CN109976358A - 一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，包括：用于处理所收集信息的信息处理单元、用于控制系统工作的控制单元、用于采集救生艇信息与附近海域信息的信息采集模块、用于收发信息的通讯模块、用于驱动救生艇行驶的驱动模块和用于为系统提供电源的电源模块；所述信息采集模块、通讯模块与电源模块分别连接于信息处理单元，所述驱动模块与电源模块分别连接于控制单元，所述控制单元与信息处理单元连接；本发明通过控制单元对各模块的控制、信息处理单元对各模块所反馈的信息进行处理以及各模块的配合使用，使救生艇准确快速到达救援地点附近并对遇害人员进行搜救，提高海上救援的效率，确保救生艇的长期稳定工作。
Description
技术领域
本发明涉及电子电路系统领域，特别涉及一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统。
背景技术
随着水上运输业的发展，船舶事故发生的概率也逐渐增大；船舶数量的不断增多、航行密度的增大以及航行环境的恶化等情况均增大了船舶事故发生的概率。然而，由于事故地点离海岸边偏远、GPS定位精度不够等原因，往往会导致营救不及时，造成大量人员在船舶事故中丧生。
随着海上无人救援方式的发展，光伏自动巡航海上救生艇因为具备自主发电、可分布在海上船舶航线附近、无需人员驾驶等优点得到广泛应用。目前的光伏自动巡航海上救生艇围绕以单片机为核心控制的硬件开发平台，这种控制系统以“STC系列”等平台为控制单元，依靠内置程序控制，虽然价格低廉，但系统稳定性差，可靠性低，容易出现程序掉落、程序混乱、数据传输中断的问题，且可扩展能力弱，难以满足长时间的户外环境工作要求。
可见，现有技术还有待改进和提高。
发明内容
鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，通过控制单元对各模块的控制，信息处理单元对各模块所反馈的信息进行处理以及各模块的配合使用，使救生艇快速准确到达救援地点附近并对遇害人员进行搜救，提高海上救援的效率，并确保救生艇的长期稳定工作。
为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：
一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，包括：
用于采集救生艇航向和姿态信息以及救生艇附近海域信息的信息采集模块；
用于接收和发送信息的通讯模块；
用于驱动救生艇行驶及改变行驶方向的驱动模块；
用于为系统整体运行提供电源的电源模块；
用于对所收集的信息进行处理的信息处理单元；
用于对系统整体工作进行控制的控制单元；
所述信息采集模块、通讯模块与电源模块分别连接于信息处理单元；所述驱动模块与电源模块分别连接于控制单元，所述控制单元与信息处理单元连接。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述信息采集模块包括用于检测救生艇附近海域情况的航海雷达和用于记录救生艇航向及其姿态信息的十轴陀螺仪；所述航海雷达与十轴陀螺仪分别连接于信息处理单元。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述信息采集模块还包括用于采集红外热成像图像的红外采集模块，所述红外采集模块连接于信息处理单元。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述红外采集模块为红外热摄像仪。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述驱动模块包括用于驱动救生艇行驶的直流电机推进器、用于调整救生艇方向的步进电机和用于控制所述步进电机的数字式直流电机驱动器；所述数字式直流电机驱动器与步进电机电性连接，所述数字式直流电机驱动器和直流电机推进器分别连接于控制单元。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述电源模块包括用于发电的光伏组件、用于存储光伏组件所发电量的电池组和用于协调光伏组件、电池组和各负载工作的太阳能控制器；所述光伏组件和电池组分别与太阳能控制器连接，所述电池组分别与信息采集模块、通讯模块、控制单元和信息处理单元连接。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，所述航海雷达的触摸屏的输入端与信息处理单元的输出口电性连接，所述信息处理单元的输出信号与触摸屏的输出信号一致。
所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，还包括继电器，所述继电器分别与电源模块和控制单元电性连接，所述控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元通讯连接；所述信息处理单元包括第一信息处理单元和第二信息处理单元，所述第一信息处理单元与第二信息处理单元通讯连接；所述第一控制单元与第一信息处理单元电性连接，所述第二控制单元与第二信息处理单元电性连接。
有益效果
与现有技术相比，本发明所提供的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统具有以下优点：
（1）通过各模块的配合使用，使救生艇准确快速到达救援地点附近并对遇害人员进行搜救，提高海上救援的效率，并确保了救生艇的长期稳定工作；
（2）通过信息处理单元对各模块所反馈的信息进行处理以及控制单元对各模块的控制，实现救生艇的无人化，降低了人工成本；
（3）分别设置第一控制单元、第二控制单元、第一信息处理单元和第二信息处理单元，当其中一个控制单元或信息处理单元出现故障时，另一控制单元或信息处理单元可在短时间内接替工作，保证了救援任务的正常运行。
附图说明
图1为本发明提供的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统的功能模块图；
图2为本发明提供的信息采集模块的功能模块图；
图3为本发明提供的驱动模块的功能模块图；
图4为本发明提供的电源模块的功能模块图；
图5为本发明提供的另一实施例的功能模块图。
具体实施方式
本发明提供了一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明作进一步详细说明；应当理解的是，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或隐含指明所指示的技术特征的数量。
实施例1
请参阅图1至图4，本发明提供了一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，包括：
信息采集模块，所述信息采集模块用于采集救生艇附近海域情况以及用于采集救生艇的自身姿态信息，并将所采集的信息反馈至信息处理单元。
通讯模块，所述通讯模块用于向监控终端实时输送救生艇的定位信息、用于接收监控终端发送的事故地点定位以及用于接收监控终端提供的行驶航线，并将所接收的信息反馈至信息处理单元；在本实施例中，所述通讯模块可以但不限于是机载型GNSS接收机、GPS通讯模块或GlONASS通讯模块。
驱动模块，所述驱动模块用于驱动救生艇行驶并用于调整救生艇的行驶方向。
电源模块，所述电源模块用于为整个系统的运行和工作提供电源。
信息处理单元，所述信息处理单元用于处理信息采集模块和通讯模块所采集的信息，并将处理后的信息传输至控制单元；在本实施例中，所述信息处理单元可以但不限于是RK3399开发板或STM32单片机。
控制单元，所述控制单元用于控制驱动模块，根据信息处理单元所采集的信息控制救生艇的行驶以及改变救生艇的行驶方向；在本实施例中，所述控制单元可以但不限于是S7-200 244XP PLC可编程控制器。
所述信息采集模块、通讯模块与电源模块分别与信息处理单元连接；所述驱动模块与电源模块分别与控制单元连接，所述控制单元与信息处理单元连接，各模块之间通过串行或并行的通信方式进行连接。
进一步地，所述信息采集模块包括用于检测救生艇附近海域情况的航海雷达和用于记录救生艇航向及其姿态信息的十轴陀螺仪；所述航海雷达主要负责检测救生艇附近16海里范围的海域情况；在本实施例中，所述航海雷达可以但不限于是JRC JMA-1032航海雷达，所述十轴陀螺仪可以但不限于是HWT9018B 10轴陀螺仪。
进一步地，所述信息采集模块还包括红外采集模块，所述红外采集模块用于采集救生艇所处位置附近海域上的红外热成像图像，根据人体温度特征识别是否存在活体信息，并将所采集的信息反馈至信息处理单元。
优选地，所述红外采集模块为红外热摄像仪，在本实施例中，所述红外热摄像仪可以但不限于是FLIR M625CS 海事用红外热摄像仪。
进一步地，所述驱动模块包括：
直流电机推进器，所述直流电机推进器用于驱动救生艇行驶。
步进电机，所述步进电机将数字式直流电机驱动器输出的电脉冲信号转变为角位移或线位移，用于调整救生艇的行驶方向。
数字式直流电机驱动器，所述数字式直流电机驱动器用于根据控制单元的输出信号控制步进电机的启动、停机和转速；此外，当步进电机出现过载、短路和欠压等情况时，数字式直流电机驱动器可对步进电机进行保护。
所述数字式直流电机驱动器与步进电机连接，所述数字式直流电机驱动器和直流电机推进器分别与控制单元连接；在本实施例中，所述直流电机推进器可以但不限于是800W直流电机推进器，所述数字式直流电机驱动器可以但不限于是3M2280A-10A数字式直流电机驱动器，所述步进电机可以但不限于是130BYGH350D 50N步进电机。
进一步地，所述电源模块包括：
光伏组件，所述光伏组件利用太阳能发电，为整个电路系统的工作提供电源，利用太阳能进行发电，使救生艇具备了在偏远海域长期工作的条件。
电池组，所述电池组用于存储光伏组件所产生的电量，并为其他负载的正常运作供电。
太阳能控制器，所述太阳能控制器用于协调光伏组件、电池组以及各负载的工作，确保整个电路系统安全高效运作。
所述光伏组件和电池组分别与太阳能控制器电性连接，所述电池组分别与信息采集模块、通讯模块、红外采集模块、控制单元和信息处理单元连接；在本实施例中，所述光伏组件可以但不限于是1.2KW双面双玻太阳能组件、1.2KW柔性光伏组件或1.2KW单晶封装光伏组件，所述太阳能控制器可以但不限于是GHGN-SS 96V-100A 太阳能控制器，所述电池组可以但不限于是96v 200AH锂电池组或96v 200AH铅蓄电池组。
进一步地，所述航海雷达的触摸屏的输入端与信息处理单元的输出口电性连接，所述信息处理单元的输出信号与触摸屏的输出信号一致；通过将触摸屏的输入端与信息处理单元的输出口电性连接，改变了航海雷达原有的触摸、按动控制方式，由信息处理单元将航海雷达所收集的信息进行处理，并根据所反馈的附近海域的情况进行航线规划，避开海上障碍物，保证救生艇行驶准确稳定。
本发明所提供的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统的工作原理如下：
当无人救生艇没有接收到救援任务时，救生艇停靠于海岸边或漂泊在固定海域内，光伏组件在日间利用太阳能进行发电，通过太阳能控制器进行整流之后，把所发电的电量存储于电池组内，电池组再将电量分配给控制单元、信息处理单元、信息采集模块、驱动模块和通讯模块。
当通讯模块接收到来自监控终端的救援任务时，将救援任务和任务航线等信息反馈至信息处理单元，信息处理单元再将处理后的信息发送至控制单元，控制单元通过控制直流电机推进器来改变并控制救生艇的行驶速度，通过控制数字式直流电机驱动器从而控制步进电机来改变并控制救生艇的行驶方向。航海雷达检测救生艇附近海域情况，并将所采集的信息反馈至信息处理单元，信息处理单元对信息进行分析和处理，从而进行更加细致的航线规划，避免暗礁、海上漂浮物、其他海域生物等阻挡救生船的持续稳定航行。在救生艇行驶时，信息处理单元通过十轴陀螺仪所收集的关于救生艇的行驶姿态的信息，从而对救生艇的行驶姿势进行准确的调整，保证行驶安全。
当救生艇到达监控终端所发送的救援点时，红外采集模块采集所处地点附近海域上是否有活体信息并传输到信息处理单元，信息处理单元根据人体温度特征进行图像识别，若发现遇害人员，信息处理单元将红外采集模块、信息采集模块所采集的信息进行处理，并传输至控制单元，控制单元控制驱动模块向遇害人员所在位置前进，对遇害人员进行搜救。
实施例2
请参阅图5，本实施例与实施例1的主要区别在于：所述的基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统中，还包括继电器，所述继电器分别与电源模块和控制单元电性连接，所述控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元通过485串口通讯连接；所述信息处理单元包括第一信息处理单元和第二信息处理单元，所述第一信息处理单元与第二信息处理单元通过双机串口通讯连接；所述第一控制单元与第一信息处理单元电性连接，所述第二控制单元与第二信息处理单元电性连接。
当第一控制单元正常工作时，第二控制单元主要用于对第一控制单元进行信息采集，并对第一控制单元所接收的信息进行存储；当第一控制单元出现程序混乱、程序掉落、系统死机、硬件故障等问题时，第二控制单元不能实时检测到由第一控制单元所传输的数据或所传输的数据存在异常，此时，第二控制单元通过继电器切断第一控制单元的工作电源，救生艇短暂停机后重新开机运行，此时，由第二控制单元根据信息采集单元所采集的信息控制驱动模块的工作运行。
当第一信息处理单元正常工作时，第二信息处理单元用于存储第一信息处理单元所收集的信息；当第一信息处理单元出现程序混乱、程序掉落、系统死机、硬件故障等问题时，第二信息处理单元不能实时检测到由第一信息处理单元所传输的数据或所传输的数据存在异常，此时，第二信息处理单元输出关机指令至第一信息处理单元，救生艇短暂停机后重新开机运行，此时，由第二信息处理单元收集并处理信息采集模块和红外采集模块所采集的信息以及通讯模块所接收的信息。
通过设置第二控制单元和第二信息处理单元，当有紧急的救援任务时，若第一控制单元出现故障，则第二控制单元通过继电器切断第一控制单元的工作电源，并接替第一控制单元的工作；若第一信息处理单元出现故障，第二信息处理单元输出关机指令至第一信息处理单元，并接替第一信息处理单元的工作；通过第二控制单元和第二信息处理单元替代故障的第一控制单元和第一信息处理单元，最大化地保证了救援任务的正常进行，一定程度上提高了救援的效率和救援的成功率。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有的这些替换或改变都应属于本发明所附的权利要求书的保护范围内。
Claims (8)
1.一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，包括：
用于采集救生艇航向和姿态信息以及救生艇附近海域信息的信息采集模块；
用于接收和发送信息的通讯模块；
用于驱动救生艇行驶及改变行驶方向的驱动模块；
用于为系统整体运行提供电源的电源模块；
用于对所收集的信息进行处理的信息处理单元；
用于对系统整体工作进行控制的控制单元；
所述信息采集模块、通讯模块与电源模块分别连接于信息处理单元；所述驱动模块与电源模块分别连接于控制单元，所述控制单元与信息处理单元连接。
2.根据权利要求1所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述信息采集模块包括用于检测救生艇附近海域情况的航海雷达和用于记录救生艇航向及其姿态信息的十轴陀螺仪；所述航海雷达与十轴陀螺仪分别连接于信息处理单元。
3.根据权利要求2所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述信息采集模块还包括用于采集红外热成像图像的红外采集模块，所述红外采集模块连接于信息处理单元。
4.根据权利要求3所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述红外采集模块为红外热摄像仪。
5.根据权利要求1所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述驱动模块包括用于驱动救生艇行驶的直流电机推进器、用于调整救生艇方向的步进电机和用于控制步进电机的数字式直流电机驱动器；所述数字式直流电机驱动器与步进电机电性连接，所述数字式直流电机驱动器和直流电机推进器分别连接于控制单元。
6.根据权利要求3所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述电源模块包括用于发电的光伏组件、用于存储光伏组件所发电量的电池组和用于协调光伏组件、电池组和各负载工作的太阳能控制器；所述光伏组件和电池组分别与太阳能控制器连接，所述电池组分别与信息采集模块、通讯模块、控制单元和信息处理单元连接。
7.根据权利要求2所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，所述航海雷达的触摸屏的输入端与信息处理单元的输出口电性连接，所述信息处理单元的输出信号与触摸屏的输出信号一致。
8.根据权利要求1所述的一种基于光伏自动巡航海上救生艇的工作系统，其特征在于，还包括继电器，所述继电器分别与电源模块和控制单元电性连接，所述控制单元包括第一控制单元和第二控制单元，所述第一控制单元和第二控制单元通讯连接；所述信息处理单元包括第一信息处理单元和第二信息处理单元，所述第一信息处理单元与第二信息处理单元通讯连接；所述第一控制单元与第一信息处理单元电性连接，所述第二控制单元与第二信息处理单元电性连接。
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