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原文传递一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法

专利名称：	一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法
摘要：	本发明属于无人艇技术领域，公开了一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法，控制系统包括数据采集模块、工业控制计算机和执行命令模块；数据采集模块包括激光雷达、GPS装置、能见度观测仪、惯导系统和光敏传感器；工业控制计算机包括号灯与声号控制器和无人艇控制器；执行命令模块包括单片机控制模块、鸣笛喇叭和信号灯；数据采集模块将检测数据信号传输给号灯与声号控制器，无人艇控制器将无人艇控制数据信号发送至号灯与声号控制器，号灯与声号控制器对数据信号进行处理并发出控制指令至单片机控制模块，单片机控制模块对信号灯和鸣笛喇叭进行控制。该控制系统及控制方法可实现无人艇自主遵守国际海上避碰规则，提高了其航行的安全性。
专利类型：	发明专利
国家地区组织代码：	上海;31
申请人：	上海大学
发明人：	谢少荣;任杰烽;彭艳;蒲华燕;瞿栋;柯俊;罗均
专利状态：	有效
申请日期：	2019-03-20T00:00:00+0800
发布日期：	2019-06-21T00:00:00+0800
申请号：	CN201910212756.5
公开号：	CN109911139A
代理机构：	郑州翊博专利代理事务所(普通合伙)
代理人：	付红莉;周玉青
分类号：	B63B45/04(2006.01);B;B63;B63B;B63B45
申请人地址：	200444 上海市宝山区上大路99号
主权项：	1.一种无人艇号灯与声号自动控制系统，其特征在于，包括设置在无人艇上的数据采集模块、工业控制计算机和执行命令模块；所述数据采集模块包括设置在无人艇甲板上的激光雷达、GPS装置、能见度观测仪、惯导系统和光敏传感器；所述工业控制计算机包括号灯与声号控制器和无人艇控制器，号灯与声号控制器和无人艇控制器之间有数据交互；所述执行命令模块包括单片机控制模块、设置在无人艇上的鸣笛喇叭和信号灯，所述单片机控制模块包括单片机和控制开关，每个信号灯设有一个控制开关，每个鸣笛喇叭设有一个控制开关，所述单片机与工业控制计算机之间有数据交互；所述数据采集模块将检测的数据信号传输给工业控制计算机中的号灯与声号控制器，无人艇控制器将无人艇的控制数据信号发送至号灯与声号控制器，号灯与声号控制器接收数据采集模块和无人艇控制器发送的数据信号并对数据信号进行处理，然后发出控制指令至单片机，单片机接收号灯与声号控制器发出的控制指令并根据控制指令对信号灯和鸣笛喇叭的控制开关进行控制。 2.根据权利要求1所述的无人艇号灯与声号自动控制系统，其特征在于，所述无人艇号灯与声号自动控制系统包括电流检测模块，电流检测模块用于对信号灯和鸣笛喇叭提供电流检测；电流检测模块将检测的电流数据信号发送至单片机，单片机对接收的电流数据信号进行处理并将处理结果反馈给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器对单片机反馈的处理结果进行分析处理，当发现信号灯或鸣笛喇叭存在故障时，号灯与声号控制器生成故障反馈信号并将故障反馈信号发送至无人艇控制器。 3.根据权利要求2所述的无人艇号灯与声号自动控制系统，其特征在于，所述电流检测模块包括多个电流传感器，每个信号灯设有一个电流传感器，每个鸣笛喇叭设有一个电流传感器。 4.一种无人艇号灯与声号自动控制方法，其特征在于，包括以下步骤： (1)分析当前时刻的昼夜信息和海上的能见度状况； (2)分析判断无人艇当前时刻的实际运动状态； (3)检测分析无人艇行驶前方的障碍物信息， (4)无人艇上工业控制计算机中的号灯与声号控制器对当前时刻的昼夜信息、能见度状况、无人艇的实际运动状态和障碍物信息进行综合计算分析，并按照国际海上避碰规则计算无人艇上鸣笛喇叭和各个信号灯的控制指令，然后将控制指令发送至单片机，单片机根据接收的控制指令对相应的信号灯、鸣笛喇叭的控制开关进行控制。 5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，步骤(1)中分析当前时刻的昼夜信息的具体操作步骤为： a、通过GPS装置获取当前位置的经纬度信息和当前时刻世界标准时间，并将经纬度信息和世界标准时间传输给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器根据经纬度信息计算当前位置的日出时间和日落时间，然后将计算得到的日出时间、日落时间与世界标准时间进行比较，分析当前位置当前时刻的昼夜信息； b、通过光敏传感器检测当前时刻外界的光信号，并将光信号信息传输给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器根据光敏传感器检测的光信号分析当前位置当前时刻的昼夜信息； c、号灯与声号控制器综合分析步骤a和步骤b获取的昼夜信息，当步骤a、步骤b中任意一个获取的昼夜信息为黑夜时，则为判断当前位置当前时刻为黑夜；当步骤a、步骤b获取的昼夜信息均为白昼时，则为判断当前位置当前时刻为白昼。 6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，步骤a中日出时间和日落时间的计算公式为： Tstart＝(180+d15-x-arccos(tan(10547π/81000cos(2π(date+9)/365))tan(yπ/180))π/180)/15 Tend＝(180+d15-x+arccos(tan(10547π/81000cos(2π(date+9)/365))tan(yπ/180))π/180)/15 式中，Tstart为日出时间；Tend为日落时间；d为时区，以东区为正，西区为负；x为无人艇当前位置的经度；y为无人艇当前位置的纬度；date为日期，其取值为1～365。 7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，步骤(2)中分析判断无人艇当前时刻实际运动状态的方法为：通过惯导系统检测无人艇当前时刻的航向角和航速信息，并将检测的航向角和航速信息传输给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器从无人艇控制器中获取无人艇当前时刻的控制模式、工作模式、舵角、油门和喷水推进器控制参数，然后将从无人艇控制器获取的控制参数与惯导系统检测的航向角和航速信息进行比较，分析判断无人艇当前时刻的实际运动状态；其具体步骤如下： 1)当前时刻无人艇的航速为<0.1m/s，舵角、油门的控制参数均为0，则无人艇处于停船状态； 2)当前时刻无人艇的航速≥0.1m/s，舵角控制参数在[-30,30]区间内，油门控制参数在(0,80％]区间内，则无人艇处于正常航行状态； 3)当前时刻无人艇的航速≥0.1m/s，舵角控制参数在[-30,30]区间内，油门控制参数在(80％,100％]区间内，则无人艇处于快速航行状态； 4)当前时刻无人艇具有航速和固定的航向角，舵角、油门的控制参数均为0，无人艇控制模式为非自主控制模式，则无人艇处于被拖曳状态； 5)当前时刻无人艇的航速<0.1m/s，惯导系统获取的加速度<0.1m/s2，但油门控制参数不为0，无人艇与上位机失联，则无人艇处于失联停船状态； 6)当前时刻无人艇的航速≥0.1m/s，且惯导系统获取的加速度在航向反方向上的分量<0.1m/s2，但舵角、油门的控制参数均为0，且无人艇控制模式为自主控制模式，则无人艇处于失控状态； 7)当前时刻无人艇的航速为<0.1m/s，但油门控制参数不为0，且无人艇与上位机未失联，则无人艇处于搁浅状态； 8)当前时刻无人艇的航速≥0.1m/s，且无人艇工作模式为拖曳，则无人艇处于拖曳状态。 8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，步骤(3)中检测分析无人艇行驶前方的障碍物信息的具体操作为：采用激光雷达检测无人艇周围障碍物信息，并将障碍物信息传输给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器根据激光雷达提供的障碍物信息分析障碍物的航速、航向，并预测障碍物与无人艇之间的相对位置。 9.根据权利要求8所述的方法，其特征在于，所述方法还包括检测分析无人艇上信号灯和鸣笛喇叭健康状况的步骤，其具体操作为：采用电流传感器对每个信号灯和鸣笛喇叭的电流进行检测，并将检测的电流数据信号发送至单片机，单片机对接收的电流数据信号进行解析处理并将处理结果反馈给号灯与声号控制器，号灯与声号控制器对单片机反馈的处理结果进行分析处理，当发现信号灯或鸣笛喇叭存在故障时，号灯与声号控制器生成故障反馈信号并将故障反馈信号发送至无人艇控制器。
所属类别：	发明专利