CN203324495U

CN203324495U - 一种双gps罗径的船舶气象仪

Info

Publication number: CN203324495U
Application number: CN2013203578832U
Authority: CN
Inventors: 苗凌云; 梅新华
Original assignee: CSIC Pride Nanjing Atmospheric and Oceanic Information System Co Ltd
Current assignee: CSIC Pride Nanjing Atmospheric and Oceanic Information System Co Ltd
Priority date: 2013-06-21
Filing date: 2013-06-21
Publication date: 2013-12-04
Anticipated expiration: 2023-06-21

Abstract

本实用新型公开了一种双GPS罗径的船舶气象仪，包括船、船舶气象仪主机、风速风向传感器，还包括第一GPS天线、第二GPS天线、安装件；所述安装件设置在船舱顶部，安装方向与船体方向平行，所述第一GPS天线和第二GPS天线分别设置在安装件两端，船头方向对应第二GPS天线的位置；所述风速风向传感器的指北方向对应第一GPS天线的位置。本实用新型公开的一种双GPS罗径的船舶气象仪，解决了以往电子罗盘受船体钢板的影响与干扰比较大，每次装船时都需要校准，而且校准的时间比较长、精度不够等问题，节约了船舶气象仪安装时间和维护时间，提高了测量精度。

Description

一种双GPS罗径的船舶气象仪

技术领域

本实用新型公开了一种双GPS罗径的船舶气象仪，涉及船舶气象仪研究领域。

背景技术

国内外现代航海科学技术发展很快，各种先进的船舶气象仪器、航海仪器、通信设备装备船舶，使得人类对近海和远洋的海上水文气象监测数据种类比以往监测得多，从而使天气数值预报产品的准确率越来越高，为人类预防海洋天气自然灾害提供了强有力的依据；但人类要想完全征服海洋和天气还是不可能的，海上水文、气象数据的监测还很薄弱。现今世界上各国对海洋水文气象的监测仪器设备种类繁多，技术发展水平参差不齐，各有其利弊，纵观各种经济和社会效益来讲，船舶气象仪的研究和开发在船舶监控海洋水文气象领域具有举足轻重的作用，市场前景非常乐观，因此对船舶气象仪的研发并大范围的产业化生产对海洋观测预警报体系来讲迫在眉睫。

船舶气象仪通过测风传感器、气温湿度传感器、气压传感器、温盐传感器、能见度仪等测得数据，能实时连续测量风速、风向、气温、湿度、气压、水温、盐度、能见度等海洋水文气象参数，为船舶远洋航行、抛锚停泊提供安全保障。其中，风速和风向是以船舶为坐标测得的相对风速、相对风向，要计算出相对于大地的真风速、真风向（正北为零度），需要相对风速、相对风向、航速、航向等参数根据平行四边形法则进行矢量运算。但是船舶气象仪自身无法提供航速、航向，而GPS罗径可以提供。虽然电子罗盘也可用来进行定位和定向，但电子罗盘受船体钢板的影响与干扰比较大，每次装船时都需要校准，而且校准的时间比较长、精度不够，为节约船舶气象仪安装时间，提高其测量精度，更换电子罗盘成为迫在眉睫需要解决的一项任务。

实用新型内容

本实用新型所要解决的技术问题是：针对背景技术的缺陷，提出了一种双GPS罗径在船舶气象仪上的应用。

本实用新型为解决上述技术问题采用以下技术方案：一种双GPS罗径的船舶气象仪，包括船舶气象仪主机、风速风向传感器，还包括第一GPS天线、第二GPS天线、安装件；所述安装件设置在船舱顶部，安装方向与船体方向平行，所述第一GPS天线和第二GPS天线分别设置在安装件两端，第二GPS天线的位置对应船头方向；第一GPS天线的位置对应所述风速风向传感器的指北方向。

进一步的，船舶气象仪主机中微控制器通过RS232串口分别与第一、第二GPS天线通信；微控制器的输入端与风向传感器的输出端相连接；微控制器通过RS232总线传输数据到船舶气象仪主机中。

进一步的，所述安装件采用厚度为2mm的304不锈钢制作。

进一步的，所述第一、第二GPS天线之间的距离为2米，误差允许范围为+5mm。

本实用新型采用以上技术方案与现有技术相比，具有以下技术效果：本实用新型公开的一种双GPS罗径的船舶气象仪，解决了以往电子罗盘受船体钢板的影响与干扰比较大，每次装船时都需要校准，而且校准的时间比较长、精度不够等问题，节约了船舶气象仪安装时间和维护时间，提高了测量精度。

附图说明

图1是本实用新型的实物连接示意图，

其中：1.第一GPS天线、2.第二GPS天线、3.安装件、4. 风速风向传感器。

图2是双GPS罗径船舶气象仪计算风向风速的逻辑示意图。

图3是本实用新型中各硬件单元的协同工作流程结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案做进一步的详细说明：

双GPS和风速风向传感器的安装方式如图1所示，安装要点如下：

1.在船舱顶部无遮挡的位置；

2.双GPS天线的安装杆与船体方向平行；

3.双GPS后天线对应船头方向；

4.风速风向传感器的指北方向对应双GPS的前天线的位置；

5.安装需保证可靠固定；

6.安装件的抗腐蚀性和强度要求需采用304的2mm不锈钢；

7.双GPS前后天线之前的基线距离为2米(+5mm)。

本实用新型提出了基于双GPS在船舶气象仪上的应用，该设计基于MSP430微控制器硬件平台，其电路结构包括串行通信接口部分、外部接口部分和微控制器电路部分，本实用新型中各硬件单元的协同工作流程结构示意图如图3所示：船舶气象仪的MSP430微控制器控制的数据采集板通过RS232串口与双GPS模块通信；MSP430微控制器数据采集板把采集的实时船舶位置（包括经纬度与时间等）和航行信息（包括船速与航向等）再通过RS232总线传输到船舶气象仪主机上，上位机程序通过数据采集器提供的以船舶为坐标测得的相对风速、相对风向、航速、航向等参数根据平行四边形法则进行矢量数据运算，自动解算出相对于大地的真风速和真风向等信息，并将数据信息通过终端液晶显示屏进行显示。

一、双GPS数据采集

双GPS通过双天线形成的直线与正北方向夹角获取方向角值，即正北方向角为0°。双GPS的信号采用NMEA0183海用电子设备标准格式，方向数据使用自定义命令（协议格式与NMEA0183标准相同，只是命令字不是标准命令），通过串口输出。采集板使用RS232硬件接口与双GPS通信，通过获取双GPS数据、分离、解析。其中在程序软件部分使用了高效的分离算法，通过标点符号分割NMEA0183数据，再将ASCII码转换为字符串，字符串转换为整型或浮点型数据。这些操作都通过函数完成。NMEA0183标准协议包含校验，这大大降低了数据的出错率。采集板使用GPS的数据包括日期、时间、星数、定位标志、定向标志、方向角、经度、维度、航速、航向等。采集板还可通过继电器控制双GPS的电源，当采集板长时间与双GPS不能正常通信时可自动重启双GPS，这增加了采集系统的可靠性。电路设计为避免传感器短路故障影响采集板工作，在供电部分加入了自恢复保险丝，提高了系统的安全性。

二、数据采集及显示

主机通过RS232串口与MSP430微控制器控制的数据采集板通信；MSP430微控制器数据采集板把采集的实时船舶位置（包括经纬度与时间等）和航行信息（包括船速与航向等）通过RS232上传到主机终端，上位机程序通过数据采集器提供的以船舶为坐标测得的相对风速、相对风向、航速、航向等参数根据平行四边形法则进行矢量数据运算，自动解算出相对于大地的真风速和真风向等信息。

三、真风的实际计算

真风速风向的实际值取得需要经过3个步骤计算得到，逻辑示意图如图2所示：

1.先采集传感器的风速及风向的值,此时的风速为合成风速，风向为相对合成风向；

2.通过双GPS输出的方向信息，也就是对应的实际船向计算得到合成风向；

3.通过双GPS输出的船航行的航向及航速信息结合合成风速，合成风向通过矢量计算方法，计算得到实际的真实风速及风向的值。

Claims

1.一种双GPS罗径的船舶气象仪，包括船舶气象仪主机、风速风向传感器，其特征在于：还包括第一GPS天线、第二GPS天线、安装件；所述安装件设置在船舱顶部，安装方向与船体方向平行，所述第一GPS天线和第二GPS天线分别设置在安装件两端，第二GPS天线的位置对应船头方向；第一GPS天线的位置对应所述风速风向传感器的指北方向。

2.如权利要求1所述的一种双GPS罗径的船舶气象仪，其特征在于：船舶气象仪主机中微控制器通过RS232串口分别与第一、第二GPS天线通信；微控制器的输入端与风向传感器的输出端相连接；微控制器通过RS232总线传输数据到船舶气象仪主机中。

3.如权利要求1或2所述的一种双GPS罗径的船舶气象仪，其特征在于：所述安装件采用厚度为2mm的304不锈钢制作。

4.如权利要求1或2所述的一种双GPS罗径的船舶气象仪，其特征在于：所述第一、第二GPS天线之间的距离为2米，误差允许范围为+5mm。