專利名稱：設(shè)定航向自動修正的操舵儀的制作方法
設(shè)定航向自動修正的操舵儀
(一) 技術(shù)領(lǐng)域 本發(fā)明涉及一種自動操舵儀。
(二)
背景技術(shù)：
目前存在兩種自動操舵儀，航跡操舵儀和航向操舵儀。其中航跡 操舵儀尚處于研究階段，特點是系統(tǒng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，實現(xiàn)困難，成本很高。 而航向操舵儀需要人工設(shè)定船舶航向，不具備航向自動修正功能。但 在實際應(yīng)用中，因為存在著風(fēng)浪的影響，會使得船舶偏離設(shè)定航向， 此時如果按照原來的設(shè)定航向來糾正實際航向，船舶將無法到達預(yù)定 的目的地。因此在實際操作中往往會有專人負責(zé)定期重新計算航向， 并作為設(shè)定航向傳給自動操舵儀。
(三)

發(fā)明內(nèi)容
為了克服已有的操舵儀不具備航向自動修正功能、需要專人定期 重新計算航向的不足,本發(fā)明提供一種在航行過程中能自動修正設(shè)定 航向的自動操舵儀。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是 一種設(shè)定航向自動修正的操舵儀，包括用于控制修正設(shè)定航向的控制
主機、電子羅盤、GPS模塊、舵角驅(qū)動模塊、舵角檢測模塊、電源模 塊，所述的電子羅盤、GPS模塊、舵角檢測模塊連接控制主機，所述 控制主機連接舵角驅(qū)動模塊，所述的控制主機的主要功能包括航向 檢測模塊，用于接受電子羅盤發(fā)送的航向數(shù)據(jù)；期望航向計算模塊， 根據(jù)GPS模塊接收的船舶實際位置以及目標位置計算期望航向；航向
控制模塊，用于比較根據(jù)所述的期望航向與電子羅經(jīng)接收的實際航向， 根據(jù)期望航向與實際航向存在的航向偏差值計算出所需要的期望舵角
值；舵角控制模塊，用于根據(jù)期望舵角值和舵角檢測模塊測得的實際 舵角值計算出舵角偏差，依照該舵角偏差向舵角驅(qū)動模塊輸出控制信 號；所述航向檢測模塊的輸出傳送到航向控制模塊，所述航向控制模 塊的輸出傳送到舵角控制模塊，所述舵角控制模塊的輸出傳送到舵角 驅(qū)動模塊。本發(fā)明在航行過程中能自動修正設(shè)定航向。
本發(fā)明的技術(shù)構(gòu)思為利用GPS和電子羅盤實現(xiàn)船舶航向的自動
保持和自動修正。能夠根據(jù)目的地自動計算船舶當(dāng)前期望航向，并自
動修正實際航向，使得船舶總是向著設(shè)定目的地航行。
其結(jié)構(gòu)包括嵌入式控制主機MCU、電子羅盤、GPS模塊、輸入
輸出模塊、舵角驅(qū)動模塊、舵角檢測模塊、電源模塊。嵌入式控制主
機MCU1復(fù)雜整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)綜合、運算和輸出，電子羅盤檢測船舶
運動的實際航行，GPS接收船舶實際位置，嵌入式控制主機MCU可
以利用這個位置信息和設(shè)定航向計算出新的期望航向，輸入輸出模塊
負責(zé)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)輸入、系統(tǒng)信息顯示和系統(tǒng)運行狀態(tài)指示，舵角檢測
模塊可以檢測船舶舵角的實際值，舵角驅(qū)動模塊可以根據(jù)嵌入式控制
主機MCU計算出來的舵角值操作舵角，電源模塊負責(zé)給系統(tǒng)的所有
模塊供電。
本發(fā)明的有益效果主要表現(xiàn)在1、航行過程中能夠自動修正設(shè)定 航向；2、系統(tǒng)采用數(shù)字化技術(shù)，結(jié)構(gòu)簡單，系統(tǒng)可靠。

圖1是自動操舵儀的控制結(jié)構(gòu)圖。 圖2是自動操舵儀的原理圖。
圖3是航行自動修正程序的流程圖。 具體實施例方式
下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步描述。
參照圖1 圖3， 一種設(shè)定航向自動修正的操舵儀，包括用于控制修正
設(shè)定航向的控制主機l、電子羅盤2、 GPS模塊3、舵角驅(qū)動模塊5、
舵角檢測模塊6、電源模塊7，所述的電子羅盤2、 GPS模塊3、舵角
檢測模塊6連接控制主機1，所述控制主機1連接舵角驅(qū)動模塊5，所
述的控制主機1的主要功能包括航向檢測模塊，用于接受電子羅盤
發(fā)送的航向數(shù)據(jù)；期望航向計算模塊，根據(jù)GPS模塊接收的船舶實際
位置以及目標位置計算期望航向；航向控制模塊，用于比較根據(jù)所述
的期望航向與電子羅經(jīng)接收的實際航向，根據(jù)期望航向與實際航向存
在的航向偏差值計算出所需要的期望舵角值；舵角控制模塊，用于根
據(jù)期望舵角值和舵角檢測模塊測得的實際舵角值計算出舵角偏差，依
照該舵角偏差向舵角驅(qū)動模塊輸出控制信號；所述航向檢測模塊的輸
出傳送到航向控制模塊，所述航向控制模塊的輸出傳送到舵角控制模
塊，所述舵角控制模塊的輸出傳送到舵角驅(qū)動模塊。本發(fā)明在航行過
程中能自動修正設(shè)定航向。
電源模塊6的+ 5V和GND輸出端分別與嵌入式控制主機MCU1 、
電子羅盤2、 GPS模塊3、輸入輸出模塊4、舵角驅(qū)動模塊5的+ 5V
和GND短相連。電子羅盤2和GPS模塊3的數(shù)據(jù)接口都是串行口，
電子羅盤2通過串行口相連和嵌入式控制主機通信，GPS模塊3通過
串行口和嵌入式控制主機MCU1通信，嵌入式控制主機MCU1還留
有串行口可以與上位機通信。嵌入式控制主機MCU1利用1/0及相應(yīng)
的驅(qū)動電路控制輸入輸出模塊4及舵角驅(qū)動模塊5。 本實施例在控制結(jié)構(gòu)上分為三個環(huán)，分別為舵角控制內(nèi)環(huán)、航向控 制內(nèi)環(huán)和航向修正環(huán)。普通的航向操舵儀包括包括舵角控制和航向控 制，航向控制負責(zé)根據(jù)設(shè)定航向和實際航向的偏差計算出需要的舵角 值，傳送給舵角控制環(huán)，舵角控制環(huán)的功能是根據(jù)航向控制環(huán)傳送過 來的舵角值和實際舵角值的偏差直接操作舵機，從而改變舵角，最終 使得船舶航向保持在設(shè)定航向上。但是由于設(shè)定航向是在過去的位置 設(shè)定的，而船舶在航向過程中偏差總是存在的，在船舶偏離了設(shè)定航 向決定的航線時，若依然按照原來的設(shè)定航向糾正船舶實際航向，那 么將無法到達實際目的地。因此，本發(fā)明在航向操舵儀的基礎(chǔ)上增加
了 GPS，實現(xiàn)船舶運行過程中的設(shè)定航向自動修正功能。
如圖2所示，為系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖。由于船用電源輸出有24的直流 電源，因此圖中電源模塊7直接將24V直流電轉(zhuǎn)換成5V直流電，然 后供電給圖中各個模塊。電子羅盤2選用的是ZCC220N—V1.6c。 ZCC220N—V1.6c是一款低成本平面數(shù)字羅盤模塊。輸入電壓低，功 耗小，體積小。其工作原理是通過磁傳感器中兩個相互垂直軸同時感 應(yīng)地球磁場的磁分量，從而得出方位角度。本系統(tǒng)中，該羅盤以232 電平全雙工方式與嵌入式控制主機MCU1進行通信。GPS模塊3選用 的是iTrax02 GPS接收機。ITrax02是目前世界上體積最小、功耗最低 的GPSOEM板，其尺寸僅為26mmX26mmX4.7mm，休眠時功耗僅 為80uW，連續(xù)導(dǎo)航時不超過110mW，并且其從休眠到導(dǎo)航定位僅為 8秒鐘，具有極快的信號獲取引擎。iTmx02自帶2個UART接口，使 用符合NMEA-0183 V3.0的數(shù)據(jù)格式與嵌入式控制主機MCU1通信。 iTmx02采用芯片式嵌入設(shè)計，本系統(tǒng)中直接集成在操舵儀的PCB板 上。
如圖3所示，為航向自動修正程序流程圖。其具體工作流程如下所
示
(1) 從電子羅盤讀取實際航向，然后與設(shè)定航向進行比較；
(2) 判斷誤差偏差是否在允許范圍內(nèi)，若在允許范圍內(nèi)則不改變設(shè)定 航向；
(3) 、若超出允許范圍，則讀取GPS數(shù)據(jù)，重新計算計劃航向，并控 制船舶改變航向。
權(quán)利要求
1、一種設(shè)定航向自動修正的操舵儀，其特征在于所述自動操舵儀包括用于控制修正設(shè)定航向的控制主機、電子羅盤、GPS模塊、舵角驅(qū)動模塊、舵角檢測模塊、電源模塊，所述的電子羅盤、GPS模塊、舵角檢測模塊連接控制主機，所述控制主機連接舵角驅(qū)動模塊，所述的控制主機的主要功能包括航向檢測模塊，用于接受電子羅盤發(fā)送的航向數(shù)據(jù)；期望航向計算模塊，根據(jù)GPS模塊接收的船舶實際位置以及目標位置計算期望航向；航向控制模塊，用于比較根據(jù)所述的期望航向與電子羅經(jīng)接收的實際航向，根據(jù)期望航向與實際航向存在的航向偏差值計算出所需要的期望舵角值；舵角控制模塊，用于根據(jù)期望舵角值和舵角檢測模塊測得的實際舵角值計算出舵角偏差，依照該舵角偏差向舵角驅(qū)動模塊輸出控制信號；所述航向檢測模塊的輸出傳送到航向控制模塊，所述航向控制模塊的輸出傳送到舵角控制模塊，所述舵角控制模塊的輸出傳送到舵角驅(qū)動模塊。
全文摘要
一種設(shè)定航向自動修正的操舵儀，包括用于控制修正設(shè)定航向的控制主機、電子羅盤、GPS模塊、舵角驅(qū)動模塊、舵角檢測模塊、電源模塊，電子羅盤、GPS模塊、舵角檢測模塊連接控制主機，控制主機連接舵角驅(qū)動模塊，控制主機的主要功能包括航向檢測模塊、航向控制模塊、舵角控制模塊；所述航向檢測模塊的輸出傳送到航向控制模塊，所述航向控制模塊的輸出傳送到舵角控制模塊，所述舵角控制模塊的輸出傳送到舵角驅(qū)動模塊。本發(fā)明提供一種在航行過程中能自動修正設(shè)定航向的自動操舵儀。
文檔編號G05B13/02GK101109958SQ20071007030
公開日2008年1月23日 申請日期2007年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2007年7月24日
發(fā)明者偉 何, 立 俞, 馮遠靜, 鉷 宋, 浩 封, 徐建明, 游 滕, 熊遠生 申請人:浙江工業(yè)大學(xué)