RU127452U1 - Бортовой самописец для маломерного судна - Google Patents

Abstract

1. Бортовой самописец для маломерного судна, включающий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР), при этом выходы блоков ИПДС, БОИ и БР подключены к вычислительному блоку (ВБ), блок ИПДС содержит навигационный модуль (НМ), включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС), а вычислительный блок (ВБ), содержащий микроконтроллер (МК) и блок программного обеспечения (ПО), снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС), включающими модули проводной и беспроводной связи, отличающийся тем, что оснащен связанным с вычислительным блоком (ВБ) источником питания и модулем связи для удаленной передачи данных, инерциальная навигационная система (ИНС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР) размещены в едином корпусе, при этом инерциальная навигационная система содержит устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов, блок регистрации (БР) представляет собой запоминающее устройство, а блок отображения информации (БОИ) выполнен в виде монитора.2. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что инерциальная навигационная система дополнительно содержит магнитометр.3. Бортовой самописец для маломерного судна по п.2, отличающийся тем, что магнитометр выполнен одноосевым или трехосевым.4. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов представляют собой трехосевой акселерометр и трехос

Description

Заявляемая полезная модель относится к устройствам измерения и регистрации параметров работы транспортных средств, а именно к бортовым самописцам для маломерных судов, в частности, для яхт.

Из уровня техники известен измеритель скорости движения парусной яхты против ветра, содержащий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, компьютер, лаг, морской компас, источник когерентного света и фотоприемник, оптически согласованные с предметной и опорной волоконными катушками в интерферометр с фазосдвигающим устройством в одной из волоконных катушек, подключенным к управляющему генератору, а также дополнительно содержащий фильтр высоких частот, средство, измеряющее время, и излучатель акустических импульсов (см. патент 2295136 на изобретение «Измеритель скорости движения парусной яхты против ветра», дата приоритета 20.04.2005 г., опубликовано 10.03.2007 г.).

Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и область применения, а также низкая надежность.

Известен информационно-управляющий комплекс для автоматизации судовождения и динамического позиционирования судна, содержащий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок датчиков внешних воздействий (ДВВ), блок объектов управления (ОУ), информационные выходы которых подключены к вычислительному блоку (ВБ), а также блок управления, связанный информационно-управляющим входом-выходом с ВБ, причем блок ИПДС включает блок судовых навигационных приборов (СНП) в составе эхолота, лага и гирокомпаса, навигационную радиолокационную станцию (НРЛС) и навигационный модуль (НМ) в виде приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС), блок ДВВ включает датчики параметров ветра и волнения, блок ОУ включает объекты управления в виде судовых движителей и рулевого устройства с подключенными к ним датчиками ОУ (ДОУ), вычислительный блок ВБ включает контроллер, блок программного обеспечения (ПО) и центральный процессор (ЦП), при этом к входам контроллера подключены информационные выходы блоков ИПДС, ДВВ и ОУ, а выходы контроллера и блока ПО подключены к входам ЦП, который выполнен с возможностью сравнения данных измерений текущих параметров движения судна с заданными программными значениями и формирования по результатам этого сравнения управляющих сигналов на ОУ, блок управления совмещен с вычислительным блоком ВБ, выполнен в виде модуля судоводителя (МС) и включает блок управления и контроля (БУК), связанный информационно-управляющим входом-выходом с блоком отображения информации (БОИ), выход которого подключен к блоку регистрации (БР), блоки БОИ и БР включают лазерный струйный принтер, графопостроитель-плоттер цифровых электронных карт в заданном масштабе и в заданной системе координат, а также устройство магнитной записи данных, выполненное в виде магнитно-оптического накопителя, причем блок БУК связан информационно-управляющим входом-выходом с центральным процессором ЦП вычислительного блока ВБ, а управляющие выходы блока БУК подключены к входам блоков ИПДС, ДВВ и ОУ, при этом модуль судоводителя МС выполнен в виде стационарного оборудования в рулевой рубке судна, а также в виде дополнительных переносных модулей пользователей на базе персональных компьютеров типа ноутбук, включающих средства сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС) (см. патент №107124 на полезную модель «Информационно-управляющий комплекс для автоматизации судовождения и динамического позиционирования судна», дата приоритета 25.01.2011 г., опубликовано 10.08.2011 г.).

По совокупности существенных признаков данная конструкция наиболее близка к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.

Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и область применения, а также сложное эксплуатационное обслуживание, громоздкость, обусловленная наличием таких структурных элементов, как лазерный струйный принтер, графопостроитель-плоттер цифровых электронных карт, магнитно-оптический накопитель.

Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей, повышение надежности и достоверности записи регистрируемой информации, а также упрощение эксплуатационного обслуживания и уменьшение габаритов.

Указанный технический результат достигается тем, что бортовой самописец для маломерного судна, включающий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР), при этом выходы блоков ИПДС, БОИ и БР подключены к вычислительному блоку (ВБ), блок ИПДС содержит навигационный модуль (НМ), включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС), а вычислительный блок (ВБ), содержащий микроконтроллер (МК) и блок программного обеспечения (ПО), снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС), включающими модули проводной и беспроводной связи, согласно полезной модели оснащен связанным с вычислительным блоком (ВБ) источником питания и модулем связи для удаленной передачи данных, инерциальная навигационная система (ИНС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР) размещены в едином корпусе, при этом инерциальная навигационная система содержит устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов, блок регистрации (БР) представляет собой запоминающие устройство, а блок отображения информации (БОИ) выполнен в виде монитора.

Блок программного обеспечения (ПО) может быть выполнен в виде стационарного оборудования или в виде переносного пользовательского устройства на базе портативного персонального компьютера.

Модуль связи для удаленной передачи данных представляет собой GSM/GPRS/3G.

Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности как «новизна».

Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого устройства.

Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где

фиг.1 - структурная схема бортового самописца;

фиг.2 - вид бортового самописца спереди.

Предлагаемый бортовой самописец для маломерных судов включает вычислительный блок (ВБ) 1, который содержит микроконтроллер (МК) 2 и блок программного обеспечения (ПО) 3 и выполнен в виде стационарного оборудования, например, стационарного персонального компьютера, или переносного пользовательского устройства на базе портативного персонального компьютера - ноутбука или планшетного компьютера.

К выходам вычислительного блока ВБ подключен блок измерителей параметров движения судна (ИПДС) 4.

Вычислительный блок ВБ снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС) (на чертеже не показана).

При этом средства сопряжения самописца с бортовой ЛВС представляют собой модули беспроводной связи, например, модуль Wi-Fi 5 и/или модуль Bluetooth 6, и модули проводной связи 7, выполненные, например, по стандартам Ethernet, CAN-Bus, RS-232 или RS-485.

Вычислительный блок 1, оснащенный соответствующим программным обеспечением, посредством бортовой ЛВС взаимодействует с устройствами, установленными на борту судна и подключенными к ЛВС, для реализации линий обмена информацией с ними.

Блок ИПДС 4 содержит навигационный модуль (НМ) 8, включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) 9 и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС) 10.

При этом в состав ИНС 9 входит устройство определения ускорения по трем осям 11 и устройство определения изменения углов 12, выполненные в виде трехосевых акселерометра и гироскопа соответственно.

Приемоиндикатор СНС 10, расположенный на борту судна, представляет собой приемник спутникового навигационного сигнала, в частности, ГЛОНАССЛ/GPS-приемник, который обеспечивает связь с космическим спутником и, в частности, получает со спутника данные о скорости движения судна и его местоположении, а также о дате и времени.

ГЛОНАСС/GPS-приемник 10 содержит расположенную в корпусе 13 микросхему или совокупность микросхем и антенну (на чертеже не показаны).

Для возможности получения данных о курсе судна блок ИНС 9 дополнительно содержит магнитометр 14, который совместно с СНС 10 и реализует функцию компаса. Магнитометр 14, также расположенный в корпусе 13, может быть, например, трехосевым, либо одноосевым.

Акселерометр 11, гироскоп 12 и магнитометр 14 выполнены на основе технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС).

Подключаемое к ВБ 1 посредством модуля проводной связи 7 устройство для измерения скорости 15 - лаг, служит для измерения скорости судна в случае неудовлетворительного или низкого качества приема сигнала со спутника.

Акселерометр 11 и гироскоп 12 также установлены внутри корпуса 13 и совместно детектируют ускорения по трем осям и угловые скорости по осям тангажа и крена судна.

Для измерений средней, текущей и максимальной скорости ветра и его направления предлагаемая полезная модель дополнительно может содержать блок датчиков параметров ветра (ДПВ) 16, выполненный в виде анеморумбометра. Анеморумбометр 16 установлен на мачте судна и подключен к ВБ 1 с помощью проводной или беспроводной связи, например, с помощью модуля беспроводной связи RF 433MHz (на чертеже не показан).

Вычислительный блок ВБ снабжен устройствами фильтрации и временного сглаживания измерений блока ИПДС 4 и блока ДПВ 16, выполненными, например, в виде фильтров Калмана.

По сигналам СНС также осуществляется синхронизация работы блоков ИПДС 4, ДПВ 16 и ВБ 1 в режиме реального времени.

Блок отображения информации (БОИ) 17, выход которого подключен к блоку регистрации (БР) 18, выполнен в виде монитора, на котором отображаются данные, полученные с измерителей параметров судна и анеморумбометра 16, а также время, определяемое по атомным часам спутника СНС.

Блок регистрации 18 представляет собой карту памяти формата SD, на которую синхронно записываются данные, получаемые вычислительным блоком 1 с частотой 200 Гц.

На цифровом мониторе 17 в режиме реального времени отображаются следующие показатели движения:

- максимальная скорость, средняя скорость, текущая скорость судна;

- длина пройденного пути;

- максимальное, среднее и текущее ускорение судна;

- максимальная, средняя и текущая скорость ветра;

- направление ветра;

- курс судна (при наличии магнитометра 14);

- угол крена и тангажа судна.

Для измерения параметров работы двигателя маломерного судна, таких как давление нагнетания воздуха, температура масла, давление масла, угол наклона двигателя, давление в системе охлаждения, наличие воды в топливе, расход топлива, обороты двигателя, бортовой самописец дополнительно может быть подключен к датчикам (на чертеже не показаны), установленными в двигателе и связанными с ВБ 1 посредством модулей проводной связи 7.

Бортовой самописец оснащен независимым источником питания в виде аккумулятора 19, подключаемого к ВБ 1 через проводной интерфейс, например USB (на чертеже не показан).

Самописец имеет встроенный модуль связи для удаленной передачи данных GSM/GPRS/3G 20, обеспечивающий передачу собранной информации на удаленный сервер для хранения и отображения текущего положения судна на карте в режиме он-лайн посредством соответствующего программного обеспечения, установленного на сервере, для удаленных пользователей.

Бортовой самописец для маломерных судов работает следующим образом.

После включения питания бортового самописца осуществляется инициализация периферийных устройств: приемника GPS/«ГЛОНАСС» 10, гироскопа 12, акселерометра 11, магнитометра 14, модуля беспроводной связи RF 433 MHz, проводных интерфейсов 7 RS-232, RS-485, CAN-Bus и проводится настройка их параметров, таких как частота обновления данных (приемник GPS/«ГЛОНАСС» 10, гироскоп 12, акселерометр 11, магнитометр 14), диапазон измерения угловых скоростей (гироскоп 12), диапазон измерения ускорений (акселерометр 11), диапазон измерения параметров магнитного поля (магнитометр 14) с блока программного обеспечения ПО 2.

Далее измерителями параметров судна (гироскопом 12, акселерометром 11, магнитометром 14) производится измерение соответствующих параметров и выполняется отправка данных на вычислительный блок 1 с последующей фильтрацией данных.

Приемоиндикатор СНС 10 передает на ВБ 1 данные о скорости, курсе судна, дате и текущем времени, например, в формате NMEA 0183.

Гироскоп 12, акселерометр 11 и магнитометр 14 отправляют на ВБ 1 значения текущих угловых скоростей, ускорений и параметров магнитного поля с частотой 1000 Гц соответственно.

При наличии в составе заявляемого устройства анеморумбометра 16, лага 15 и датчиков работы двигателя судна микроконтроллер МК 2 осуществляет запрос данных с этих устройств, которые в ответ выполняют отправку информации о скорости и направлении ветра, а также информацию о работе двигателя и скорости судна.

Полученная информация выводится на монитор 17 и одновременно записывается на карту памяти 18. Доступ к данным, записанным на карту памяти 18, осуществляется с помощью персонального или планшетного компьютера через USB интерфейс (на чертеже не показаны).

При наличии возможности доступа в сеть Интернет микроконтроллер (МК) 2 осуществляет передачу информации о состоянии систем судна с карты памяти 18 на удаленный сервер посредством модуля связи GSM/GPRS/3G 20, а также на портативные устройства, ПК, планшетные компьютеры посредством беспроводных модулей Wi-Fi 5 и Bluetooth 6 для проведения мониторинга состояния систем судна в режиме реального времени.

Информация, поступающая от блока измерителей параметров судна 4 и анеморумбометра 16 на вычислительный блок 1, преобразуется им в единую цифровую форму и сохраняется в оперативном запоминающем устройстве

(на чертеже не показано), после чего полученная информация записывается на карту памяти 18.

Полученная бортовым самописцем информация о параметрах передвижения судна передается на удаленный сервер, на котором с помощью установленного программного обеспечения производится построение и визуализация траектории движения судна в формате 3D, что позволяет проводить анализ собранных данных и допущенных при управлении судном ошибок, а также оценить работу и эффективность настройки и работы систем судна для последующей их корректировки.

Claims (13)

1. Бортовой самописец для маломерного судна, включающий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР), при этом выходы блоков ИПДС, БОИ и БР подключены к вычислительному блоку (ВБ), блок ИПДС содержит навигационный модуль (НМ), включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС), а вычислительный блок (ВБ), содержащий микроконтроллер (МК) и блок программного обеспечения (ПО), снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС), включающими модули проводной и беспроводной связи, отличающийся тем, что оснащен связанным с вычислительным блоком (ВБ) источником питания и модулем связи для удаленной передачи данных, инерциальная навигационная система (ИНС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР) размещены в едином корпусе, при этом инерциальная навигационная система содержит устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов, блок регистрации (БР) представляет собой запоминающее устройство, а блок отображения информации (БОИ) выполнен в виде монитора.

2. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что инерциальная навигационная система дополнительно содержит магнитометр.

3. Бортовой самописец для маломерного судна по п.2, отличающийся тем, что магнитометр выполнен одноосевым или трехосевым.

4. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов представляют собой трехосевой акселерометр и трехосевой гироскоп соответственно.

5. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что блок измерителей параметров движения судна (ИПДС) содержит устройство для измерения скорости - лаг.

6. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что приемоиндикатор спутниковых навигационных систем представляет собой «ГЛОНАСС»/GPS.

7. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что проводной модуль представляет собой USB.

8. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что средства сопряжения с бортовой ЛВС включают в себя модули беспроводной связи Bluetooth и Wi-Fi.

9. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что дополнительно содержит блок датчиков параметров ветра (ДПВ) в виде анеморумбометра.

10. Бортовой самописец для маломерного судна по п.9, отличающийся тем, что вычислительный блок (ВБ) дополнительно снабжен устройствами фильтрации и временного сглаживания измерений блока ИПДС и блока ДПВ, выполненными, например, в виде фильтров Калмана.

11. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что запоминающие устройство выполнено в виде карты памяти.

12. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что блок программного обеспечения (ПО) выполнен в виде стационарного оборудования или в виде переносного пользовательского устройства на базе портативного персонального компьютера.

13. Бортовой самописец для маломерного судна по п.1, отличающийся тем, что модуль связи для удаленной передачи данных представляет собой GSM/GPRS/3G.

Images