CN108931757A - 一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统 - Google Patents

一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统 Download PDF

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Abstract

本发明属于水下定位技术领域，一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统，由多个水下信标组成的阵列组成；在洋流的作用下，转轮的转动带动电机转动；当水下漫游器运动到某个水下信标的附近时，水下信标的COMS传感器检测到水下漫游器的灯光开启LED灯组。水下漫游器的COMS传感器将LED灯组的光种进行分析后转化为数字信息，水下漫游器解析数字信号即得到其所在位置。每一个水下信标都有独立发电组件，利用海流发电，极大提高了信标的工作时长，并且水下信标的LED灯组并非一直处于工作状态，当COMS传感器检测到所需定位目标在信标附近时LED灯组才会工作，通过光线反馈位置信息，这样可以降低系统功耗，增加系统工作时长。

Description

一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统
技术领域
本发明属于水下定位技术领域，涉及海底光学定位信标系统，特别涉及一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统。
背景技术
由于海水有大量的离子和其他杂质，无线电定位在这种环境下目前没有难以实现，目前主流的水下定位方法主要是采用声呐定位和激光定位，声波是纵波在水下传播比较稳定，但其传播速度相对较慢，在中长距定位时会出现滞后性，无法正确反映漫游器当时的位置，激光定位成本昂贵，且需要漫游器携带提供足够大功率的能源和接收器，极大影响漫游器的性能。少数定位系统采用LED灯光进行定位，但由于海底杂质较多，LED灯光的穿透能力弱，需要使用大功率LED才能正常工作。大功率LED对电量消耗很快，因而目前基于使用LED光定位信标的系统一般无法长时间正常工作。
发明内容
为解决技术背景中的问题，本发明提供一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统。
本发明的技术方案：
一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统，由多个水下信标Ai组成的阵列1组成；
所述水下信标Ai主要由LED灯组2、转轮5、发电机10和蓄电池11组成；所述LED灯组2和COMS传感器3均固定于防水外壳4上，COMS传感器3用于监测外部需要定位的目标所发出的光线，并作为控制LED灯组2的开启和关闭的开关，水下信标Ai开启后COMS传感器3便处于工作状态，直至水下信标Ai关闭；所述防水外壳4内部封装有电路板，LED灯组2和COMS传感器3管脚与防水外壳4内部电路板焊接；所述防水外壳4固定相连于支柱6顶端，支柱6中部固定有轴承25；所述轴承25上固定有发电机10和转轮5，发电机10转芯与转轮5中轴焊接相连，转轮5转动时通过电磁感应发电机10产生电能；所述发电机10和转轮5的对侧轴承位置上固定水平支架24一端，水平支架24另一端固定导流板16，导流板16、水平支架24、发电机10和转轮5位于同一水平线上，导流板16受力带动水平支架24、发电机10和转轮5一起转动，从而保证转轮5始终正向面对洋流；所述支柱6固定在底座9上，底座9内部设有微处理器14和蓄电池11；所述微处理器14通过控制模块产生PWM波来对LED灯组2的灯光光种进行调节，产生不同色光；所述发电机10和蓄电池11间有电缆7连接，发电机10产生的电能通过电缆7存储到蓄电池11中；所述水下信标Ai的底座9表面有一个ISP接口13，用来下载控制模块中的程序；所述底部支架b21和底部支架c22固定在底座9的底部，使水下信标Ai平稳固定于海底18；所述铁链a8、铁链b15上端与防水外壳4固定相连，下端分别与底部支架a12、底部支架b21、底部支架b22和底部支架d23固定相连，使水下信标Ai整体平稳固定于海底18；
所述支柱6为中空支柱，中间设有电缆对LED灯组2和COMS传感器3供电。
所述LED灯组2为大功率LED灯，在浑浊海水环境中能够传播1-2m，在清澈海水中能够传播5-10m。
本发明的有益效益：本发明的具有自发电能力的海底光学定位信标系统中的每一个水下信标Ai都有独立发电组件，可以利用海流发电，极大提高了信标的工作时长，并且水下信标的LED灯组并非一直处于工作状态，当COMS传感器检测到所需定位目标在信标附近时LED灯组才会工作，通过光线反馈位置信息，这样可以降低系统功耗，增加系统工作时长。
附图说明
图1a为单个水下信标Ai的主视图。
图1b为单个水下信标Ai的中间部分侧视图。
图2为本发明的具有自发电能力的海底光学定位信标系统电路控制图。
图3a为本发明具体实施过程中漫游器17在信标阵列1中运动的示意图。
图3b为本发明具体实施过程中漫游器17从某个水下信标Ai接收位置信息的示意图。
图中：1多个水下信标Ai组成的阵列；2LED灯组；3COMS传感器；4防水外壳；5转轮；6支柱；7电缆；8铁链a；9底座；10发电机；11蓄电池；12底部支架a；13ISP接口；14微处理器；15铁链b；16导流板；17水下漫游器；18海底；19水下信标LED灯光区；20漫游器LED灯光区；21底部支架b；22底部支架c；23底部支架d；24水平支架；25轴承。
具体实施方式
以下结合技术方案和说明书附图，进一步说明本发明的具体实施方式。
一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统的电路连接如图2所示，ISP接口13、COMS传感器3、LED灯组2和微处理器14直接相连，发电机10和蓄电池11直接相连，发电机10产生的电能储存到蓄电池11，蓄电池11的电能再由微处理器14分配到COMS传感器3和LED灯组2。
一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统工作步骤如下：
首先对需要定位目标漫游器的活动海域进行水质评估，依此来确定设置信标间的最佳距离。通过水下信标Ai的ISP接口13下载程序，微处理器14执行程序命令来调节产生不同PWM波，在PWM波的作用下LED灯组2可以发出特定色光，不同水下信标Ai的LED灯组2产生特定色光或特定多种色光，这些光携带了对应水下信标Ai的位置信息。
如图3的a所示，程序下载完成后将三个水下信标Ai固定于海底18，形成多个水下信标Ai组成的阵列1。自带发光设备和光学传感器的水下漫游器17在阵列范围内运动，水下漫游器17运动过程始终开启发光设备。当水下信标Ai的COMS传感器3没有检测到水下漫游器17的灯光时(即水下漫游器17不在水下信标Ai附近)，水下信标Ai的LED灯组2不发光。
如图3的b所示，当水下漫游器17运动到某个水下信标Ai的附近时，水下信标Ai的COMS传感器3检测到水下漫游器17的灯光后发送命令到微处理器14开启LED灯组2。水下漫游器17的光学传感器将水下信标Ai的LED灯组2的光种进行分析后转化为数字信息，水下漫游器17解析数字信号即可得到其所在位置。
当水下漫游器17远离某个水下信标Ai后，该水下信标Ai的COMS传感器3因检测不到水下漫游器17的LED灯光而关闭该水下信标Ai的LED灯组2；
当海底洋流没有从转轮5的正面流动时，导流板16必将受到洋流的推力而带动水平支架24、发电机10和转轮5一起转动，直至导流板16再一次正向面对洋流，达到受力平衡而停止转动，此时转轮5也将正面洋流，在洋流的作用下转轮5工作转动。转轮5和发电机10的转芯直接相连，转轮5转动时发电机10的转芯也转动，转芯切割磁感线产生电能通过电缆7存储到蓄电池11中。

Claims (3)

1.一种具有自发电能力的海底光学定位信标系统，其特征在于，所述的具有自发电能力的海底光学定位信标系统由多个水下信标Ai组成的阵列(1)组成；
所述水下信标Ai主要由LED灯组(2)、转轮(5)、发电机(10)和蓄电池(11)组成；所述LED灯组(2)和COMS传感器(3)均固定于防水外壳(4)上，COMS传感器(3)用于监测外部需要定位的目标所发出的光线，并作为控制LED灯组(2)的开启和关闭的开关，水下信标Ai开启后COMS传感器(3)便处于工作状态，直至水下信标Ai关闭；所述防水外壳(4)内部封装有电路板，LED灯组(2)和COMS传感器(3)管脚与防水外壳(4)内部电路板焊接；所述防水外壳(4)固定相连于支柱(6)顶端，支柱(6)中部固定有轴承(25)；所述轴承(25)上固定有发电机(10)和转轮(5)，发电机(10)转芯与转轮(5)中轴焊接相连，转轮(5)转动时通过电磁感应发电机(10)产生电能；所述发电机(10)和转轮(5)的对侧轴承位置上固定水平支架(24)一端，水平支架(24)另一端固定导流板(16)，导流板(16)、水平支架(24)、发电机(10)和转轮(5)位于同一水平线上，导流板(16)受力带动水平支架(24)、发电机(10)和转轮(5)一起转动，从而保证转轮(5)始终正向面对洋流；所述支柱(6)固定在底座(9)上，底座(9)内部设有微处理器(14)和蓄电池(11)；所述微处理器(14)通过控制模块产生PWM波来对LED灯组(2)的灯光光种进行调节，产生不同色光；所述发电机(10)和蓄电池(11)间有电缆(7)连接，发电机(10)产生的电能通过电缆(7)存储到蓄电池(11)中；所述水下信标Ai的底座(9)表面有一个ISP接口(13)，用来下载控制模块中的程序；所述底部支架b(21)和底部支架c(22)固定在底座(9)的底部，使水下信标Ai平稳固定于海底(18)；所述铁链a(8)、铁链b(15)上端与防水外壳(4)固定相连，下端分别与底部支架a(12)、底部支架b(21)、底部支架b(22)和底部支架d(23)固定相连，使水下信标Ai整体平稳固定于海底(18)。
2.根据权利要求1所述的具有自发电能力的海底光学定位信标系统，其特征在于，所述支柱(6)为中空支柱，中间设有电缆(7)对LED灯组(2)和COMS传感器(3)供电。
3.根据权利要求1或2所述的具有自发电能力的海底光学定位信标系统，其特征在于，所述LED灯组(2)为大功率LED灯，在浑浊海水环境中能够传播1-2m，在清澈海水中能够传播5-10m。
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