數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀的制作方法
【專利摘要】設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀，控制器采用先進(jìn)的32位Cortex?STM32系列ARM微處理器，通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào)，與給定航向信號(hào)做比較，若有偏差即得偏航角，通過PID算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實(shí)際舵角比較，得到實(shí)際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零，使船舶按預(yù)訂航向行駛，實(shí)現(xiàn)低成本、節(jié)能效果明顯的自動(dòng)操舵目的。
【專利說明】數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及船舶自動(dòng)控制【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種船舶自動(dòng)操舵儀。
【背景技術(shù)】
[0002]自動(dòng)舵是船舶控制系統(tǒng)中不可缺少的重要設(shè)備，它可以通過航向設(shè)定使船舶行使更接近直線，避免了“蛇行”從而更節(jié)能更經(jīng)濟(jì)。我國在從70年代就開始自動(dòng)舵的研究，并取得了一定的成就，但國內(nèi)自動(dòng)舵的研究側(cè)重于理論方面，進(jìn)行算法仿真，很少做出實(shí)際產(chǎn)品。迄今為止，國內(nèi)船舶安裝的自動(dòng)舵基本完全依賴進(jìn)口，價(jià)格昂貴，像漁船之類的小型船舶因價(jià)格原因無法安裝，無法達(dá)到經(jīng)濟(jì)節(jié)能效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了克服進(jìn)口自動(dòng)舵產(chǎn)品因價(jià)格過于昂貴國內(nèi)小型船舶無法安裝的缺點(diǎn)，本發(fā)明研制了數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀，價(jià)格低廉而且節(jié)能效果明顯，解決了上述缺點(diǎn)。
[0004]本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀，包括:
[0005]控制器單元，采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器，通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào)，與給定航向信號(hào)做比較，若有偏差即得偏航角，通過PID算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實(shí)際舵角比較，得到實(shí)際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零，達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的；
[0006]給定航向信號(hào)單兀，是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào)，電壓范圍為O?3.3V,對(duì)應(yīng)航向0-360度，通過ARM控制器AD通道處理即可；
[0007]實(shí)際航向信號(hào)單元，是由磁羅經(jīng)傳感器得到的，由于磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取，因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器，把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信；
[0008]實(shí)際舵角信號(hào)單元，是通過舵角反饋裝置測得的，并以電壓信號(hào)形式輸出，因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳，自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置，通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器；
[0009]電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元，船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng)，控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大，而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁，選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件，還選用TLP521做了電氣隔離，有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電磁閥的有效控制；
[0010]HDT (艏向)信號(hào)單元，以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào)，以便其它船舶設(shè)備使用；
[0011]顯示單元，控制器以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息，利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
[0012]本發(fā)明的有益效果是，數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀節(jié)能效果明顯，成本低廉，可靠性高、穩(wěn)定性好，具有很強(qiáng)的推廣應(yīng)用價(jià)值。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步說明。
[0014]圖1是本發(fā)明的系統(tǒng)方框圖。
[0015]圖2是本發(fā)明的系統(tǒng)原理圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]本發(fā)明研制的數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀，如圖1所示，主要包括:
[0017]控制器單元(I)，采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器，通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào)，與給定航向信號(hào)做比較，若有偏差即得偏航角，通過算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實(shí)際舵角比較，得到實(shí)際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零，達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的；
[0018]給定航向信號(hào)單兀(2),是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào)，電壓范圍為O?3.3V,對(duì)應(yīng)航向0-360度，通過ARM控制器AD通道處理即可；
[0019]實(shí)際航向信號(hào)單元(3)，是由磁羅經(jīng)傳感器得到的，但磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取，因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器，把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信；
[0020]實(shí)際舵角信號(hào)單元(4)，是通過舵角反饋裝置測得的，并以電壓信號(hào)形式輸出，但因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳，自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置，通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器；
[0021]電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元(5)，船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng)，控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大，而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁，選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件，還選用TLP521做了電氣隔離，有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電磁閥的有效控制；
[0022]HDT (艏向)信號(hào)單元(6)，以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào)，以便其它船舶設(shè)備使用；
[0023]顯示單元(7)，以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息，利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
[0024]整機(jī)工作原理如圖2所示，設(shè)計(jì)制造一種數(shù)字式小型船舶自動(dòng)操舵儀，控制器采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器，通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào)，與給定航向信號(hào)做比較，若有偏差即得偏航角，通過算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實(shí)際舵角比較，得到實(shí)際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零，達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的。
【權(quán)利要求】
1.本發(fā)明通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn):設(shè)計(jì)制造一種小型數(shù)字式船舶自動(dòng)操舵儀，包括:控制器單元，采用先進(jìn)的32位Cortex STM32系列ARM微處理器，通過采集磁羅經(jīng)傳感器檢測的船舶實(shí)際航向信號(hào)，與給定航向信號(hào)做比較，若有偏差即得偏航角，通過算法產(chǎn)生偏舵角，根據(jù)它與實(shí)際舵角比較，得到實(shí)際舵角偏差去控制舵，從而改變航向，如此反復(fù)，直至實(shí)際航向與給定航向信號(hào)二者偏差為零，達(dá)到船舶按規(guī)定航向行駛的目的； 給定航向信號(hào)單元，是由電位器旋鈕產(chǎn)生的電壓信號(hào)，電壓范圍為O?3.3V，對(duì)應(yīng)航向0-360度，通過ARM控制器AD通道處理即可； 實(shí)際航向信號(hào)單元，是由磁羅經(jīng)傳感器得到的，但磁羅經(jīng)測得航向信息只能由肉眼讀取，因此使用磁羅經(jīng)轉(zhuǎn)換器，把機(jī)械式磁羅經(jīng)的航向信息轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，以485總線接口半雙工方式與控制器進(jìn)行通信； 實(shí)際舵角信號(hào)單元，是通過舵角反饋裝置測得的，并以電壓信號(hào)形式輸出，但因電壓信號(hào)不能遠(yuǎn)傳，自行開發(fā)了舵角發(fā)送裝置，通過它把電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)以485總線方式發(fā)送給控制器；HDT (艏向)信號(hào)單元，以485總線方式向外輸出標(biāo)準(zhǔn)的HDT信號(hào)，以便其它船舶設(shè)備使用； 電磁閥驅(qū)動(dòng)電路單元，船舶液壓舵機(jī)系統(tǒng)的控制只需通過控制電磁閥的開閉改變液體流動(dòng)從而控制舵的運(yùn)動(dòng)，控制電磁閥所需驅(qū)動(dòng)電流一般都比較大，而且操舵過程中開關(guān)次數(shù)比較頻繁，選用了大電流的MOS管IRF9540N做為控制電磁閥的開關(guān)器件，還選用TLP521做了電氣隔離，有效的隔離了電磁閥端引入的干擾信號(hào)； 顯示單元，以485總線方式向外輸出實(shí)際舵角、給定航向、實(shí)際航向等信息，利用相應(yīng)顯示儀表顯示出來。
【文檔編號(hào)】B63H25/24GK103661908SQ201210318560
【公開日】2014年3月26日 申請(qǐng)日期:2012年9月3日 優(yōu)先權(quán)日:2012年9月3日
【發(fā)明者】潘為剛, 肖海榮, 王常順, 韓耀振, 周應(yīng)兵, 周風(fēng)余 申請(qǐng)人:山東交通學(xué)院