ES2264874B1 - Sistema de navegacion electronico. - Google Patents
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Abstract
Sistema de navegación electrónico con una adquisición de señales distribuidas y con un procesado centralizado, contando además de los sensores, y actuadores con unos módulos conectados con los anteriores, estando todos los módulos conectados entre sí mediante un bus de comunicaciones de dos hilos, que a su vez está conectado con un procesador que aloja el software de tratamiento de los datos de campo capturados. Con el sistema objeto de la invención se consigue un alto grado de flexibilidad en cuanto a la adquisición, procesado, almacenamiento y visualización de los datos recibidos.
Description
Sistema de navegación electrónico.
Es objeto de la presente invención un sistema de
navegación electrónico empleado en la navegación marítima de
embarcaciones.
Caracteriza al sistema de navegación objeto de
la invención el hecho de ser un sistema electrónico con
adquisición de datos de forma distribuida y procesado
centralizado.
Igualmente gracias a las características del
sistema de navegación el sistema cuenta con un alto grado de
flexibilidad en cuanto al adquisición, procesado y almacenamiento y
visualización de datos.
El sistema permite la ampliación del número de
transductores según las necesidades, aumenta la precisión de la
información proporcionada, es capaz de registrar toda la
información para realizar labores de análisis de datos y permite
mostrar los datos obtenidos y analizados de forma comprensible.
Por lo tanto, la presente invención se
circunscribe dentro del ámbito de los sistemas de navegación de
embarcaciones.
Hasta el momento los sistemas de navegación
suelen consistir en una serie de transductores encargados de
recoger las señales de navegación, y que están conectados a un
sistema electrónico que procesa la información, siendo
posteriormente mostrada en pantallas con diferentes grados de
precisión.
Estos sistemas de navegación presentan varios
problemas, por un lado no admiten más que un número determinado de
transductores, no siendo posible la ampliación en número de los
mismos. Por otro lado la adquisición de los datos y su conexión con
el procesador es mediante una estructura centralizada de
adquisición, por lo que se hace difícil la adaptación de los
sistemas de navegación existentes a las nuevas necesidades, ya que
cada vez es preciso dotar a los sistemas de navegación con un
número mayor de transductores, una transmisión de la información de
forma sincronizada y con una alta veloci-
dad.
dad.
Al ser realizada la adquisición de datos de
forma centralizada se hace necesario el dotar a cada transductor,
sensor o equipo de medición, tanto de un cableado para la
alimentación, como de cableado para la transmisión de la señal, por
lo que el cableado final del sistema de navegación es costoso y
complejo en su mantenimiento.
Por lo tanto la presente invención tiene como
objetivo el superar los anteriores inconvenientes, desarrollando un
sistema de navegación para embarcaciones que permita adaptarse a
las nuevas necesidades, siendo por lo tanto un sistema flexible,
que ofrezca la posibilidad de la modificación del número de
transductores, sin afectación alguna al sistema de procesado, donde
la medición y registro de las informaciones enviadas por los
transductores se realice a una alta velocidad y en definitiva
dotando a la embarcación de una herramienta que permite sacar de
ella el máximo rendimiento. Donde además el cableado final del
sistema se encuentre claramente reducido, favoreciendo por lo
tanto, una mejor gestión, un más fácil mantenimiento, además de
presentar una gran flexibilidad en cuanto a la modificación del
número de señales que se desean adquirir.
La presente invención de sistema de navegación
electrónico, básicamente es un sistema de navegación que presenta
una adquisición distribuida de las diferentes señales necesarias
para facilitar una mejor gestión de la navegación, y un procesado
de dichas señales de forma centralizada.
Para ello el sistema de navegación consta de una
serie de módulos distribuidos por la embarcación y encargados de
la transmisión de la información captada por los instrumentos o
sensores mediante un solo cable a un procesador u ordenador
personal.
El sistema si bien hace las funciones de un
sistema tradicional de navegación, presenta sin embargo
características funcionales que lo hacen especialmente apto para
las nuevas necesidades. Por un lado ofrece una alta flexibilidad en
cuanto al número y tipo de instrumentos que se pueden disponer, por
otro lado el procesado de datos gracias al modelo matemático
empleado igualmente es flexible no quedando limitado a un
determinado número de señales de campo y finalmente el
almacenamiento y visualización de los datos se realiza a una alta
velocidad, permitiendo la mejor contrastación mediante la
realización de un exhaustivo análisis de datos, que permite
realimentar la tripulación sobre el comportamiento de la embarcación
y el acierto o no de sus maniobras.
El sistema de navegación presenta una
arquitectura que cuenta básicamente con los siguientes
elementos.
- -
- Elementos de medición de campo mediante sensores e instrumentos, como por ejemplo giróscopos, inclinómetros, etc..
- -
- Hardware distribuido de tratamiento de datos mediante una serie de módulos encargados del acondicionamiento de la señal y conectados entre sí mediante una red de comunicación.
- -
- Procesador.
- -
- Software de navegación acorde a las necesidades y datos de campo transmitidos.
- -
- Equipos de navegación.
Los elementos de medición son básicamente
sensores e instrumentos que se ubican en los lugares de la
embarcación donde se precisa captar la señal, estos sensores envían
una señal eléctrica acorde a su medición hasta unos módulos, que
son independientes entre sí y específicos en el tratamiento y
acondicionamiento de la señal.
La magnitud física captada por los sensores,
instrumentos, transductores puede ser analógica o digital, por lo
que para su acondicionamiento para la transmisión por la red de
comunicaciones, se hace preciso su acondicionamiento y
digitalización.
Los módulos son los encargados de acondicionar
la señal de los sensores e instrumentos para que pueda ser
transmitida por el bus de comunicaciones y entendible por el
procesador. También se encargan de acondicionar la señal con
respecto al tipo de actuador que manejan.
Todos los módulos quedan unidos mediante un solo
cable de dos pares de hilos, estando uno de los hilos dedicado a
la alimentación y el otro dedicado a la transferencia de
información, de esta manera el propio bus de comunicaciones es el
encargado de transmitir la alimentación a los
sensores/transductores con el consiguiente ahorro de coste en la
instalación.
Los módulos se pueden poner y quitar de un modo
sencillo sin necesidad de desconectar la alimentación ni
reinicializar el sistema.
Los módulos se comunican con el procesador
mediante un protocolo de comunicaciones que permite la
autodetección de fallos, permitiendo un fácil diagnóstico de fallos
en toda la red.
Los módulos son instalados en agrupaciones
denominadas: nodos, donde varios nodos conforman una red completa.
La única limitación en cuanto al número de nodos viene marcado por
la capacidad de cómputo del procesador.
Las principales características con la que
cuentan los módulos son, por un lado una dirección física unívoca
de identificación en la red, cuentan con medios de proceso y
diagnóstico e información de errores, y cuentan con una tecnología
PLUG & PLAY que permite ser añadidos y extraídos de la red en
caliente.
Los módulos cuentan con un visor numérico de dos
dígitos que muestra la dirección de la red del módulo. La dirección
puede ser cambiada mediante unos pulsadores o botones al efecto.
Cuenta igualmente con unos LEDs indicadores del estado presente del
módulo.
El módulo cuenta con unos terminales sobre los
que realizar la conexión de los instrumentos y sensores, por otro
lado cuenta con la conexión del bus de comunicaciones.
En el interior del módulo se encuentra la
electrónica específica de acondicionamiento de la señal captada y
una placa que se encarga tanto de la digitalización de la
información como de las comunicaciones con el procesador.
El módulo cuenta con una placa base sobre la que
se conecta en su parte superior una parte denominada:
"terraza", encargada de aplicación específica y encargada del
acondicionamiento y digitalización de las diferentes señales
obtenidas, imponiendo el tipo de sensor que se puede conectar, el
PLUG & PLAY, la información de configuración del módulo y la
comunicación con el bus de comunicaciones. Para ello incorpora un
microcontrolador, un controlador y un transceiver.
El microcontrolador es el encargado de controlar
el hardware de la zona denominada terraza y que impone el tipo de
sensor que se puede conectar además recibe la información
acondicionada y digitalizada y establece la lógica de
interpretación de los comandos y servicios solicitados al módulo a
través de las diferentes tramas recibidas por el bus.
El controlador es el encargado de transformar la
información de las tramas que se envía o reciben por las líneas de
transmisión y recepción en un formato compatible con el bus de
datos del microcontrolador. Finalmente cuenta con un transceiver
encargado de adaptar las señales TTL de las líneas de transmisión y
recepción al estándar compatible con el bus de comunicaciones.
Finalmente el módulo cuenta con una memoria
donde se almacena la dirección física en la que está alojado el
módulo en la red.
Este sistema de navegación además presenta la
particularidad de permitir la adaptación de los sistemas de
navegación existentes, disponiendo un único nodo conformado por
varios módulos, a los que se cablearían los transductores
existentes. Si fuera una embarcación de nueva construcción se
optaría por un sistema distribuido de al menos dos nodos.
La tecnología utilizada en la red de
comunicaciones está basada en la tecnología CAN (Controller Area
Network), en donde los datos son transmitidos a través de dos
cables, siendo el dato transmitido la diferencia de tensión entre
estos dos cables, donde los datos son recesivos o dominantes
dependiendo de la diferencia de tensión existente entre los
cables.
Cabe decir que si dos dispositivos comienzan a
transmitir simultáneamente un mensaje, aquel al que antes tenga un
dato dominante en su identificador, forzará su mensaje frente al
otro dispositivo, que al estar también recibiendo interpreta un
error y elude la transmisión.
Por otro lado el protocolo proporciona a los
dispositivos interconectados las siguientes funcionalidades:
- -
- Sistema de identificación de los dispositivos conectados
- -
- Configuración remota de los dispositivos conectados
- -
- Consulta de las configuraciones
- -
- Transmisión de datos por la red
- -
- Rutado de otros protocolos
- -
- Sincronismos
- -
- Herramientas de diagnóstico y detección de errores.
Finalmente la información llega al procesador
basado en una arquitectura de ordenador personal, encargado de
procesar toda la información obtenida en la red de sensores, por
medio del modelo matemático alojado en él. El ordenador además
cuenta con medios de comunicación con el exterior.
Para complementar la descripción que
seguidamente se va a realizar y con objeto de ayudar a una mejor
comprensión de sus características, se acompaña a la presente
memoria descriptiva, de un juego de planos en cuyas figuras, de
forma ilustrativa y no limitativa, se representan los detalles más
significativos de la invención.
Figura 1 muestra una representación esquemática
de la arquitectura del sistema de navegación objeto de la
invención.
Figura 2, muestra de forma simplificada los
elementos que conforman cada uno de los módulos de adquisición de
datos.
Figura 3, muestra una representación esquemática
de una instalación distribuida con dos nodos.
A la vista de las mencionadas figuras se
describe a continuación un modo de realización preferente de la
invención así como la explicación de los dibujos.
En la figura 1, se han representado los
elementos que forman parte del sistema de navegación así como la
disposición de ellos de manera que se consigue una arquitectura de
adquisición distribuida y de procesado centralizado.
En primer lugar observamos los sensores,
instrumentos o transductores (1) encargados de transformar una o
varias magnitudes físicas en señales eléctricas bien de carácter
analógico o digital.
Cada uno de los sensores, instrumentos o
transductores (1) se encuentra conectado con un módulo (2), que son
los encargados de acondicionar la información que proporcionan los
sensores, instrumentos y transductores (1) a un formato compatible
con el bus de comunicaciones (4).
Los módulos (2) quedan conectados con un
procesador (3) mediante un bus de comunicaciones (4) mediante un
protocolo de comunicaciones que permite la autodetección de
fallos.
En el procesador (3) basado en la arquitectura
de ordenador personal se aloja un software (5) mediante el cual se
ejecuta el modelo matemático de navegación.
Por otro lado, observamos que con la
arquitectura planteada y empleando igualmente unos módulos (2) es
posible la comunicación con otros sistemas mediante medios de
comunicación serie (6), también sobre los módulos es posible
conectar periféricos o equipos de navegación (7).
Como anteriormente ya se ha comentado, los
módulos (2) cuentan con una placa base sobre la que se conecta una
parte denominada "terraza" encargada de aplicación específica
y encargada del acondicionamiento y digitalización de las
diferentes señales obtenidas, imponiendo el tipo de sensor que se
puede conectar.
La placa base de cada módulo (2) cuenta tal y
como se muestra en la figura 2, con un microcontrolador (2.1)
encargado de gestionar el hardware de la "terraza", con un
controlador (2.2) encargado de transformar la información de las
tramas enviadas por las líneas de Transmisión (Tx) y Recepción (Rx)
en un formato compatible con el bus del microcontrolador, así como
con un transceiver encargado de adaptar las señales TTL de las
líneas Tx y Rx al estándar compatible con el bus de comunicaciones
(4).
En la figura 3, observamos cómo los módulos (2)
se han agrupado en varios nodos (8), en concreto dos nodos y a su
vez quedan conectados mediante un bus (4) a un procesador (3)
obteniendo una arquitectura distribuida en cuanto a la adquisición
de datos y centralizada en cuento al procesado.
No se considera necesario hacer más extensa esta
descripción para que cualquier experto en la materia comprenda el
alcance de la invención y las ventajas que de la misma se
derivan.
Los materiales, forma tamaño y disposición de
los elementos serán susceptibles de variación siempre y cuando no
alteren la esencialidad del invento.
Los términos en que se ha descrito esta memoria
deberán ser tomados siempre en sentido amplio y no limitativo.
Claims (11)
1. Sistema de navegación electrónico
caracterizado porque presenta una adquisición distribuida y
un procesado centralizado estando conformado por:
- -
- una serie de sensores, instrumentos o transductores conectados cada uno de ellos con un módulo.
- -
- Un conjunto de módulos a los que se conectan un sensor, instrumento o transductor, siendo encargado el módulo en el tratamiento de la señal con respecto al sensor o actuadores que manejan.
- -
- Un procesador (3) conectado con los módulos mediante un bus (4)
- -
- Un software (5) de navegación alojado en el procesador (3)
- -
- Un conjunto de equipos de navegación (7).
2. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 1, caracterizado porque los módulos quedan
unidos mediante un solo cable de dos pares de hilos, estando uno de
los hilos dedicado a la alimentación y el otro dedicado a la
transferencia de información, de esta manera el propio bus de
comunicaciones es el encargado de transmitir la alimentación a los
sensores.
3. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 1, caracterizado porque los módulos se
comunican con el procesador mediante un protocolo de comunicaciones
que proporciona a los dispositivos interconectados las siguientes
funcionalidades:
- -
- Sistema de identificación de los dispositivos conectados
- -
- Configuración remota de los dispositivos conectados
- -
- Consulta de las configuraciones
- -
- Transmisión de datos por la red
- -
- Rutado de otros protocolos
- -
- Sincronismos
- -
- Herramientas de diagnóstico y detección de errores.
4. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 1, caracterizado porque los módulos cuentan
con una dirección física unívoca de identificación en la red, con
medios de proceso y diagnóstico e información de errores, y con una
tecnología PLUG & PLAY que permite ser añadidos y extraídos de
la red en caliente.
5. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 1 ó 4, caracterizado porque cada uno de los
módulos cuenta con una placa base encargada de la gestión y control
de los datos recibidos desde la zona de conexión con los sensores o
"terraza", el PLUG & PLAY, la información de configuración
del módulo y la comunicación con el bus de comunicaciones, para lo
que incorpora un microcontrolador, un controlador y un
transceiver.
6. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 5, caracterizado porque el microcontrolador
es el encargado de controlar el hardware de la zona denominada
"terraza" y que impone el tipo de sensor que se puede conectar
además recibe la información acondicionada y digitalizada y
establece la lógica de interpretación de los comandos y servicios
solicitados al módulo a través de las diferentes tramas recibidas
por el bus.
7. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 5, caracterizado porque el controlador es el
encargado de transformar la información de las tramas que se envía
o reciben por las líneas de transmisión y recepción en un formato
compatible con el bus de datos del microcontrolador.
8. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 5 caracterizado porque el transceiver es el
encargado de adaptar las señales TTL de las líneas de transmisión y
recepción al estándar compatible con el bus de comunicaciones, así
como con un módulo de memoria donde se almacena la dirección física
en la que está alojado el módulo en la red.
9. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 1 ó 4 ó 5, caracterizado porque los módulos
cuentan con un visor numérico de dos dígitos que muestra la
dirección de la red del módulo. La dirección puede ser cambiada
mediante unos pulsadores o botones al efecto, cuenta igualmente con
unos LEDs indicadores del estado presente del módulo.
10. Sistema de navegación electrónica según la
reivindicación 2, caracterizado porque la tecnología
utilizada en la red de comunicaciones está basada en la tecnología
CAN (Controller Area Network), en donde los datos son transmitidos
a través de dos cables, siendo el dato transmitido la diferencia de
tensión entre estos dos cables, siendo los datos recesivos o
dominantes dependiendo de la diferencia de tensión existente entre
los cables.
11. Sistema de navegación electrónica según
cualquiera de las reivindicaciones 4 a 9, caracterizado
porque los módulos son instalados en agrupaciones de nodos, donde
varios nodos conforman una red completa.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200403056A ES2264874B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema de navegacion electronico. |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200403056A ES2264874B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema de navegacion electronico. |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| ES2264874A1 ES2264874A1 (es) | 2007-01-16 |
| ES2264874B1 true ES2264874B1 (es) | 2008-01-01 |
Family
ID=38290069
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| ES200403056A Expired - Fee Related ES2264874B1 (es) | 2004-12-22 | 2004-12-22 | Sistema de navegacion electronico. |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| ES (1) | ES2264874B1 (es) |
Family Cites Families (6)
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| DD133774A1 (de) * | 1976-11-17 | 1979-01-24 | Viktor J Lapy | Automationssystem der schiffsfuehrungsprozesse,der navigation und des schiffsbetriebes |
| NL8401947A (nl) * | 1984-06-19 | 1986-01-16 | Antonius Johannes Meuwese | Regelstelsel. |
| FR2666922B1 (fr) * | 1990-09-18 | 1995-04-21 | Noel Kerebel | Chaine de mesure et de commande d'une pluralite d'elements constituant l'equipement de bateaux de plaisance. |
| DE19813005A1 (de) * | 1998-03-25 | 1999-10-07 | Lehnkering Reederei Gmbh | Verfahren und Anordnung zur Führung und automatischen Steuerung von Schiffen oder schwimmenden Anlagen |
| US6839790B2 (en) * | 2002-06-21 | 2005-01-04 | Smar Research Corporation | Plug and play reconfigurable USB interface for industrial fieldbus network access |
-
2004
- 2004-12-22 ES ES200403056A patent/ES2264874B1/es not_active Expired - Fee Related
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| ES2264874A1 (es) | 2007-01-16 |
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Legal Events
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|---|---|---|---|
| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20070116 Kind code of ref document: A1 |
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| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2264874B1 Country of ref document: ES |
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| FD2A | Announcement of lapse in spain |
Effective date: 20180809 |