月发布了《中国制造2025》，把海洋工程装备和高技术船舶作为十大重点发展领域之一加快推进，表明大数据时代背景下，船舶行业智能制造已成为船舶制造与航运领域发展的趋势。今年4月，工信部下发《智能制造试点示范2016专项行动实施方案》，明确指出船舶行业应持续开展重点企业关键环节、生产线、车间、工厂的智能化改造。表示将讨论出台《关于船舶行业推进智能制造指导意见》，为船舶行业智能制造提供良好的政策发展环境。

物联网是新一代信息技术的重要组成部分，也是“信息化”时代的重要发展阶段。其英文名称是：“Internet of things(Iot)”。顾名思义，物联网就是物物相连的互联网。这有两层意思：其一，物联网的核心和基础仍然是互联网，是在互联网基础上的延伸和扩展的网络；其二，其用户端延伸和扩展到了任何物品与物品之间，进行信息交换和通信，也就是物物相息。物联网通过智能感知、识别技术与普适计算等通信感知技术，广泛应用于网络的融合中，也因此被称为继计算机、互联网之后世界信息产业发展的第三次浪潮。物联网是互联网的应用拓展，与其说物联网是网络，不如说物联网是业务和应用。因此，应用创新是物联网发展的核心，以用户体验为核心的创新2.0是物联网发展的灵魂。

就像互联网是解决最后1公里的问题，物联网其实需要解决的是最后100米的问题，在最后100米可连接设备的密度远远超过最后1公里，特别是在家庭，家庭物联网应用(即我们常说的智能家居)已经成为各国物联网企业全力抢占的制高点，作为目前全球公认的最后100米主要技术解决方案，ZigBee得到了全球主要国家前所未有的关注，这种技术由于相比于现有的WiFi、蓝牙、433M/315M等无线技术更加安全、可靠，同时由于其组网能力强、具备网络自愈能力并且功耗更低，ZigBee的这些特点与物联网的发展要求非常贴近，目前已经成为全球公认的最后100米的最佳技术解决方案。

发明内容

本发明的目的在于，针对上述问题，提出一种基于物联网的智能船舶系统，以实现船舶网络通信、船舶智能化运行以及经济可靠的优点。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于物联网的智能船舶系统，主要包括：主控制系统、感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端；

所述主控系统分别与所述感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上

移动终端相连接，所述能源供给系统还与所述感知系统和执行系统相连接。

进一步地，所述主控系统包括：MCU主控制器、液晶触摸屏(人机界面)、操作键盘、声光报警器、GPS/北斗定位装置、zigbee无线传输装置、卫星通信装置、船用WiFi(路由器)、GPRS/GSM无线移动通信装置、语音交互装置、加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置、一系列水位探测器、传感器、一系列执行器件、电泵、调速控制装置、流量检测传感器、蓄电池组、电量检测传感器、发电机、发电机转速传感器和发电机控制装置。

进一步地，所述MCU主控制器与液晶触摸屏(人机界面)、操作键盘、声光报警器、GPS/北斗定位装置、zigbee无线传输装置、卫星通信装置、船用WiFi(路由器)、GPRS/GSM无线移动通信装置、语音交互装置、加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置、一系列水位探测器、传感器、一系列执行器件、电泵、调速控制装置、流量检测传感器、蓄电池组、电量检测传感器、发电机、发电机转速传感器和发电机控制装置相连接。

进一步地，所述感知系统与执行系统均由由一个或多个分立式探测器终端组成，且均与所述主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接。

进一步地，所述感知系统的分立式探测器终端包括各种探测器或传感器、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

进一步地，所述执行系统的分立式探测器终端包括各种执行控制器件、各种执行控制器件的调节驱动装置、各种执行控制器件输出量检测传感器、紧急(手动)启动/停止装置、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

进一步地，所述能源供给系统与主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；

所述能源供给系统包括太阳能板、太阳能板X轴电机、太阳能板Y轴电机、太阳能寻光控制装置、光敏传感器矩阵、风力发电机、柴油发电机、柴油发电机控制装置、发电机转速检测传感器、蓄电池充放电控制装置、蓄电池组、电量检测传感器、MCU内核、液晶触摸屏、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

进一步地，所述通信系统与主控制系统通过多种无线通信进行数据传输连接；所述通信系统包括地面基站、用户手机的电话短信APP、互联网服务器、陆地远程监控设备、通信卫星、导航卫星、卫星电话和卫星通信地面站。

进一步地，所述船上移动终端与主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述船上移动终端包括MCU内核、液晶触摸屏、操作键盘、巡更装置、声光报警器、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

进一步地，所述船上移动终端为一个或多个。

本发明的有益技术效果：

本发明的一种基于物联网的智能船舶系统，主要包括：主控制系统、感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端；所述主控系统分别与所述感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端相连接，所述能源供给系统还与所述感知系统和执行系统相连接。通过分布于船舶各处所述感知系统的各种传感器系统可以自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于主控制系统、执行系统和通信系统的计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。具体能实现智能船体、智能机舱、智能航行、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台功能。

本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。

下面通过附图和实施例，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的原理结构示意图；

图2为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的整体结构示意图；

图3为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的安装结构示意图；

图4为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的太阳能板安装结构示意图；

图5为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的最小结构原理示意图；

图6为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的精简结构原理示意图；

图7为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的简化结构原理示意图；

图8为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的实施例1结构示意图；

图9为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的实施例2结构示意图；

图10为本发明所述一种基于物联网的智能船舶系统的实施例3结构示意图。

结合附图3，本发明实施例中附图标记如下：

1-船舶，2-用户携带的手机电话短信APP，3-用户的卫星电话，4-船舶吃水深度传感器，5-船员的船上移动终端，6-主控制系统的主机，7-风力发电机，8-太阳能板，9-船用WIFI天线，10-航海雷达，11-风向传感器，12-GPRS/GSM无线移动通信天线、北斗定位天线、主控制系统的ZigBee无线通信天线，13-风速传感器，14-能见度传感器，15-光照强度传感器，16-雨量传感器，17-无线通信天线，18-声光报警器及广播喇叭，19-船舶驾驶室，20-大容量蓄电池组，21-能源供给系统，22-主机转速传感器，23-船舶机舱，24-船舶主发动机，25-发电机油压传感器，26-电泵，27-超声波水位传感器，28-发电机，29-声光报警器，30-船舶底舱，31-电泵，32-超声波水位传感器，33-照明LED灯，34-烟雾传感器，35-温湿度传感器，36-声光报警器，37-火焰传感器，38-WIFI网络摄像头，39-船舱，40-声呐航道探测器；

结合附图4，本发明实施例中附图标记如下：

101-太阳能板，102-光敏电阻阵列，103-X轴电机，104-支撑杆，105-Y轴电机，106Y-轴，107-太阳能寻光控制器。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明所要解决的技术问题是，提供一种基于物联网的智能船舶系统，以船舶一体化物联网为基础、围绕电气及通讯导航建立分布型、网络型、智能型的物联网船舶智能系统，实现智能船体、智能机舱、智能航行、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台，为了实现以上功能需要用到的技术有信息感知技术、自动控制技术、通信导航技术、能效控制技术、航线规划技术、状态监测与故障诊断技术、大数据云计算技术、遇险预警救助技术、驾机一体化和自主航行技术。

物联网智能船舶，从而推动海洋业务进入智能化时代，从多人操控到一人操控，从仅需少部分船员到岸上远程操控，从远程遥控到自主驾驶，可打造物联网智能船舶自主航行的飞跃。除了自主航行、远程遥控等主要关键技术以外，一些细节部分同样可以智能化。未来的船舶可以通过自动靠泊、离岸，自主维修，自动清洗，自动更换设备部件，自我防护(针对海盗等)，自动补给等，更充分地实现智能。

物联网智能船舶技术应用可分三到四个阶段：在第一阶段，通过大量传感器获得船舶相应的信号和设备运行信息，实现船舶航行“感知”能力。此后，再将收集到的船舶运行信息进行大数据分析，给出设备运行情况的预测，提供人工决策参考，便进入了物联网智能系统具有“辅助决策”能力的第二阶段。接下来的第三阶段，船舶和岸基对接的实现，就可以使船舶具备“自主决策”、自主航行、自主靠泊的能力，从而为物联网智能船舶迈入“自动物流”的第四阶段打下基础。

鉴于传统通信业务主要用于应急通信和关键业务通信，对船上人员的日常生活通信关注不多，未来岸海通信将以人为本，重点发展船上人员日常生活的网络通信应用技术与产业。舰船上的人员生活单一，更需要微信类网络社交应用，零自费、跨平台沟通业务值得关注。

物联网智能船舶系指利用传感器、通信、互联网等技术手段，自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。

状态监测技术是以监测设备振动发展趋势为手段的设备运行状态预报技术，通过了解设备的健康状况，判断设备是处于稳定状态或正在恶化。船舶故障诊断可考虑以大数据为基础，运用多尺度分析方法来构建设备状态监测系统。故障诊断技术就是在船舶机械设备运行中或基本不拆卸设备的情况下，掌握设备的运行状况，根据对被诊断对象测试所取得的有用信息进行分析处理，判断被诊断对象的状态是否处于异常状态或故障状态，判断劣化状态发生的部位或零部件，并判定产生故障的原因，以及预测状态劣化的发展趋势等。

水上交通事故时有发生，尤其是碰撞和搁浅事故，往往造成严重的经济损失和人员伤亡。无论是在海上还是内河水域，船舶碰撞是最为常见的水上交通事故类型，在所有的水上交通事故中占很大的比例。船舶遇险预警与搜救技术能够有效的降低事故的发生率以及降低事故的损失。

物联网智能船舶相关技术：环境感知技术、通信导航技术、状态监测与故障诊断技术、能效控制技术、航线规划技术、安全预警技术、自主航行技术等，以及“大数据”的智能应用，推动物联网智能船舶的加速出现。未来10～20年船舶智能化的发展将是决定未来船舶行业发展方向的重要因素；除了信息感知、通信导航、能效管控等关键技术，自动靠泊、离岸，自主维修，自动清洗，自动更换设备部件。对于“双高”船舶而言，绿色化、自动化、智能化和网络化是必不可少的关键字。当前，在汽车、家电等领域追求智能化理念的企业均在积极研发、储备及应用物联网技术，而船舶物联网技术同样也是实现船舶自动化、智能化和网络化的最好切入点。物联网的核心是把感应器装载在实物载体上，通过移动通信、无线宽带、无线射频识别技术、卫星通信等技术把物和物连接起来。一旦构建起船舶物联网体系，通过岸与船、船与船之间对话，完成咨询、设备维护、故障诊断、船舶管理等业务活动，甚至可以实现船舶的无人驾驶，从而最大限度地提高船舶航行的安全性、可行性和经济性。就技术原理和航运市场潜在需求看，发展船舶物联网具有可靠性和可操作性。

如图1和2所示，为解决以上技术问题，本发明实施例提供一种基于物联网的智能船舶系统，包括五个子系统和一系列移动终端组成，分别为：主控制系统、通信系统、感知系统、执行系统、能源供给系统和一个或多个船上移动终端。

1、主控制系统

所述主控制系统是由MCU主控制器、液晶触摸屏(人机界面)、操作键盘、声光报警器、GPS/北斗定位装置、zigbee无线传输装置、卫星通信装置、船用WiFi(路由器)、GPRS/GSM无线移动通信装置、语音交互装置、加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置、一系列水位探测器及传感器(包括：超声波水位探测器、电极式水位探测器、浮球式水位探测器、雷达式水位探测器、压力式水位探测器、发动机温度传感器、机舱温度传感器、油压检测传感器、风速传感器、环境温度传感器、湿度传感器、风向传感器、能见度采集传感器、火焰传感器、烟雾传感器、气体传感器、雨滴传感器、紫外线传感器)、一系列执行器件(包括：灯、电泵、电机、电磁阀、继电器、接触器等)、电泵、调速控制装置、流量检测传感器、蓄电池组、电量检测传感器、发电机、发电机转速传感器、发电机控制装置等组成。

所述MCU主控制器与所述液晶触摸屏连接，用于显示系统信息完成系统参数设置，以及控制系统上的设备，主要起人机交互的作用；

所述MCU主控制器与所述操作键盘连接，用于系统参数的设置，系统设备的控制；

所述MCU主控制器与所述声光报警器连接，主要起声音与灯光的报警作用；

所述MCU主控制器与所述GPS/北斗定位装置连接，用于实时获取船舶的位置经纬度信息、导航信息、气候信息及其他信息，其次可以辅助完成卫星通信；

所述MCU主控制器与所述zigbee无线传输装置连接，所述zigbee无线传输装置与所述zigbee天线连接，用于与系统中的zigbee无线传输装置通信，完成信息的获取，命令的发送；

所述MCU主控制器与所述卫星通信装置连接，用于与卫星通信，可以完成卫星电话、短报文的接收发送、还可接入互联网实现卫星上网等功能，实现卫星上网后就可把系统的数据上传同步到互联网服务器上，这是船舶物联网的核心通信技术；

所述MCU主控制器与所述船用WiFi(路由器)连接，所述船用WiFi(路由器)与所述卫星通信装置连接，所述船用WiFi(路由器)与所述GPRS/GSM无线移动通信装置连接，船用WiFi(路由器)用于把卫星网络数据和GPRS/GSM无线移动通信的互联网数据转换为路由器WiFi协议的数据，再经WiFi发射出来，用户可以通过连接船用WiFi轻松地上网了，其次他还承担着接收WIFI无线网络摄像头的视频数据，再将视频数据通过卫星通信或GPRS/GSM无线移动通信上传到互联网服务器上；

所述MCU主控制器与所述GPRS/GSM无线移动通信装置连接，用于系统与地面基站的通信；

所述MCU主控制器与所述语音交互装置连接，所述语音交互装置与所述GPRS/GSM无线移动通信装置进行语音交互连接，用于用户通过手机电话与系统进行语音信息的交流；

所述MCU主控制器与所述加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置连接，用于系统获取船舶的加速度信息，获取船舶的倾斜方向信息、获取船舶的倾斜角度信息、获取船舶的航行方向信息；

所述MCU主控制器与所述一系列水位探测器及传感器连接(包括：超声波水位探测器、电极式水位探测器、浮球式水位探测器、雷达式水位探测器、压力式水位探测器、发动机温度传感器、机舱温度传感器、油压检测传感器、风速传感器、风向传感器、能见度采集传感器、火焰传感器、烟雾传感器、气体传感器、雨滴传感器、紫外线传感器)、一系列执行器件(包括：灯、电泵、电机、电磁阀、继电器、接触器等)，用于系统获取船舶的各种信息(包括：水位信息、温度信息、油压信息、风速信息、风向信息、能见度信息、火焰信息、烟雾信息、气体信息、雨滴信息、紫外线传感器)；

所述MCU主控制器与所述一系列执行器件(包括：灯、电泵、电机、电磁阀、继电器、接触器等)连接，用于MCU主控制器控制执行器完成一系列动作(包括：开灯、关灯、调光、开始抽水、停止抽水、调节水量、电机正转、电机反转、电机调速等)；

所述MCU主控制器与所述调速控制装置连接，所述调速控制装置连接与所述电泵连接，用于系统的抽水，调节抽水水量等工作；

所述MCU主控制器与所述流量检测传感器连接，所述流量检测传感器检测电泵出水水量，所述流量检测传感器与所述调速控制装置连接，用于进行闭环控制和将抽水的实时水量上传；

所述MCU主控制器与所述发电机控制装置组成连接，所述发电机控制装置与所述发电机连接，所述发电机与所述发蓄电池组连接，用于控制发电机发电给蓄电池组充电；

所述电量检测传感器检测蓄电池组的电量，所述电量检测传感器与所述MCU主控制器连接，所述发电机转速传感器检测发电机实时转速，所述发电机转速传感器与所述发电机控制装置连接，所述发电机转速传感器与所述MCU主控制器连接，用于上传电量信息，上传发电机转速信息，精准闭环控制发电机；

2、感知系统

所述感知系统与所述主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述感知系统由一个或多个分立式探测器终端组成，采用无线分立式探测器终端可以方便安装，减少布线，连接简单等优点。

所述分立式探测器终端由各种探测器或传感器(如：超声波水位探测器、电极式水位探测器、浮球式水位探测器、雷达式水位探测器、压力式水位探测器、发动机温度传感器、机舱温度传感器、油压检测传感器、风速传感器、风向传感器、能见度采集传感器、火焰传感器、烟雾传感器、气体传感器、雨滴传感器、紫外线传感器)、zigbee无线传输装置和zigbee天线组成。

所述传感器与所述zigbee无线传输装置通过双向或单向数据线连接，所述zigbee无线传输装置与所述zigbee天线通过高频馈线连接，所述zigbee无线传输装置内置有主控芯片CC2530，通过主控芯片采集读取传感器的数据经过处理后由所述zigbee天线无线输送到所述主控制系统。

3、执行系统

所述主控制系统与所述执行系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述执行系统由一个或多个分立式执行终端组成，采用无线分立式探测器终端可以方便安装，减少布线，连接简单等优点。

所述分立式执行终端由各种执行控制器件(如：灯、电泵、电机、电磁阀、继电器、接触器等)、各种执行控制器件的调节驱动装置、各种执行控制器件输出量检测传感器、紧急(手动)启动/停止装置、zigbee无线传输装置和zigbee天线组成。

所述zigbee天线与所述zigbee无线传输装置通过高频馈线连接，所述zigbee无线传输装置与所述各种执行控制器件的调节驱动装置连接，所述各种执行控制器件的调节驱动装置与所述各种执行控制器件连接。所述主控制系统将控制数据通过所述主控制系统的zigbee无线传输装置无线输送到所述执行系统的zigbee无线传输装置上，所述zigbee无线传输装置内置有主控芯片CC2530，通过主控芯片读取所述主控制系统的控制数据经过判断运算处理后向所述各种执行控制器件的调节驱动装置发出调节控制指令，所述各种执行控制器件的调节驱动装置收到调节控制指令后对所述各种执行控制器件进行调节控制。

所述紧急(手动)启动/停止装置与所述各种执行控制器件的调节驱动装置连接。在紧急或其他情况下还可通过所述紧急(手动)启动/停止装置向所述各种执行控制器件的调节驱动装置发出调节控制指令，所述各种执行控制器件的调节驱动装置收到调节控制指令后对所述各种执行控制器件进行调节控制。

所述各种执行控制器件输出量检测传感器检测所述执行控制器件的输出量，所述各种执行控制器件输出量检测传感器与所述各种执行控制器件的调节驱动装置连接，所述各种执行控制器件输出量检测传感器与所述zigbee无线传输装置连接，所述各种执行控制器件输出量检测传感器检测所述执行控制器件的输出量，然后将输出量返回给所述各种执行控制器件的调节驱动装置，所述各种执行控制器件的调节驱动装置通过返回的输出量进行闭环控制，可以提高控制精度，所述执行控制器件的输出量还返回到所述zigbee无线传输装置，再经所述zigbee天线返回给所述主控制系统。

4、能源供给系统

所述主控制系统与所述能源供给系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述能源供给系统由太阳能板、太阳能板X轴电机、太阳能板Y轴电机、太阳能寻光控制装置、光敏传感器矩阵、风力发电机、柴油发电机、柴油发电机控制装置、发电机转速检测传感器、蓄电池充放电控制装置、蓄电池组、电量检测传感器、MCU内核、液晶触摸屏、zigbee无线传输装置和zigbee天线组成。

所述太阳能板与所述蓄电池充/放电装置连接，从而进行电能的传送；

所述风力发电机与所述蓄电池充/放电装置连接，从而进行电能的传送；

所述柴油发电机与所述蓄电池充/放电装置连接，从而进行电能的传送；

所述蓄电池充/放电装置与所述蓄电池组连接，从而对蓄电池组进行充电/放电操作，所述蓄电池充/放电装置还要负责把电能输送到每个系统；

所述蓄电池充/放电装置与所述MCU内核连接，所述电量检测传感器检测蓄电池组的电量，所述电量检测传感器语所述MCU内核连接，所述MCU内核根据所述电量检测传感器检测蓄电池组的电量对所述蓄电池充/放电装置进行充放电的控制。

所述太阳能板安装在所述太阳能板X轴电机和所述太阳能板Y轴电机的上方，驱动所述太阳能板X轴电机可让太阳能板以X轴为轴心转动，驱动所述太阳能板Y轴电机可让太阳能板以Y轴为轴心转动；

所述太阳能板X轴电机与所述太阳能寻光控制装置连接，所述太阳能板Y轴电机与所述太阳能寻光控制装置连接，所述光敏传感器阵列可以检测太阳位置，所述光敏传感器阵列与所述太阳能寻光控制装置连接，所述光敏传感器阵列还与所述MCU内核连接，所述MCU内核可以根据所述光敏传感器阵列检测的太阳位置对所述太阳能寻光控制装置进行控制，所述太阳能寻光控制装置也可直接根据所述光敏传感器阵列检测的太阳位置进行闭环精准控制，从而控制所述太阳能板X轴电机和所述太阳能板Y轴电机带动太阳能板始终对准太阳。

所述发电机控制装置与所述柴油发电机连接，所述发电机控制装置与所述MCU内核连接，所述发电机转速检测传感器检测发电机实时转速，所述发电机转速检测传感器与所述发电机控制装置连接，所述发电机转速检测传感器与所述MCU内核连接，所述MCU内核可根据系统检测的当时的光照强度、风速、蓄电池组电量及各种因素判断是否需要启动发电机对蓄电池组进行充电，启动发电机时可根据所述发电机转速检测传感器检测的实时转速，对发电机的转速进行闭环精准控制。

所述MCU内核与液晶触摸屏连接，用于显示系统信息完成系统参数设置，以及控制系统上的设备，主要起人机交互的作用；

所述MCU内核与所述zigbee无线传输装置连接，zigbee无线传输装置与所述zigbee天线连接，用于与系统中的zigbee无线传输装置通信，完成信息的获取，命令的发送。

5、通信系统

所述主控制系统与所述通信系统通过多种无线通信进行数据传输连接；所述通信系统由地面基站、用户手机的电话短信APP、互联网服务器、陆地远程监控设备、通信卫星、导航卫星、卫星电话、卫星通信地面站组成。

所述主控制系统的GPRS/GSM无线移动通信装置与地面基站通过GPRS/GSM无线通信进行数据双向传输连接，这是船舶与地面通信的方法之一，是与地面手机的电话短信通信的唯一方式，这种方式可以接入电话网络也可以接入互联网，适合近海使用。

所述主控制系统的卫星通信装置与空中的通信卫星进行双向无线数据传输连接，可以完成卫星电话、短报文的接收发送、还可接入互联网实现卫星上网等功能，实现卫星上网后就可把系统的数据上传同步到互联网服务器上，这是船舶物联网的核心通信技术；

所述主控制系统的GPS/北斗定位装置与空中的导航卫星进行双向无线数据传输连接，用于实时获取船舶的位置经纬度信息、导航信息、气候信息及其他信息，其次可以辅助完成卫星通信；

所述地面基站与用户手机的语音电话、短信或APP软件通过GPRS/GSM无线通信进行双向无线数据传输连接，通信卫星与用户卫星电话、短信进行双向无线数据传输连接，通过电话网络或互联网用户可以方便快捷的用手机就可以远程实时监视船舶设备的各项参数、可以远程实时操作船舶设备。

所述互联网服务器与所述陆地远程监控设备通过光纤宽带进行数据双向传输连接，所述通信卫星与所述卫星通信地面站进行双向无线数据传输连接；所述地面基站与所述互联网服务器通过光纤进行数据双向传输连接，所述卫星通信地面站与互联网服务器通过光纤进行数据双向传输连接，互联网服务器是运用大数据处理分析技术、云计算技术进行数据的收集处理，实时分析处理海量数据，能够可靠地对大数据进行实时处理，具有即时响应多用户并发请求的能力，可以实现船舶航线规划、船舶状态监测与故障诊断、自动驾驶、自动靠泊等功能。

6、船上移动终端

所述主控制系统与所述船上移动终端通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述船上移动终端由MCU内核、液晶触摸屏、操作键盘、巡更装置、声光报警器、zigbee无线传输装置和zigbee天线组成。

所述MCU内核与所述液晶触摸屏连接，用于显示系统信息完成系统参数设置，以及控制系统上的设备，主要起人机交互的作用；

所述MCU内核与所述操作键盘连接，用于系统参数的设置，系统设备的控制

所述MCU内核与所述巡更装置连接，巡更系统主要用于督促监督值班船员的巡视工作。

所述MCU内核与所述声光报警器连接，主要起声音与灯光的报警作用；

所述MCU内核与所述zigbee无线传输装置连接，所述zigbee无线传输装置与所述zigbee天线连接。

实施例1

参见图5、图6、图7、图8，物联网智能船舶系统实施例1包括主控制系统和通信系统，主控制系统由主机连接感知终端组成，可以选加执行终端与主机连接，通信系统由主控制系统的GPRS/GSM无线移动通信通过基站与用户手机短信无线通信连接组成。

具体的，主控制系统的主机连有液晶触摸屏，液晶触摸屏可以显示可也以编辑系统内的信息包括：本系统的电话号码、紧急联系人号码(不少于2个)，本系统的信号量、时间日期、本系统的电量、本系统ZigBee无线通信的ID，紧急发送短信的内容，各个传感器数值的矢量图，各个传感器的实时数值及阀值(如实时水深为20cm，最大值为30cm，当水位超出设定的最大值时系统就报警)等信息。主控制系统的主机连有语音交互装置，语音交互装置通过GPRS/GSM无线移动装置和手机电话间接识别用户口述的语音信号，进而根据用户的语音信号回答用户的问题或者执行相应的指令动作；回答问题时声音由语音交互装置发出，音频信号传入GPRS/GSM无线移动装置，通过基站到手机喇叭到用户耳朵，这样子用户就可以和系统进行语音交流了。

具体的，当系统运行时，用户可以拨打系统号码，通过语音了解系统的状态、了解各个传感器的实时数值，还可以通过语音的控制命令远程控制各个执行器件；当系统运行时，用户也可以向系统号码发送查询信息的短信命令，系统收到查询命令后，就会回复用户查询信息的内容，用户也可向系统发送控制指令，系统收到控制指令后就会执行相应的指令动作，会把执行结果通过短信返回给用户。当感知终端的传感器检测到的实际值高于设定的阀值时，系统就会启动声光报警，在显示屏上就会显示报警的传感器，及报警传感器的实时数值、超限数值，同一时刻，系统就会向紧急联系人1拨打紧急号码或发送短息，如果紧急联系人1的电话无法接通，就拨打紧急联系人2的，……直到把这一紧急事件通知到用户为止；如果装有执行终端的，就可以按照事先的设置启动执行器件，控制相应的值使它降低到设定阀值以内。

由于本实施案例采用的GPRS\GSM无线移动通信，感知终端和主机采用导线连接，执行终端和主机采用导线连接，所以其成本很低，但感知终端和执行终端与主机连接的导线不宜过长，GPRS\GSM无线移动通信远海收不到基站信号，所以本实施案例只适合近海作业或内河航行的中小型船舶使用。

实施例2

参见图2、图9，本实施例于实施例1的区别在于，所述感知系统与所述主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述主控制系统与所述执行系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述能源供给系统与所述主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述主控制系统通过所述GPRS\GSM无线移动通信与互联网服务器连接，系统的所有数据都可以同步到互联网服务器，手机APP通过互联网接入服务器，可以实时查看系统的实时数据，也可远程实时控制系统中的设备。所述MCU主控制器与所述船用WiFi(路由器)连接，所述船用WiFi(路由器)与所述GPRS/GSM无线移动通信装置连接，船用WiFi(路由器)用于把GPRS/GSM无线移动通信的互联网数据转换为路由器WiFi协议的数据，再经WiFi发射出来，用户可以通过连接船用WiFi轻松地上网了，其次他还承担着接收WIFI无线网络摄像头的视频数据，再将视频数据通过GPRS/GSM无线移动通信上传到互联网服务器上；

具体的，通过分布于船体各处的传感器，可以实时采集船舶各舱室的室温、湿度、室内光强度、通风情况、舱门的开关情况、海面风速、风向、海域天气情况、船体的倾斜角度、船体的摇晃程度、船舶的位置、船舶的航向、船体吃水深度、前方航道深度等信息，这些信息经过所述主控制系统的处理后便能智能的自动控制空调为舱室的温度做出智能的控制，也可控制加湿器或干燥器对仓室内的湿度进行智能的控制，可控制通风管道的风机改善舱室的通风情况，也可自动控制舱门的开关，这些信息也都可以在所述主控制系统的液晶触摸屏上显示出来，在所述主控制系统的液晶触摸屏上也可一键对这些设备进行操作，接入物联网后的自动控制都可以实现远程控制，采集的信息都可以同步到互联网服务器的云端实现远程数据的实时查看，云端服务器通过船舶传感器上传船体的各项数据经过大数据云计算处理分析后可得知船体当前的状态，预测状态劣化的发展趋势，预测船舶航程航线内的天气情况，船体可能出现的问题以及船体故障的诊断等，互联网服务器再将得到的这些数据实时传输到船舶上，用户就可以更好的提前做出应对的策励。

具体的，增加感知系统和执行系统，就相当于船舶有了眼睛、鼻子、耳朵和手脚了，再加上互联网服务器这个超大容量的脑袋，这个系统就变得更智能了，

由于本实施案例在实施案例1的基础上增加了zigbee无线通信，使用了船上WIFI，增加了互联网服务器、大数据云计算，相比实施案例1本实施案例不受布线长度困扰，传感器、执行器不受安装环境限制，配备WIFI上网更人性化的设计，运用大数据处理，能更方便快捷的管理船舶，所以本实施案例只适合近海作业或内河航行的大中小型船舶使用。

实施例3

参见图2、图10，本实施例于实施例2的区别在于，所述主控制系统与所述船上移动终端通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述MCU主控制器与所述卫星通信装置连接，用于与卫星通信，可以完成卫星电话、短报文的接收发送、还可接入互联网实现卫星上网等功能，实现卫星上网后就可把系统的数据上传同步到互联网服务器上，这是船舶物联网的核心通信技术；所述主控制系统的GPS/北斗定位装置与空中的导航卫星进行双向无线数据传输连接，用于实时获取船舶的位置经纬度信息、导航信息、气候信息及其他信息，其次可以辅助完成卫星通信；

所述MCU主控制器与所述船用WiFi(路由器)连接，所述船用WiFi(路由器)与所述卫星通信装置连接，船用WiFi(路由器)用于把卫星通信的互联网数据转换为路由器WiFi协议的数据，再经WiFi发射出来，用户可以通过连接船用WiFi轻松地上网了，其次他还承担着接收WIFI无线网络摄像头的视频数据，再将视频数据通过卫星通信上传到互联网服务器上；

通过利用主控制系统、执行系统和感知系统的计算机技术、控制技术等，对感知系统获得的信息进行分析和处理，对船舶航路和航速进行设计和优化；借助通信系统的导航定位和卫星通信技术，船舶能在开阔水域、狭窄水道、复杂环境条件下自动避碰，实现自主航行，自动靠泊、离岸。

船上移动终端的使用能更方便的设置系统的各个参数，也更方便的查看系统的各个参数，无论在船上的那个地方只要有船上移动终端就可以对本系统进行操作，船上移动终端的巡更系统能更好的督促监督值班船员的巡视工作。

由于本实施案例在实施案例2的基础上增加了船上移动终端，卫星通信系统和WIFI无线网络摄像头。所以本实施案例可以所有船舶通用，不限作业区域，不限船舶大小。

实施案例4

实施例4，参照图7，本实施案例所述主控制系统和探测器终端以及执行终端组成，当水位到达设定阀值，所诉主控制系统连接的蜂鸣器就会报警。所述主控制系统自动开启所述(控制PWM调速控制装置电泵)进行抽水排干。由所述超声波水位探测器实时监测水位，当水位到达设定的阀值，由所述主控制系统控制(PWM调速控制装置电泵)停止抽水工作，继而停止蜂鸣器报警。

至少可以达到以下有益效果：

本发明的一种基于物联网的智能船舶系统，主要包括：主控制系统、感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端；所述主控系统分别与所述感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端相连接，所述能源供给系统还与所述感知系统和执行系统相连接。通过分布于船舶各处所述感知系统的各种传感器系统可以自动感知和获得船舶自身、海洋环境、物流、港口等方面的信息和数据，并基于主控制系统、执行系统和通信系统的计算机技术、自动控制技术和大数据处理分析技术，在船舶航行、管理、维护保养、货物运输等方面实现智能化运行的船舶，以使船舶更加安全、更加环保、更加经济和更加可靠。具体能实现智能船体、智能机舱、智能航行、智能能效管理、智能货物管理和智能集成平台功能。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，主要包括：主控制系统、感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端；

所述主控系统分别与所述感知系统、执行系统、能源供给系统、通信系统和船上移动终端相连接，所述能源供给系统还与所述感知系统和执行系统相连接。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述主控系统包括：MCU主控制器、液晶触摸屏(人机界面)、操作键盘、声光报警器、GPS/北斗定位装置、zigbee无线传输装置、卫星通信装置、船用WiFi(路由器)、GPRS/GSM无线移动通信装置、语音交互装置、加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置、一系列水位探测器、传感器、一系列执行器件、电泵、调速控制装置、流量检测传感器、蓄电池组、电量检测传感器、发电机、发电机转速传感器和发电机控制装置。

3.根据权利要求2所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述MCU主控制器与液晶触摸屏(人机界面)、操作键盘、声光报警器、GPS/北斗定位装置、zigbee无线传输装置、卫星通信装置、船用WiFi(路由器)、GPRS/GSM无线移动通信装置、语音交互装置、加速度计/陀螺仪/电子罗盘装置、一系列水位探测器、传感器、一系列执行器件、电泵、调速控制装置、流量检测传感器、蓄电池组、电量检测传感器、发电机、发电机转速传感器和发电机控制装置相连接。

4.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述感知系统与执行系统均由一个或多个分立式探测器终端组成，且均与所述主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接。

5.根据权利要求4所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述感知系统的分立式探测器终端包括各种探测器或传感器、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

6.根据权利要求4所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述执行系统的分立式探测器终端包括各种执行控制器件、各种执行控制器件的调节驱动装置、各种执行控制器件输出量检测传感器、紧急(手动)启动/停止装置、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

7.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述能源供给系统与主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；

所述能源供给系统包括太阳能板、太阳能板X轴电机、太阳能板Y轴电机、太阳能寻光控制装置、光敏传感器矩阵、风力发电机、柴油发电机、柴油发电机控制装置、发电机转速检测传感器、蓄电池充放电控制装置、蓄电池组、电量检测传感器、MCU内核、液晶触摸屏、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

8.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述通信系统与主控制系统通过多种无线通信进行数据传输连接；所述通信系统包括地面基站、用户手机的电话短信APP、互联网服务器、陆地远程监控设备、通信卫星、导航卫星、卫星电话和卫星通信地面站。

9.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述船上移动终端与主控制系统通过zigbee无线通信进行数据双向传输连接；所述船上移动终端包括MCU内核、液晶触摸屏、操作键盘、巡更装置、声光报警器、zigbee无线传输装置和zigbee天线。

10.根据权利要求1所述的一种基于物联网的智能船舶系统，其特征在于，所述船上移动终端为一个或多个。