CN113282047A - 一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统及其使用方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统及其使用方法，基于物联网的船用雨刮器智能控制系统包括驱动终端、检测终端、主控器，驱动终端与检测终端间通过连接机构铰接，并构成一个工作组，工作组至少一个，并与主控器电气连接，且同一工作组中的驱动终端、检测终端间相互并联，主控器嵌于船舶控制电路内并与船舶控制电路电气连接。本发明系统结构简单，通用性好，可有效的满足不同类型的船舶雨刷器运行控制作业的需要；本发明可有效的提高船舶雨刷器运行控制作业的精度和自动化程度，有效实现根据船舶运行状态精确调整雨刷器运行状态，从而为船舶运行的安全性和可靠性提供保障。

Description

一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统及其使用方法

技术领域

本发明涉及一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统及其使用方法，属雨刷器设备技术领域。

背景技术

由于船舶工作运行的特殊环境，导致船舶的舷窗上极易产生大量的水珠，从而严重影响了船舶驾驶、操作人员的工作，给船舶运行的安全性造成了较大的隐患，针对这一问题，船舶舷窗上均安装了用于进行水珠清理的雨刷器，虽然可以满足对舷窗表面进行清理作业的需要，但在操作过程中，一方面需要工作人员手工开启，并根据清理效果手工调整雨刷器的工作状态，从而导致雨刷器操作运行的灵活性、便捷性相对较差，且雨刷器操控精度也相对不足；另一方面雨刷器在运行中，无法有效的对舷窗外部环境、舷窗上的污物、结冰等异常情况进行精确的判断，从而极易因误判导致雨刷器驱动力步足而造成舷窗表面的污染物无法有效清理，甚至因对舷窗表面温度环境检测不足而导致舷窗表面结冰，进一步影响了舷窗清理的质量和效率。

发明内容

为了解决现有技术上的不足，本发明提供一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统及其使用方法，能够根据船舶运行状态精确调整雨刷器运行状态，为船舶运行的安全性和可靠性提供保障。

一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，包括驱动终端、检测终端、主控器，其中驱动终端与检测终端间通过连接机构铰接，并构成一个工作组，且检测终端轴线与驱动终端轴线呈0°—90°夹角，工作组至少一个，并与主控器电气连接，且同一工作组中的驱动终端、检测终端间相互并联，主控器嵌于船舶控制电路内并与船舶控制电路电气连接，驱动终端包括承载壳、驱动电机、编码器、扭矩传感器及传动轴，其中承载壳为空心圆柱腔体结构，驱动电机、编码器、扭矩传感器均嵌于承载壳内，且驱动电机与承载壳同轴分布，驱动电机一端通过传动轴与扭矩传感器连接，另一端通过传动轴与编码器连接，且驱动电机、编码器、扭矩传感器间同轴分布，扭矩传感器另通过传动轴与雨刷器连接，并与雨刷器轴线垂直分布，检测终端包括导向槽、加速度传感器、温湿度传感器、压力传感器、万向滚珠，导向槽为横断面呈“H”字形槽状结构，压力传感器至少两个，嵌于导向槽下端面的槽体内并沿导向槽轴线方向均布，压力传感器均与一个万向滚珠连接并同轴分布，且万向滚珠轴线与导向槽轴线垂直并相交，温湿度传感器嵌于导向槽上端面的槽体内，加速度传感器至少一个，嵌于导向槽前端面并与导向槽同轴分布。

进一步的，所述的导向槽外侧面设至少一条与导向槽轴线平行分布的导向滑轨及若干定位夹具，所述导向滑轨嵌于导向槽外侧面，且导向滑轨为两条及两条以上时，两导向滑轨对称分布在导向槽轴线两侧，所述定位夹具若干，且每条导向滑轨均与至少三个定位夹具连接，各定位夹具沿导向滑轨轴线方向均布。

进一步的，所述的连接机构包括弹性铰链、承载架、导向柱、承载弹簧、电磁铁、连接套及定位销，其中所述承载架为“凵”字形槽状结构，包覆在驱动终端外，并通过弹性铰链与驱动终端外侧面铰接，且承载架轴线与驱动终端轴线相交并呈0°—90°夹角，所述承载架前端面与导向柱连接并同轴分布，所述导向柱前端面设电磁铁并与电磁铁同轴分布，且导向柱前端面通过至少两条环绕导向柱轴线均布的承载弹簧与连接套后端面连接，所述承载弹簧轴线与导向柱及连接套轴线平行分布，所述连接套为轴向截面呈矩形的空心柱状结构，包覆在检测终端的导向槽外，与导向槽同轴分布并通过至少一条定位销与导向槽连接。

进一步的，所述的压力传感器与万向滚珠间通过弹簧连接，且各压力传感器间相互并联，相邻两个压力传感器间通过弹性条相互连接，且所述弹性条嵌于导向槽内，弹性条上端面与导向槽槽底连接，下端面比压力传感器前端面低0—5毫米。

进一步的，所述的主控器包括承载托盘、布线槽、绝缘柱、主控电路板、IGBT驱动电路、继电器电路、串口通讯端口及接线端子，其中所述承载托盘为横断面呈“H”字形槽状结构，所述主控电路板嵌于承载托盘上端面槽体内，与槽底间间距不小于5毫米，与承载托盘侧壁间通过滑槽滑动连接，并与承载托盘槽底平行分布，所述主控电路板另通过至少四个绝缘柱与承载托盘槽底连接，所述布线槽至少一条，并与承载托盘上端面槽底连接，所述IGBT驱动电路、继电器电路均嵌于承载托盘下端槽体内，并与槽底连接，所述IGBT驱动电路、继电器电路均与主控电路板电气连接，且IGBT驱动电路另与继电器电路电气连接，所述串口通讯端口及接线端子均至少一个，嵌于承载托盘外表面，其中串口通讯端口与主控电路板电气连接，所述接线端子与继电器电路电气连接。

进一步的，所述的主控电路板包括基于FPGA芯片的控制电路、MOS驱动电路、多路直流电源、滤波电路、模数转换电路、基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路，其中所述基于FPGA芯片的控制电路通过MOS驱动电路分别与多路直流电源、模数转换电路基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路电气连接，所述串口通讯电路另分别与滤波电路和串口通讯端口电气连接，所述基于晶闸管的电子开关电路分别与IGBT驱动电路、继电器电路电气连接。

一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，雨刷器装配，首先根据船舶雨刷器的结构类型，选择满足使用需要的驱动终端、检测终端，然后将驱动终端与船舶雨刷器的驱动轴连接并同轴分布，将检测终端与船舶雨刷器侧表面通过定位夹具连接并与船舶雨刷器轴线平行分布，且检测终端的万向滚珠与船舶雨刷器下端面平齐分布，并于船舶舷窗玻璃表面相抵，最后将控制器与船舶控制电路的雨刷器驱动电路电气连接，并在控制器内设置船舶舷窗表面温度、湿度及压力检测阀值；即可完成设备装配；

S2,雨刷器驱动，完成S1步骤后，首先由检测终端的温度湿度传感器对船舶运行时舷窗表面温度及湿度环境检测，并在舷窗表面湿度大于S1步骤设定的湿度阀值时，同时对船舶舷窗温度环境检测，则由控制器对驱动终端发送运行控制指令，并由驱动终端驱动船舶雨刷器运行，并在运行过程中一方面通过驱动终端的编码器和检测终端的加速度传感器对船舶雨刷器运行速度进行检测，同时由驱动终端的扭矩传感器对船舶雨刷器运行时的压力进行检测，并在压力大于S1步骤设定的阀值时，则对舷窗表面异物报警，同时与检测的舷窗温度参数结合，当温度低于冰点时则舷窗表面产生结冰，然后驱动船舶雨刷器进行除冰作业。

本发明系统结构简单，通用性好，可有效的满足不同类型的船舶雨刷器运行控制作业的需要；本发明可有效的提高船舶雨刷器运行控制作业的精度和自动化程度，通过驱动终端的编码器和检测终端的加速度传感器对船舶雨刷器运行速度进行检测，同时由驱动终端的扭矩传感器对船舶雨刷器运行时的压力进行检测，并在压力大于设定的阀值时，则对舷窗表面异物报警，同时与检测的舷窗温度参数结合，当温度低于冰点时则舷窗表面产生结冰，然后驱动船舶雨刷器进行除冰作业，有效实现根据船舶运行状态精确调整雨刷器运行状态。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式来详细说明本发明；

图1为本发明系统结构示意图；

图2为连接机构结构示意图；

图3为主控器结构示意图；

图4为主控器电气原理结构示意图。

图中各标号：驱动终端1、检测终端2、主控器3、连接机构4、承载壳11、驱动电机12、编码器13、扭矩传感器14、传动轴15、导向槽21、加速度传感器22、温湿度传感器23、压力传感器24、万向滚珠25、导向滑轨26、定位夹具27、弹簧28、弹性条29、弹性铰链41、承载架42、导向柱43、承载弹簧44、电磁铁45、连接套46、承载托盘31、布线槽32、绝缘柱33、主控电路板34、IGBT驱动电路35、继电器电路36、串口通讯端口37、接线端子38。

具体实施方式

为使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于施工，下面结合具体实施方式，进一步阐述本发明。

参见图1所示，一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，包括驱动终端1、检测终端2、主控器3，其中驱动终端1与检测终端2间通过连接机构4铰接，并构成一个工作组，且检测终端2轴线与驱动终端1轴线呈0°—90°夹角，工作组至少一个，并与主控器3电气连接，且同一工作组中的驱动终端1、检测终端2间相互并联，主控器3嵌于船舶控制电路内并与船舶控制电路电气连接。

驱动终端1包括承载壳11、驱动电机12、编码器13、扭矩传感器14及传动轴15，其中承载壳11为空心圆柱腔体结构，驱动电机12、编码器13、扭矩传感器14均嵌于承载壳11内，且驱动电机12与承载壳11同轴分布，驱动电机12一端通过传动轴15与扭矩传感器14连接，另一端通过传动轴15与编码器13连接，且驱动电机12、编码器13、扭矩传感器14间同轴分布，扭矩传感器14另通过传动轴15与雨刷器连接，并与雨刷器轴线垂直分布。

检测终端2包括导向槽21、加速度传感器22、温湿度传感器23、压力传感器24、万向滚珠25，导向槽21为横断面呈“H”字形槽状结构，压力传感器24至少两个，嵌于导向槽21下端面的槽体21内并沿导向槽21轴线方向均布，压力传感器24均与一个万向滚珠25连接并同轴分布，且万向滚珠25轴线与导向槽21轴线垂直并相交，温湿度传感器23嵌于导向槽21上端面的槽体内，加速度传感器22至少一个，嵌于导向槽21前端面并与导向槽21同轴分布。

导向槽21外侧面设至少一条与导向槽21轴线平行分布的导向滑轨26及若干定位夹具27，所述导向滑轨26嵌于导向槽21外侧面，且导向滑轨26为两条及两条以上时，两导向滑轨26对称分布在导向槽21轴线两侧，所述定位夹具27若干，且每条导向滑轨26均与至少三个定位夹具27连接，各定位夹具27沿导向滑轨26轴线方向均布。

压力传感器24与万向滚珠25间通过弹簧28连接，且各压力传感器24间相互并联，相邻两个压力传感器24间通过弹性条29相0互连接，且所述弹性条29嵌于导向槽21内，弹性条29上端面与导向槽21槽底连接，下端面比压力传感器24前端面低0—5毫米。

参见图2，连接机构4包括弹性铰链41、承载架42、导向柱43、承载弹簧44、电磁铁45、连接套46及定位销，其中所述承载架42为“凵”字形槽状结构，包覆在驱动终端1外，并通过弹性铰链41与驱动终端1外侧面铰接，且承载架42轴线与驱动终端1轴线相交并呈0°—90°夹角，所述承载架42前端面与导向柱43连接并同轴分布，所述导向柱43前端面设电磁铁45并与电磁铁45同轴分布，且导向柱43前端面通过至少两条环绕导向柱43轴线均布的承载弹簧44与连接套46后端面连接，所述承载弹簧44轴线与导向柱43及连接套46轴线平行分布，所述连接套46为轴向截面呈矩形的空心柱状结构，包覆在检测终端2的导向槽21外，与导向槽21同轴分布并通过至少一条定位销与导向槽21连接。

参见图3，主控器3包括承载托盘31、布线槽32、绝缘柱33、主控电路板34、IGBT驱动电路35、继电器电路36、串口通讯端口37及接线端子38，其中所述承载托盘31为横断面呈“H”字形槽状结构，所述主控电路板34嵌于承载托盘31上端面槽体内，与槽底间间距不小于5毫米，与承载托盘31侧壁间通过滑槽5滑动连接，并与承载托盘31槽底平行分布，所述主控电路板34另通过至少四个绝缘柱33与承载托盘31槽底连接，所述布线槽32至少一条，并与承载托盘31上端面槽底连接，所述IGBT驱动电路35、继电器电路36均嵌于承载托盘31下端槽体内，并与槽底连接，所述IGBT驱动电路35、继电器电路36均与主控电路板34电气连接，且IGBT驱动电路35另与继电器电路36电气连接，所述串口通讯端口37及接线端子38均至少一个，嵌于承载托盘31外表面，其中串口通讯端口37与主控电路板34电气连接，所述接线端子38与继电器电路36电气连接。

参见图4，主控电路板34包括基于FPGA芯片的控制电路、MOS驱动电路、多路直流电源、滤波电路、模数转换电路、基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路，其中所述基于FPGA芯片的控制电路通过MOS驱动电路分别与多路直流电源、模数转换电路基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路电气连接，所述串口通讯电路另分别与滤波电路和串口通讯端口37电气连接，所述基于晶闸管的电子开关电路分别与IGBT驱动电路35、继电器电路36电气连接。

一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统的使用方法，包括如下步骤：

S1，雨刷器装配，首先根据船舶雨刷器的结构类型，选择满足使用需要的驱动终端1、检测终端2，然后将驱动终端1与船舶雨刷器的驱动轴连接并同轴分布，将检测终端2与船舶雨刷器侧表面通过定位夹具27连接并与船舶雨刷器轴线平行分布，且检测终端2的万向滚珠25与船舶雨刷器下端面平齐分布，并于船舶舷窗玻璃表面相抵，最后将控制器与船舶控制电路的雨刷器驱动电路电气连接，并在控制器内设置船舶舷窗表面温度、湿度及压力检测阀值；即可完成设备装配；

S2,雨刷器驱动，完成S1步骤后，首先由检测终端2的温度湿度传感器对船舶运行时舷窗表面温度及湿度环境检测，并在舷窗表面湿度大于S1步骤设定的湿度阀值时，同时对船舶舷窗温度环境检测，则由控制器对驱动终端1发送运行控制指令，并由驱动终端1驱动船舶雨刷器运行，并在运行过程中一方面通过驱动终端1的编码器13和检测终端2的加速度传感器22对船舶雨刷器运行速度进行检测，同时由驱动终端1的扭矩传感器14对船舶雨刷器运行时的压力进行检测，并在压力大于S1步骤设定的阀值时，则对舷窗表面异物报警，同时与检测的舷窗温度参数结合，当温度低于冰点时则舷窗表面产生结冰，然后驱动船舶雨刷器进行除冰作业。

本发明系统结构简单，通用性好，可有效的满足不同类型的船舶雨刷器运行控制作业的需要；本发明可有效的提高船舶雨刷器运行控制作业的精度和自动化程度，通过驱动终端的编码器和检测终端的加速度传感器对船舶雨刷器运行速度进行检测，同时由驱动终端的扭矩传感器对船舶雨刷器运行时的压力进行检测，并在压力大于设定的阀值时，则对舷窗表面异物报警，同时与检测的舷窗温度参数结合，当温度低于冰点时则舷窗表面产生结冰，然后驱动船舶雨刷器进行除冰作业，有效实现根据船舶运行状态精确调整雨刷器运行状态。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：包括驱动终端（1）、检测终端（2）、主控器（3），所述驱动终端（1）与检测终端（2）间通过连接机构（4）铰接，并构成一个工作组，所述工作组至少一个，并与主控器（3）电气连接，且同一工作组中的驱动终端（1）、检测终端（2）间相互并联，所述主控器（3）嵌于船舶控制电路内并与船舶控制电路电气连接，所述驱动终端（1）包括承载壳（11）、驱动电机（12）、编码器（13）、扭矩传感器（14）及传动轴（15），所述承载壳（11）为空心圆柱腔体结构，驱动电机（12）、编码器（13）、扭矩传感器（14）均嵌于承载壳（11）内，且驱动电机（12）与承载壳（11）同轴分布，所述驱动电机（12）一端通过传动轴（15）与扭矩传感器（14）连接，另一端通过传动轴（15）与编码器（13）连接，且驱动电机（12）、编码器（13）、扭矩传感器（14）间同轴分布，所述扭矩传感器（14）另通过传动轴（15）与雨刷器连接，并与雨刷器轴线垂直分布，所述检测终端（2）包括导向槽（21）、加速度传感器（22）、温湿度传感器（23）、压力传感器（24）、万向滚珠（25），所述压力传感器（24）至少两个，嵌于导向槽（21）下端面的槽体内并沿导向槽（21）轴线方向均布，所述压力传感器（24）均与一个万向滚珠（25）连接并同轴分布，且万向滚珠（25）轴线与导向槽（21）轴线垂直并相交，所述温湿度传感器（23）嵌于导向槽（21）上端面的槽体内，所述加速度传感器（22）至少一个，嵌于导向槽（21）前端面并与导向槽（21）同轴分布。

2.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：所述的导向槽（21）外侧面设至少一条与导向槽（21）轴线平行分布的导向滑轨（26）及若干定位夹具（27），所述导向滑轨（26）嵌于导向槽（21）外侧面，且导向滑轨（26）为两条及两条以上时，两导向滑轨（26）对称分布在导向槽（21）轴线两侧，所述定位夹具（27）若干，且每条导向滑轨（26）均与至少三个定位夹具（27）连接，各定位夹具（27）沿导向滑轨（26）轴线方向均布。

3.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：所述的连接机构（4）包括弹性铰链（41）、承载架（42）、导向柱（43）、承载弹簧（44）、电磁铁（45）、连接套（46）及定位销，所述承载架（42）包覆在驱动终端（1）外，并通过弹性铰链（41）与驱动终端（1）外侧面铰接，且承载架（42）轴线与驱动终端（1）轴线相交并呈0°—90°夹角，所述承载架（42）前端面与导向柱（43）连接并同轴分布，所述导向柱（43）前端面设电磁铁（45）并与电磁铁（45）同轴分布，且导向柱（43）前端面通过至少两条环绕导向柱（43）轴线均布的承载弹簧（44）与连接套（46）后端面连接，所述承载弹簧（44）轴线与导向柱（43）及连接套（46）轴线平行分布，所述连接套（46）为轴向截面呈矩形的空心柱状结构，包覆在检测终端（2）的导向槽（21）外，与导向槽（21）同轴分布并通过至少一条定位销与导向槽（21）连接。

4.根据权利要求2所述的一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：所述的压力传感器（24）与万向滚珠（25）间通过弹簧（28）连接，且各压力传感器（24）间相互并联，相邻两个压力传感器（24）间通过弹性条（29）相互连接，且所述弹性条（29）嵌于导向槽（21）内，所述弹性条（29）上端面与导向槽（21）槽底连接，下端面比压力传感器（24）前端面低0—5毫米。

5.根据权利要求1所述的一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：所述的主控器（3）包括承载托盘（31）、布线槽（32）、绝缘柱（33）、主控电路板（34）、IGBT驱动电路（35）、继电器电路（36）、串口通讯端口（37）及接线端子（38），所述主控电路板（34）嵌于承载托盘（31）上端面槽体内，与槽底间间距不小于5毫米，与承载托盘（31）侧壁间通过滑槽滑动连接，并与承载托盘（31）槽底平行分布，所述主控电路板（34）另通过至少四个绝缘柱（33）与承载托盘（31）槽底连接，所述布线槽（32）至少一条，并与承载托盘（31）上端面槽底连接，所述IGBT驱动电路（35）、继电器电路（36）均嵌于承载托盘（31）下端槽体内，并与槽底连接，所述IGBT驱动电路（35）、继电器电路（36）均与主控电路板（34）电气连接，且IGBT驱动电路（35）另与继电器电路（36）电气连接，所述串口通讯端口（37）及接线端子（38）均至少一个，嵌于承载托盘（31）外表面，其中串口通讯端口（37）与主控电路板（34）电气连接，所述接线端子（38）与继电器电路（36）电气连接。

6.根据权利要求5所述的一种基于物联网的船用雨刮器智能控制系统，其特征在于：所述的主控电路板（34）包括基于FPGA芯片的控制电路、MOS驱动电路、多路直流电源、滤波电路、模数转换电路、基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路，其中所述基于FPGA芯片的控制电路通过MOS驱动电路分别与多路直流电源、模数转换电路基于晶闸管的电子开关电路及串口通讯电路电气连接，所述串口通讯电路另分别与滤波电路和串口通讯端口（37）电气连接，所述基于晶闸管的电子开关电路分别与IGBT驱动电路（35）、继电器电路（36）电气连接。

7.根据权利要求4所述的基于物联网的船用雨刮器智能控制系统的使用方法，其特征在于，包括如下步骤：

S1，雨刷器装配，首先根据船舶雨刷器的结构类型，选择满足使用需要的驱动终端（1）、检测终端（2），然后将驱动终端（1）与船舶雨刷器的驱动轴连接并同轴分布，将检测终端（2）与船舶雨刷器侧表面通过定位夹具（27）连接并与船舶雨刷器轴线平行分布，且检测终端（2）的万向滚珠（25）与船舶雨刷器下端面平齐分布，并于船舶舷窗玻璃表面相抵，最后将控制器与船舶控制电路的雨刷器驱动电路电气连接，并在控制器内设置船舶舷窗表面温度、湿度及压力检测阀值；即可完成设备装配；

S2,雨刷器驱动，完成S1步骤后，首先由检测终端（2）的温度湿度传感器对船舶运行时舷窗表面温度及湿度环境检测，并在舷窗表面湿度大于S1步骤设定的湿度阀值时，同时对船舶舷窗温度环境检测，则由控制器对驱动终端（1）发送运行控制指令，并由驱动终端（1）驱动船舶雨刷器运行，并在运行过程中通过驱动终端（1）的编码器（13）和检测终端（2）的加速度传感器（22）对船舶雨刷器运行速度进行检测，同时由驱动终端（1）的扭矩传感器（14）对船舶雨刷器运行时的压力进行检测，并在压力大于S1步骤设定的阀值时，则对舷窗表面异物报警，同时与检测的舷窗温度参数结合，当温度低于冰点时则舷窗表面产生结冰，驱动船舶雨刷器进行除冰作业。

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