一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法技术方案

本发明专利技术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。

【技术实现步骤摘要】
一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法
本专利技术涉及无人艇
，特别涉及一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法。
技术介绍
随着对于海洋资源的需求不断增加，海上船舶的数量在不断的增加，加之近几年无人船领域的快速发展，使得海上交通呈现了更为复杂的情形。船舶海上碰撞事故是海上交通事故的主要组成部分。针对海上交通安全，国际海事组织制订了国际海上避碰规则，该规则详细规定了船舶悬挂的号灯、号型及发出的号声，同时规定了船舶在海上航行时针对各种情形需要采取的措施，以防止和避免船舶相互之间的碰撞而引起海损事故。在传统的机动船上，号灯、号型及发出的号声均由船员进行操作。无人艇因艇上没有船员，通常只安装少数几个号灯或不安装号灯，并在无人艇启动时同步启动。因此，如何解决无人艇在执行各种任务时，自主遵守国际海上避碰规则，做出相应的号灯、号型及发出的号声操作是目前需要解决的一个问题。
技术实现思路
针对现有技术中存在的问题和不足，本专利技术的目的旨在提供一种无人艇号灯与声号自动控制系统及其控制方法。为实现专利技术目的，本专利技术采用的技术方案如下：一种无人艇号灯与声号自动控制系统，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其工作状态的控制开关，每个鸣笛喇叭设有一个控制其工作状态的控制开关，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。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，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。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，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。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，所述单片机为STM32单片机，所述STM32单片机通过RS232串口协议与工业控制计算机进行数据交互，通过接收号灯与声号控制器发送的控制指令对鸣笛喇叭和信号灯的控制开关进行控制，以实现鸣笛喇叭和信号灯的控制。更加优选地，所述控制开关为继电器。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，所述信号灯包括一个锚灯、一个左舷灯、一个右舷灯、一个高位红色环照灯、一个桅灯、一个中位白色环照灯、一个黄色闪光灯、一个低位红色环照灯、一个艉灯和一个拖带灯。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，所述激光雷达用于检测无人艇周围的障碍物以及其障碍物的运动状态和障碍物与无人艇之间的相对位置关系，并将检测的障碍物信息传输给号灯与声号控制器，其中，当激光雷达检测到障碍物具有一定的速度时，则认为障碍物为在航船舶；所述GPS装置用于无人艇的定位和导航，同时GPS装置能获取当前位置当前时刻的世界标准时间(UTC时间)以及经纬度信息，并将检测的数据信号传输给号灯与声号控制器；所述能见度观测仪用于检测海面的能见度，并将检测的数据信号传输给号灯与声号控制器，当海面能见度低于一定值后，号灯与声号控制程序开启相应的号灯控制和声号控制；所述惯导系统用于检测无人艇当前时刻的航速、航向角和位置等信息，并将检测的数据信号传输给号灯与声号控制器；所述光敏传感器用于检测外界的光信号，并将光信号信息传输给号灯与声号控制器。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，号灯与声号控制器与无人艇控制器之间可进行数据交互，号灯与声号控制器可从无人艇控制器中获取当前无人艇的控制参数、控制模式。当无人艇处于上位机控制模式或者遥控器控制模式时，号灯与声号控制器可以接收无人艇控制器传输的指令，并直接加以实现，此时号灯与声号控制器具有最低优先级。当无人艇处于自主工作模式时，无人艇控制器传输的指令将被直接抛弃而不进行处理，此时号灯与声号控制程序具有最高优先级。根据上述的无人艇号灯与声号自动控制系统，优选地，所述无人艇号灯与声号自动控制系统的工作过程为：激光雷达、GPS装置、能见度观测仪、惯导系统和光敏传感器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，号灯与声号控制器对来自无人艇控制器、激光雷达、GPS装置、能见度观测仪、惯导系统、光敏传感器和无人艇控制器的数据信号进行综合处理，分析判断当前时刻的昼夜信息、能见度、无人艇的实际运动状态和障碍物信息，并按照国际海上避碰规则计算鸣笛喇叭与各个信号灯的控制指令，然后将鸣笛喇叭与各个信号灯的控制指令传输至单片机，单片机接收号灯与声号控制器的控制指令并对相应的信号灯、鸣笛喇叭的控制开关进行控制；同时，电流检测模块直接对每个信号灯和鸣笛喇叭进行电流检测，并将检测的电流信号传输给单片机，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。上述无人艇号灯与声号自动控制系统的控制方法，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。根据上述的方法，优选地，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本文档来自技高网...

【技术保护点】
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。

【技术特征摘要】
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...

【专利技术属性】
技术研发人员：谢少荣，任杰烽，彭艳，蒲华燕，瞿栋，柯俊，罗均，
申请(专利权)人：上海大学，
类型：发明
国别省市：上海,31