CN109367691A - 一种船模运动性能无线监测装置 - Google Patents

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肖昌润
李士强
曹植珺
梁秋凤
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    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B63B79/00—Monitoring properties or operating parameters of vessels in operation

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Abstract

本发明涉及船舶或船模运动性能检测技术领域，尤其涉及一种船模运动性能无线监测装置。本发明的船模运动性能无线监测装置，它可以安放在船模或无人艇上，并采用无线操控的方式，使岸上人员准确，实时的获取船舶运动性能数据，包括位置、速度、加速度、横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇、温度等，且可靠性好。

Description

一种船模运动性能无线监测装置
技术领域
本发明涉及船舶或船模运动性能检测技术领域，尤其涉及一种船模运动性能无线监测装置。
背景技术
为了解船艇等在静水或波浪中的运动性能，需要对实船或者船模的运动进行测量测量参数包括位置、速度、加速度、横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇、温度等。而随着船模与自航模技术的发展，对在船模实验中实时准确的监测船模运动状态提出了更高的要求，现有的船舶姿态显示仪，只能显示船舶横摇纵摇，不能采集速度方位等数据，而且其传感器需要连接触摸屏工业电脑，体积与重量过大，对于小型船模或室内水池实验无法适用。现有的船舶导航系统可以很好的指示船舶位置与速度，但其设备复杂，各模块需要用数据传输线连接。也不能适用无人艇或者船模的监测。并且在模拟恶劣工况实验时，仪器容易死机，受水浸泡失灵。因此研制一种可安装在小型船模上的，可靠性好的运动数据的无线监测系统十分必要。
发明内容
本发明创造的目的在于，提供一种船模运动性能无线监测装置，以可安放在船模或无人艇上，准确实时的获取船舶运动性能数据。
为实现上述目的，本发明创造采用如下技术方案。
一种船模运动性能无线监测装置，包括GPS定位模块、传感器模块、下位机、无线路由器模块、上位机；
所述下位机包括用于在数据集成以及数据流程中实现数据管理的交互管理组件；用于获取检测数据、对数据进行初步处理的小型计算机；
所述GPS定位模块包括两个安装于船模露天甲板上，关于船模重心纵向位置对称设置且尽可能相互远离的GPS天线；
所述传感器模块包括三轴加速度传感器、温度传感器、双轴倾角传感器，所述三轴加速度传感器内设有MPU6050，各传感器使用串口连接在下位机上；
无线路由模块包括可构建局域网的无线路由器，上位机与下位机都通过WiFi连接到局域网中；
所述上位机包括用于展示原始数据和目标数据之间的映射关系、数据转换关系、数据处理流程的可视化组件；用于控制数据采集的启动、停止、传递以及处理的采集组件；用于远程显示与操控下位机界面的界面控制组件；用于存储与处理数据的数据处理组件，所述上位机还连接有显示屏、鼠标、键盘；
GPS定位模块、传感器模块和下位机封装在金属壳中，传感器模块设置于金属底壳的板上，金属外壳外部设有散热片；金属保护壳用螺丝固定在底板上，金属保护壳与底板之间设有橡胶密封圈，金属外壳的上方与侧面还用螺丝固定有散热片。
对上述船模运动性能无线监测装置的进一步改进内容还包括，GPS定位模块、传感器模块通过串口与下位机连接；下位机通过串口连接适配器，使用蓝牙与上位机传输数据。
对上述船模运动性能无线监测装置的进一步改进内容还包括，上位机设置有稳压电路模块，稳压电路模块设有3.3V/5V嵌入式系统接口。
对上述船模运动性能无线监测装置的进一步改进内容还包括，还包括数据存储模块。
其有益效果在于：
1、本发明的船模运动性能无线监测装置，它可以安放在船模或无人艇上，并采用无线操控的方式，使岸上人员准确，实时的获取船舶运动性能数据，包括位置、速度、加速度、横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇、温度等，且可靠性好。
2、本发明的船模运动性能无线监测装置体积小，重量轻，易于安放，可适用于自航模实验或拖曳水池等室内场景。同时还可以对运动性能数据进行储存与处理，十分有利于船模实验数据的采集。本发明还具有耐高温，水渍，耐极端气候的特点，为在远海，高热地区进行实验提供了可靠保证。本发明也可放置在实船上，作为船舶航行时运动状态的实时监测系统。
附图说明
图1是本发明的船模运动性能无线监测装置的结构示意图；
图2是本发明的船模运动性能无线监测装置的连接关系示意图；
图3是本发明的船模运动性能无线监测装置的操作界面示意图；。
具体实施方式
以下结合具体实施例对本发明创造作详细说明。
如图1所示的，本发明的一种船模运动性能无线监测装置；其主要用于船模以及其他海上模型试验过程中运动数据的监测与处理，受船模本身结构大小以及承载能力的限制，监测装置的体积应当尽量小，以减小对船模本身结构以及运动状态的影响。
本发明的一种船模运动性能无线监测装置，包括GPS定位模块、传感器模块、下位机、无线路由器模块、上位机；其连接关系如图2所示；
下位机包括用于在数据集成以及数据流程中实现数据管理的交互管理组件；用于获取检测数据、对数据进行初步处理的小型计算机；下位机用于根据需要获取传感器检测数据，对各传感器获取的不同类型的信号进行归一处理，以便于能够通过无线路由模块进行无线传输，其基本组成包括处理器CPU、存储器RAM/ROM，用于连接各传感器以及无线路由模块等组织构件的I/O口以及中断系统，为实现传感器数据的连续获取以及确定检测时间，下位机内还设置有定时器/计数器；
GPS定位模块包括GPS天线与GPS接收机；在具体实施过程中，为实现定位数据的获取，其基本结构还包括与GPS天线连接用于结算GPS检测数据的解算器，由于船模运动状态复杂，且受到多种因素影响，本发明中还包括对GPS检测数据进行预处理以消除误差，同时获取陀螺仪，加速度数据实现INS结算的的修正解算器，根据实际需要，还可以设置反馈回路，并增加滤波控制器以降低数据误差。
传感器模块包括三轴加速度传感器、温度传感器、双轴倾角传感器，各传感器使用串口连接在下位机上；在具体实施过程中，为便于协调多个传感器数据采集调用的效率，同时简化结构，采用统一的数据传输协议以及端口以提高数据传输效率；此三轴加速度传感器采用高精度的陀螺加速度计MPU6050，通过处理器读取MPU6050的测量数据然后通过串口输出，免去了用户自己去开发MPU6050复杂的I2C协议，同时受到外界的干扰小，；模块内部自带电压稳定电路，可以兼容3.3V/5V的嵌入式系统，连接方便。模块保留了MPU6050的I2C接口，以满足高级用户希望访问底层测量数据的需求；本模块不含磁场计，没有磁场的观测量对偏航角进行滤波，偏航角度可以通过纯积分计算出来。而X，Y轴角度可以通过重力场进行滤波修正，不会出现漂移现象。
GPS定位模块、传感器模块和下位机模块焊接在底板上，外部罩有金属保护壳，金属保护壳用螺丝固定在底板上，金属保护壳与底板之间设有橡胶密封圈，金属外壳的上方与侧面还用螺丝固定有散热片。
无线路由模块包括可构建局域网的无线路由器，上位机与下位机都通过WiFi连接到局域网中；上位机通过redmin软件对下位机进行界面控制。下位机通过基于labview编程的软件来实现对测量系统的控制以及对采集数据的显示、存储。
上位机包括用于展示原始数据和目标数据之间的映射关系、数据转换关系、数据处理流程的可视化组件；用于控制数据采集的启动、停止、传递以及处理的采集组件；用于远程显示与操控下位机界面的界面控制组件；用于存储与处理数据的数据处理组件，上位机还连接有显示屏、鼠标、键盘。
对上述船模运动性能无线监测装置的进一步改进内容还包括，GPS定位模块、传感器模块通过串口与下位机连接；下位机通过串口连接蓝牙适配器，使用蓝牙与上位机传输数据。
为便于接入其他数据分析系统，以在本发明的基础上进行扩展更全面有效的数据处理方案，对上述船模运动性能无线监测装置的进一步改进内容还包括，在上位机设置有稳压电路模块，稳压电路模块设有3.3V/5V嵌入式系统接口。稳压电路用于协调本装置与不同电压等级的嵌入式系统的电源、数据传递过程，保证各系统均能够正常运行。
所述船舶运动性能无线监测系统工作时，先打开测量模块中的微型计算机、无线路由器与数据接收计算机，将微型计算机与数据接收计算机置于同一局域网中，并由数据接收计算机远程控制微型计算机。将测量模块放置在待测船模或船只上，此时在数据接收计算机中打开软件即可显示船模位置、速度、加速度、横荡、纵荡、垂荡、横摇、纵摇、艏摇、温度等参数，如图3所示。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明创造的技术方案，而非对本发明创造保护范围的限制，尽管参照较佳实施例对本发明创造作了详细地说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明创造的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明创造技术方案的实质和范围。

Claims (4)

1.一种船模运动性能无线监测装置，其特征在于，包括GPS定位模块、传感器模块、下位机、无线路由模块、上位机；
所述下位机包括用于在数据集成以及数据流程中实现数据管理的交互管理组件；用于获取检测数据、对数据进行初步处理的小型计算机；
所述GPS定位模块包括两个安装于船模露天甲板上，关于船模重心纵向位置对称设置且相互远离的GPS天线；
所述传感器模块包括三轴加速度传感器、温度传感器、双轴倾角传感器，所述三轴加速度传感器内设有MPU6050，各传感器使用串口连接在下位机上；
无线路由模块包括可构建局域网的无线路由器，上位机与下位机都通过WiFi连接到局域网中；
所述上位机包括用于展示原始数据和目标数据之间的映射关系、数据转换关系、数据处理流程的可视化组件；用于控制数据采集的启动、停止、传递以及处理的采集组件；用于远程显示与操控下位机界面的界面控制组件；用于存储与处理数据的数据处理组件，所述上位机还连接有显示屏、鼠标、键盘；
GPS定位模块、传感器模块和下位机封装在金属壳中，传感器模块设置于金属壳的底部上，金属外壳外部设有散热片；金属保护壳用螺丝固定在底板上，金属保护壳与底板之间设有橡胶密封圈，金属外壳的上方与侧面还用螺丝固定有散热片。
2.根据权利要求1所述一种船模运动性能无线监测装置，其特征在于，GPS定位模块、传感器模块通过串口与下位机连接，下位机通过串口连接适配器，使用蓝牙与上位机传输数据。
3.根据权利要求1所述一种船模运动性能无线监测装置，其特征在于，所述上位机设置有稳压电路模块，所述稳压电路模块包括3.3V/5V嵌入式系统接口。
4.根据权利要求1所述一种船模运动性能无线监测装置，其特征在于，还包括数据存储模块。
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