CN109591992A - 船用电动推进器控制系统和方法、电动推进器及电动船 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种船用电动推进器控制系统和方法、电动推进器及电动船，该控制系统包括：主控模块、电源模块、电机驱动模块、电机、信息采集模块；主控模块用于向电机驱动模块发送基础驱动信息；电机驱动模块用于根据基础驱动信息驱动电机工作；电源模块用于为主控模块、电机驱动模块和电机供电；信息采集模块用于采集船艇工作状态信息和船艇环境信息；主控模块还用于根据船艇工作状态信息和船艇环境信息发送反馈控制信息；电机驱动模块用于根据反馈控制信息驱动电机。本发明提供的船用电动推进器控制系统及电动推进器，实现了控制系统的闭环控制，能够更有效地控制电动推进器，保证电动推进器的正常工作和船艇的安全行驶。

Description

船用电动推进器控制系统和方法、电动推进器及电动船

技术领域

本发明实施例涉及电动船技术，尤其涉及一种船用电动推进器的控制系统和方法、船用电动推进器及电动船。

背景技术

电动船或者船用电动推进器一般是使用电驱动船艇，其动力驱动为电动，通过供电装置给电机供电，驱动螺旋桨产生推进力，可以用于水上出行、竞技、休闲等场合。

目前，船用电动推进器通常使用开环控制，使用者通过一个简易的可调油门和转向把手组成的操控装置来调整电动推进器的转速和朝向，即采用了开环的控制方式，实现对电动船外机的控制。当采用开环的控制方式控制电动推进器时，使用者无法获知当前电动推进器的工作状态信息，更不能获得船艇的环境信息，从而不能对电动推进器进行更精确的控制和保护，容易使电动推进器发生过载、过流、空转和堵转等情况，也容易在驱进船艇时发生触礁等事故，使电动推进器的使用性和安全性降低。

发明内容

本发明提供一种船用电动推进器控制系统和方法、电动推进器及电动船，以实现船用电动推进器的闭环控制，更有效地控制和保护电动推进器。

第一方面，本发明实施例提供了一种船用电动推进器的控制系统，包括：主控模块、电源模块、电机驱动模块、电机；

所述主控模块与所述电机驱动模块电连接，用于向所述电机驱动模块发送控制信息；所述电机驱动模块与所述电机电连接，用于根据所述控制信息输出驱动信号驱动所述电机工作；所述电源模块与所述主控模块、所述电机驱动模块和所述电机电连接，用于为所述主控模块、所述电机驱动模块和所述电机供电；

还包括信息采集模块，所述信息采集模块分别与所述主控模块和所述电源模块电连接，用于采集船艇工作状态信息和船艇环境信息；所述电源模块还用于为所述信息采集模块供电；

所述主控模块还用于根据所述船艇工作状态信息和所述船艇环境信息发送反馈控制信息；所述电源模块还用于根据所述反馈控制信息控制供电输出，所述电机驱动模块用于根据所述反馈控制信息驱动电机。

可选地，所述信息采集模块包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述电机驱动模块和/或所述电机的温度，所述船艇工作状态信息包括所述电机驱动模块和/或所述电机的温度信息；

所述主控模块用于在所述电机驱动模块和/或所述电机的温度信息超出预设的温度范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向所述电机驱动模块发送电机功率降低信号或电机供电关断信号。

可选地，所述船用电动推进器设置有至少一个密封舱；所述主控模块和所述电机驱动模块设置于所述至少一个密封舱内，所述信息采集模块包括湿度传感器，所述湿度传感器用于检测所述密封舱内的湿度，所述船艇工作状态信息包括所述密封舱的湿度信息；

所述主控模块用于在所述密封舱的湿度信息超出预设的湿度范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号。

可选地，所述信息采集模块包括惯性传感器，所述惯性传感器用于检测船艇的姿态，所述船艇工作状态信息包括船艇的姿态信息；

所述主控模块用于根据所述惯性传感器检测的船艇的姿态信息，向所述电机驱动模块发送反馈驱动信息。

可选地，所述电源模块通过电源总线与所述电机驱动模块电连接，所述电机驱动模块通过驱动总线与所述电机电连接，所述信息采集模块包括电流传感器，所述电流传感器用于检测所述电源总线和/或所述驱动总线上的电流，所述船艇工作状态信息包括电源总线电流和/或驱动总线电流；

所述主控模块用于当所述电源总线和/或所述驱动总线上的电流超出预设的电流范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向所述电机驱动模块发送驱动总线电流降低信号或电机供电关断信号。

可选地，还包括用户输入单元；所述信息采集模块还包括电子罗盘和GPS模块；所述用户输入单元接收目的地信息和预设行驶路径信息，所述GPS定位模块用于获取船艇位置信息以及行驶速度信息；所述电子罗盘用于获取船艇的行驶方向；所述船艇环境信息包括船艇位置信息，所述船艇工作状态信息包括行驶速度信息以及行驶方向信息；

所述主控模块用于根据所述目的地信息、所述预设行驶路径信息、所述船艇位置信息、行驶速度信息以及行驶方向信息，实时规划行驶路径。

可选地，所述信息采集模块包括超声波传感器，所述超声波传感器设置于船艇位于水下的位置，用于探测水下物体的距离和方向，所述船艇环境信息包括水下物体的距离和方向信息；

所述主控模块用于在所述水下物体的距离进入预设的距离范围时发送障碍物告警信息。

可选地，所述信息采集模块还包括图像采集模块，所述图像采集模块用于获取水上物体的位置信息，所述船艇环境信息包括水上物体的位置信息；

所述主控模块还用于根据所述目的地信息、所述船艇位置信息、行驶方向信息、船艇与水下物体的距离信息和水上物体的位置信息，实时自主规划行驶路径，并实时地向所述电机驱动模块发送反馈驱动信息实现自动驾驶。

可选地，所述控制系统还包括用户显示单元；所述用户显示单元与主控模块通信连接，用于以图形或语音形式显示船艇工作状态信息或者船艇环境信息。

可选地，所述电源模块包括电源管理单元和供电单元，所述电源管理单元包括电源信息采集电路，所述电源信息采集电路用于检测所述供电单元的状态信息，所述电源管理单元用于向所述主控模块反馈所述供电单元的所述状态信息，所述主控模块还用于将所述供电单元的所述状态信息发送至所述用户显示单元中显示。

可选地，所述供电单元的类型包括发电机、锂电池、太阳能电池、燃料电池、超级电容或石墨烯电池中的一种或多种。

可选地，所述控制系统还包括告警单元，所述告警单元与所述主控模块连接，所述主控模块还用于根据所述船艇工作状态信息和所述船艇环境信息向所述告警单元发出告警指令，所述告警单元根据所述告警指令发出告警信息。

第二方面，本发明实施例还提供了一种船用电动推进器，包括如第一方面任一所述的控制系统。

可选地，所述船用电动推进器还包括通讯模块，所述通讯模块包括第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块设置于所述主机上，所述第二通讯模块设置于所述操控装置上，所述第一通讯模块和第二通讯模块为无线通讯连接。

可选地，所述电动推进器还包括急停开关，所述急停开关与所述控制系统中的主控模块通信连接，所述急停开关用于根据用户操作产生急停信号，所述主控模块获取急停信号后根据所述急停信号向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块发送电机停机信号。

可选地，所述电动推进器还包括电机调速单元，所述电机调速单元与所述控制系统的主控模块通信连接；所述电机调速单元根据用户操作产生调速信息，所述主控模块用于根据所述调速信息，向所述电机驱动模块发送所述控制信息。

可选地，所述电机包括推进电机、转向电机、升降电机其中的一个或多个。

可选地，所述主机和操控装置分别设置有防水密封仓，所述主控模块设置在所述主机或所述操控装置的防水密封仓内。

第三方面，本发明实施例还提供了一种电动船，包括如第二方面所述的船用电动推进器。

第四方面，本发明实施例还提供了一种船用电动推进器或电动船的控制方法，其特征在于，包括：

向电机驱动模块发送控制信息，以使所述电机驱动模块根据所述控制信息驱动电机工作；

根据信息采集模块采集的船艇工作状态信息和船艇环境信息，发送反馈控制信息，以使所述电源模块根据所述反馈控制信息控制供电输出或所述电机驱动模块根据所述反馈控制信息驱动电机。

本发明提供的一种船用电动推进器控制系统和方法、电动推进器及电动船，通过在船用电动推进器的控制系统中设置信息采集模块，利用信息采集模块采集船艇的工作状态信息和船艇的环境信息，从而反馈给主控模块，由主控模块根据船艇工作状态信息和船艇环境信息分别向电机驱动模块和电源模块发送反馈控制信息，实现了电动推进器控制系统的闭环控制，解决了开环控制方式不能获知电动推进器工作状态和船艇的环境信息，不能对电动推进器进行精确的控制和保护的问题，使电动推进器能够实时地采集船艇工作状态和环境信息，更有效地控制电动推进器，保证电动推机器的正常工作和船艇的安全行驶，避免意外情况的发生，提高电动推进器的使用性和安全性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的一种船用电动推进器的控制系统的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的另一种船用电动推进器控制系统的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的又一种船用电动推进器控制系统的结构示意图；

图4是本发明实施例提供的又一种船用电动推进器控制系统的结构示意图；

图5是本发明实施例提供的一种船用电动推进器的结构示意图；

图6是本发明实施例提供的另一种船用电动推进器的结构示意图；

图7是本发明实施例提供的又一种船用电动推进器的结构示意图；

图8是本发明实施例提供的一种船用电动推进器的控制方法的流程图。

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详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

图1为本发明实施例提供的一种船用电动推进器的控制系统的结构示意图，参考图1，该控制系统包括：主控模块11、电源模块12、电机驱动模块13、电机14；主控模块与11电机驱动模块13电连接，用于向电机驱动模块13发送基础驱动信息；电机驱动模块13与电机14电连接，用于根据基础驱动信息驱动电机14工作；电源模块12与主控模块11、电机驱动模块13和电机14电连接，用于为主控模块11、电机驱动模块13和电机14供电；还包括信息采集模块15，信息采集模块15分别与主控模块11和电源模块12电连接，用于采集船艇工作状态信息和船艇环境信息；电源模块12还用于为信息采集模块15供电；主控模块11还用于根据船艇工作状态信息和船艇环境信息发送反馈控制信息；电源模块12还用于根据反馈控制信息控制供电输出，电机驱动模块13用于根据反馈控制信息驱动电机14。

其中，信息采集模块15采集的船艇工作状态信息包括电动推进器工作过程中船艇及必要模块的工作状态，例如电源模块的电流输送状态、各模块工作状态时的温度和湿度等，还包括船艇的行驶速度、行驶方向等；船艇环境信息则包括船艇附近物体位置信息、船艇的定位信息等。通过信息采集模块15反馈的电动推进器的信息和船艇的信息，可以由主控模块11控制电机驱动模块进而控制电机转换为适应的工作状态，同时也可控制电源模块进行适应的电量管理和输出，也可通过反馈驱动信息控制其他模块进行适应地工作状态调节等。

本发明实施例提供的一种船用电动推进器的控制系统，通过在船用电动推进器的控制系统中设置信息采集模块，利用信息采集模块采集船艇的工作状态信息和船艇的环境信息，从而反馈给主控模块，由主控模块根据船艇工作状态信息和船艇环境信息分别向电机驱动模块和电源模块发送反馈控制信息，实现了电动推进器控制系统的闭环控制，解决了开环控制方式不能获知电动推进器工作状态和船艇的环境信息，不能对电动推进器进行精确的控制和保护的问题，使电动推进器能够实时地采集船艇工作状态和环境信息，更有效地控制电动推进器，保证电动推机器的正常工作和船艇的安全行驶，避免意外情况的发生，提高电动推进器的使用性和安全性。

船艇工作状态信息中的部分信息，可通过功能传感器进行信息的采集，图2是本发明实施例提供的另一种船用电动推进器控制系统的结构示意图，参考图2，可选地，信息采集模块15包括温度传感器151，温度传感器151用于检测电机驱动模块13和/或电机14的温度，船艇工作状态信息包括电机驱动模块13和/或电机14的温度信息；主控模块11用于在电机驱动模块13和/或电机14的温度信息超出预设的温度范围时，向电源模块12发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块13发送电机功率降低信号或电机供电关断信号。

其中，对于电机驱动模块13以及电机14在大功率状态下长时间工作时，电机驱动模块13和电机14会产生大量热量，导致温度大幅上升，从而可能出现过温的情况，通过在将温度传感器151设置在主机内部的密封舱内，并与电机驱动模块13相邻，可以对电机驱动模块13的温度进行检测。同时，对于电机14，也可设置温度传感器于电机14的外壳的表面，来实时检测电机14的温度。温度传感器151可实时地向主控模块11发送温度数据，由主控模块11将电机驱动模块13或者电机14的温度与预设的温度范围进行对比，当电机驱动模块13或者电机14的温度超过对应的预设温度范围时，则为了保护电机驱动模块13以及电机14，可以选择主控模块11向电源模块12发送电机驱动模块供电关断信号，即将停止电机驱动模块13的工作，从而强制电机立即停止工作，也可由主控模块11向电机驱动模块13发送电机功率降低信号甚至电机供电关断信号，控制电机驱动模块13降低电机的工作功率甚至是直接停机，由此可实现电机驱动模块13和电机14的过温保护。当主控模块11判断温度采集模块151采集的温度信息恢复正常范围时，可向电源模块12中发送强电电路开启信号，或向电机驱动模块13发送电极启动信号，重新启动电机14的运行。

对于船用电动推进器而言，其中包括主机和操控装置，而主机中会设置至少一个主机密封舱，并且会将主控模块11和电机驱动模块13设置在该至少一个主机密封舱内，但主机密封舱内仍可能存在进水的情况，因此，为了检测主机密封舱的进水等情况，本发明实施例还提供了一种船用电动推进器的控制系统，继续参考图2，可选地，信息采集模块15还可包括湿度传感器152，湿度传感器152用于检测主机密封舱内的湿度，船艇工作状态信息包括主机密封舱的湿度信息；主控模块11用于在主机密封舱的湿度信息超出预设的湿度范围时，向电机驱动模块13发送停机信号。通过设置湿度传感器152，可以实时检测主机密封舱内的湿度，并反馈给主控模块11，主控模块11则将实时采集的湿度信息与预设的湿度范围进行对比，示例性地，当湿度传感器152采集到的湿度大于95％时，则认为主机密封舱内进水或者产生了结露情况，此时为了避免位于主机密封舱内的主控模块11以及电机驱动模块13上的电路出现短路，可使主控模块11将电源模块12中的强电电路关断，停止对电机14的驱动，从而强制电机立即停止工作，由此实现主机密封舱内各模块的防水保护。

进一步地，船艇在行驶过程中，可能遇到较强的波浪，在波浪中船艇的姿态变化较大，其驱动状态应适应性地进行调节，因此可在电动推进器的壳体上设置惯性测量单元，继续参考图2，信息采集模块15还可包括惯性传感器153，惯性传感器153用于检测船艇的姿态，船艇工作状态信息包括船艇的姿态信息；主控模块11用于根据惯性传感器153检测的船艇的姿态，向电机驱动模块13发送反馈驱动信息。此时，电动推进器可以根据船艇的姿态，其中船艇的姿态可包括船艇的航向角、偏航角、俯仰角以及横滚角等，实时地调节电机转速和转向，使电动推进器可以更加平稳地行驶。

除此之外，由于船艇在行驶过程中容易遇到不同的水体环境，例如存在水草、杂物、浅滩等情况，容易使船上的电动推进器的螺旋桨受到水草缠绕、船艇搁浅等情况，电动推机器会发生过载、过流、堵转、空转的情况，此时可通过电流传感器检测电流来判断是否发生过载、过流、堵转以及空转等情况。继续参考图2，通常，电源模块12通过电源总线131与电机驱动模块13电连接，电机驱动模块13通过驱动总线141与电机14电连接，可设置信息采集模块15包括电流传感器154，电流传感器154用于检测电源总线131和/或驱动总线141上的电流，船艇工作状态信息包括电源总线电流和/或驱动总线电流；主控模块11用于当电源总线131和/或驱动总线141上的电流持续预设时间超出预设的电流范围时，向电源模块12发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块13发送驱动总线电流降低信号或电机供电关断信号。

对于电流的检测，应对应不同的电机状况设置不同的预设电流范围，对于电机过流、电机过载或电机堵转的情况下，通常电源总线电流或驱动总线上的电流会比正常工作时的电流大，因此，可对应设置电流的阈值上限，在电流传感器154检测的电流值超过该阈值上限时，则认为电机发生了过流、过载或堵转的情况，由主控模块11强制电机14立即停机。同样地，对于电机空转的情况下，电源总线电流或驱动总线电流会小于正常工作的电流，此时可设置电流的阈值下限，在电流传感器154检测的电流值低于该阈值下限时，则认为电机发生了空转，由主控模块11强制电机14立即停机。由此，通过设置电流传感器，可以实现电机的过载保护、过流保护、堵转保护以及空转保护等功能，避免电机烧坏等情况发生。

本发明实施例提供的电动推进器的控制系统不仅可以实现安全驾驶，还可提供驾驶路线以进行辅助驾驶功能，甚至自动驾驶的功能。图3是本发明实施例提供的又一种电动推进器的控制系统的结构示意图，参考图3，该电动推进器的控制系统中，还包括用户输入单元16；信息采集模块15还包括电子罗盘155和GPS模块156；用户输入单元16接收目的地信息和预设行驶路径信息，电子罗盘155用于获取船艇的行驶方向；GPS定位模块156用于获取船艇位置信息以及行驶速度信息；船艇环境信息包括船艇位置信息，船艇工作状态信息包括行驶速度信息以及行驶方向信息；主控模块11用于根据目的地信息、预设行驶路径信息、船艇位置信息、行驶速度信息以及行驶方向信息，实时规划行驶路径。

继续参考图3，可选地，控制系统还包括用户显示单元17；用户显示单元17与主控模块11通信连接，用于以图形或语音形式显示船艇工作状态信息或者船艇环境信息。

其中，用户输入单元16可以是应用程序、键盘和语音输入模块，也可以是其中的组合。下面参考图3对该控制系统的辅助驾驶功能进行简单描述，在实现辅助驾驶功能时，使用者在操控装置上的用户输入单元16中输入前往的目的地信息或预设行驶路径，并发送到主控模块11中，同时电子罗盘155会向主控模块11发送船艇的行驶方向信息，GPS定位模块156会向主控模块11传送当前定位位置，主控模块11根据当前定位位置和需前往目的地信息或预设行驶路径，按照预先存储在存储器内的地图信息，规划出第一最优行驶线路。主控模块11会根据路线信息，将导航信息传送到操控装置，并通过用户显示单元17显示导航信息。行驶期间，GPS定位模块156和电子罗盘155分别实时采集电动推进器的定位位置以及行驶方向，并将这些信息发送给主控模块11，主控模块11会通过电动推进器的行驶方向以及定位位置的信息与最优行驶路线对比，若当前电动推进器定位位置与最优规划路线的偏差值大于预设值，则主控模块11会重新规划第二最优行驶线路，并提醒使用者按照第二最优行驶线路行驶。若当前电动推进器定位位置与最优规划路线的偏差值大于预设值，如此往复，主控制器就会生成第三最优行驶线路、第四最优行驶线路、第五最优行驶线路、……第N个最优行驶线路直到使用者到达需前往目的地为止。其中N是大于3的自然数。

行驶过程中，电子罗盘156采集并向主控模块11传送当前船艇的行驶方向信息，主控模块11将当前船艇的行驶方向信息与最优行驶路线中的目标方向信息进行比对，若两者误差大于预设方向误差阈值，则主控模块11通过船艇的行驶方向信息与最优行驶路线的中的目标方向信息两者之间的误差计算电动推进器所需调整角度信息，并向主控模块11传送船艇所需调整角度信息，主控模块11根据电动推进器所需调整角度信息获得转向电机需调整角度信息，并向电机驱动器13发送转向电机驱动信号，驱动转向电机转到目标行驶方向。

进一步地，信息采集模块还包括超声波传感器157，超声波传感器157设置于船艇位于水下的位置，用于探测水下物体的距离和方向，船艇环境信息包括水下物体的距离和方向信息；主控模块11用于在水下物体的距离进入预设的距离范围时发送障碍物告警信息。具体的，超声波传感器157感知电动推进器附近的障碍物(如暗礁、异物等)以及水底深度，并将障碍物位置信息和水深信息传回主控模块11，若主控模块11检测到船艇附近存在障碍物或水位深度低于预警值，则将危险水域方位信息发送给主控模块11，将水下物体的告警信息通过主控模块和通讯模块发送到操控装置上的告警单元。因此，在正常驾驶过程以及辅助驾驶的过程中，超声波传感器157可以及时提醒驾驶者水下存在障碍物例如暗礁、异物等，避免船艇撞到水下障碍物，也可探测水底深度，防止船艇搁浅等，从而辅助船艇的安全驾驶。进一步地，也可以利用声呐模块156采集的水下物体的距离，当距离非常近时，由主控模块11控制电机进行停机操作，以实现防撞功能。

除上述的辅助驾驶功能外，图3所示的船用电动推进器的控制系统还可以实现自动驾驶功能，具体地，信息采集模块还包括图像采集模块158，图像采集模块158用于获取水上物体的位置信息，船艇环境信息包括水上物体的位置信息；主控模块11还用于根据目的地信息、船艇位置信息、行驶方向信息、船艇与水下物体的距离信息和水上物体的位置信息，实时自主规划行驶路径，并实时地向电机驱动模块发送反馈驱动信息实现自动驾驶。

具体地，对于自动驾驶功能的工作过程，首先，操控装置上的用户输入单元16会将需前往的目的地信息或预设行驶路径发送到主控模块11中，同时电子罗盘155向主控模块11发送船艇的行驶速度和行驶方向，GPS定位模块156会向主控模块11传送当前定位位置，主控模块11根据当前定位位置和需前往目的地信息或预设行驶路径，按照预先存储在存储器内的地图信息，规划出第一最优行驶线路。主控模块11按照第一最优行驶线路的地图信息转换成初始行驶信息，并通过主控模块11向电机驱动模块13发送推进电机驱动信号，控制推进电机行驶。

行驶过程中，信息采集模块15中的图像采集模块158会采集船艇四周的图像信息，并将图像信息传回到主控模块11的图形处理单元，图形处理单元处理图像信息获知船艇四周是否存在水面上的障碍物，并将这些水面上的障碍物的方位信息传回到主控模块11。主控模块11若判断到水面上的障碍物的方位信息或者危险水域方位信息是位于第一最优行驶路线内，则会根据第一最优行驶路线生产第二最优行驶路线，根据第二最优行驶路线的地图信息转换成第二行驶信息，并通过主控模块11向电机驱动模块13发送推进电机驱动信号和转向电机驱动信号，控制推进电机行驶和转向电机的转向角度。

进一步地，参考图3，控制系统还可设置告警单元18，告警单元18与主控模块11连接，主控模块11还用于根据船艇工作状态信息和船艇环境信息向告警单元18发出告警指令，告警单元18根据告警指令发出告警信息。其中，告警单元18中可以设置报警器，通过报警器发出报警音，也可以设置显示器，由显示器显示对应的告警信息。其中，告警信息包括障碍物报警、电池故障、电池低电压，电机过热，电机驱动器过热，电机进水，电机驱动器进水，电机过流，开机时操控装置不在零位，开机时方向盘不在零位，急停开关未归位，控制系统程序错误等故障信息和提示信息告警。

对于用户显示单元17和告警单元18，其功能不仅仅局限于进行水下障碍物的报警和辅助驾驶路线的显示，对于本发明实施例提供的控制系统中涉及的信息采集装置包括温度传感器、湿度传感器、惯性传感器以及电流传感器等时，可以通过主控模块11向用户显示单元17和告警单元18分别发送告警指令，即告警单元18发出警报声，用户显示单元17则显示对应的采集信息，并显示对应地告警标记。示例性地，当主控模块11通过电流传感器判断电机处于过载、过流、堵转等情况时，可向操控装置中的告警单元和显示屏分别发送对应的告警指令，告警单元可发出对应的警报声，用户显示单元17则除可显示采集到的电流信息外，还可显示告警标记，以通过警报声和显示屏两种方式来提示使用者。除此之外，主控模块11还可通过判断信息采集模块采集的各类信息恢复正常后，停止告警单元的警报和告警标记的显示。

电动的推进器中需要设置电源模块以提供电能，在电源模块进行电池电量的管理和输送的同时，需要电源模块本身具备根据电池电量进行充电和放电的闭环控制。图4是本发明实施例提供的又一种电动推进器的控制系统的结构示意图，参考图3和图4，其中，电源模块12包括电源管理单元121和供电单元122，电源管理单元121包括电源信息采集电路1210，电源信息采集电路1210用于检测供电单元122的状态信息，电源管理单元121用于向主控模块11反馈供电单元122的状态信息，主控模块11还用于将供电单元122的状态信息发送至用户显示单元17中显示。

其中，电源管理单元121的功能是将供电单元的电量进行管理输出，电源信息采集电路1210则会实时采集供电单元122的电量等状态信息，并反馈给主控模块11，主控模块11对供电单元122的电量状态进行显示以提示用户进行是否需要充电。示例性地，当电源信息采集电路1210检测到供电单元122的电量低于预设的电量百分比，此时电源管理单元121判断电池电量低，需要进行充电。另外，在电动推进器启动时，主控模块11可向电源管理单元121发送放电信息，从而由电源管理单元121控制供电单元122放电，并且实时调节输出的电量大小，为各模块提供电量输出。其中，电源管理单元121中应至少包括电源主控模块，电池信息采集模块，电池充放电管理模块，电池通信模块，电池均衡管理模块等，其中电池信息采集模块包括例如电压、电流及温度采集单元；另外电源管理模块121中还可设置热管理和故障检测模块等，以实现电源模块的正常供电功能，此处不做赘述。

其中，供电单元12可以包括发电机、锂电池、太阳能电池、燃料电池、超级电容或石墨烯电池中的一种或多种，此处不做限制。需要说明的是，供电单元12可以设置多种类型，例如包括锂电池和太阳能电池的结合，电源管理单元121可以对不同类型的电池根据其放电特性进行放电管理，在不同类型电池切换时，可根据用户的指令进行同时进行电源管理单元管理模式和电池类型的切换。

本发明实施例还提供了一种船用电动推进器，图5是本发明实施例提供的一种船用电动推进器的结构示意图，参考图5，该船用电动推机器包括主机100和操控装置200，还包括如本发明实施例提供的任意一种控制系统300。其中主机和操控装置为实体的机械结构，而控制系统包括设置在控制电路板上的虚拟程序以及各个实体的功能模块，操控装置通常用于进行船艇行驶方向的主动的机械调节，实现船艇的转向和调速操作，而主机中设置控制系统中一些重要的功能模块，例如主控模块或者电机驱动模块等，其中，主机100和操控装置200分别设置有防水密封仓，主控模块设置在主机100或操控装置200的防水密封仓内。由于船用电动推进器中采用了上述实施例中的船用电动推进器控制系统，因此船用电动推进器同样具有上述实施例船用电动推进器控制系统的有益效果。

船用电动推进器中，控制系统中的一些模块会设置于操控装置上，为了实现操控装置上功能模块与主控模块的通讯，本发明实施例还提供了一种船用电动推进器，图6是本发明实施例提供的另一种船用电动推进器的结构示意图，参考图6，船用电动推进器还包括通讯模块19，通讯模块19包括第一通讯模块191和第二通讯模块192，第一通讯模块191设置于主机100上，第二通讯模块192设置于操控装置200上，第一通讯模块191和第二通讯模块192为无线通讯连接。

可选地，通讯模块19为有线通讯模块和/或无线通讯模块，其中，有线通讯模块可以是CAN(Controller Area Network，控制器局域网络)通讯模块、RS485通讯模块、RS232通讯模块等；无线通讯模块可以是蓝牙通讯模块、WiFi通讯模块、ZigBee通讯模块等使用2.4GHz射频通讯协议的模块。

另外需要注意得是，图6所示的船用电动推进器中，用户输入单元17、用户显示单元18以及告警单元19优选设置在操控装置200上，此时用户在进行行驶方向控制时，可更加方便地对用户输入单元17进行操作和观看用户显示单元18显示的内容，同样地，电机调速单元202和急停开关201也优选地设置在操控装置200上，当然，上述的各单元也可根据具体设计设置在主机100上。除此之外，电源模块12可设置在主机100内，例如电源模块12为电池时，电源模块12可密封于主机100内，当电源模块12为发电机或体积较大的电池或电池组时，则需单独设置，此处均不做限制。

为了保证船艇行驶的安全性，继续参考图6，电动推进器还包括急停开关201，急停开关201与控制系统中的主控模块通信连接，急停开关用于根据用户操作产生急停信号，主控模块获取急停信号后根据急停信号向电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块发送电机停机信号。

其中，示例性地，对于船员落水需要急停的情况，急停开关201可以配合绑定在船员身上的安全绳或安全带，进行急停信号的采集，当船员发生突然落水时，安全绳或安全带从急停开关上脱落，此时，急停开关接收到断开的信号，即急停信号，从而通过反馈给主控模块11，由主控模块11进行立即停机的操作。当然，对于其他的例如撞到障碍物的情况时，可由其他功能模块向急停开关发送急停信号，继而由主控模块进行急停操作。

电动推进器还包括电机调速单元202，电机调速单元与控制系统的主控模块通信连接；电机调速单元根据用户操作产生调速信息，主控模块用于根据调速信息，向电机驱动模块发送控制信息。通过设置在操控装置200上的电动调速单元202，可对电机14进行驱动，具体地，电动调速单元202可对电机14的转速、功率或者转矩进行调节，其中，电机14可包括推进电机、转向电机、升降电机等。

本发明实施例还提供了一种船用电动推进器，图7是本发明实施例提供的又一种船用电动推进器的结构示意图，参考图7，其中，主控模块11不仅可以设置在主机100上，还可根据具体情况设置在操控装置200上，此时对应地，设置于操控装置200上的主控模块11与设置于主机100上的电机驱动模块13以及信息采集模块15均通过通讯模块19进行通讯连接，实现主控模块11对电机驱动模块13的控制，以及接受信息采集模块15发送的船艇工作状态信息和船艇环境信息。

本发明实施例还提供了一种电动船，该电动船包括本发明实施例提供的船用电动推进器，由于电动船采用了本发明实施例提供的船用电动推进器，因此电动船同样具有上述实施例船用电动推进器的有益效果。

本发明实施例还提供了一种船用电动推进器的控制方法，图8是本发明实施例提供的一种船用电动推进器的控制方法的流程图，参考图8，该控制方法包括：

S110、向电机驱动模块发送基础驱动信息，以使电机驱动模块根据基础驱动信息驱动电机工作；

S120、根据信息采集模块采集的船艇工作状态信息和船艇环境信息，发送反馈控制信息，以使电源模块根据反馈控制信息控制供电输出，电机驱动模块根据反馈控制信息驱动电机。

其中，需要说明的是，该控制方法由船用电动推进器的主控模块执行，并且根据基础驱动信息驱动电机工作的步骤和根据信息采集模块采集的船艇工作状态信息和船艇环境信息，发送反馈控制信息的步骤并非限定先后顺序，其可以是在驱动电机工作后，由信息采集模块进行船艇工作状态信息和船艇环境信息采集，继而由主控模块发送反馈控制信息，也可以是同步进行的控制方式，此处不做限定。

本发明实施例提供的船用电动推进器的控制方法，通过信息采集模块采集船艇的工作状态信息和船艇的环境信息，反馈给主控模块，由主控模块根据船艇工作状态信息和船艇环境信息分别向电机驱动模块和电源模块发送反馈控制信息，实现了电动推进器控制系统的闭环控制，解决了开环控制方式不能获知电动推进器工作状态和船艇的环境信息，不能对电动推进器进行精确的控制和保护的问题，使电动推进器能够实时地采集船艇工作状态和环境信息，更有效地控制电动推进器，保证电动推机器的正常工作和船艇的安全行驶，避免意外情况的发生，提高电动推进器的使用性和安全性。

继续参考图8，其中步骤S120、根据信息采集模块采集的船艇工作状态信息和船艇环境信息，发送反馈控制信息，以使电源模块根据反馈控制信息控制供电输出，电机驱动模块根据反馈控制信息驱动电机中，对于不同类型的信息采集模块，其主控模块进行地控制信息的反馈存在不同，具体地，当信息采集模块中设置有温度传感器时，主控模块的执行步骤为：

S121、在温度传感器采集的电机驱动模块和/或电机的温度信息超出预设的温度范围时，向电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块发送电机功率降低信号或电机供电关断信号。

当信息采集模块中设置有湿度传感器时，其中，湿度传感器设置在船用电动推进器主机的主机密封舱内，以检测主机密封舱的湿度，此时主控模块的执行步骤为：

S122、在湿度传感器采集的主机密封舱的湿度信息超出预设的湿度范围时，向电源模块发送电机驱动模块供电关断信号。

当信息采集模块中设置有惯性传感器时，主控模块的执行步骤为：

S123、根据惯性传感器检测的船艇的姿态，向电机驱动模块发送反馈驱动信息。

当信息采集模块中设置有电流传感器时，主控模块的执行步骤为：

S124、当电流传感器检测的电源总线和/或驱动总线上的电流持续预设时间超出预设的电流范围时，向电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块发送驱动总线电流降低信号或电机供电关断信号。

对于信息采集模块中设置的其他功能模块，例如超声波传感器、电子罗盘以及图像采集模块等，主控模块同样需要对应地提供反馈信息，以控制电源模块、电机驱动模块合理输出，保证船用电动推进器的闭环控制，更有有效地控制和保护电动推进器，此处不再赘述。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (20)

1.一种船用电动推进器的控制系统，其特征在于，包括：主控模块、电源模块、电机驱动模块、电机；

所述主控模块与所述电机驱动模块电连接，用于向所述电机驱动模块发送控制信息；所述电机驱动模块与所述电机电连接，用于根据所述控制信息输出驱动信号驱动所述电机工作；所述电源模块与所述主控模块、所述电机驱动模块和所述电机电连接，用于为所述主控模块、所述电机驱动模块和所述电机供电；

还包括信息采集模块，所述信息采集模块分别与所述主控模块和所述电源模块电连接，用于采集船艇工作状态信息和船艇环境信息；所述电源模块还用于为所述信息采集模块供电；

所述主控模块还用于根据所述船艇工作状态信息和所述船艇环境信息发送反馈控制信息；所述电源模块还用于根据所述反馈控制信息控制供电输出，所述电机驱动模块用于根据所述反馈控制信息驱动电机。

2.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述信息采集模块包括温度传感器，所述温度传感器用于检测所述电机驱动模块和/或所述电机的温度，所述船艇工作状态信息包括所述电机驱动模块和/或所述电机的温度信息；

所述主控模块用于在所述电机驱动模块和/或所述电机的温度信息超出预设的温度范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向所述电机驱动模块发送电机功率降低信号或电机供电关断信号。

3.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述船用电动推进器设置有至少一个密封舱；所述主控模块和所述电机驱动模块设置于所述至少一个密封舱内，所述信息采集模块包括湿度传感器，所述湿度传感器用于检测所述密封舱内的湿度，所述船艇工作状态信息包括所述密封舱的湿度信息；

所述主控模块用于在所述密封舱的湿度信息超出预设的湿度范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号。

4.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述信息采集模块包括惯性传感器，所述惯性传感器用于检测船艇的姿态，所述船艇工作状态信息包括船艇的姿态信息；

所述主控模块用于根据所述惯性传感器检测的船艇的姿态信息，向所述电机驱动模块发送反馈驱动信息。

5.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，所述电源模块通过电源总线与所述电机驱动模块电连接，所述电机驱动模块通过驱动总线与所述电机电连接，所述信息采集模块包括电流传感器，所述电流传感器用于检测所述电源总线和/或所述驱动总线上的电流，所述船艇工作状态信息包括电源总线电流和/或驱动总线电流；

所述主控模块用于当所述电源总线和/或所述驱动总线上的电流超出预设的电流范围时，向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向所述电机驱动模块发送驱动总线电流降低信号或电机供电关断信号。

6.根据权利要求1所述的控制系统，其特征在于，还包括用户输入单元；所述信息采集模块还包括电子罗盘和GPS模块；所述用户输入单元接收目的地信息和预设行驶路径信息，所述GPS定位模块用于获取船艇位置信息以及行驶速度信息；所述电子罗盘用于获取船艇的行驶方向；所述船艇环境信息包括船艇位置信息，所述船艇工作状态信息包括行驶速度信息以及行驶方向信息；

所述主控模块用于根据所述目的地信息、所述预设行驶路径信息、所述船艇位置信息、行驶速度信息以及行驶方向信息，实时规划行驶路径。

7.根据权利要求6所述的控制系统，其特征在于，所述信息采集模块包括超声波传感器，所述超声波传感器设置于船艇位于水下的位置，用于探测水下物体的距离和方向，所述船艇环境信息包括水下物体的距离和方向信息；

所述主控模块用于在所述水下物体的距离进入预设的距离范围时发送障碍物告警信息。

8.根据权利要求7所述的控制系统，其特征在于，所述信息采集模块还包括图像采集模块，所述图像采集模块用于获取水上物体的位置信息，所述船艇环境信息包括水上物体的位置信息；

所述主控模块还用于根据所述目的地信息、所述船艇位置信息、行驶方向信息、船艇与水下物体的距离信息和水上物体的位置信息，实时自主规划行驶路径，并实时地向所述电机驱动模块发送反馈驱动信息实现自动驾驶。

9.根据权利要求1-8任一所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括用户显示单元；所述用户显示单元与主控模块通信连接，用于以图形或语音形式显示船艇工作状态信息或者船艇环境信息。

10.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述电源模块包括电源管理单元和供电单元，所述电源管理单元包括电源信息采集电路，所述电源信息采集电路用于检测所述供电单元的状态信息，所述电源管理单元用于向所述主控模块反馈所述供电单元的所述状态信息，所述主控模块还用于将所述供电单元的所述状态信息发送至所述用户显示单元中显示。

11.根据权利要求10所述的控制系统，其特征在于，所述供电单元的类型包括发电机、锂电池、太阳能电池、燃料电池、超级电容或石墨烯电池中的一种或多种。

12.根据权利要求9所述的控制系统，其特征在于，所述控制系统还包括告警单元，所述告警单元与所述主控模块连接，所述主控模块还用于根据所述船艇工作状态信息和所述船艇环境信息向所述告警单元发出告警指令，所述告警单元根据所述告警指令发出告警信息。

13.一种船用电动推进器，其特征在于，包括主机和操控装置，还包括如权利要求1-12任一所述的控制系统。

14.根据权利要求13所述的船用电动推进器，其特征在于，所述船用电动推进器还包括通讯模块，所述通讯模块包括第一通讯模块和第二通讯模块，所述第一通讯模块设置于所述主机上，所述第二通讯模块设置于所述操控装置上，所述第一通讯模块和第二通讯模块为无线通讯连接。

15.根据权利要求14所述的船用电动推进器，其特征在于，所述电动推进器还包括急停开关，所述急停开关与所述控制系统中的主控模块通信连接，所述急停开关用于根据用户操作产生急停信号，所述主控模块获取急停信号后根据所述急停信号向所述电源模块发送电机驱动模块供电关断信号或向电机驱动模块发送电机停机信号。

16.根据权利要求14所述的船用电动推进器，其特征在于，所述电动推进器还包括电机调速单元，所述电机调速单元与所述控制系统的主控模块通信连接；所述电机调速单元根据用户操作产生调速信息，所述主控模块用于根据所述调速信息，向所述电机驱动模块发送所述控制信息。

17.根据权利要求16所述的船用电动推进器，其特征在于，所述电机包括推进电机、转向电机、升降电机其中的一个或多个。

18.根据权利要求14所述的船用电动推进器，其特征在于，所述主机和操控装置分别设置有防水密封仓，所述主控模块设置在所述主机或所述操控装置的防水密封仓内。

19.一种电动船，其特征在于，包括如权利要求13-18任一所述的船用电动推进器。

20.一种船用电动推进器或电动船的控制方法，其特征在于，包括：

向电机驱动模块发送控制信息，以使所述电机驱动模块根据所述控制信息驱动电机工作；

根据信息采集模块采集的船艇工作状态信息和船艇环境信息，发送反馈控制信息，以使电源模块根据所述反馈控制信息控制供电输出或所述电机驱动模块根据所述反馈控制信息驱动电机。