船舶运动姿态数据采集装置及传输方法与流程

本发明涉及船舶技术领域，尤其涉及船舶运动姿态数据采集装置及传输方法。

背景技术：

近几十年，随着科学技术与船舶工业的迅猛发展，船载系统的功能日渐丰富，其智能化水平显著提升，这加深了其对船舶信息网络的依赖程度。因此船用信息网络环境的稳定性与安全性成为了船舶自动化、信息化、网络化的主要指标之一，也使得船舶信息网络系统的设计与研发引起了船舶工程界的重视。船舶细腻些网络系统集成化、系统化使得全船信息数据的采集与共享成为可能。其中船舶运动姿态信息的传感器数据被广泛应用于船舶运动控制系统等多个舰载系统，其数据准确性、传输可靠性就显得尤为重要。因而设计实现一款能准确、高效的进行船舶运动姿态数据采集并实时传输采集终端技术成为当前船舶信息网络系统设计过程中亟待解决的问题之一。

因此，现有技术中的缺陷是，对于船舶运动姿态数据采集及传输的准确性低，导致对船舶运动姿态的分析结果不准确，不可靠。

技术实现要素：

针对上述技术问题，本发明提供一种船舶运动姿态数据采集装置及传输方法，采用了多个加速度传感器及多自由度传感器完成对船舶运动姿态的准确采集、分析和处理，并将数据信息传输到船舶信息网络系统中，使终端对于船舶运动姿态的分析更准确、可靠。

为解决上述技术问题，本发明提供的技术方案是：

本发明提供一种船舶运动姿态数据采集装置，包括：数据处理模块、电源模块、传感器模块和存储模块；

所述传感器模块包括多个加速度传感器和多个自由度传感器；

所述传感器模块、电源模块和存储模块分别与所述数据处理模块连接；

所述数据处理模块通过通信接口模块连接至船舶信息网络系统。

本发明的船舶运动姿态数据采集装置，其技术方案为：数据处理模块、电源模块、传感器模块和存储模块组成船舶运动姿态数据采集装置，其中，所述传感器模块包括多个加速度传感器和多个自由度传感器；所述传感器模块、电源模块和存储模块分别与所述数据处理模块连接；所述数据处理模块通过通信接口模块连接至船舶信息网络系统。将多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的船舶运动姿态数据，通过数据处理模块进行处理分析，最后传输船舶信息网络系统。

本发明的船舶运动姿态数据采集装置，采用了多个加速度传感器及多自由度传感器完成对船舶运动姿态的准确采集、分析和处理，并将数据信息传输到船舶信息网络系统中，使终端对于船舶运动姿态的分析更准确、可靠。

进一步地，所述数据处理模块中采用tms320f2808数据处理器。

该处理器具备多路模拟/数字信号接口，因而适用于多传感器终端的设计，与此同时，该处理器所具备的高速运算能力已能满足终端对多传感器数据分析、处理的要求，并实现了终端集中化、智能化及数字化的设计要求。

进一步地，所述多个加速度传感器为mma7260三轴加速度传感器。

mma7260能在xyz三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，具有高的灵敏度，mma7260的可选灵敏度允许您在1.5g、2g、4g和6g的不同范围内进行设计，它的3μa睡眠模式、500μa低运行电流、1.0ms的快速启动响应时间及6mm×6mm×1.45qfn的小巧包装等其它特性更使围绕mma7260的设计活动轻松方便、经济高效。它的封装尺寸很小，只需较小的板卡空间，另外还提供快速启动和休眠模式，这些特性使mma7260成为采用电池供电的电子产品的理想之选，包括pad、手机、3d游戏和数码相机等。

因此，本发明中选择mma7260三轴加速度传感器进行船舶运动姿态数据的采集，且多个传感器的数据融合，能使终端对于船舶运动姿态的分析更加准确、可靠。

进一步地，所述多个自由度传感器为adis16407十自由度姿态传感器。

姿态传感器(e.t-ahrs)是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计(即imu)，三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。通过adis16407十自由度姿态传感器采集到的运动姿态数据更全面，使之对被测物体的运动姿态分析更准确。

因此，本发明中选择adis16407十自由度姿态传感器进行船舶运动姿态数据的采集，且多个传感器的数据融合，能使终端对于船舶运动姿态的分析更加准确、可靠。

进一步地，所述通信接口模块采用can总线通信方式。

can具有高性能和可靠性的特点，并被广泛应用。can总线为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持，因此，船舶运动姿态数据网络化采集终端采用can总线通信方式数据信息传输到船舶信息网络系统中，可保证网络各节点之间的数据通信实时性。

进一步地，所述电源模块的电路包括供电单元、降压芯片、电压调节器和低压差稳压器；

所述供电单元与所述降压芯片的输入端连接，所述降压芯片的输出端通过一电感与所述电压调节器的输入端连接；

所述电压调节器的输出端电压为vcc，所述电压调节器的输出端电压通过一电阻连接至所述电压调节器的检测管脚；

所述降压芯片的输出端与所述低压差稳压器的输入端连接。

进一步地，所述数据处理模块的电路包括数据处理器、电压基准源芯片、按键和jtag接口；

所述数据处理器与所述电压调节器的输出端连接，所述数据处理器与所述低压差稳压器的输出端连接；

所述按键一端连接所述数据处理器，另一端接地；

所述jtag接口一端连接所述数据处理器，另一端接所述vcc；

所述电压基准源芯片的第一管脚连接所述数据处理器，所述电压基准源芯片的第二管脚连接所述vcc，所述电压基准源芯片的第三管脚通过一电容接地，所述电压基准源芯片的输出电压为vref。

进一步地，所述传感器模块的电路包括多个加速度传感器和多个自由度传感器；

所述多个加速度传感器连接至所述数据处理器，所述多个自由度传感器连接至所述数据处理器；

所述多个加速度传感器的输入端连接所述vcc，所述多个加速度传感器的输出端接地；

所述多个自由度传感器的输入端连接所述降压芯片的输出端，所述多个自由度传感器的输出端接地。

进一步地，所述数据处理模块的电路还包括第一降噪电路和第二降噪电路；

所述第一降噪电路的一端连接所述vcc，所述第一降噪电路的另一端接地；

所述第二降噪电路的一端连接所述低压差稳压器的输出端，所述第二降噪电路的另一端接地。

本发明提供一种船舶运动姿态数据的传输方法，包括：

步骤s1，获取通过多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的数据；

步骤s2，对所述采集到的数据进行数据融合处理，得到当前船舶运动姿态信息；

步骤s3，获得数据传输通信权限指令请求；

步骤s4，根据所述数据传输通信权限指令，将所述当前船舶运动姿态信息传送至船舶信息网络系统。

本发明提供的船舶运动姿态数据的传输方法，其技术方案为：获取通过所述多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的数据；对所述采集到的数据进行数据融合处理，得到当前船舶运动姿态信息；获得数据传输通信权限指令请求；根据所述数据传输通信权限指令，将所述当前船舶运动姿态信息传送至船舶信息网络系统。

本发明提供的船舶运动姿态数据的传输方法，采用了多个加速度传感器及多自由度传感器完成对船舶运动姿态的准确采集、分析和处理，并将数据信息传输到船舶信息网络系统中，使终端对于船舶运动姿态的分析更准确、可靠。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。

图1示出了本发明所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的示意图；

图2示出了本发明所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的结构示意图；

图3示出了本发明所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的电源模块电路原理图；

图4示出了本发明所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的数据处理模块电路原理图；

图5示出了本发明提供所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的船舶信息网络系统结构框图；

图6示出了本发明提供所提供的一种船舶运动姿态数据的传输方法的流程图。

具体实施方式

下面将结合附图对本发明技术方案的实施例进行详细的描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，因此只是作为示例，而不能以此来限制本发明的保护范围。

实施例一

图1示出了本发明第一实施例所提供的一种船舶运动姿态数据采集装置的示意图；如图1所示，本发明实施例一提供的一种船舶运动姿态数据采集装置，包括：

数据处理模块1、电源模块2、传感器模块3和存储模块4；

传感器模块3包括多个加速度传感器和多个自由度传感器；

传感器模块3、电源模块2和存储模块4分别与数据处理模块1连接；

数据处理模块1通过通信接口模块5连接至船舶信息网络系统。

本发明的船舶运动姿态数据采集装置，其技术方案为：数据处理模块1、电源模块2、传感器模块3和存储模块4组成船舶运动姿态数据采集装置，其中，传感器模块3包括多个加速度传感器和多个自由度传感器；传感器模块3、电源模块2和存储模块4分别与数据处理模块1连接；数据处理模块1通过通信接口模块5连接至船舶信息网络系统。将多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的船舶运动姿态数据，通过数据处理模块1进行处理分析，最后传输船舶信息网络系统。

本发明的船舶运动姿态数据采集装置，采用了多个加速度传感器及多自由度传感器完成对船舶运动姿态的准确采集、分析和处理，并将数据信息传输到船舶信息网络系统中，使终端对于船舶运动姿态的分析更准确、可靠。

其中，存储模块4用于存储传感器模块3采集到的船舶运动姿态数据。

优选地，数据处理模块1中采用tms320f2808数据处理器。

该处理器具备多路模拟/数字信号接口，因而适用于多传感器终端的设计，与此同时，该处理器所具备的高速运算能力已能满足终端对多传感器数据分析、处理的要求，并实现了终端集中化、智能化及数字化的设计要求。

优选地，多个加速度传感器为mma7260三轴加速度传感器。

mma7260能在xyz三个轴向上以极高的灵敏度读取低重力水平的坠落、倾斜、移动、放置、震动和摇摆，具有高的灵敏度，mma7260的可选灵敏度允许您在1.5g、2g、4g和6g的不同范围内进行设计，它的3μa睡眠模式、500μa低运行电流、1.0ms的快速启动响应时间及6mm×6mm×1.45qfn的小巧包装等其它特性更使围绕mma7260的设计活动轻松方便、经济高效。它的封装尺寸很小，只需较小的板卡空间，另外还提供快速启动和休眠模式，这些特性使mma7260成为采用电池供电的电子产品的理想之选，包括pad、手机、3d游戏和数码相机等。

因此，本发明中选择mma7260三轴加速度传感器进行船舶运动姿态数据的采集，且多个传感器的数据融合，能使终端对于船舶运动姿态的分析更加准确、可靠。

优选地，多个自由度传感器为adis16407十自由度姿态传感器。

姿态传感器(e.t-ahrs)是基于mems技术的高性能三维运动姿态测量系统。它包含三轴陀螺仪、三轴加速度计(即imu)，三轴电子罗盘等辅助运动传感器，通过内嵌的低功耗arm处理器输出校准过的角速度，加速度，磁数据等，通过基于四元数的传感器数据算法进行运动姿态测量，实时输出以四元数、欧拉角等表示的零漂移三维姿态数据。通过adis16407十自由度姿态传感器采集到的运动姿态数据更全面，使之对被测物体的运动姿态分析更准确。

因此，本发明中选择adis16407十自由度姿态传感器进行船舶运动姿态数据的采集，且多个传感器的数据融合，能使终端对于船舶运动姿态的分析更加准确、可靠。

优选地，通信接口模块5采用can总线通信方式。

can具有高性能和可靠性的特点，并被广泛应用。can总线为分布式控制系统实现各节点之间实时、可靠的数据通信提供了强有力的技术支持，因此，船舶运动姿态数据网络化采集终端采用can总线通信方式数据信息传输到船舶信息网络系统中，可保证网络各节点之间的数据通信实时性。

下面结合具体电路进行说明：

参见图2，为本发明终端电源模块2电路原理图，本发明的总输入电压为vin，其电压值为2节锂电池串联所得到的供电单元，电压值为7.4v；也可以通过其他方式构成供电单元进行供电。

降压芯片u1，其管脚1与vin相连，管脚3为输出电压端，其电压值为+5v，管脚4接地(gnd)。电容c1(470uf)和电容c3(0.1uf)两端分别接于vin与gnd之间，电容c2(470uf)和电容c4(0.1uf)两端分别接于+5v与gnd之间。电感l01的两端分别接+5v及电压调节器u9的管脚2。优选地，电压调节器为tps75733，其管脚1与管脚3接gnd、管脚4端产生+3.3v电压vcc。r35(10kω)两端分别接电压调节器u9的管脚5及vcc。

其中，将电源电压调节至输出端可用电压范围，在满足功能需要的条件下电压调节器tps75733可以更换为其他电压调节器。

优选地，还包括起降噪作用的c2(1uf)、ct2(100uf)、c121(1uf)、ct6(10uf)、c128(1uf)和ct3(100uf)，c2(1uf)和ct2(100uf)并联后，两管脚分别接于+5v与gnd之间，c121(1uf)和ct6(10uf)并联后，两管脚分别接于电压调节器u9的管脚2与gnd之间。c128(1uf)和ct3(100uf)并联后，两管脚分别接于vcc与gnd之间。

低压差稳压器u10，优选地，低压差稳压器为spx1117m3-1.8，其管脚3接+5v，管脚1接gnd，管脚2端产生1.8v电压。低压差稳压器u10的工作原理为：补偿低电压工作的电压差值，使电压稳定保证正常工作；其管脚，功能上可以满足稳压需求和硬件兼容；在满足功能需要条件下可以更换。

优选地，还包括起降压作用的c35(0.1uf)和c34(100uf)，其两管脚分别接于1.8v与gnd之间。1.8v电压经过电感l1一端，其另一端记为vdda1.8v，vcc电压经过电感l2一端，其另一端记为vdda3.3v，gnd经过电感l3一端，其另一端记为agnd，+5v电压经过电感l0一端，其另一端记为vdda5v。

参见图3，为本发明终端数据处理模块1电路原理图。数据处理器u2，其管脚3、46、65、82及96接vcc，管脚10、42、59、68、85、93接1.8v，管脚2、11、41、49、55、62、69、77、87、89、94接gnd。晶振y11为石英晶振，选用20mhz，其两端分别接数据处理器u2的管脚86及88。电容c181(24pf)两端分别接数据处理器u2的管脚88及gnd。电容c191(24pf)两端分别接数据处理器u2的管脚86及gnd。数据处理器u2的管脚90接gnd。

jtag接口cn31为14针jtag接口，通过jtag接口可满足整体系统正常工作和相互连接；如果不妨碍正常工作可以更换。

其引脚1与数据处理器u2的管脚74连接，其引脚2与数据处理器u2的管脚84连接，其引脚3与数据处理器u2的管脚73连接，其引脚7与数据处理器u2的管脚76连接，其引脚9与数据处理器u2的管脚75连接，其引脚11与数据处理器u2的管脚75连接，其引脚13与数据处理器u2的管脚80连接，其引脚14与数据处理器u2的管脚81连接，其引脚4、8、10、12均接gnd，其引脚5接vcc。

电阻r141(4.7kω)两端分别接数据处理器u2的管脚81及vcc、电阻r131(4.7kω)两端分别接数据处理器u2的管脚80及vcc、电阻r91(2.2kω)两端分别接数据处理器u2的管脚84及gnd。c23(0.1uf)两端分别接数据处理器u2的管脚26及agnd。数据处理器u2的管脚26与管脚15接vdda3.3v。数据处理器u2的管脚25、14、13、39均接于agnd。数据处理器u2的管脚12与管脚40接于vdda1.8v。c24(0.1uf)、c25(0.1uf)两端分别接于vdda1.8v及agnd之间。r711(10kω)两端分别接于vcc与数据处理器u2的管脚78之间。c681(0.1uf)两端分别接于gnd与数据处理器u2的管脚78之间。c721(22uf)两端分别接于gnd与数据处理器u2的管脚78之间。

按键51两端分别接于gnd与数据处理器u2的管脚78之间。通过按键51可改变管脚78的接地状态。按键51接通按下表明管脚78接地，按键51断开表明管脚78不接地；c17(2.2uf)两端分别接agnd与数据处理器u2的管脚37。c16(2.2uf)两端分别接agnd与数据处理器u2的管脚36。r3(22.1kω)两端分别接agnd与数据处理器u2的管脚38。数据处理器u2的管脚24接agnd。

电压基准源芯片u15为adr421arm，其管脚2接+5v。电容ct8(10uf)、电容c83(0.1uf)两端分别接于u15管脚2与gnd之间。u15管脚4接gnd。u15管脚6产生基准电压记为vref。u15管脚4与管脚6之间接电容c84(0.1uf)。u15管脚6与数据处理器u2的管脚35连接。

优选地，还包括第一降噪电路和第二降噪电路，第一降噪电路由电容c61(0.1uf)、c71(0.1uf)、c81(0.1uf)、c91(0.1uf)、c911(0.1uf)、c511(0.1uf)组成，其两端均接于vcc与gnd之间。第二降噪电路由电容c101(0.1uf)、c111(0.1uf)、c121(0.1uf)、c131(0.1uf)、c141(0.1uf)、c142(0.1uf)组成，其两端均接于1.8v与gnd之间。

还包括，电机驱动芯片u13，电机驱动芯选用drv8837，其功能为控制节点a1的g1电机。电机驱动芯片u13管脚8接vcc、管脚1接+5v、管脚4接gnd。

总线接口c13为can总线接口，其管脚1接vcc、管脚2接数据处理器u2的管脚6、管脚3接数据处理器u2的管脚7、管脚4接gnd，该接口与船舶信息网络系统的通信网络连接实现相关的数据通信。

参见图4，为本发明终端传感器模块3电路原理图。本实施例中选用加速度传感器的个数为4个，自由度船舶运动姿态传感器的个数为2个；其中，加速度传感器u3管脚3接vcc、管脚4接gnd。加速度传感器u3管脚13接数据处理器u2的管脚23、管脚14接数据处理器u2的管脚22、管脚15接数据处理器u2的管脚21、加速度传感器u3管脚1接数据处理器u2的管脚47、管脚2接数据处理器u2的管脚44、管脚12接数据处理器u2的管脚45。加速度传感器u4管脚3接vcc、管脚4接gnd。加速度传感器u3管脚13接数据处理器u2的管脚20、管脚14接数据处理器u2的管脚19、管脚15接数据处理器u2的管脚18、加速度传感器u3管脚1接数据处理器u2的管脚48、管脚2接数据处理器u2的管脚51、管脚12接数据处理器u2的管脚53。加速度传感器u5管脚3接vcc、管脚4接gnd。加速度传感器u3管脚13接数据处理器u2的管脚17、管脚14接数据处理器u2的管脚16、管脚15接数据处理器u2的管脚27、加速度传感器u3管脚1接数据处理器u2的管脚56、管脚2接数据处理器u2的管脚58、管脚12接数据处理器u2的管脚60。加速度传感器u6管脚3接vcc、管脚4接gnd。加速度传感器u6管脚13接数据处理器u2的管脚28、管脚14接数据处理器u2的管脚29、管脚15接数据处理器u2的管脚30、加速度传感器u6管脚1接数据处理器u2的管脚61、管脚2接数据处理器u2的管脚64、管脚12接数据处理器u2的管脚70。

自由度船舶运动姿态传感器u12为10自由度船舶运动姿态传感器adis16407，其管脚1与数据处理器u2的管脚8连接、管脚2与数据处理器u2的管脚9连接、管脚3与数据处理器u2的管脚54连接、管脚4与数据处理器u2的管脚52连接、管脚5与数据处理器u2的管脚50连接、管脚6与数据处理器u2的管脚57连接、管脚7与数据处理器u2的管脚1连接、管脚8与数据处理器u2的管脚92连接、管脚9与数据处理器u2的管脚95连接、管脚21与数据处理器u2的管脚32连接。自由度船舶运动姿态传感器u12管脚10、11、12接+5v。自由度船舶运动姿态传感器u12管脚13、14、15接gnd。自由度船舶运动姿态传感器u11，其管脚1与数据处理器u2的管脚99连接、管脚2与数据处理器u2的管脚79连接、管脚3与数据处理器u2的管脚71连接、管脚4与数据处理器u2的管脚67连接、管脚5与数据处理器u2的管脚63连接、管脚6与数据处理器u2的管脚72连接、管脚7与数据处理器u2的管脚83连接、管脚8与数据处理器u2的管脚4连接、管脚9与数据处理器u2的管脚91连接、管脚21与数据处理器u2的管脚31连接。自由度船舶运动姿态传感器u11管脚10、11、12接+5v。自由度船舶运动姿态传感器u11管脚13、14、15接gnd。

参见图5，为船舶信息网络系统结构框图，图中的传感器节点获取底层传感器的数据信息并对其进行数据分析与数据融合，进而获取准确性更高的信息，并将其发送到相应的数据流中，系统接收到传感器和传感器节点数据整合上传的数据流，然后系统进行信息处理，接着将命令发送至执行器节点，由执行器节点再通过数据处理分发给执行器。

参见图6，本发明提供了一种船舶运动姿态数据的传输方法，包括：

步骤s1，获取通过多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的数据；

步骤s2，对采集到的数据进行数据融合处理，得到当前船舶运动姿态信息；

步骤s3，获得数据传输通信权限指令请求；终端获得数据传输的通信权限请求，请求传输数据至船舶信息网络系统，只有得到许可，才可进行数据传输，保证了数据传输的安全性。

步骤s4，根据数据传输通信权限指令，将当前船舶运动姿态信息传送至船舶信息网络系统。

本发明提供的船舶运动姿态数据的传输方法，其技术方案为：获取通过多个加速度传感器和多个自由度传感器采集到的数据；对采集到的数据进行数据融合处理，得到当前船舶运动姿态信息；获得数据传输通信权限指令请求；根据数据传输通信权限指令，将当前船舶运动姿态信息传送至船舶信息网络系统。船舶信息网络系统根据采集分析后的船舶运动姿态信息，进一步控制船舶的运动，本发明采集到的数据保证的船舶姿态信息检测的准确性和实时性，使船舶运动更加安全可靠。

优选地，当前船舶运动姿态信息通过can接口总线传送至船舶信息网络系统。

本发明提供的船舶运动姿态数据的传输方法，采用了多个加速度传感器及多自由度传感器完成对船舶运动姿态的准确采集、分析和处理，并将数据信息传输到船舶信息网络系统中，使终端对于船舶运动姿态的分析更准确、可靠。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。