CN112660332A - 一种船只智控***及船体控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种船只智控***及船体控制方法，船只智控***包括前置推进器、后置推进器，其特征在于：还包括航向传感模块，其中前置推进器包括第一CAN总线收发单元、第一控制单元、第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机、前置转向电机驱动电路、前置推进电机、前置推进电机驱动电路；航向传感模块包括第三CAN总线收发单元、第四控制单元、第二GPS模块和第二九轴传感器；后置推进器包括第四CAN总线收发单元、第五控制单元、后置转向电机、后置转向电机驱动电路、后置推进电机和后置推进电机驱动电路，各CAN总线收发单元之间通过CAN总线连。与现有技术相比，本发明将前置推进器和后置推进器通过CAN总线相连接，辅以航向传感模块，实现船只的智控功能。

Description

一种船只智控***及船体控制方法

技术领域

本发明涉及一种船只智控***。

背景技术

目前路亚船等类型的船只所使用的推进器大多会包括前置推进器和后置推进器，前置推进器和后置推进器互不相通，属于两个独立的个体，后置推进器不与前置推进器相关联，后置推进器只能使用配套的操纵杆和方向盘进行控制。在前置推进器使用智控功能时，后置推进器处于闲置状态，不能自动为船只提供辅助动力。

前置推进器使用电子抛锚等智控功能时，因各类传感器安装于前置推进器内，只能得到前置推进器位置的数据，这时只能将船头位置固定于设定目标附近，且只能让船头保持在航线上，无法确定船身方向，且无法控制后置推进器，以调整船身角度。实际使用过程中，船身往往会受风向、水流、惯性等外部影响出现船体摆动现象，实际操作体验感较差，尤其是在风向多变、水情复杂和自动行驶转大湾的状况下。

对于钓鱼爱好者来说，他们希望电子定点抛锚时，船身整体能够保持固定，单单仅船头位置固定时，对环境要求较高，只有在风平浪静时可以满足使用，其他情况下船尾摆动会影响钓鱼感受。

发明内容

本发明所要解决首要的技术问题是针对上述现有技术提供一种不仅能控制船头位置、还能对船身整体进行控制的船只智控***。

本发明进一步所要解决的技术问题是提供一种船只智控***的船体控制方法，该控制方法不仅能控制船头位置、还能对船身整体进行控制。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种船只智控***，包括设置在船体前侧的前置推进器，设置在船体后侧的后置推进器，其特征在于：还包括安装在船体后侧的航向传感模块，其中

所述前置推进器包括：第一CAN总线收发单元、第一控制单元、第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机、前置转向电机驱动电路、前置推进电机、前置推进电机驱动电路，其中第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路均与所述第一控制单元通信连接；第一CAN总线收发单元也与第一控制单元通信连接；前置转向电机与前置转向电机驱动电路连接，前置推进电机与前置推进电机驱动电路连接；

所述航向传感模块包括：第三CAN总线收发单元、第四控制单元、第二GPS模块和第二九轴传感器，其中第二GPS模块和第二九轴传感器与所述第四控制单元通信连接，第三CAN总线收发单元也与第四控制单元通信连接；

所述后置推进器包括：第四CAN总线收发单元、第五控制单元、后置转向电机、后置转向电机驱动电路、后置推进电机和后置推进电机驱动电路，其中后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路与所述第五控制单元通信连接；第四CAN总线收发单元也与第五控制单元通信连接；后置转向电机与后置转向电机驱动电路连接，后置推进电机与后置推进电机驱动电路连接；

第一CAN总线收发单元与第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接，第四 CAN总线收发单元和第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接。

作为改进，所述后置推进器还包括转向角度检测机构，该转向角度检测机构与所述第五控制单元通信连接。

再改进，本发明还包括与所述第五控制单元通信连接的操作杆组件、方向盘组件和显示屏组件。

再改进，所述前置推进器还包括第二CAN总线收发单元和第二控制单元，其中前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与所述第二控制单元通信连接，第二控制单元与所述第二CAN总线收发单元通信连接，第二CAN总线收发单元与所述第一CAN 总线收发单元通信连接，前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与第一控制单元之间通过第二控制单元、第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信。

再改进，本发明还包括脚控器组件，脚控器组件与第二CAN总线收发单元连接，脚控器组件与第一控制单元之间通过第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信。

再改进，所述前置推进器还包括与第一控制单元连接的第一2.4G收发模块，所述船只智控***还包括遥控器，该遥控器包括第二2.4G收发模块，第三控制单元、遥控按键模块和遥控显示模块，遥控按键模块和遥控显示模块与第三控制单元通信连接，第二2.4G收发模块也与第三控制单元通信连接，第一2.4G收发模块与第二2.4G收发模块通信连接。

本发明解决上述进一步技术问题所采用的技术方案为：一种具有上述结构的船只智控***的船体控制方法，其特征在于：所述第一控制单元接收第一GPS模块的数据，将第一GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；所述第一控制单元接收第一九轴传感器和和航向传感模块内的第二九轴传感器的数据，获得船身与地磁之间的夹角；所述第一控制单元通过比对船体的当前位置坐标与设定位置的坐标，结合获得的船身与地磁之间的夹角，给前置转向电机驱动电路、前置推进电机驱动电路、后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路输出控制信号，以控制前置转向电机、前置推进电机、后置转向电机和后置推进电机，进而控制船体的整体姿态，使船体的整体姿态保持稳定。

当前置推进器处于收纳状态退出***时，第五控制单元获取航向传感模块内的第二 GPS模块的数据，将第二GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；第五控制单元获取航向传感模块内的第二九轴传感器的信息，获取船体的航速信息，并输出控制信号给后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路，以控制后置转向电机和后置推进电机，进而对船体的运行姿态进行控制。

如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离大于等于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定整航行方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以全功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使后置转向电机的转向角度与船体龙骨保持一线，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第一预设辅助功率启动运行。

如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离小于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定位置方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以第二预设辅助功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角接近于设定角度值，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第三预设辅助功率启动运行。

如果船体的当前位置坐标达到设定位置的坐标，此时第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度始终指向设定位置方向，同时输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角始终指向设定角度值；同时控制前置推进电机和后置推进电机停止工作；在船体的当前位置坐标偏移设定位置的坐标1.5米或船身与地磁之间的夹角超过 20°时，第一控制单元输出控制信号给前置推进电机驱动电路或后置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机或后置推进电机以第四预设辅助功率启动运行，使船体的位置缓慢恢复至设定位置的坐标。

与现有技术相比，本发明的优点在于：将前置推进器和后置推进器通过CAN总线相连接，实现前后推进器状态的实时传输，并辅以安装于船只后部的航向传感模块，实现船只的智能控制功能，且在实现这些智能功能时，不仅能控制船头位置、还能对船身整体进行控制，提高船体操作控制的体验感。

附图说明

图1为本发明实施例中船只智控***的框图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

如图1所示的船只智控***，包括设置在船体前侧的前置推进器，设置在船体后侧的后置推进器，安装在船体后侧的航向传感模块，其中

所述前置推进器包括：第一CAN总线收发单元、第二CAN总线收发单元、第一控制单元、第二控制单元、第一2.4G收发模块、第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机、前置转向电机驱动电路、前置推进电机、前置推进电机驱动电路和船体按键模块，其中第一GPS模块、第一九轴传感器和第一2.4G收发模块均与所述第一控制单元通信连接；第一CAN总线收发单元也与第一控制单元通信连接；第二CAN总线收发单元与所述第一CAN总线收发单元通信连接；第二控制单元与所述第二CAN总线收发单元通信连接，船体按键模块、前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与第二控制单元通信连接；前置转向电机与前置转向电机驱动电路连接，前置推进电机与前置推进电机驱动电路连接；前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与第一控制单元之间通过第二控制单元、第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信；

脚控器组件，脚控器组件与第二CAN总线收发单元连接，脚控器组件与第一控制单元之间通过第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信；

所述航向传感模块包括：第三CAN总线收发单元、第四控制单元、第二GPS模块和第二九轴传感器，其中第二GPS模块和第二九轴传感器与所述第四控制单元通信连接，第三CAN总线收发单元也与第四控制单元通信连接，第一CAN总线收发单元与第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接；

所述后置推进器包括：第四CAN总线收发单元、第五控制单元、后置转向电机、后置转向电机驱动电路、转向角度检测机构、后置推进电机和后置推进电机驱动电路，其中后置转向电机驱动电路、转向角度检测机构和后置推进电机驱动电路与所述第五控制单元通信连接；第四CAN总线收发单元也与第五控制单元通信连接；后置转向电机与后置转向电机驱动电路连接，后置推进电机与后置推进电机驱动电路连接；第四CAN 总线收发单元和第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接；

与所述第五控制单元通信连接的操作杆组件、方向盘组件和显示屏组件；

遥控器，该遥控器包括第二2.4G收发模块，第三控制单元、遥控按键模块和遥控显示模块，遥控按键模块和遥控显示模块与第三控制单元通信连接，第二2.4G收发模块也与第三控制单元通信连接，第一2.4G收发模块与第二2.4G收发模块通信连接。

上述船只智控***在对船体进行控制时，由第一控制单元接收第一GPS模块的数据，将第一GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；所述第一控制单元接收第一九轴传感器和和航向传感模块内的第二九轴传感器的数据，获得船身与地磁之间的夹角；所述第一控制单元通过比对船体的当前位置坐标与设定位置的坐标，结合获得的船身与地磁之间的夹角，给前置转向电机驱动电路、前置推进电机驱动电路、后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路输出控制信号，以控制前置转向电机、前置推进电机、后置转向电机和后置推进电机，进而控制船体的整体姿态，使船体的整体姿态保持稳定。

由于两个九轴传感器内部集成了加速度传感器、地磁角度传感器和陀螺仪传感器，因此第一控制单元可以根据第一九轴传感器和第二九轴传感器的数据，就可以获得船身与地磁之间的夹角，计算方法采用如EKF等现有技术中的常规方法。

船体在航行过程中，用户可使用遥控器上的功能按键启动智控功能，通过2.4G无线传输至前置推进器，当前置推进器内的第一控制单元启动了智能功能，在实现这些智能功能时，如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离大于等于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定整航行方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以全功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使后置转向电机的转向角度与船体龙骨保持一线，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第一预设辅助功率启动运行。该控制方法，可适用于自动领航的智能功能，由于后置推进器也能提供一定的辅助动力，使得船只可更快的直线行驶速度，并可排除以往单前置推力时，因航行受侧向力(风、水流)影响，造成航行船只歪斜的情况，更利于狭窄航道行驶。在转弯时，后置转向电机的转向角度与船体龙骨保持一线，可完成更圆滑的弯道行驶，提升航行品质。

如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离小于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定位置方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以第二预设辅助功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角接近于设定角度值，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第三预设辅助功率启动运行。该控制方法，可适用于定点抛锚的智能功能，由于后置推进器也能提供一定的辅助动力，可将定点抛锚提升为定点定向抛锚，由于智能***计算了船只姿态(船只姿态由船只当前位置坐标和船身与地磁之间的夹角两个参数确定)，这样就能保证船只的定位与朝向，前置推进电机和后置推进电机分别安装第二预设辅助功率和第三预设辅助功率运行，同时，前置转向电机的转向角度与设定位置方向相同，后置转向电机使船身与地磁之间的夹角接近于设定角度值，可稳定船只位置。不受水流方向与风向影响。

如果船体的当前位置坐标达到设定位置的坐标，此时第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度始终指向设定位置方向，同时输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角始终指向设定角度值；同时控制前置推进电机和后置推进电机停止工作；在船体的当前位置坐标偏移设定位置的坐标1.5米或船身与地磁之间的夹角超过 20°时，第一控制单元输出控制信号给前置推进电机驱动电路或后置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机或后置推进电机以第四预设辅助功率启动运行，使船体的位置缓慢恢复至设定位置的坐标。该控制方法，可适用于锚点定向漂移的智能功能，用户可根据当前定点抛锚的位置，使用遥控器按键进行定向的船只移动，运行过程船只平稳移动。

而当前置推进器处于收纳状态退出***时，由第五控制单元获取航向传感模块内的第二GPS模块的数据，将第二GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；由第五控制单元获取航向传感模块内的第二九轴传感器的信息，获取船体的航速信息，并输出控制信号给后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路，以控制后置转向电机和后置推进电机，进而对船体的运行姿态进行控制。

Claims (10)

1.一种船只智控***，包括设置在船体前侧的前置推进器，设置在船体后侧的后置推进器，其特征在于：还包括安装在船体后侧的航向传感模块，其中

所述前置推进器包括：第一CAN总线收发单元、第一控制单元、第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机、前置转向电机驱动电路、前置推进电机、前置推进电机驱动电路，其中第一GPS模块、第一九轴传感器、前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路均与所述第一控制单元通信连接；第一CAN总线收发单元也与第一控制单元通信连接；前置转向电机与前置转向电机驱动电路连接，前置推进电机与前置推进电机驱动电路连接；

所述航向传感模块包括：第三CAN总线收发单元、第四控制单元、第二GPS模块和第二九轴传感器，其中第二GPS模块和第二九轴传感器与所述第四控制单元通信连接，第三CAN总线收发单元也与第四控制单元通信连接；

所述后置推进器包括：第四CAN总线收发单元、第五控制单元、后置转向电机、后置转向电机驱动电路、后置推进电机和后置推进电机驱动电路，其中后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路与所述第五控制单元通信连接；第四CAN总线收发单元也与第五控制单元通信连接；后置转向电机与后置转向电机驱动电路连接，后置推进电机与后置推进电机驱动电路连接；

第一CAN总线收发单元与第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接，第四CAN总线收发单元和第三CAN总线收发单元之间通过CAN总线连接。

2.根据权利要求1所述的船只智控***，其特征在于：所述后置推进器还包括转向角度检测机构，该转向角度检测机构与所述第五控制单元通信连接；所述船只智控***还包括与所述第五控制单元通信连接的操作杆组件、方向盘组件和显示屏组件。

3.根据权利要求1所述的船只智控***，其特征在于：所述前置推进器还包括第二CAN总线收发单元和第二控制单元，其中前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与所述第二控制单元通信连接，第二控制单元与所述第二CAN总线收发单元，第二CAN总线收发单元与所述第一CAN总线收发单元通信连接，前置转向电机驱动电路和前置推进电机驱动电路与第一控制单元之间通过第二控制单元、第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信。

4.根据权利要求3所述的船只智控***，其特征在于：还包括脚控器组件，脚控器组件与第二CAN总线收发单元连接，脚控器组件与第一控制单元之间通过第二CAN总线收发单元和第一CAN总线收发单元进行数据转发通信。

5.根据权利要求1至4中任意一项权利要求所述的船只智控***，其特征在于：所述前置推进器还包括与第一控制单元连接的第一2.4G收发模块，所述船只智控***还包括遥控器，该遥控器包括第二2.4G收发模块，第三控制单元、遥控按键模块和遥控显示模块，遥控按键模块和遥控显示模块与第三控制单元通信连接，第二2.4G收发模也与第三控制单元通信连接，第一2.4G收发模块与第二2.4G收发模块通信连接。

6.一种如权利要求1所述船只智控***的船体控制方法，其特征在于：所述第一控制单元接收第一GPS模块的数据，将第一GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；所述第一控制单元接收第一九轴传感器和和航向传感模块内的第二九轴传感器的数据，获得船身与地磁之间的夹角；所述第一控制单元通过比对船体的当前位置坐标与设定位置的坐标，结合获得的船身与地磁之间的夹角，给前置转向电机驱动电路、前置推进电机驱动电路、后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路输出控制信号，以控制前置转向电机、前置推进电机、后置转向电机和后置推进电机，进而控制船体的整体姿态，使船体的整体姿态保持稳定。

7.根据权利要求6所述的船体控制方法，其特征在于：当前置推进器处于收纳状态退出***时，第五控制单元获取航向传感模块内的第二GPS模块的数据，将第二GPS模块的数据作为船体的当前位置坐标；第五控制单元获取航向传感模块内的第二九轴传感器的信息，获取船体的航速信息，并输出控制信号给后置转向电机驱动电路和后置推进电机驱动电路，以控制后置转向电机和后置推进电机，进而对船体的运行姿态进行控制。

8.根据权利要求6所述的船体控制方法，其特征在于：如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离大于等于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定整航行方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以全功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使后置转向电机的转向角度与船体龙骨保持一线，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第一预设辅助功率启动运行。

9.根据权利要求6所述的船体控制方法，其特征在于：如果船体的当前位置坐标与设定位置的坐标距离小于10米时，第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度与设定位置方向相同，同时输出控制信号给前置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机以第二预设辅助功率启动运行；同时第一控制单元输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角接近于设定角度值，同时输出控制信号给后置推进电机驱动电路，以控制后置推进电机以第三预设辅助功率启动运行。

10.根据权利要求6所述的船体控制方法，其特征在于：如果船体的当前位置坐标达到设定位置的坐标，此时第一控制单元输出控制信号给前置转向电机驱动电路，以控制前置转向电机，使前置转向电机的转向角度始终指向设定位置方向，同时输出控制信号给后置转向电机驱动电路，以控制后置转向电机，使船身与地磁之间的夹角始终指向设定角度值；同时控制前置推进电机和后置推进电机停止工作；在船体的当前位置坐标偏移设定位置的坐标1.5米或船身与地磁之间的夹角超过20°时，第一控制单元输出控制信号给前置推进电机驱动电路或后置推进电机驱动电路，以控制前置推进电机或后置推进电机以第四预设辅助功率启动运行，使船体的位置缓慢恢复至设定位置的坐标。

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