CN111362165A - 一种微型太阳能无人值守绞车 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种微型太阳能无人值守绞车，安装在海洋上的移动载体上，包括底座，其上方通过多根支撑立柱设有铺设太阳能电池板的电池板支架；电池板支架下部设有防水机箱，内设有储能电池、主控电路板；包括左右两侧板，两者之间设有卷筒，卷筒右端连接键轴，由减速机和电机驱动；卷筒左端连接空心轴，空心轴左端依次安装有第一同步带轮、计数齿轮和电滑环，左侧板外设有计数传感器；包括往复丝杠、光杠和导缆器，往复丝杠一端安装第二同步带轮，两同步带传动连接；包括吊杆支架，其上端部装有滑轮组，铠装缆末端外皮上连接有承重头，铠装缆芯线末端加装水密接头；滑轮组外侧安装有限位保护接近开关和GPS定位通信终端。本发明实现了无人值守观测。
Description
技术领域
本发明属于海洋调查领域，涉及海洋无人调查系统，尤其涉及一种微型太阳能无人值守绞车。
背景技术
随着海洋观测技术的不断发展进步，人类对海洋的研究由水面走向水体，由近岸走向远洋。目前的海洋水体环境观测，通常通过两种方式实现，一种方式是利用调查船到达指定水域，由测量人员通过绞车布放水下探测仪器进行取样或测量；另一种方式是采用锚定式浮标固定于定点海域，进行阶段性观测。上述两种方式均具有一定的局限性，前者很难获得全时间段的数据，比如连续几个月或者更长，很难测量环境复杂或危险较高的海域，而且成本非常高；后者，其观测数据主要集中在海水表层的固定深度，不能获得不同时间不同水深的数据。现有方式难以对我国及全球广阔海域的海洋水体环境，包括物理、化学、生物等多方面的状态深入了解，无法满足现代海洋科学的发展和全方位立体观测的需求。因此一种能够长时间在复杂广阔海域进行海洋水体环境观测，且能获取不同时间不同深度的海洋水体环境数据，大大降低成本的海洋水体环境观测设备显得尤为重要。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的不足之处，提供一种能够长时间在复杂广阔海域进行海洋水体环境观测、且能采集不同时间不同深度的观测数据、成本较低的微型太阳能无人值守绞车
本发明为解决上述技术问题采取的技术方案为：
一种微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：绞车安装在海洋上的移动载体上；包括固定在移动载体上的底座，底座上安装有多根支撑立柱，多个支撑立柱的上端连接有电池板支架，在电池板支架上端铺设有太阳能电池板；在电池板支架的下部固定有防水机箱，在防水机箱内设有储能电池、主控电路板和智能除湿装置；
包括垂直固定安装在底座上的左侧板和右侧板，两侧板平行相对设置；在两侧板之间设置有卷筒，卷筒上缠绕有铠装缆，卷筒左端连接有空心轴，卷筒的右端连接键轴，键轴连接减速机的输出端，减速机固定在右侧板的外侧，减速机连接电机，空心轴转动支撑于左侧板上，在空心轴的左端套装固定有第一同步带轮，在第一同步带轮的左侧固定有计数齿轮，计数齿轮的左侧安装有电滑环，电滑环的转动端出线与缠绕在卷筒最内层的铠装缆在卷筒内部连接，所述电滑环的固定端出线与防水机箱内的主控电路板连接；在左侧板外侧通过传感器支架安装有计数传感器，所述计数传感器的测量端与计数齿轮保持在测量范围之内；
包括往复丝杠、光杠和导缆器，往复丝杠两端可转动式支撑在两侧侧板上，在往复丝杠的一端同轴固定安装有第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮通过同步带连接；光杠两端与两侧侧板固定连接；导缆器与往复丝杠通过丝扣连接，导缆器与光杆直线滑动连接，在导缆器上端安装有供铠装缆穿过的导缆组件；
包括吊杆支架，吊杆支架从左侧板和右侧板的前端上部呈上倾斜外伸出，吊杆支架的下端部与左侧板和右侧板的前端上部连接，在吊杆支架与两侧侧板之间分别连接有左连接杆和右连接杆，在吊杆支架的上端部安装有滑轮组，从导缆组件引出的铠装缆绕经滑轮组，从滑轮组的下方伸出；在铠装缆的末端外皮上连接有承重头，铠装缆的芯线从承重头内孔穿过，在芯线末端加装水密接头；在滑轮组的外侧固定安装有限位保护接近开关和BDSC-07北斗GPS定位通信终端，限位保护接近开关的重力锤以可滑动的方式套装在位于滑轮组件下方的铠装缆上。
进一步的：多根支撑立柱采用两节或多节依次插装连接的伸缩立柱结构，支撑立柱的上端通过万向铰链与电池板支架连接。
进一步的：主控电路板包括嵌入式芯片STM32F429微控制器、电量检测电路、姿态检测电路、系统测量控制电路、RS232通信电路、RS485通信电路、存储电路和SD存储卡。
进一步的：所述左侧板内侧和右侧板内侧分别焊接第一防跳缆挡圈和第二防跳缆挡圈，两防跳缆挡圈与卷筒同轴设置，两防跳缆挡圈分别设置在卷筒左侧挡板的外侧和卷筒右侧挡板的外侧，两防跳缆挡圈的外周面均为圆锥面；第一防跳缆挡圈靠近卷筒左侧挡板的一端为小径端、且与卷筒左侧挡板的外径相等，第二防跳缆挡圈靠近卷筒右侧挡板的一端为小径端、且与卷筒右侧挡板的外径相等。
进一步的：在左侧板外安装防护机罩，所述防护机罩和左侧板间装有密封胶条；所述空心轴的左侧外露端、第一同步带轮、计数齿轮、电滑环、同步带、第二同步带轮、计数传感器及往复丝杠的左侧外露端均位于防护机罩内。
进一步的：所述导料组件包括左右两导缆柱，两导缆柱之间为缆绳穿过空间。
进一步的：所述滑轮组包括轮组支架、通过各自轮轴安装在轮组支架上可转动的主滑轮、第一辅助滑轮和第二辅助滑轮，第一辅助滑轮与主滑轮呈上下对正设置，第二辅助滑轮与主滑轮呈前后对正设置，在三个滑轮上设置有对正的轮槽；在轮组支架上位于第二辅助滑轮和主滑轮对正中部位置的下方固定缆绳限位块，限位块上设置有竖向贯通的缆槽孔。
进一步的：海洋上的移动载体为海洋浮标、无人调查船、无人艇或移动观测平台。
本发明具有的优点和积极效果：
1、本发明采用太阳能电池板和储能电池作为电源系统，可以在廖无人烟的海洋、湖泊上长时间运行，可以搭载浮标、无人船、海洋观测平台等载体在更为广阔的海域进行作业。
2、本发明能够监测设备自身的状态和电源状态，自主的控制水下环境观测仪器设备的投放时间，投放深度、数据采集时间，能够通过卫星与客户端进行数据通信，将设备状态信息，采集的数据，数据采集时间，数据采集位置发送到客户端，提高了效率，大大降低了人员成本，非常适用于无人值守场合。
3、本发明集绞车吊杆于一体，采用同步带轮作为卷筒与丝杠的传动形式，大大节省了安装空间，减轻了重量，更适合在浮标、无人艇、海洋观测平台上搭载。
4、本发明所选的机箱、防护机罩等均考虑了水密性与防腐性，可以较好的适应海洋环境。
附图说明
图1是本发明的正视图；
图2是图1的A-A剖视图(去掉铠装缆)；
图3是图1的B-B剖视图；
图4是图1的右视图；
图5是姿态检测电路。
具体实施方式
下面结合图并通过具体实施例对本发明作进一步详述，以下实施例只是描述性的，不是限定性的，不能以此限定本发明的保护范围。
一种微型太阳能无人值守绞车，请参见图1-5，绞车安装在海洋上的移动载体上，移动载体可以是但不限于海洋浮标、无人调查船、无人艇，移动观测平台。绞车包括底座1，底座固定在移动载体上，底座上安装有多根支撑立柱2，多个支撑立柱的上端连接有电池板支架15，在电池板支架上端铺设有太阳能电池板16。多根支撑立柱可优选采用两节或多节依次插装连接的伸缩立柱结构，支撑立柱的上端优选通过万向铰链与电池板支架连接，这样通过调节多个支撑立柱的长度调整太阳能电池板的安装角度，从而提高太阳能电池板的发电效率。在电池板支架的下部固定有防水机箱17，所述防水机箱处于太阳能电池板下方的中间位置，有助于减弱海浪对机箱的浸湿，且能够防止机箱长期暴露在阳光下而引起的机箱内器件老化。本实施例应用于海洋观测平台与湖泊观测平台，太阳能电池板可以做成圆周型等形状，以便应对无人船，浮标等方向不定的载体。
在防水机箱内置有储能电池，用来存储太阳能电池板产生的电能，并为绞车的运行提供电源，防水机箱内还设有主控电路板和智能除湿装置，主控电路板主要包括STM32F429微控制器、电量检测电路、姿态检测电路、系统测量控制电路、RS485通信电路、RS232通信电路、存储电路和SD存储卡等，主控电路版有两大功能：一是采集、处理、存储水下探测设备的测量数据、电池电量、GPS位置信息等，并将这些数据信息通过BDSC-07北斗GPS定位通信终端发送到远程的客户端，接收远程客户端的命令；二是根据程序命令控制绞车自动收放水下探测设备。STM32F429微控制器作为主控单元，控制各个模块正常工作并控制绞车按照程序自动运行；电量检测电路用于检测电池电量，其原理是通过检测电池的输出电压来判断电池电量的消耗；姿态检测电路采用InvenSense公司的MPU6050芯片，它是一种六轴传感器模块，能同时检测三轴加速度、三轴陀螺仪(三轴角速度)的运动数据以及温度数据。利用MPU6050芯片内部的DMP模块，可对传感器数据进行滤波、融合处理，它直接通过I2C接口向主控器STM32F429输出姿态解算后的姿态数据，降低主控器的运算量；BDSC-07北斗GPS定位通信终端通过RS232通信电路与STM32F429微控制器进行数据通信，并与远程客户端通过卫星进行数据传输；STM32F429微控制器通过RS485通信电路控制水下探测设备，并接收水下探测设备所测量的数据。STM32F429微控制器对需要的信息处理后，通过存储电路存储在SD卡中，等到设备回收后可以读取SD卡中的数据信息。
智能除湿装置充分利用温差大时，空气中的水分易凝露的特点，使空气中水分冷凝在凝水面，并通过排水孔排出箱体外。由于电柜内水分不断减少排出箱外，柜内空气中的湿度显著下降。即使环境温度变化，由于电柜内空气中水分非常少，也不会再产生凝露，从根本上解决了电柜内的湿度困扰。智能除湿装置市面上比较多，可采用江苏中耐电气ZN-700型智能除湿装置，可定做24V直流电源。
在底座上垂直固定安装有平行相对设置的左侧板18和右侧板29。所述左侧板外安装防护机罩19，所述防护机罩和所述左侧板间装有密封胶条，卷筒31左侧装有空心轴20，所述空心轴右侧通过法兰盘与所述卷筒连接，连接处有子口，所述空心轴与所述左侧板间用轴承座及安装在轴承座内的轴承相连，所述空心轴左端通过平键连接第一同步带轮21，所述第一同步带轮左侧固定计数齿轮23，所述计数齿轮左侧安装电滑环22，缠绕在卷筒最内层的铠装缆14通过卷筒上位于右侧板附近的开孔31.1进入卷筒内部并与所述电滑环出线端相连接，所述电滑环固定端出线通过防护机罩上的防水接头进入所述的防水机箱。计数传感器24通过传感器支架固定于左侧板外侧，所述计数传感器测量齿轮数值的相对增量，放缆时齿轮数值增加，收缆时齿轮数值减少，而齿轮数值与缆绳长度具有对应关系，STM32F429微控制器通过程序计算将齿轮数值换算成已放缆绳的长度值，从而控制水下探测设备的投放深度。所述左侧板内侧焊接第一防跳缆挡圈25，所述第一防跳缆挡圈与卷筒同轴，第一防跳缆挡圈设置在卷筒左侧挡板的外部，第一防跳缆挡圈的外周面为圆锥面，其中靠近卷筒左侧挡板的一端为小径端、且与卷筒左侧挡板的外径相等。卷筒右端装有键轴32，所述键轴左侧通过法兰与卷筒连接，连接处有子口，所述键轴右侧通过平键与减速机33的输出端相连，所述减速机输入端与电机34输出轴相连，所述减速机固定于右侧板上，所述右侧板上焊接有第二防跳缆挡圈30，第二防跳缆挡圈于卷筒同轴，第二防跳缆挡圈设置在卷筒右侧挡板的外部，第二防跳缆挡圈的外周面为圆锥面，其中靠近卷筒右侧挡板的一端为小径端、且与卷筒右侧挡板的外径相等。两个防跳缆挡圈作用是防止缆绳跳出卷筒进入卷筒与侧板的缝隙。
所述第一同步带轮通过同步带与第二同步带轮26连接，所述第二同步带轮通过平键与往复丝杠28连接，所述往复丝杠两端通过轴承座和安装在轴承座内的轴承可转动式安装在所述左侧板和右侧板上。所述往复丝杠上安装导缆器27，所述导缆器中部穿装有光杠35，所述光杠与所述导缆器之间装有自润滑轴承，所述光杠的两端固定连接于左侧板上和右侧板上；所述导缆器上方固定有左右两导缆柱36，两导缆柱之间为缆绳穿过空间。
在左侧板和右侧板的前端上部连接有上倾斜外伸出的吊杆支架3，吊杆支架由两吊杆和连接两吊杆的横连杆构成，吊杆支架通过左、右两连接杆4分别与左、右两侧板形成固定连接。在吊杆支架的上端部安装有滑轮组，滑轮组具有导缆，防止缆绳跳槽，保护缆绳的作用。滑轮组主要包括轮组支架13、通过各自轮轴安装在轮组支架上的主滑轮12、第一辅助滑轮10和第二辅助滑轮9，轮轴与轮组支架固定连接，三个滑轮与对应轮轴通过轴承连接，第一辅助滑轮与主滑轮呈上下对正设置，第二辅助滑轮与主滑轮呈前后对正设置，在三个滑轮上设置有对正的轮槽，铠装缆穿经第一辅助滑轮与主滑轮之间的轮槽后，再穿经第二辅助滑轮与主滑轮之间的轮槽，实现将铠装缆限制在主滑轮与两个辅助滑轮轮槽围城的空间内。在轮组支架上位于第二辅助滑轮和主滑轮对正中部位置的下方固定有穿缆块7，穿缆块上设置有竖向贯通的缆槽孔7.1，在铠装缆穿经第二辅助滑轮与主滑轮之间的轮槽后，穿经缆槽孔，向下伸出。在铠装缆的末端外皮上连接有承重头6，承重头用于悬吊并锁紧水下探测设备，如声速剖面仪，CTD等。铠装缆的芯线从承重头内孔穿过，在芯线末端加装水密接头5，水密接头用于连接水下探测设备的电源和信号端口。在轮组支架的外侧固定安装有限位保护接近开关8和BDSC-07北斗GPS定位通信终端11，限位保护接近开关的重力锤8.1以可滑动的方式套装在位于穿缆块下方的铠装缆上。
本发明应用于海洋浮标，无人调查船,无人艇、湖泊观测平台等无人值守场合，但不限于上述提到的应用场合。
本微型太阳能无人值守绞车的具体工作流程：
STM32F429微控制器根据内置程序设定的时间或者远程客户端的命令进行一次完整的测量。首先采集电池电量信息，判断电量是否可以完成一次测量，如果电量充足，则检测绞车自身状态信息，查看是否有故障或到位信息，如果一切正常，接下来测量BDSC-07北斗GPS定位通信终端位置信息到STM32F429微控制器数据缓存区；然后控制绞车放缆到设定第1深度，通过RS485通信电路控制水下探测设备进行测量，并接收测量数据，并存储到STM32F429微控制器数据缓存区；然后放缆到设定的第2深度，第3深度等，同一位置不同深度测量完毕后，STM32F429微控制器整理每组数据，同时将开始测得的电量信息，位置信息一并通过绞车上的BDSC-07北斗GPS定位通信终端传输到客户接收端，并保存数据到SD卡中。
反之，如果发现电量不足，则绞车不执行后续程序，并将电量信息传输到客户接收端，然后等待电池充电，等到下一次设定时间到达，重新上述程序。如果检测到绞车发生了故障，则向客户端发送故障信息，远程控制者通过故障信息判断是否需要回收设备，进行检修。
在开始收放缆和整个收放缆过程中，实时监测设备自身的姿态，即横滚角和俯仰角的变化，若变化剧烈时，则暂停收放缆，待设备平稳后再继续收放设备。
尽管为说明目的公开了本发明的实施例和图，但是本领域的技术人员可以理解：在不脱离本发明及所附权利要求的精神和范围内，各种替换、变化和修改都是可能的，因此，本发明的范围不局限于实施例和图所公开的内容。
Claims (8)
1.一种微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：绞车安装在海洋上的移动载体上；包括固定在移动载体上的底座，底座上安装有多根支撑立柱，多个支撑立柱的上端连接有电池板支架，在电池板支架上端铺设有太阳能电池板；在电池板支架的下部固定有防水机箱，在防水机箱内设有储能电池、主控电路板和智能除湿装置；
包括垂直固定安装在底座上的左侧板和右侧板，两侧板平行相对设置；在两侧板之间设置有卷筒，卷筒上缠绕有铠装缆，卷筒左端连接有空心轴，卷筒的右端连接键轴，键轴连接减速机的输出端，减速机固定在右侧板的外侧，减速机连接电机，空心轴转动支撑于左侧板上，在空心轴的左端套装固定有第一同步带轮，在第一同步带轮的左侧固定有计数齿轮，计数齿轮的左侧安装有电滑环，电滑环的转动端出线与缠绕在卷筒最内层的铠装缆在卷筒内部连接，所述电滑环的固定端出线与防水机箱内的主控电路板连接；在左侧板外侧通过传感器支架安装有计数传感器，所述计数传感器的测量端与计数齿轮保持在测量范围之内；
包括往复丝杠、光杠和导缆器，往复丝杠两端可转动式支撑在两侧侧板上，在往复丝杠的一端同轴固定安装有第二同步带轮，第二同步带轮与第一同步带轮通过同步带连接；光杠两端与两侧侧板固定连接；导缆器与往复丝杠通过丝扣连接，导缆器与光杆直线滑动连接，在导缆器上端安装有供铠装缆穿过的导缆组件；
包括吊杆支架，吊杆支架从左侧板和右侧板的前端上部呈上倾斜外伸出，吊杆支架的下端部与左侧板和右侧板的前端上部连接，在吊杆支架与两侧侧板之间分别连接有左连接杆和右连接杆，在吊杆支架的上端部安装有滑轮组，从导缆组件引出的铠装缆绕经滑轮组，从滑轮组的下方伸出；在铠装缆的末端外皮上连接有承重头，铠装缆的芯线从承重头内孔穿过，在芯线末端加装水密接头；在滑轮组的外侧固定安装有限位保护接近开关和BDSC-07北斗GPS定位通信终端，限位保护接近开关的重力锤以可滑动的方式套装在位于滑轮组件下方的铠装缆上。
2.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：多根支撑立柱采用两节或多节依次插装连接的伸缩立柱结构，支撑立柱的上端通过万向铰链与电池板支架连接。
3.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：主控电路板包括嵌入式芯片STM32F429微控制器、电量检测电路、姿态检测电路、系统测量控制电路、RS232通信电路、RS485通信电路、存储电路和SD存储卡。
4.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：所述左侧板内侧和右侧板内侧分别焊接第一防跳缆挡圈和第二防跳缆挡圈，两防跳缆挡圈与卷筒同轴设置，两防跳缆挡圈分别设置在卷筒左侧挡板的外侧和卷筒右侧挡板的外侧，两防跳缆挡圈的外周面均为圆锥面；第一防跳缆挡圈靠近卷筒左侧挡板的一端为小径端、且与卷筒左侧挡板的外径相等，第二防跳缆挡圈靠近卷筒右侧挡板的一端为小径端、且与卷筒右侧挡板的外径相等。
5.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：在左侧板外安装防护机罩，所述防护机罩和左侧板间装有密封胶条；所述空心轴的左侧外露端、第一同步带轮、计数齿轮、电滑环、同步带、第二同步带轮、计数传感器及往复丝杠的左侧外露端均位于防护机罩内。
6.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：所述导料组件包括左右两导缆柱，两导缆柱之间为缆绳穿过空间。
7.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：所述滑轮组包括轮组支架、通过各自轮轴安装在轮组支架上可转动的主滑轮、第一辅助滑轮和第二辅助滑轮，第一辅助滑轮与主滑轮呈上下对正设置，第二辅助滑轮与主滑轮呈前后对正设置，在三个滑轮上设置有对正的轮槽；在轮组支架上位于第二辅助滑轮和主滑轮对正中部位置的下方固定缆绳限位块，限位块上设置有竖向贯通的缆槽孔。
8.根据权利要求1所述的微型太阳能无人值守绞车，其特征在于：海洋上的移动载体为海洋浮标、无人调查船、无人艇或移动观测平台。
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