数字式小型船舶自动操舵仪的制作方法

数字式小型船舶自动操舵仪的制作方法
【专利摘要】设计制造一种数字式小型船舶自动操舵仪，控制器采用先进的32位Cortex?STM32系列ARM微处理器，通过采集磁罗经传感器检测的船舶实际航向信号，与给定航向信号做比较，若有偏差即得偏航角，通过PID算法产生偏舵角，根据它与实际舵角比较，得到实际舵角偏差去控制舵，从而改变航向，如此反复，直至实际航向与给定航向信号二者偏差为零，使船舶按预订航向行驶，实现低成本、节能效果明显的自动操舵目的。
【专利说明】数字式小型船舶自动操舵仪
【技术领域】
[0001]本发明涉及船舶自动控制【技术领域】，特别涉及一种船舶自动操舵仪。
【背景技术】
[0002]自动舵是船舶控制系统中不可缺少的重要设备，它可以通过航向设定使船舶行使更接近直线，避免了“蛇行”从而更节能更经济。我国在从70年代就开始自动舵的研究，并取得了一定的成就，但国内自动舵的研究侧重于理论方面，进行算法仿真，很少做出实际产品。迄今为止，国内船舶安装的自动舵基本完全依赖进口，价格昂贵，像渔船之类的小型船舶因价格原因无法安装，无法达到经济节能效果。

【发明内容】

[0003]为了克服进口自动舵产品因价格过于昂贵国内小型船舶无法安装的缺点，本发明研制了数字式小型船舶自动操舵仪，价格低廉而且节能效果明显，解决了上述缺点。
[0004]本发明通过以下技术方案实现:设计制造一种数字式小型船舶自动操舵仪，包括:
[0005]控制器单元，采用先进的32位Cortex STM32系列ARM微处理器，通过采集磁罗经传感器检测的船舶实际航向信号，与给定航向信号做比较，若有偏差即得偏航角，通过PID算法产生偏舵角，根据它与实际舵角比较，得到实际舵角偏差去控制舵，从而改变航向，如此反复，直至实际航向与给定航向信号二者偏差为零，达到船舶按规定航向行驶的目的；
[0006]给定航向信号单兀，是由电位器旋钮产生的电压信号，电压范围为O?3.3V,对应航向0-360度，通过ARM控制器AD通道处理即可；
[0007]实际航向信号单元，是由磁罗经传感器得到的，由于磁罗经测得航向信息只能由肉眼读取，因此使用磁罗经转换器，把机械式磁罗经的航向信息转换为数字信号，以485总线接口半双工方式与控制器进行通信；
[0008]实际舵角信号单元，是通过舵角反馈装置测得的，并以电压信号形式输出，因电压信号不能远传，自行开发了舵角发送装置，通过它把电压信号转换为数字信号以485总线方式发送给控制器；
[0009]电磁阀驱动电路单元，船舶液压舵机系统的控制只需通过控制电磁阀的开闭改变液体流动从而控制舵的运动，控制电磁阀所需驱动电流一般都比较大，而且操舵过程中开关次数比较频繁，选用了大电流的MOS管IRF9540N做为控制电磁阀的开关器件，还选用TLP521做了电气隔离，有效的隔离了电磁阀端引入的干扰信号，实现电磁阀的有效控制；
[0010]HDT (艏向)信号单元，以485总线方式向外输出标准的HDT信号，以便其它船舶设备使用；
[0011]显示单元，控制器以485总线方式向外输出实际舵角、给定航向、实际航向等信息，利用相应显示仪表显示出来。
[0012]本发明的有益效果是，数字式小型船舶自动操舵仪节能效果明显，成本低廉，可靠性高、稳定性好，具有很强的推广应用价值。
【专利附图】

【附图说明】
[0013]下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
[0014]图1是本发明的系统方框图。
[0015]图2是本发明的系统原理图。
【具体实施方式】
[0016]本发明研制的数字式小型船舶自动操舵仪，如图1所示，主要包括:
[0017]控制器单元(I)，采用先进的32位Cortex STM32系列ARM微处理器，通过采集磁罗经传感器检测的船舶实际航向信号，与给定航向信号做比较，若有偏差即得偏航角，通过算法产生偏舵角，根据它与实际舵角比较，得到实际舵角偏差去控制舵，从而改变航向，如此反复，直至实际航向与给定航向信号二者偏差为零，达到船舶按规定航向行驶的目的；
[0018]给定航向信号单兀(2),是由电位器旋钮产生的电压信号，电压范围为O?3.3V,对应航向0-360度，通过ARM控制器AD通道处理即可；
[0019]实际航向信号单元(3)，是由磁罗经传感器得到的，但磁罗经测得航向信息只能由肉眼读取，因此使用磁罗经转换器，把机械式磁罗经的航向信息转换为数字信号，以485总线接口半双工方式与控制器进行通信；
[0020]实际舵角信号单元(4)，是通过舵角反馈装置测得的，并以电压信号形式输出，但因电压信号不能远传，自行开发了舵角发送装置，通过它把电压信号转换为数字信号以485总线方式发送给控制器；
[0021]电磁阀驱动电路单元(5)，船舶液压舵机系统的控制只需通过控制电磁阀的开闭改变液体流动从而控制舵的运动，控制电磁阀所需驱动电流一般都比较大，而且操舵过程中开关次数比较频繁，选用了大电流的MOS管IRF9540N做为控制电磁阀的开关器件，还选用TLP521做了电气隔离，有效的隔离了电磁阀端引入的干扰信号，实现电磁阀的有效控制；
[0022]HDT (艏向)信号单元(6)，以485总线方式向外输出标准的HDT信号，以便其它船舶设备使用；
[0023]显示单元(7)，以485总线方式向外输出实际舵角、给定航向、实际航向等信息，利用相应显示仪表显示出来。
[0024]整机工作原理如图2所示，设计制造一种数字式小型船舶自动操舵仪，控制器采用先进的32位Cortex STM32系列ARM微处理器，通过采集磁罗经传感器检测的船舶实际航向信号，与给定航向信号做比较，若有偏差即得偏航角，通过算法产生偏舵角，根据它与实际舵角比较，得到实际舵角偏差去控制舵，从而改变航向，如此反复，直至实际航向与给定航向信号二者偏差为零，达到船舶按规定航向行驶的目的。
【权利要求】
1.本发明通过以下技术方案实现:设计制造一种小型数字式船舶自动操舵仪，包括:控制器单元，采用先进的32位Cortex STM32系列ARM微处理器，通过采集磁罗经传感器检测的船舶实际航向信号，与给定航向信号做比较，若有偏差即得偏航角，通过算法产生偏舵角，根据它与实际舵角比较，得到实际舵角偏差去控制舵，从而改变航向，如此反复，直至实际航向与给定航向信号二者偏差为零，达到船舶按规定航向行驶的目的；给定航向信号单元，是由电位器旋钮产生的电压信号，电压范围为O?3.3V，对应航向0-360度，通过ARM控制器AD通道处理即可；实际航向信号单元，是由磁罗经传感器得到的，但磁罗经测得航向信息只能由肉眼读取，因此使用磁罗经转换器，把机械式磁罗经的航向信息转换为数字信号，以485总线接口半双工方式与控制器进行通信；实际舵角信号单元，是通过舵角反馈装置测得的，并以电压信号形式输出，但因电压信号不能远传，自行开发了舵角发送装置，通过它把电压信号转换为数字信号以485总线方式发送给控制器；HDT (艏向)信号单元，以485总线方式向外输出标准的HDT信号，以便其它船舶设备使用；电磁阀驱动电路单元，船舶液压舵机系统的控制只需通过控制电磁阀的开闭改变液体流动从而控制舵的运动，控制电磁阀所需驱动电流一般都比较大，而且操舵过程中开关次数比较频繁，选用了大电流的MOS管IRF9540N做为控制电磁阀的开关器件，还选用TLP521做了电气隔离，有效的隔离了电磁阀端引入的干扰信号；显示单元，以485总线方式向外输出实际舵角、给定航向、实际航向等信息，利用相应显示仪表显示出来。
【文档编号】B63H25/24GK103661908SQ201210318560
【公开日】2014年3月26日 申请日期:2012年9月3日 优先权日:2012年9月3日
【发明者】潘为刚, 肖海荣, 王常顺, 韩耀振, 周应兵, 周风余 申请人:山东交通学院