一种无人船系统的制作方法

本发明属于无人船领域，具体地说，涉及一种无人船系统。

背景技术：

近年来机器人技术发展迅速，大量适用不同环境的无人设备如无人机，无人车，无人船等，但受到技术等因素的限制这些设备还没有广泛进入民用领域。以无人船为例，现有无人船多为军用，如完成侦查任务，远程攻击任务等。也有一些用于科研领域，比如海洋数据监测，实验样本采集等。在工业上用于一些水中设备的远程维护，工业开采等方面。民用方面的应用还很有限，目前除了作为娱乐用途的无人船之外，用于钓鱼的无人船在民用市场的需求越来越大，因此对于钓鱼无人船提出了越来越高的要求。

另一方面，整个无人船均由船体安装的电池进行供电，且水下环境复杂，一旦船体遇到故障或意外进水，会导致电路整片都受到影响损毁。这就对无人船的电路系统设计及管理提出了较高的要求，如何提高无人船系统的保护和反馈能力成为目前技术人员需要解决的重要问题；另一方面，基站与无人船相连，如何减少对基站的供电损耗及通信损耗也是有待解决的问题。

有鉴于此特提出本发明。

技术实现要素：

本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种一方面由无人船对基站进行反向低电压供电，另一方面依据无人船内部环境和外部运行环境，对无人船所设功能模块进行调适性供电管理的无人船系统。

为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：

本发明公开了一种无人船系统，包括无人船及基站，其特征在于：基站由供电体进行供电，所述供电体通过设于基站上的接口为基站供电；所述接口为线缆接口，供电体为无人船，基站上设有降压维稳电路及储能电路以支持无人船的供电，所述无人船的供电为低电压供电。

进一步地，无人船通过线缆与基站相连进行低电压供电，所述线缆为零浮力双绞线；无人船向基站供电的低电压值为8-16V。

此处无人船通过零浮力双绞线与基站相连，由于无人船的工作环境重点在水下，通过零浮力线连接无人船与基站会使得线缆的连接效果更好，避免了非零浮力线缆与水之间力的作用，使得无人船的控制更轻便。此处，无人船通过该线缆一方面传输电能，另一方面还实现与基站的双向信息传输，信息传输通过电力载波的方式实现。此处，来自无人船的供电电能主要来自于无人船电池。

进一步地，所述供电体为基站的内设电池，所述基站的内设电池通过电池开关按键启动，为基站供电；或所述基站的内设电池接收指令以触发对基站的供电。

进一步地，所述接口为电源接入接口，供电体为通过电源接入接口与基站相连的供电设备；所述供电设备为基站电池充电，或直接为基站提供电能。

此处，基站的供电不止来自通过线缆接口接入的无人船。在基站上还可设有备用的供电电池，该电池可以通过电池开关按键启动来为基站供电，也可以接收控制指令进行触发从而开始为无人船供电。优选的，在该基站上还设有其他接口用于接入供电体，如：当基站的电池电量不足时，可通过接入的供电体对电池进行充电。或通过其他接口接入其他供电体直接为基站供电，这样设计的好处在于：当无人船电量不足时，基站还可维持使用，或进一步还可为无人船供电。

进一步地，无人船上设有：

电池，用于维持无人船和基站的用电；

状态模块，用于采集无人船内部及外部环境信息；

功能模块，用于无人船水下寻鱼和/或集鱼和/或捕鱼，与电池相连；

无人船依据状态模块采集到的实时环境信息对电池输出至功能模块的供电进行调整。

进一步地，无人船设有主控制器，所述主控制器接收状态模块采集到的实时环境信息，经分析判断后发出供电控制指令对电池输出至功能模块的供电进行调整，所述供电控制指令包括电流和/或电压的大小控制指令和/或电路通断控制指令；所述主控制器还接收功能模块反馈的电流和/或电压，用于判断供电控制指令的执行状况；所述主控制器对功能模块的电流和/或电压进行初始化设置。

进一步地，所述主控制器还与辅助控制板相连，所述辅助控制板设有信号采集模块和供电管理模块，所述信号采集模块与状态模块相连，接收来自状态模块的实时状态信息，所述供电管理模块与功能模块相连，对功能模块供电进行调整；所述辅助控制板与主控制器一体设置。

进一步地，所述功能模块包括用于探明水下环境的照明单元、用于拍摄水下环境和/或鱼群的摄像单元、用于给无人船提供动力的推进器和用于与外界通信传输信息的通讯单元；所述无人船的状态模块包括用于检测无人船内部气压的气压传感器、用于检测无人船内部湿度的漏水检测传感器、用于检测无人船当前运行环境水压的水压传感器、用于检测无人船外部运行环境温度的温度传感器和用于检测无人船照明强度的光强传感器。进一步地，所述照明单元依据光强传感器检测到的光强度信息，通过调整电流和/或电压进行照明强度调整；所述摄像单元依据光强传感器检测到的光强度信息，通过接通电路进行摄像动作准备或通过切断电路停止摄像动作；所述推进器依据水压传感器和温度传感器检测到的水压信息和温度信息，调整其电流和/或电压，进行加速或减速。

进一步地，所述通讯单元设有报警器，所述报警器依据气压传感器检测到的无人船内部气压信息和/或漏水检测传感器检测到的无人船内部湿度，接通电路发出报警信号；当接收到的来自功能模块反馈的电流和/或电压出现不可控的过大或过小时，所述无人船经报警器将报警信号传输至基站。

采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：

本发明无人船系统的基站由无人船进行长距离低电压供电，在基站上辅佐设有降压维稳电路与储能电路以支持来自无人船的低电压供电，并保证低电压供电情况下功率充足，在实现长距离传输的情况下，避免了电路升压降压后带来的功耗损耗；本发明无人船系统的无人船采纳环境信息，对水下作业功能模块的输出功率或电路通断进行控制，提升了无人船的自适应调节能力；一方面实时采集分析水下环境的复杂性和多变性，另一方面结合功能模块的运行状况，判断当前无人船的工作状态是否正常，若有异常进行报警，对无人船起到保护作用。

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。

附图说明

附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：

图1是本发明实施例中一种无人船系统的电路连接示意图；

图2是本发明实施例中一种无人船系统的电路连接示意图；

图3是本发明实施例中一种无人船系统的无人船电路控制结构示意图。

需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

在以下实施例中所述的无人船，既可漂浮在水面上进行工作，也可潜入水下进行工作。当无人船潜入水下进行工作时，无人船通过线缆与地面基站相连，以进行通信和电力传输。在以下实施例中所述的基站可设于地面或水上，为地面基站或水上基站，具体地，水上基站可设于水面的浮标内。

实施例一

如图1所示，为本发明实施例中一种无人船系统的电路连接示意图。该无人船系统包括相连无人船及基站。在无人船本体上设置有无人船电池，该无人船电池为无人船上的各用电模块提供电能，以保证无人船使用正常，可完成各类水下作业活动。

无人船还与基站通过线缆相连，基站由无人船进行低电压供电，此种供电方式为非标准电压电路传输供电方式。具体地，由于无人船与基站的一般距离较远，如为100米的距离，两者通过线缆相连，无人船通过线缆向基站供电的同时还传输信息，为电力载波供电。此处的线缆具体为零浮力双绞线。现有的电力载波供电多为220V交流或51V左右的直流，在供电的过程中需要给电路升压后再降压，功耗损耗较严重。本实施例中的基站所供低电压为直流8-16V，低电压供电的好处在于避免了损耗。

实施例二

如图2所示，为本发明实施例中一种无人船系统的电路连接示意图。本实施例为对上述实施例一的进一步限定，考虑到长距离传输供电过程中，低电压供电会造成输出功率不足的情况，在基站上还设计有降压维稳电路与储能电路以支持来自无人船的低电压供电，降压维稳电路对无人船传输至基站的低电压进行变压处理，储能电路用于保证基站上用电模块的充足功率输出。当基站需要工作时，启动储能电路提供足够的功率输出。具体地，此处经降压维稳电路处理后供给至基站各用电模块的电压为3.3V左右。

图中未示出，进一步地，该基站上还设有备用电池，该备用电池通过电池开关按键启动，以为基站供电；或该备用电池接收来自外部设备的控制指令以触发对基站的供电。再进一步地，该基站设有除线缆接口外的其他接口，基站通过其他接口接入供电体，接入的供电体可以为基站的备用电池进行充电，或接入的供电体直接对基站进行供电。

具体地，当无人船电池的剩余电量不足以维持自身运转时，无人船会对发出电量不足报警信号至基站，提醒基站此时对基站的反向供电也将无法维持。基站可以通过外部设备接入供电，或启用自身所设的备用电池进行供电。进一步地，此时基站还可提供对无人船的供电，以保证电池剩余电量不足的无人船通过基站的供电进行返航和/或上浮和/或发出定位信息。

实施例三

如图3所示，为本实施例所述的一种无人船系统的无人船电路控制结构示意图，其上所设的各模块均由电池进行供电，基于水下的特殊环境以及无人船的密闭结构，设有对水下环境信息和无人船内部环境信息进行实时检测采集的状态模块，具体包括：

对无人船内部气压进行检测的气压传感器，气压传感器对无人船内部的气压进行检测，由于无人船在下水使用前已加压密封，内部的气压不会有太大波动，当无人船出现裂缝等情况导致漏水时，才会出现内部气压的较大变化，使用气压传感器间接可以对无人船是否漏水进行检测；

进一步地，还设置有对无人船内部湿度进行检测的漏水检测传感器，漏水检测传感器为一个或多个，设置在无人船内部易进水或者水平高度较低的位置，可以在无人船内部出现漏水情况时第一时间检测到湿度变化。此处的气压传感器与漏水检测传感器，一个是从内部气压变化的角度判断无人船内部是否漏水漏气，另一个是从湿度变化的角度判断无人船内部是否出现漏水情况。当两个传感器中的一个或两个检测出无人船内部可能出现漏水情况时，经主控制器判断后发出漏水报警信号，提醒使用者对无人船进行检修。

用于检测无人船当前运行环境水压的水压传感器，当无人船运行的过程中，会进入不同的环境水域，无人船对应承受不同程度的水压，在不同的水压环境下，无人船需采取不同的驱动措施以保证其安全，如在水压较大的区域可能代表此处暗流交汇，外部的压力导致无人船行进受阻，此时将无人船加速以尽快离开该区域，优选的，所述水压传感器为一个或多个，在船体四周多个不同点处设置水压传感器，可以保证采集到的水压数据更准确且全面；

用于检测无人船外部运行环境温度的温度传感器，所述温度传感器为一个或多个，分别对水下环境的温度或无人船部分部件的发热度进行检测，如可以对无人船的驱动装置进行温度检测，保证其不会因工作功率过大造成损坏；

用于对无人船照明强度进行检测的光强传感器，所述光强传感器为一个或多个，主要对无人船自身发出的照明度进行检测，确保当前光照充足摄像清晰，进一步地，也可将光强传感器用于水面光照强度检测，用于判断当前无人船是否接近水面。

该无人船系统还设有功能模块，由于本申请的无人船主要用于实现水下寻鱼、探鱼、诱鱼、捕鱼和钓鱼等功能，所述的功能模块为一系列为之服务的模块，主要包括：

用于探明水下环境，提升无人船某方向亮度的照明单元，该照明单元可以设于无人船的船体外各处，优选的设于无人船的船头处，利用照明单元一方面可以为后续的摄影和环境分析提供基础，另一方面也方便了无人船的控制；

用于拍摄水下环境或拍摄鱼群的摄像单元，当水下当前的光照度适宜时，启动摄像单元进行摄像，并传回给无人船的控制端，用于后续控制所用；

用于给无人船提供动力的推进器，即为无人船的驱动装置，可以控制无人船前行后退、上升下降、加速减速等动作；

图中未示出，无人船的功能模块还包括声呐装置，所述声呐装置设于无人船的船体上，用于探测水下环境，如鱼群的分布情况，或水底的礁石位置探测。通过声呐装置采集到的水底资料，为音频或视频或图像，存储在无人船上供其自动控制使用，或传输至基站供地面控制端参考或存储备用。

用于无人船与外界通信的通讯单元，通讯单元一方面用于基本的信息传输，即将无人船的实时工作信息传输到基站，供与基站相通信连接的地面控制端远程控制参考，进一步地，无人船还通过通讯单元将声呐装置采集到的数据传输至基站，以便地面控制端以声呐采集数据做参考，对无人船进行远程控制。另一方面包括用于发出紧急报警信号的报警器，该报警器主要用于无人船内部气压出现较大变化，判断船体内部进水时启用，由气压传感器配合报警器实现。

本实施例所述的无人船，将实时采集到的环境信息用于功能模块的供电控制，此处的供电控制主要指通过控制功能模块的输出功率或电路通断，以保证无人船的运行正常且使用效率高。

所述供电控制主要通过设于无人船上的主控制器实现，所述主控制器与辅助控制板相连，在辅助控制板上设有信号采集模块和供电管理模块，一方面信号采集模块与状态模块相连，接收来自状态模块的实时状态信息，另一方面供电管理模块与功能模块相连，对功能模块供电进行调整。优选的，此处的主控制器与辅助控制板一体设置。主控制器接收状态模块采集到的实时环境信息，经分析判断后发出供电控制指令对功能模块进行供电调整，另一方面，所述主控制器还接收功能模块反馈的电流和/或电压，用于判断供电控制指令的执行状况。主控制器实时结合两者信息对功能模块的供电进行调整，实现了无人船的自适应性调整。具体的控制原理和过程在实施例四中阐述展开。

实施例四

如图3所示，本实施例为对上述实施例三的进一步限定，该无人船通过状态模块采集到的实时环境信息对功能模块进行供电调整的具体过程如下：

在无人船工作前，主控制器对功能模块的电流和/或电压进行了初始化设置：推进器及摄像单元的工作电压均为12V，通讯单元的工作电压为5V，照明单元为恒流即在后续的调整中照明单元的电流均不变。另外，主控制器及状态模块等也需电池进行供电方能工作，均设有初始的电流和/或电压。本实施例仅描述对功能模块的供电控制，因对功能模块进行供电控制可以进一步影响到无人船的水下作业控制，如对照明单元的输出功率进行调节可以控制其亮度等。

照明单元依据光强传感器检测到的光强度信息，通过调整电流和/或电压进行照明强度调整，当光强度传感器检测到的光强度很弱时，照明单元调高亮度实现照明，使得后续的摄像可以更准确，除此之外，也方便了无人船的行进；当光度传感器检测到的光强度较强时，照明单元可以控制休息停止工作或减小输出功率。由于主要对照明单元的输出功率进行调节，故此处既可以只调节电流或电压，也可以同时对电流和电压进行调节。此处，光强传感器设于远离照明单元发光的方向，对光度进行检测，设于远离照明单元发光的方向是：为了防止靠近照明单元处光照过强对光强传感器造成损坏或不灵敏。进一步地，此处的光强传感器还用于传感检测无人船是否接近水面。光强传感器为一个或多个，设于无人船的船体外。

所述摄像单元依据光强传感器检测到的光强度信息，通过接通电路进行摄像动作准备或通过切断电路停止摄像动作，当照明单元启动，并经光强传感器检测后判断此时光照合适可以摄像时，对摄像单元进行控制，接通电路准备摄像，或者经光强传感器检测此时光照不足会导致摄像不清时，控制摄像单元切断电路停止摄像动作，以免造成无效摄像。此处，摄像单元对水下环境，主要为鱼群环境进行摄像，将摄像生成的实时图像信息传输给设于无人船船体的主控制器或通过通讯单元传输给无人船地面控制端，供主控制器或地面控制端后续水下作业使用。

所述推进器依据水压传感器和温度传感器检测到的水压信息和温度信息，调整其电流和/或电压，进行加速或减速。当无人船在水下运行的过程中，需要根据当前的实际水下情况和自身运行状况调整行进速度和方向。水压传感器安装于无人船的船体上，进行水压检测，当检测到当前无人船承受的水压过大时，代表附近的水下情况不良，可能处于激烈的对流区域，此时控制无人船加速离开，水压传感器为一个或多个，设于船体周围，多个传感器的设置可以保障检测水压的准确性。温度传感器设于无人船内部或外部，用于对周围环境的温度进行检测，优选的，温度传感器设于推进器附近，以对推进器的运行温度进行检测，判断其工作时产生的热度，若推进器周围温度过高则控制其输出功率降低，起到保护作用。此处，推进器优选的为无刷电机。

以上具体的控制过程均通过主控制器和辅助控制板实现，主控制器一方面接收来自状态模块的实时状态信息，即船体内部气压信息、船体承受水压的信息、船体内部或外部的温度信息及当前所处环境的光强度信息，主控制器对接收到的上所述信息进行分析判断，发出控制指令传输给供电管理模块，供电管理模块接收指令分别对功能模块的供电进行调整控制。另一方面，功能模块的供电情况也实时地从供电管理模块传输至主控制器，主控制器接收这部分反馈的供电情况，判断对功能模块的供电调整执行效果。综合来说，主控制器结合来自信号采集模块及供电管理模块的信息，对功能模块的供电进行调整，使得供电调整更灵敏和准确。

实施例五

如图3所示，本实施例为对上述实施例三的进一步限定。所述供电管理模块与智能电池相连，智能电池包括相连的电池和对电池进行管理的智能电池管理板，优选的，电池内包括三个电池电芯。智能电池管理板一方面与电池相连对其进行控制管理，另一方面与供电管理模块相连提供电量，供电管理模块内设有针对各功能模块设计的电路，供电管理模块主要对功能模块的输出电路进行控制。

进一步地，该供电管理模块还对无人船对基站的反向供电进行管理，对提供给基站的反向供电电压大小等进行调节，以适应协调无人船与基站的用电需求。再进一步地，当无人船的电池剩余电量不足时，该供电管理模块还可接收来自基站的供电以维持无人船的短暂运行或上浮返航等动作。

以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，但凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。