专利名称：一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统的制作方法
技术领域：
一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统技术领域[0001]本实用新型涉及一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，属于船 舶过闸自动控制技术领域。
背景技术：
[0002]长期以来，我国船闸日常作业的自动化水平较低，过闸船舶吃水深度的测量多 由人工简易方法完成，由于货物装载不均勻导致的船体吃水不均勻，使得人工测量精度 较低，无法有效控制吃水超深船舶过闸，导致船闸闸槛和护坦受到损害，甚至危害船舶 的行驶安全，造成不必要的生命财产损失。同时，船主对船舶的自行改造，导致船舶实 际吃水超过设计吃水，加重了这一问题的危害性。实用新型内容[0003]本实用新型所要解决的技术问题是针对上述背景技术中存在于吃水超深船舶过 闸中的问题，提供一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统。[0004]本实用新型为解决上述技术问题，采用如下技术方案[0005]一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，包括红外线传感器模 块、超声波检测模块、声光报警装置、控制显示模块、信号分析处理模块、视频采集装 置、视频录制装置；其中红外线传感器模块、超声波检测模块、控制显示模块分别与信 号分析处理模块相连接；信号分析处理模块的输出端分别与声光报警装置、视频录制装 置的输入端连接；视频录制装置与视频采集装置相连接。[0006]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中超声波检测 模块包括电源控制模块、超声波传感器、模数转换模块，其中电源控制模块的控制输入 端与信号分析处理模块的输出端连接，电源控制模块的控制输出端依次连接超声波传感 器、模数转换模块、信号分析处理模块的输入端。[0007]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中信号分析处 理模块采用具有型号为AT89C51的单片机。[0008]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中声光报警装 置包括语音报警模块和指示灯显示模块；所述语音报警模块采用型号为PM60的语音集 成模块；所述指示灯显示模块采用两种颜色的LED灯。[0009]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中控制显示模 块包括键盘控制模块和LCD显示模块；所述键盘控制模块用于控制系统复位LCD显示 模块用于显示船舶吃水超深状况以及系统状况。[0010]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中还包括电源 电路，所述电源电路用于向所述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统的各部 分供电。[0011]进一步地，上述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统中模数转换模块采用型号为ADC0809的模数转换器。[0012]本实用新型采用上述技术方案具有以下有益效果[0013]1、本实用新型能及时准确地检测出过闸船舶的吃水超深状态，对于吃水深度超 过预定限度的船舶，用声光报警装置报警并阻止其通行，相对于人工测量吃水深度的方 法，能有效避免船体各处吃水不均勻、人工测量主观性强等问题，具有吃水超深判断准 确，报警及时，自动化程度高等优点。[0014]2、提高船闸的运营效率，通过阻止吃水超深的船舶过闸，保护船闸闸槛和护坦 等设施，有效降低维护成本，延长船闸使用寿命。[0015]3、广泛适用于大小船闸的船舶吃水超深检测及控制。
[0016]图1为本实用新型的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统的结构示 意图；[0017]图2为本实用新型的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统的电路结 构示意图；[0018]图3为本实用新型的超声波传感器、红外线传感器以及声光报警装置布置示意 图；[0019]图4为图3中a-a方向的剖面示意图；[0020]图5为本实用新型的用于控制吃水超深船舶过闸的方法检测时的工作流程图；[0021]图6为本实用新型的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统的电路原 理图；[0022]图7为本实用新型的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统电路中的 电源电路原理图。具体实施方案[0023]
以下结合附图对技术方案的实施做进一步的详细描述[0024]如图1所示，一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，包括红外 线传感器模块1、超声波检测模块2、信号分析处理模块3、声光报警装置4、控制显示模 块5、视频采集装置6、视频录制装置7及电源电路。其中，红外线传感器模块1用于检 测是否有船舶在检测区域内；超声波检测模块2用于检测船舶吃水深度是否超限；声光 报警装置4用于采用语音和指示灯报警；控制显示模块5用于控制系统复位和显示船舶吃 水超深状况；视频采集装置6用于采集检测区域内船舶状况；视频录制装置7用于录制 视频采集装置采集到的吃水超深船舶状况；信号分析处理模块3用于接收红外线传感器 模块1、超声波检测模块2和控制显示模块5输出的信号，并控制超声波检测模块2、声 光报警装置4、控制显示模块5和视频录制装置7工作。[0025]如图2所示，红外线传感器模块1由两个型号相同的红外线传感器1-1和1-2组 成，并分别与信号分析处理模块3连接。[0026]超声波检测模块2由电源控制模块2-1、超声波传感器2-2、模数转换模块2_3 连接构成，电源控制模块2-1由信号分析处理模块3控制，超声波传感器2-2将检测信号传至模数转换模块2-3转换后输出至信号分析处理模块3。[0027]声光报警装置4由语音报警模块4-1、指示灯显示模块4-2连接构成，整个装置 用于给出外围声光报警信号。报警模块4-1、指示灯显示模块4-2在信号分析处理模块3 的控制下同步工作。语音报警模块采用型号为PM60的语音集成模块；指示灯显示模块 采用两种颜色的LED灯，两种颜色分别为红色和绿色。[0028]控制显示模块5由键盘控制模块5-1、LCD显示模块5_2连接构成，键盘控制模 块5-1用来控制系统复位，LCD显示模块5-2用来显示船舶吃水超深状况和系统状况。[0029]信号分析处理模块3采用具有型号为AT89C51的单片机作为系统的主控部分， 通过单片机接收红外线传感器1-1或1-2输出的信号进行分析处理；通过控制超声波检测 装置的电源控制模块2-1启动超声波传感器2-2发射和接收超声波信号，再通过模数转换 模块2-3对信号转换后传输回单片机；控制声光报警装置4和视频录制装置7工作并由 LCD显示模块5-2输出结果。[0030]视频采集装置6的输出端与视频录制装置7的输入端连接。[0031]视频录制装置7的输入端分别与信号分析处理模块3和视频采集装置6的输出端 连接。视频录制装置7由信号分析处理模块3控制是否对视频采集装置6采集到的信号 进行录制。[0032]电源电路为本实用新型的装置中各电路提供工作电源。[0033]如图3所示，红外线传感器1-1和红外线传感器1-2的间距为d，用于控制检测 区域的范围，红外线传感器模块1用于检测河面上到达及离开检测区域的船舶。如有一 个红外线传感器检测到船舶进入检测区域的信号，则启动系统进入检测状态，直到另一 个红外线传感器检测到船舶离开检测区域的信号，系统结束检测状态。[0034]超声波传感器检测是利用超声波传感器2-2发射的具有一定波束角的超声波脉 冲，超声波脉冲与目标物接触后发生反射，反射的超声波脉冲被超声波传感器2-2接 收，即获得检测到目标物的信号。将超声波传感器2-2设置于检测区域中部引航道侧壁 界限水深处，当超声波传感器2-2检测到目标物，则表示船舶吃水超深；如若超声波传 感器2-2始终没有接收到反射的超声波信号，即没有检测到目标物的信号，表明船舶吃 水深度没有超限。[0035]实施例一[0036]如图1、图2、图3及图4所示，本实用新型的基于超声波传感器的船舶吃水深 度超限预警系统，包括设置于引航道侧壁界限水深的超声波传感器2-2;设置于超声波 传感器2-2两侧等水平距离的引航道侧壁上方水面位置的2个红外线传感器1-1和1-2 ； 一个用于接收红外线传感器1-1和1-2输出的信号、控制超声波传感器2-2工作、接收超 声波传感器模数转换模块2-3输出的信号和控制声光报警装置4及视频录制装置7工作的 信号分析处理模块3 ；设置于超声波传感器2-2所在处附近河岸上的声光报警装置4 ；设 置于船间调度站内的控制显示模块5 ；设置于超声波传感器2-2所在处附近河岸上的视频 采集装置6 ；设置于船闸调度站内的视频录制装置7。[0037]当传红外线感器模块1检测到信号时，信号分析处理模块3通过分析判断是否有 船舶进入检测区域，如果有船舶进入检测区域则信号分析处理模块3将通过控制超声波 传感器电源控制模块2-1启动超声波传感器2-2进行工作，超声波传感器2-2将接收的信号通过超声波传感器模数转换模块2-3转换后输入信号分析处理模块3。信号分析处理模 块3通过分析判断船舶吃水是否超深，如果船舶吃水超深，信号分析处理模块3将启动声 光报警装置4进行报警，启动视频录制装置7对视频采集装置6采集到的信号进行录制， 同时将船舶吃水超深的状况在控制显示模块5中输出，直到通过键盘控制模块5-1分别对 声光报警装置4和视频录制装置7进行复位。如果船舶吃水深度没有超限，超声波传感 器2-2将持续检测，直到红外线传感器模块1检测到该船舶离开检测区域的信号，表明船 舶吃水深度未超限，系统将结束本次运行。[0038]本实施例的报警装置电路原理图以驱动1个超声波传感器为例具体说明。如图6 和图7所示，信号分析处理模块3具有型号为AT89C51的单片机Ul ；红外线传感器模块 1具有红外线传感器Jl和红外线传感器J2 ；超声波传感器电源控制模块2-1由电阻R8、 三极管Q3以及继电器K3连接构成；超声波传感器2-2具有超声波传感器J3 ；超声波传 感器模数转换模块2-3具有型号为ADC0809的模数转换器U2 ；语音报警模块4_1具有 型号为PM60的语音集成模块U4;指示灯显示模块4-2主要由Li、L2、QU Q2、KU K2、R5和R6连接构成；键盘控制模块5-1主要由S2、S3、R7、R9连接构成；LCD显 示模块5-2具有型号为1602的LCD显示芯片U3 ；电源电路8是由电解电容C3 C6、 变压器Tl、电阻R10、整流桥BRt以及稳压器U5、U6连接构成。[0039]红外线传感器Jl、J2的信号输出端口分别与单片机的P2.0、P2.1端口连接；[0040]单片机Ul的P2.2端口与三极管Q3的基极之间连接一个电阻R8，启动超声波传 感器J3时，由单片机Ul的P2.2端口输出高电平，产生的电流通过三极管Q3放大驱动继 电器K3使之接在电源电路8和超声波传感器J3正极之间开关K3闭合，从而使超声波传 感器J3工作。模数转换器U2将信号输入到单片机Ul ；[0041]单片机Ul的P0.6、P0.7 口分别驱动继电器Kl和K2线圈通断，继电器K1、 K2的常开接点分别与指示灯Li、L2相连，两个指示灯Li、L2分别发出红、绿两种不同 颜色的光以便区别。单片机Ul的P0.0、P0.1、P0.2 口分别与语音报警模块U4的K1、 K2、K3端口相连。U4的SPP、SPN端口与扬声器连接；[0042]LCD显示模块5-2由LCD显示芯片U3的控制口 RS、R\W、E以及数据口 D0 D7 分别与单片机Ul的端口 P0.3、P0.4、P0.5以及P1.0 P1.7连接；[0043]键盘控制模块5-1由功能复位键幻、S3分别与单片机Ul的P2.6、P2、7端口连接；[0044]电源电路为各电路提供电源。[0045]如图5所示，并结合图3、图4，本实用新型的系统工作过程为红外线传感器 1-1检测到水面上有船舶到达检测区域的信号，通过信号分析处理模块3控制超声波传感 器电源控制模块2-1启动设置在引航道侧壁上界限水深处的超声波传感器2-2开始工作。 超声波传感器2-2接收和发射超声波，超声波传感器模数转换模块2-3将接收到的信号处 理后传输给信号分析处理模块3，信号分析处理模块3分析波束范围内有无吃水超深的船 体；如果检测到船体吃水超深，信号分析处理模块3控制声光报警装置4进行报警并启动 视频录制装置7对视频采集装置6采集到的信号进行录制，同时设置于调度站内的LCD 显示模块5-2显示报警信息，由工作人员操作键盘控制模块5-1，同时对语音报警模块 4-1、指示灯显示模块4-2以及视频录制装置7进行复位，若无此项操作，声光报警装置4将持续报警且视频录制装置7处于持续录制状态；如果没有检测到物体通过，超声波传 感器2-2将持续检测，直到红外线传感器1-2检测到该船舶离开检测区域的信号，系统将 结束运行。[0046]由于所述的设置在引航道侧壁的超声波传感器2-2发射的超声波脉冲具有一定 的波束角，为克服这一问题，在安装超声波探头时将超声波波束中心线与水平面调成一 定的角度，角度为超声波传感器波束角的一半，保证超声波传感器2-2所发射波束的上 边界与水平面平行，同时合理设置超声波传感器的量程，不大于界限水深除以超深波传 感器波束角余弦值的值，保证波束的下边界不触及河底，消除波束角对测量的影响。[0047]显然，各部件的结构、设置位置、及其连接都是可以有所变化的，在本实用新 型的技术基础上，对个别部件进行的改进和等同变化，不应排除在本实用新型的保护范 围之外。
权利要求1.一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在于，包括红外线 传感器模块、超声波检测模块、声光报警装置、控制显示模块、信号分析处理模块、视 频采集装置、视频录制装置；其中红外线传感器模块、超声波检测模块、控制显示模块 分别与信号分析处理模块相连接；信号分析处理模块的输出端分别与声光报警装置、视 频录制装置的输入端连接；视频录制装置与视频采集装置相连接。
2.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于所述的超声波检测模块包括电源控制模块、超声波传感器、模数转换模块，其中电 源控制模块的控制输入端与信号分析处理模块的输出端连接，电源控制模块的控制输出 端依次连接超声波传感器、模数转换模块、信号分析处理模块的输入端。
3.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于所述的信号分析处理模块采用具有型号为AT89C51的单片机。
4.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于所述的声光报警装置包括语音报警模块和指示灯显示模块；所述语音报警模块采用 型号为PM60的语音集成模块；所述指示灯显示模块采用两种颜色的LED灯。
5.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于所述的控制显示模块包括键盘控制模块和LCD显示模块；所述键盘控制模块用于控 制系统复位；LCD显示模块用于显示船舶吃水超深状况以及系统状况。
6.根据权利要求1所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于还包括电源电路，所述电源电路用于向所述基于超声波传感器的船舶吃水深度超限 预警系统的各部分供电。
7.根据权利要求2所述的基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，其特征在 于所述模数转换模块采用型号为ADC0809的模数转换器。
专利摘要本实用新型涉及一种基于超声波传感器的船舶吃水深度超限预警系统，属于船舶过闸自动控制技术领域。本实用新型包括红外线传感器模块、超声波检测模块、声光报警装置、视频采集装置、控制显示模块、视频录制装置以及信号分析处理模块、供电模块。与原先人工测量船舶吃水深度相比，本实用新型能有效避免人工测量主观性强等问题，具有测量准确、自动化程度高的优点，不仅提高船闸的运营效率，还能保护船闸闸槛和护坦等设施，延长船闸使用寿命。
文档编号B63B39/12GK201800887SQ20102051851
公开日2011年4月20日 申请日期2010年9月7日 优先权日2010年9月7日
发明者廖迎娣, 杨正, 管大为, 陈波涛, 陈达 申请人:南京河海科技有限公司, 河海大学