一种海上搜救无人船控制系统的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种海上搜救无人船控制系统，包括监控子系统、控制子系统、无线通信模块，所述控制子系统包括微控制器MCU、调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块，所述微控制器MCU分别与所述调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块、无线通信模块相连接，所述监控子系统与所述控制子系统之间通过所述无线通信模块连接，所述电机控制模块包括操舵控制系统、油门档位控制系统，所述操舵控制系统包括电罗经，所述油门档位控制系统包括步进电机、发动机、控制线，所述步进电机通过所述控制线与所述发动机相连接。本实用新型提高了无人船远程操控的安全性与智能性。
【专利说明】
一种海上搜救无人船控制系统
技术领域
[0001]本实用新型涉及智能控制技术领域，尤其涉及一种海上搜救无人船控制系统。
【背景技术】
[0002]从人工智能技术发展的现状看，无人船(Unmanned Surface Vehicle，USV)将是未来河海环境下各种危险、重复、枯燥任务的主要承担者。海上搜救工作是一种代价昂贵，充满风险性的任务，也是发现和救助幸存者的唯一途径。由于无人船具有灵活机动、造价低、能够在海洋环境下自主航行的特点，获得了海事搜救领域的重点关注。无人船的控制硬件系统决定了无人船任务执行效果，将直接影响无人船远程操控的安全性与智能性。
【实用新型内容】
[0003]有鉴于此，本实用新型提供了一种海上搜救无人船控制系统，解决了现有的无人船远程操控的安全性与智能性的问题。
[0004]本实用新型采用的技术手段如下:
[0005]—种海上搜救无人船控制系统，包括监控子系统、控制子系统、无线通信模块，所述控制子系统包括微控制器MCU、调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块，所述微控制器MCU分别与所述调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块、无线通信模块相连接，所述监控子系统与所述控制子系统之间通过所述无线通信模块连接，所述电机控制模块包括操舵控制系统、油门档位控制系统，所述操舵控制系统包括电罗经，所述油门档位控制系统包括步进电机、发动机、控制线，所述步进电机通过所述控制线与所述发动机相连接。
[0006]优选地，还包括姿态板，所述姿态板与所述姿态接口模块相连接，所述姿态板包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计。
[0007]优选地，所述无线通信模块的通信方式为双向通信。
[0008]采用本实用新型所提供的一种海上搜救无人船控制系统，提高了无人船远程操控的安全性与智能性。
【附图说明】
[0009]图1为本实用新型的结构示意图；
[0010]图2为本实用新型的结构框架示意图；
[0011]图3为本实用新型的姿态板10结构示意图；
[0012]图4为本实用新型的姿态测量系统12结构示意图。
【具体实施方式】
[0013]以下结合附图对本实用新型的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本实用新型，并非用于限定本实用新型的范围。
[0014]参照图1至图4，一种海上搜救无人船控制系统，包括监控子系统1、控制子系统2、无线通信模块9，所述监控子系统I与所述控制子系统2之间通过所述无线通信模块9连接。所述无线通信模块9采用的频段为433M。所述监控子系统I远程通过所述无线通信模块9向所述控制子系统2发送指令，进行数据的交互。所述控制子系统2包括微控制器MCU3、调试模块4、电源管理模块5、电机控制模块6、GPS接口模块7、姿态接口模块8，所述微控制器MCU3分别与所述调试模块4、电源管理模块5、电机控制模块6、GPS接口模块7、姿态接口模块8、无线通信模块9相连接。所述电源管理模块5中的供电系统采用24V的蓄电池供电。上位机将数据和参数通过所述调试模块4录入至所述微控制器MCU3中。所述微控制器MCU3控制所述电机控制模块6对无人船的航向以及速度进行实时的控制。所述GPS接口模块7连接GPS装置采集无人船的GPS位置信息，并将该位置信息传送至所述微控制器MCU3中。所述电源管理模块5对整个控制子系统2进行供电。
[0015]所述电机控制模块6包括操舵控制系统61、油门档位控制系统62。
[0016]所述操舵控制系统61包括电罗经611。在所述操舵控制系统61中，自动舵的控制对象是无人船，控制量是航向。用所述电罗经611连续检测航向，一旦航向变化即能按照偏航角的大小使船舶自动保持在给定航向上航行。在本实用新型中的所述操舵控制系统61中采用机械传动装置，舵机与方向盘的齿轮传动比为8:3。所述电罗经611经检测到船的方向变化，产生一个控制量来控制舵机的转动从而带动方向盘的转动，一旦检测到无人船的航向回到了指定的航向，舵机就停止偏转从而完成无人船的自主航行。
[0017]所述油门档位控制系统62包括步进电机621、发动机622、控制线623。所述步进电机621通过所述控制线623与所述发动机622相连接。在所述油门档位控制系统62中，采用所述步进电机621拉动所述发动机622的远程控制线623从而控制无人船的油门和档位系统。档位分为前进挡、空挡、后退档。在本实用新型中，采用了三个微动开关的信息反馈形式来采集档位信息，当所述步进电机621触动到微动开关时控制器接收信号后，最终使所述步进电机621停止在相应的档位上，实现了无人船的档位控制。所述油门档位控制系统62中，可以根据实际操作需要，所述步进电机621拉动油门的远程控制线623到合适的位置，实现无人船的速度控制。
[0018]—种海上搜救无人船控制系统，还包括姿态板10，所述姿态板10与所述姿态接口模块8相连接，所述姿态接口模块8将所述姿态板10采集的姿态数据传送给所述微控制器MCU3。所述姿态板10包括三轴陀螺仪101、三轴加速度计102、三轴磁力计103。所述无线通信模块9的通信方式为双向通信。所述微控制器MCU3、调试模块4、电源管理模块5、电机控制模块6、GPS接口模块7、姿态接口模块8组成控制板11。所述微控制器M⑶3是所述控制板11的主控单元。所述姿态板10的作用是实时测量无人船的姿态数据。所述控制板11接收所述监控子系统I的指令，控制所述电机控制模块6达到控制无人船的目的，提高了无人船远程操控的智能性。所述姿态板10与控制板11相连接组成姿态测量系统12。所述姿态测量系统12相当于传感器模块，能够测量无人船的姿态数据，比如，航向角。所述姿态板10通过I2C总线与所述控制板11相连接。所述姿态板10将测量的无人船的姿态数据传送给所述控制板11进行数据的分析处理。所述控制板11将接收到的原始姿态数据进行数据融合处理，通过欧拉角和四元数进行姿态结算，将原始接收的数据转化成航向角。所述控制板11接收姿态解算信息后，通过PID控制算法进行电机控制，从而调整航行姿态，从而实现稳定航行，提高了无人船远程操控的安全性。
[0019]在所述控制子系统2中，用到了 2个定时器，分别是??Μ7定时器和??Μ3定时器。??Μ7定时器通过中断模拟了一个32位的定时器，用于给定系统时间，采集并上传各传感器信号的执行，按照每Is上传到所述监控子系统I 一次。??Μ3定时器的定时周期是一个PffM的周期，用于控制所述电机控制模块6，每3ms更新一次。综上所述，采用本实用新型所提供的一种海上搜救无人船控制系统，提高了无人船远程操控的安全性与智能性。本实用新型重点解决了无人船的操舵控制系统与油门档位控制系统的技术问题。针对无人船的操舵控制系统61，结合电罗经611姿态检测设备，采用机械传动装置实现无人船的自主航向控制。针对无人船的油门档位控制系统62，设计了步进电机621结合微动开关的硬件架构，步进电机621拉动远程控制线623触动微动开关完成档位操作。
[0020]以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本实用新型保护的范围之内。
【主权项】
1.一种海上搜救无人船控制系统，其特征在于，包括监控子系统、控制子系统、无线通信模块，所述控制子系统包括微控制器MCU、调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块，所述微控制器MCU分别与所述调试模块、电源管理模块、电机控制模块、GPS接口模块、姿态接口模块、无线通信模块相连接，所述监控子系统与所述控制子系统之间通过所述无线通信模块连接，所述电机控制模块包括操舵控制系统、油门档位控制系统，所述操舵控制系统包括电罗经，所述油门档位控制系统包括步进电机、发动机、控制线，所述步进电机通过所述控制线与所述发动机相连接。2.根据权利要求1所述的一种海上搜救无人船控制系统，其特征在于，还包括姿态板，所述姿态板与所述姿态接口模块相连接，所述姿态板包括三轴陀螺仪、三轴加速度计、三轴磁力计。3.根据权利要求1所述的一种海上搜救无人船控制系统，其特征在于，所述无线通信模块的通信方式为双向通信。
【文档编号】G05B19/042GK205691985SQ201620537043
【公开日】2016年11月16日
【申请日】2016年6月6日 公开号201620537043.8, CN 201620537043, CN 205691985 U, CN 205691985U, CN-U-205691985, CN201620537043, CN201620537043.8, CN205691985 U, CN205691985U
【发明人】任佳, 段梦霞, 张玉婷
【申请人】海南大学