CN108466682A - 一种可调速马蹄型远程遥控智能救生装置 - Google Patents

Abstract

本发明披露一种可调速的马蹄型远程遥控智能救生装置，包括动力模块、控制模块、通信模块、调速模块、电源模块以及控制救生装置的遥控器，动力模块、调速模块、电源模块设于装置的两侧，控制模块、通信模块设于装置的首部，动力模块包括第一直流电机、第二直流电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨，调速模块包括第一电机驱动器、第二电机驱动器和单片机，电源模块包括第一锂电池、第二锂电池和电压转换器，控制模块包括单片机，通信模块包括单片机和无线信号接收器。该智能救生装置具有调速功能，在不同海况下通过电机驱动器内部的H桥式电机驱动电路进行速度的调节。

Description

一种可调速马蹄型远程遥控智能救生装置

技术领域

本发明涉及救生领域，特别是涉及一种马蹄形状的可以调速的远程遥控定位的智能救生装置。

背景技术

目前，救生装置是作为在紧急情况下营救溺水人员的必要的救生工具。在事故中，等待救援的人们可能会因为时间太长，体力消耗过大，累得无法撑在救生装置上，特别是在海洋事故需要比较长的救援时间，但是现有救生装置基本上都需抛洒至落水者附近，这就意味着只能救援很近的距离且救援缓慢，同时因为海面环境的复杂性，比如风力及水流流速等外界因素影响抛投的准确性也难以控制，有时即使抛投到了恰当的位置而被救者不一定能及时抓住救生装置，同样会导致救援失败。目前市面上的救生装置大部分结构简单、功能单一，使用十分有限。一些智能救生装置，如中国专利中CN206125373U和中国专利中CN205440813U远程遥控智能救生装置在海况不同时未考虑装置速度的调节，并且采用单圈体设计，套装麻烦，使用者舒适度不高，结构不够人性化，这些都是要解决的问题。为此有必要发明出一种马蹄型可精确定位的装置，在不同的海况下可以进行速度的调节，这样就可以大大提高海上救援的效率，更好的进行救援工作，保障人员安全。

发明内容

为了克服现有技术在远程遥控智能救生装置的困难，本发明的目的是以现有标准的救生装置为基础，提出一种可进行调速的水上救生装置。由于它的形状是马蹄型，而且可以通过远程控制它来进行救援工作，我们称之为一种可调速马蹄型远程遥控智能救生装置。

本发明解决问题所采取的技术方案是：包括动力模块、控制模块、通信模块、调速模块、电源模块以及控制救生装置的遥控器，动力模块、调速模块、电源模块设于装置的两侧，控制模块、通信模块设于装置的首部，动力模块包括第一直流电机、第二直流电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨，调速模块包括第一电机驱动器、第二电机电机驱动器和单片机，电源模块包括第一锂电池、第二锂电池和电压转换器，控制模块包括单片机，通信模块包括单片机和无线信号接收器。具体来说，动力模块是由第一直流电机、第二直流电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨组成的，它为本智能救生装置提供动力，遥控器通过对动力模块的作用是对本智能救生装置的运动进行控制，可使得其前进、后退和拐弯。控制模块为单片机，它体积小且功能强，它从自身输入接口接收来自通信模块提供的信息并存入存储器，单片机中的CPU会根据固化在存储器中已设计好的程序对输入的数据进行高速运转，再将运算处理的结果通过输出接口送去控制执行机构也就是直流电机驱动器，以此达到控制救生装置的运动的目的；调速模块包括第一电机驱动器、第二电机驱动器和单片机，单片机发脉冲给电机驱动器，这些脉冲频率对应电机的速度，脉冲个数对应电机的位置，并用高低电平控制电机的方向，包含于电机驱动器的H桥式电机驱动电路接收标准TTL逻辑电平信号，由于电机的转速是和电机供电电压正弦波的频率成正比的，因此只需要调节供电电压正弦波的频率就可以实现电机的调速。利用单片机产生PWM(脉冲宽度调制)方波，通过对开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替电机供电电压正弦波，也就是在输出波形的半个周期中产生多个脉冲，使各脉冲的等值电压为正弦波形，所获得的输出平滑且低次谐波少。按单片机程序中设定的值对各脉冲的宽度进行调制，即可改变逆变电路输出电压的大小，也可改变输出频率。例如，把正弦半波波形分成N等份，就可把正弦半波看成由N个彼此相连的脉冲所组成的波形，这些脉冲宽度相等，都等于π/n，但幅值不等，且脉冲顶部不是水平直线，而是曲线，各脉冲的幅值按正弦规律变化。如果把上述脉冲序列用同样数量的等幅而不等宽的矩形脉冲序列代替，使矩形脉冲的中点和相应正弦等分的中点重合，且使矩形脉冲和相应正弦部分面积(即冲量)相等，就得到一组脉冲序列，即PWM波形。由此可以看出，各脉冲宽度是按正弦规律变化的，根据冲量相等效果相同的原理，PWM波形和正弦半波是等效的，对于正弦的负半周，也可以用同样的方法得到PWM波形，在PWM波形中，各脉冲的幅值是相等的，要改变等效输出正弦波的幅值时，只要按同一比例系数改变各脉冲的宽度即可。根据上述原理，在给出了电机工作电压正弦波频率，幅值和半个周期内的脉冲数后，PWM波形各脉冲的宽度和间隔就可以准确计算出来，按照计算结果控制电路中各开关器件的通断，就可以得到所需要的PWM波形，分别接电机驱动器内部的两个口，用于控制两个电机的起停、转向、速度；通信模块指的是无线信号接收器，它连接了遥控器与控制器之间的通信；电源模块为动力模块以及控制模块供电。而遥控器就是通过无线信号来控制救生圈运动的。在不同海况下，对救生装置进行速度调节，本智能救生装置采用电机驱动器进行速度调节。表1为马蹄型远程遥控智能救生装置的调速真值表。

IN1	IN2	IN3	IN4	输出
					1(PWM)	0	0	1(PWM)	正转(调速)
0	1(PWM)	1(PWM)	0	反转(调速)
					1	1	0	0	刹车
0	0	1	1	刹车
					1		1		Error(烧H桥)
	1		1	Error(烧H桥)

如本发明的调速真值表所示，当IN1和IN4即Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机正转，并可进行正向调速；而当IN2和IN3即三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机反转，并可进行反向调速；当IN1和IN2即Q1管和Q2管导通时，电机刹车停转；当IN3和IN4即Q3管和Q4管导通时，电机刹车停转；而当IN1和IN3即Q1管和Q3管导通时或当IN2和IN4即Q2管和Q4管导通时，会烧坏H桥，发生错误。

本智能救生装置在很多方面比传统救生装置有更好的优点。当意外情况发生时，救援人员无需赶至落水者身边就近抛洒救生装置来施救，只需将本救生装置放入水中，落水者抓取到救生装置后，可通过动力系统将其送往救生船甚至直接带回岸边或浅水区即可得救并且在不同海况下可以进行速度调节；由于智能救生装置本体采用了马蹄型结构，方便穿戴，并且相较于传统救生装置舒适感增加；两侧均设计了把手结构，更便于落水者抓握，使得智能救生装置更容易控制方向，同时也提高了装置的平衡性和行进速度。与现有技术相比，本发明的有益效果：

1、可在海况变化时进行速度调节；

2、马蹄型结构，方便穿戴；

3、装置的两侧均设计了把手结构，便于抓握。

附图说明

图1为马蹄型远程遥控智能救生装置的内部结构示意图。

图2为马蹄型远程遥控智能救生装置的控制功能框图。

图3为马蹄型远程遥控智能救生装置的调速原理图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的说明。

如图1所示的本发明的内部结构示意图，1为第一涡轮螺旋桨，2为第一直流电机，3为第一电机驱动器，4为把手，5为第一锂电池，6为电压转换器，7为单片机，8为无线信号接收器，9为第二锂电池，10为第二电机驱动器，11为第二直流电机，12为第二涡轮螺旋桨。第一涡轮螺旋桨1，第二涡轮螺旋桨12分别与第一直流电机2和第二直流电机11通过联轴器连接，而第一直流电机2和第二直流电机11又通过第一电机驱动器3和第二电机驱动器10与单片机7相连，第一锂电池5和第二锂电池9分别为第一直流电机2和第二直流电机11供电，并且第一锂电池5通过电压转换器6为单片机7供电，而单片机7的通信口与无线信号接收器8相连。第一锂电池5和第二锂电池9、第一直流电机2和第二直流电机11、第一电机驱动器3和第二电机驱动器10以及第一涡轮螺旋桨1，第二螺旋桨12分别设置于救生装置本体的马蹄型两侧。马蹄形结构使用时穿戴迅速且舒适度高。同时考虑根据救生圈的具体结构、重量在救生装置的顶部配置一定重量的重物来实现救生圈的受力平衡与稳定的问题。救生圈上的两侧把手设计则是便于被救者抓握，使得救生圈更容易控制方向，同时也提高了救生圈的平衡性和行进速度。

如图2本发明的控制功能框图所示，动力模块是由第一涡轮螺旋桨1和第二螺旋桨12以及第一直流电机2和第二直流电机11组成的，它为救生圈提供动力，遥控器通过对动力模块的控制可使得救生圈前进、后退和拐弯。控制模块为单片机7，通信模块指的是无线信号接收器8，它连接了遥控器与单片机7之间的通信；电源模块是指第一锂电池5和第二锂电池9，它为第一直流电机2和第二直流电机11以及单片机7供电，遥控器通过无线信号来控制本智能救生装置运动的。调速模块是第一电机驱动器3、第二电机电机驱动器10和单片机7组成的，在不同海况下，本智能救生装置可进行速度调节，通过第一电机驱动器3和第二电机驱动器10完成对本智能救生装置速度控制。

如图3本发明的调速原理图所示，包含于电机驱动器内部的H桥式电机驱动电路包括4个三极管和一个电机。若要使电机运转，则必须导通对角线上的一对三极管。根据不同三极管对的导通情况，电流可能会从左至右或从右至左流过电机，从而控制电机的转向。如当Q1管和Q4管导通时，电流就从电源正极经Q1从左至右穿过电机，然后再经Q4回到电源负极，电流将从左至右流过电机，从而驱动电机正转。而当三极管Q2和Q3导通时，电流将从右至左流过电机，从而驱动电机反转。H桥式电机驱动电路接收标准TTL逻辑电平信号，由于电机的转速是和电机供电电压正弦波的频率成正比的，因此只需要调节供电电压正弦波的频率就可以实现电机的调速。利用单片机产生PWM(脉冲宽度调制)方波，通过对开关器件的通断进行控制，使输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用这些脉冲来代替电机供电电压正弦波，分别接电机驱动器内部两个口，用于控制两个电机的起停、转向、速度。

Claims (1)

1.一种可调速的马蹄型远程遥控智能救生装置，其特征在于包括动力模块、控制模块、通信模块、调速模块、电源模块以及控制救生装置的遥控器，动力模块、调速模块、电源模块设于装置的两侧，控制模块、通信模块设于装置的首部，动力模块包括第一直流电机、第二直流电机、第一电机驱动器、第二电机驱动器、第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨，调速模块包括第一电机驱动器、第二电机电机驱动器和单片机，电源模块包括第一锂电池、第二锂电池和电压转换器，控制模块包括单片机，通信模块包括单片机和无线信号接收器；电源模块为控制模块和动力模块供电，动力模块中第一涡轮螺旋桨、第二涡轮螺旋桨分别与第一直流电机和第二直流电机通过联轴器连接，并且第一直流电机和第二直流电机通过第一电机驱动器和第二电机驱动器与单片机相连，单片机的通信口与无线信号接收器相连；在救援过程中不同的情形下调速模块利用单片机产生脉冲宽度调制方波，电机驱动器内部的H桥式电机驱动电路一边与单片机引脚相连另一边与电机相连，单片机发送脉冲给电机驱动器中的H桥式电机驱动电路，脉冲频率对应电机的速度，脉冲个数对应电机的位置，用高低电平控制电机方向，所述脉冲代替电机供电电压正弦波；通过对开关器件的通断进行控制，使单片机引脚输出端得到一系列幅值相等的脉冲，用所述幅值相等的脉冲来控制电机的起停、转向、速度。