CN204010276U - 基于3g网络的无人艇船岸一体化监测控制系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，包括置于无人艇上的船载模块和无线数据传输模块以及置于岸基的岸基监控计算机，船载模块与无线数据传输模块相连，船载模块包括用于测量船体的航姿信息的电子罗盘传感器、用于测量船体的位置、速度信息的GPS位置传感器和用于综合处理数据信号和控制信号的船载嵌入式控制器，无线数据传输模块包括DTU单元，DTU单元的棒状天线与3G网络连接，无线数据传输模块通过3G网络与岸基监控计算机通信。本实用新型采用点对点的方式实现监测控制数据的远程无线传输，能在3G网络覆盖的范围内实现无人艇的远距离监测。

Description

基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统

技术领域

本实用新型涉及船舶控制技术领域，具体地指一种基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统。

背景技术

无人水面航行器(Unmanned Surface Vessel，简称USV)，是一种无人操作的水面船只，小型USV也称为无人艇。可在搭载特定功能模块后，用于执行特殊环境下，不适于有人船只执行的任务。无人艇平台的核心在于其自主航行的能力和岸基监控的能力，在有限的船体空间内设置船载监测控制系统，增强船岸一体化的监测控制能力，提高平台控制系统的自治性，是无人艇平台性能提升的技术关键。

目前，按照监测控制系统的智能程度，无人艇可以分为手动遥控和半自主两种类型，其中手动遥控型无人艇在使用时，由操作者在视距内通过无线电的方式直接控制航向航速，船体平台本身没有自主航行能力，且遥控距离受无线电信号强度和外界电磁干扰的影响；半自主型无人艇可以人工设定航迹点，船体平台按照设定点自动航迹跟踪，但对设定路径无法自主修改。中国专利《一种无舵自动走航的无人船》(公开号：CN 103303452A)提出了一种可自动规划路径的无人船，但是其通信单元基于设置在船体顶部的天线实现，通过天线与无线路由器相连完成数据通信，然而无线电信号的覆盖范围小，无法实现远距离监测。

发明内容

本实用新型的目的是提供一种基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，采用点对点的方式实现监测控制数据的远程无线传输，能在3G网络覆盖的范围内实现无人艇的远距离监测。

为实现上述目的，本实用新型所设计的基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，包括置于无人艇上的船载模块和无线数据传输模块以及置于岸基的岸基监控计算机，所述船载模块与无线数据传输模块相连，所述船载模块包括用于测量船体的航姿信息的电子罗盘传感器、用于测量船体的位置、速度信息的GPS位置传感器和用于综合处理数据信号和控制信号的船载嵌入式控制器，其特殊之处在于，所述无线数据传输模块包括DTU单元，所述DTU单元的无线天线与3G网络连接，所述无线数据传输模块通过3G网络与岸基监控计算机无线连接。

进一步地，所述船载嵌入式控制器包括ARM嵌入式开发板、串口扩展单元、USB扩展单元以及人机交互单元，所述串口扩展单元与ARM嵌入式开发板上的串口相连，用于连接电子罗盘传感器、GPS传感器和无线数据传输模块；所述USB扩展单元与ARM嵌入式开发板上的USB插口相连，用于连接电机控制器，人机交互单元与ARM嵌入式开发板上的触摸板接口相连，用于在系统初始化配置和调试时，对系统进行操作，所述串口扩展单元分别与电子罗盘传感器、GPS位置传感器和DTU单元串行连接。

更进一步地，所述DTU单元的无线天线为棒状天线。棒状天线相较于辫状天线更符合无人艇的布置要求。

更进一步地，还包括电机控制器，所述电机控制器分别与USB扩展单元和无人艇执行机构连接。电机控制器与船载嵌入式控制器USB连接，通过数/模转换将控制信号转换为电压信号驱动无人艇执行机构。

更进一步地，所述ARM嵌入式开发板基于ARM11控制芯片实现。

本实用新型主要用于实现小型水面航行器的无人化自主航行、岸基实时监测与控制功能。岸基监控计算机给出目标位置和任务需求的指令信息，船载系统自主完成任务分解、路径规划，以及航向航速运动控制的全过程，系统智能程度高。船岸之间的控制指令和反馈信息 在3G网络覆盖的广域空间内传播，传输距离远，控制范围广。整个系统结构紧凑，满足自主航行和远程监控的任务需求。

附图说明

图1为本实用新型结构示意图；

图2为图1中船载嵌入式控制器的结构示意图。

图中：1.船载模块，1-1.电子罗盘传感器，1-2.GPS位置传感器，1-3.船载嵌入式控制器，1-31.ARM嵌入式开发板，1-32.串口扩展单元，1-33.USB扩展单元，1-34.人机交互单元，1-4.电机控制器，2.无线数据传输模块，2-1.DTU单元，3.岸基监控计算机，4.3G网络。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施例对本实用新型作进一步的详细描述。

如图1和图2所示，本实用新型一种基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，包括置于无人艇上的船载模块1和无线数据传输模块2以及置于岸基的岸基监控计算机3，船载模块1与无线数据传输模块2相连，无线数据传输模块2与岸基监控计算机3无线连接。

船载模块1包括电子罗盘传感器1-1、GPS位置传感器1-2、船载嵌入式控制器1-3和电机控制器1-4。电子罗盘传感器1-1(Electronic Compass Sensor-ECS)，用于采集船体的航姿信息。GPS位置传感器1-2用于采集船体的位置、速度信息。船载嵌入式控制器1-3用于综合处理数据信号和控制信号。船载嵌入式控制器1-3包括ARM嵌入式开发板1-31、串口扩展单元1-32、USB扩展单元1-33以及人机交互单元1-34。串口扩展单元1-32与ARM嵌入式开发板1-31上的串口相连，电子罗盘传感器1-1、GPS传感器1-2和无线数据传输模块2分别与串口扩展单元1-32连接；USB扩展单元1-33与ARM嵌入式开发板1-31上的USB插口相连，电机控制器1-4与USB扩展单元1-33连接；人机交互单元1-34与ARM嵌入式开发板1-31上的触摸板接口相连，用于在系统初始化配置和调试时，对系统进行操作。电机控制 器1-4采用基于USB接口的多通道、多功能控制模块，电机控制器1-4与USB扩展单元1-33连接，接收船载嵌入式控制器1-3的控制信号，并通过数/模转换，输出0～5V的AO(Analog Output)电压信号，驱动用于航向航速控制的执行机构。

无线数据传输模块2包括DTU单元2-1，DTU单元2-1的棒状天线连接3G网络4，并通过3G网络4与岸基监控计算机3通信。DTU单元2-1的标准串口与串口扩展单元1-32连接，串口扩展单元1-32与ARM嵌入式开发板1-31连接，向ARM嵌入式开发板1-31传输控制信号。

岸基监控计算机3与3G网络4连通，并通过3G网络4对无人艇进行远程监测与控制。岸基监控计算机3发出包含目标位置点和任务需求的控制信号，控制信号在3G网络4覆盖的广域空间内传输，通过无人艇上的无线数据传输模块2接收。船载嵌入式控制器1-3通过无线数据传输模块2接收岸基监控计算机3发出的控制信号，并接受GPS位置传感器1-2和电子罗盘传感器1-1的数据信号，经过数据处理后，向电机控制器1-4输出控制参数，电机控制器1-4通过数/模转换输出模拟量控制信号，驱动无人艇负责航向、航速控制的执行机构。

虽然结合附图描述了本实用新型的具体实施方式，但是对于本技术领域的技术人员来说，在不脱离本实用新型的前提下，还可以做若干变形、替换和改进，这些也视为属于本实用新型的保护范围。

Claims (5)

1.一种基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，包括置于无人艇上的船载模块(1)和无线数据传输模块(2)以及置于岸基的岸基监控计算机(3)，所述船载模块(1)与无线数据传输模块(2)相连，所述船载模块(1)包括用于测量船体的航姿信息的电子罗盘传感器(1-1)、用于测量船体的位置、速度信息的GPS位置传感器(1-2)和用于综合处理数据信号和控制信号的船载嵌入式控制器(1-3)，其特征在于：所述无线数据传输模块(2)包括DTU单元(2-1)，所述DTU单元(2-1)的无线天线与3G网络(4)连接，所述无线数据传输模块(2)通过3G网络(4)与岸基监控计算机(3)无线连接。

2.根据权利要求1所述的基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，其特征在于：所述船载嵌入式控制器(1-3)包括ARM嵌入式开发板(1-31)、串口扩展单元(1-32)、USB扩展单元(1-33)以及人机交互单元(1-34)，所述串口扩展单元(1-32)与ARM嵌入式开发板(1-31)上的串口相连，所述USB扩展单元(1-33)与ARM嵌入式开发板(1-31)上的USB插口相连，人机交互单元(1-34)与ARM嵌入式开发板(1-31)上的触摸板接口相连，所述串口扩展单元(1-32)分别与电子罗盘传感器(1-1)、GPS位置传感器(1-2)和DTU单元(2-1)串行连接。

3.根据权利要求1所述的基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，其特征在于：所述DTU单元(2-1)的无线天线为棒状天线。

4.根据权利要求2所述的基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，其特征在于：还包括电机控制器(1-4)，所述电机控制器(1-4)分别与USB扩展单元(1-33)和无人艇执行机构连接。

5.根据权利要求2所述的基于3G网络的无人艇船岸一体化监测控制系统，其特征在于：所述ARM嵌入式开发板(1-31)基于ARM11控制芯片实现。