專利名稱：船用自動駕駛儀的制作方法
技術(shù)領域：
本 發(fā)明涉及確定目標方位從而操縱行駛的系統(tǒng)，尤其涉及一種船用自動駕駛儀。
背景技術(shù)：
目前自動駕駛儀在國內(nèi)船艇中很少使用，而少數(shù)船艇中所使用的自動駕駛儀都屬于老一代的模擬電路和繼電器式駕駛儀，存在著故障率高、功能少、操作困難、尤其是航線不準確等缺點，不能為廣大用戶所接受。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種航線準確、方便操控的船用自動駕駛儀。
本發(fā)明通過以下的技術(shù)方案來實現(xiàn)設計制造一種船用自動駕駛儀，包括用于采集、處理和監(jiān)控船舶行駛方向的主機單元以及用于向主機單元發(fā)出操舵指令和顯示船舶行駛狀態(tài)的面板控制單元，所述主機單元包括中央處理器，用于讀取和處理航行數(shù)據(jù)，指揮和控制航行方向；存儲器，存放有偏航設置角度、舵限制角度、羅經(jīng)修正量數(shù)據(jù)，供所述中央處理器調(diào)用；GPS信號單元，用于把GPS信號送入中央處理器進行識別處理，由中央處理器調(diào)解并輸出導航方位信號；羅經(jīng)信號處理單元，用于采集反映航行狀態(tài)信息的羅經(jīng)信號并把該羅經(jīng)信號送入中央處理器進行處理，處理后的數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線輸送到面板控制單元顯示；左右舵監(jiān)測、修正和控制單元，用于采集左右舵的方向信號，該左右舵的方向信號被分成兩路，一路送到面板控制單元作為舵表指示，另一路通過左右舵比較電路、中央處理器和天氣控制電路的比較和計算獲得左右舵的方向修正量，由中央處理器發(fā)出左右舵的操作指令；報警電路，用于當所述中央處理器判斷出現(xiàn)航向偏差或需要值班報警時發(fā)出警報聲。
所述面板控制單元包括與主機單元的信號輸入端連接的按鍵開關電路、舵角調(diào)節(jié)旋鈕、反舵角調(diào)節(jié)旋鈕、天氣調(diào)節(jié)旋鈕、航向指示、舵角指示和狀態(tài)指示燈。
另外，本發(fā)明的船用自動駕駛儀還包括與主機單元有線或無線連接的遙控電路。
所述GPS信號單元包括與中央處理器的輸入端連接的NMEA信號輸入和耦合放大電路以及與中央處理器的輸出端連接的放大電路和NMEA信號輸出。
所述羅經(jīng)信號處理單元包括羅經(jīng)傳感器、與所述羅經(jīng)傳感器輸入端連接的振蕩器和放大電路，所述羅經(jīng)傳感器的信號輸出經(jīng)LC濾波電路、整流電路、RC匹配電路、正、余比較電路連接所述中央處理器的信號輸入端。
所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元包括順序單向連接的舵反應器、左右舵比較電路、運算比較電路和天氣控制電路，該天氣控制電路的輸出端分成兩路，一路接左舵控制電路、左舵驅(qū)動電路和左舵電磁閥，另一路接右舵控制電路、右舵驅(qū)動電路和右舵電磁閥；所述中央處理器的信號輸入和輸出端分別連接所述左右舵比較電路和運算比較電路，所述天氣控制電路的輸入端還連接面板控制單元。
所述報警電路包括與中央處理器的信號輸入端連接的警報驅(qū)動電路和蜂鳴器以及與所述警報驅(qū)動電路的輸出端連接的外接警報器。
所述中央處理器將所述羅經(jīng)信號處理單元傳送來的羅經(jīng)方位信號與通過面板控制單元手動設置的方位、或通過遙控電路遙控設置的方位、或通過GPS信號單元接收的衛(wèi)星信號的方位進行處理比較，然后在39腳輸出比較信號電平給所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元的運算比較電路與舵信號進行比較。
所述遙控電路包括由D91～D98、R91～R102、C91～C94組成的遙控匹配電路，當外接遙控器是方向盤或駕駛柄時，所述中央處理器將對遙控信號自動識別。
所述GPS信號單元的GPS信號經(jīng)包括R71、D71、U5元件的光電耦合輸入電路，在U5的6腳輸出到中央處理器進行識別處理，由中央處理器調(diào)解出航線方位信號。
與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的自動駕駛儀將數(shù)字電路和模擬電路相結(jié)合，采用了高性能的8位微處理器進行各功能轉(zhuǎn)換和處理，簡化了電路元件和加強了可靠性，可設置磁羅經(jīng)的方位角度進行自動行駛，并能進行航線監(jiān)視并修改和報警，功能強大；同時設計了GPS(全球定位系統(tǒng))輸入電路，連接GPS單元的NMEA0183數(shù)據(jù)信號，使自動駕駛儀能按照GPS單元的航線行駛，因而航線更加準確；此外，還可連接有線遙控器在駕駛室外進行操舵，使駕駛員能簡易、方便地操控船只，特別適合于各種中小型漁船中使用。


圖1是本發(fā)明船用自動駕駛儀的面板控制單元2的外觀圖；圖2是本發(fā)明船用自動駕駛儀的主機單元1的一級原理方框圖；圖3是本發(fā)明船用自動駕駛儀的主機單元1的二級原理方框圖；圖4是所述面板控制單元2的原理方框圖；圖5是所述主機單元1的電路原理圖；圖6是所述面板控制單元2的電路原理圖。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖及最佳實施例對本發(fā)明作進一步詳盡的描述。
本發(fā)明的船用自動駕駛儀主要由用于采集、處理和監(jiān)控船舶行駛方向的主機單元1以及用于向主機單元1發(fā)出操舵指令和顯示船舶行駛狀態(tài)的面板控制單元2組成，如圖1所示，所述主機單元1包括中央處理器U101，用于讀取和處理航行數(shù)據(jù)，指揮和控制航行方向；存儲器U102，與中央處理器U101雙向連接，存放有偏航設置角度、舵限制角度、羅經(jīng)修正量數(shù)據(jù)，供所述中央處理器U101調(diào)用；GPS信號單元11，與中央處理器U101的雙向連接，用于把GPS信號送入中央處理器U101進行識別處理，由中央處理器U101調(diào)解并輸出導航方位信號；羅經(jīng)信號處理單元12，與中央處理器U101的輸入端連接，用于采集反映航行狀態(tài)信息的羅經(jīng)信號并把該羅經(jīng)信號送入中央處理器U101進行處理，處理后的數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線輸送到面板控制單元2顯示；左右舵監(jiān)測、修正和控制單元13，與中央處理器U101和面板控制單元2雙向連接，用于采集左右舵的方向信號，該左右舵的方向信號被分成兩路，一路送到面板控制單元2作為舵表指示，另一路通過左右舵比較電路、中央處理器U101和天氣控制電路的比較和計算獲得左右舵的方向修正量，由中央處理器U101發(fā)出左右舵的操作指令；報警電路14，與中央處理器U101的輸出端連接，用于當所述中央處理器U101判斷出現(xiàn)航向偏差或需要值班報警時發(fā)出警報聲。
如圖1和4所示，所述面板控制單元2的殼體通過螺絲28連接到支架29上，殼體內(nèi)設置有與主機單元1的信號輸入端連接的按鍵開關電路21、指示燈驅(qū)動電路、數(shù)字顯示電路等；其控制面板上設置有所述按鍵開關電路21的按鍵組211、舵角調(diào)節(jié)旋鈕22、反舵角調(diào)節(jié)旋鈕23、天氣調(diào)節(jié)旋鈕24、航向指示25、舵角指示26、狀態(tài)指示燈27和航向調(diào)節(jié)旋鈕20。上述各調(diào)節(jié)旋鈕與主機單元1的信號輸入端連接，舵角指示26則與主機單元1雙向連接。矩陣按鍵開關電路由K01-K08和A0-A2組成，可完成各種功能轉(zhuǎn)換和設置，設置數(shù)據(jù)可存入EEPROM存儲器，不易丟失資料。
本發(fā)明的船用自動駕駛儀的工作原理參見圖5所示的主機單元1的電路原理圖和圖6所示的面板控制單元2的電路原理圖。
一、電源部分當船用供電加入駕駛儀時，經(jīng)15A保險絲到調(diào)整管Q201的E極，在C極調(diào)整輸出+11VDC向U2、U3、U4運算放大電路等電路提供工作電壓。Q202和ZD201等構(gòu)成Q201的偏置電路，電阻R204、R205、Q203組成比較電路。
當電源開關K201接通時，Q202的E極經(jīng)電阻R203接地，Q202開始工作，將Q201的B極電位拉低使其導通。Q201的C極輸出電壓另一路經(jīng)Q203的E極輸出比較電壓，調(diào)節(jié)Q202的E極電位，從而達到穩(wěn)壓目的。在Q201的C極輸出+11VDC另一路經(jīng)U201三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓為+5VDC，供給中央處理器和面板顯示電路等的工作電壓。如圖5所示。
二、整機工作原理如圖3、圖5和圖6所示，主機單元1的所有功能都由中央處理器U101(KZ3853L)讀取和控制。當開始工作時，X101提供中央處理器U101的工作頻率3.68MHZ，中央處理器U101初始化程序后讀取存儲器U102(93C46)的數(shù)據(jù)，該存儲器U102可存放偏航設置角度、舵限制角度、羅經(jīng)修正等數(shù)據(jù)。然后中央處理器U101將送來的羅經(jīng)信號進行A-D處理后顯示出羅經(jīng)方位和各功能指示燈，將儀器置于待機模式，然后等待操作指令。
所述羅經(jīng)信號處理單元12包括依次單向連接至中央處理器U101信號輸入端的振蕩器、放大電路、羅經(jīng)傳感器、濾波電路、整流電路、RC匹配電路和正、余弦比較電路。振蕩器為由U1(MC14060)、X1(800KHZ)等組成的1.5KHZ的頻率振蕩電路，振蕩脈沖經(jīng)Q1、Q2、Q3放大后輸送給外部羅經(jīng)傳感器以切割磁場，使羅經(jīng)傳感器的感應信號精確度提高，由羅經(jīng)返回的磁場信號經(jīng)濾波電路LC1、LC2、LC3、LC4濾波，由D5-D12將其整流成電平信號，經(jīng)U2A、U2B(LM324)比較放大后輸出的正弦和余弦信號送入中央處理器U101進行處理和監(jiān)視，經(jīng)中央處理器U101處理后方位數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線輸送到面板控制單元2的顯示電路，由控制單元2的控制面板上的數(shù)字管顯示出當前的航向度數(shù)，使駕駛員能非常清楚地看到本船的航向。此外，本發(fā)明的自動駕駛儀還設計了軟件磁性補償，如果羅經(jīng)在不同方位有不同偏差時(特別是鋼鐵船)，可由中央處理器U101進行磁性補償。
所述面板控制單元2的顯示電路由U1、U2、U3(SL74HC573)和LED1、LED2、LED3等組成，中央處理器U101送來的數(shù)字信號經(jīng)U1、U2、U3進行轉(zhuǎn)換，驅(qū)動LED1、LED2、LED3以顯示相應的數(shù)字。當中央處理器U101送來的數(shù)據(jù)信號中包含有舵限制信號時，U1、U2、U3將驅(qū)動LED1、LED2、LED3顯示舵限制信息S_L或P_L字樣，同時輸出左、右舵限制信號至舵控制電路進行控制。
所述中央處理器U101將羅經(jīng)信號處理單元12傳送來的羅經(jīng)方位信號與通過面板控制單元2手動設置的方位(自動模式)、或通過遙控電路15遙控設置的方位(遙控模式)、或通過GPS信號單元11接收的衛(wèi)星信號的方位(衛(wèi)星模式)進行處理比較，然后在39腳輸出比較信號電平給所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元13的運算比較電路與舵信號進行比較。
所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元13包括順序單向連接的舵反應器、左右舵比較電路、運算比較電路和天氣控制電路，該天氣控制電路的輸出端分成兩路，一路接左舵控制電路、左舵驅(qū)動電路和左舵電磁閥，另一路接右舵控制電路、右舵驅(qū)動電路和右舵電磁閥。所述中央處理器U101的信號輸入和輸出端分別連接所述左右舵比較電路和運算比較電路，所述天氣控制電路的輸入端還連接面板控制單元2。外部舵反應器輸入的舵信號分為二路，一路送到面板控制單元2的舵角指示26，另一路經(jīng)U3B運算器差分出左、右舵信號電平。一路送到中央處理器U101檢測舵度數(shù)，當出現(xiàn)航向偏差，舵度數(shù)超過設置的舵限制度數(shù)時，中央處理器U101將輸出舵限制信號，同時發(fā)出警報；另一路送入U3D(LM324)等元件組成的比較電路，與中央處理器U101的39腳送來的差別信號電平進行比較，比較出來的修正信號再送入由U4A、U4B(LM324)等元件組成的天氣控制電路，由面板控制單元2控制面板上的天氣控制旋鈕24調(diào)節(jié)其靈敏度。調(diào)節(jié)好的修正信號電平送到由U4C、U4D(LM324)等元件組成的左、右舵控制電路，通過電磁閥驅(qū)動電路驅(qū)動電磁閥門，使油壓舵轉(zhuǎn)動而達到修正的目的。如無限制信號時，U4C、U4D的8腳或14腳將輸出驅(qū)動電壓控制左、右舵的電磁閥驅(qū)動電路。其中，由Q10、Q12、Q13等組成右舵驅(qū)動電路，Q11、Q14、Q15等組成左舵驅(qū)動電路。由于電磁閥驅(qū)動電路需要頻繁的大電流工作，它由4只大功率的E-FET場效應管組成推挽式電路，提高了可靠性和穩(wěn)壓性。
所述報警電路14包括與中央處理器U101的信號輸入端連接的警報驅(qū)動電路和蜂鳴器以及與所述警報驅(qū)動電路的輸出端連接的外接警報器。該報警電路14設計了時鐘警報器，可在適當?shù)臅r間給駕駛員一個提醒。當出現(xiàn)航向偏差或值班等報警時，中央處理器U101的38腳將輸出報警信號到由U2C、U2D(LM324)等元件組成的報警電路驅(qū)動蜂鳴器進行聲音報警。
所述GPS信號單元11包括與中央處理器U101的輸入端連接的NMEA信號輸入和耦合放大電路以及與中央處理器U101的輸出端連接的放大電路和NMEA信號輸出。所述GPS信號單元11的GPS信號經(jīng)包括R71、D71、U5元件的光電耦合輸入電路，在U5的6腳輸出到中央處理器U101進行識別處理，由中央處理器U101調(diào)解出MNEA信號中的航線方位信號。
本發(fā)明還包括與主機單元1有線或無線連接的遙控電路15，實現(xiàn)了在駕駛室外進行操舵，大大方便了駕駛?cè)藛T。所述遙控電路15由D91-D98、R91-R102、C91-C94組成輸入匹配電路，當外接遙控器是方向盤或駕駛柄時，中央處理器U101將對其自動識別，使其都能正常操作。
權(quán)利要求
1.一種船用自動駕駛儀，包括用于采集、處理和監(jiān)控船舶行駛方向的主機單元(1)以及用于向主機單元(1)發(fā)出操舵指令和顯示船舶行駛狀態(tài)的面板控制單元(2)，其特征在于，所述主機單元(1)包括中央處理器(U101)，用于讀取和處理航行數(shù)據(jù)，指揮和控制航行方向；存儲器(U102)，存放有偏航設置角度、舵限制角度、羅經(jīng)修正量數(shù)據(jù)，供所述中央處理器(U101)調(diào)用；GPS信號單元(11)，用于把GPS信號送入中央處理器(U101)進行識別處理，由中央處理器(U101)調(diào)解并輸出導航方位信號；羅經(jīng)信號處理單元(12)，用于采集反映航行狀態(tài)信息的羅經(jīng)信號并把該羅經(jīng)信號送入中央處理器(U101)進行處理，處理后的數(shù)字信號通過數(shù)據(jù)線輸送到面板控制單元(2)顯示；左右舵監(jiān)測、修正和控制單元(13)，用于采集左右舵的方向信號，該左右舵的方向信號被分成兩路，一路送到面板控制單元(2)作為舵表指示，另一路通過左右舵比較電路、中央處理器(U101)和天氣控制電路的比較和計算獲得左右舵的方向修正量，由中央處理器(U101)發(fā)出左右舵的操作指令；報警電路(14)，用于當所述中央處理器(U101)判斷出現(xiàn)航向偏差或需要值班報警時發(fā)出警報聲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的船用自動駕駛儀，其特征是所述面板控制單元(2)包括與主機單元(1)的信號輸入端連接的按鍵開關電路(21)、舵角調(diào)節(jié)旋鈕(22)、反舵角調(diào)節(jié)旋鈕(23)、天氣調(diào)節(jié)旋鈕(24)、航向指示(25)、舵角指示(26)和狀態(tài)指示燈(27)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于還包括與主機單元(1)有線或無線連接的遙控電路(15)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述GPS信號單元(11)包括與中央處理器(U101)的輸入端連接的NMEA信號輸入和耦合放大電路以及與中央處理器(U101)的輸出端連接的放大電路和NMEA信號輸出。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述羅經(jīng)信號處理單元(12)包括羅經(jīng)傳感器、與所述羅經(jīng)傳感器輸入端連接的振蕩器和放大電路，所述羅經(jīng)傳感器的信號輸出經(jīng)LC濾波電路、整流電路、RC匹配電路、正、余弦比較電路連接所述中央處理器(U101)的信號輸入端。
6.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元(13)包括順序單向連接的舵反應器、左右舵比較電路、運算比較電路和天氣控制電路，該天氣控制電路的輸出端分成兩路，一路接左舵控制電路、左舵驅(qū)動電路和左舵電磁閥，另一路接右舵控制電路、右舵驅(qū)動電路和右舵電磁閥；所述中央處理器(U101)的信號輸入和輸出端分別連接所述左右舵比較電路和運算比較電路，所述天氣控制電路的輸入端還連接面板控制單元(2)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述報警電路(14)包括與中央處理器(U101)的信號輸入端連接的警報驅(qū)動電路和蜂鳴器以及與所述警報驅(qū)動電路的輸出端連接的外接警報器。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述中央處理器(U101)將所述羅經(jīng)信號處理單元(12)傳送來的羅經(jīng)方位信號與通過面板控制單元(2)手動設置的方位、或通過遙控電路(15)遙控設置的方位、或通過GPS信號單元(11)接收的衛(wèi)星信號的方位進行處理比較，然后在39腳輸出比較信號電平給所述左右舵監(jiān)測、修正和控制單元(13)的運算比較電路與舵信號進行比較。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述遙控電路包括由D91～D98、R91～R1 02、C91～C94組成的遙控匹配電路，當外接遙控器是方向盤或駕駛柄時，所述中央處理器(U101)將對遙控信號自動識別。
10.根據(jù)權(quán)利要求4所述的船用自動駕駛儀，其特征在于所述GPS信號單元(11)的GPS信號經(jīng)包括R71、D71、U5元件的光電耦合輸入電路，在U5的6腳輸出到中央處理器(U101)進行識別處理，由中央處理器(U101)調(diào)解出航線方位信號。
全文摘要
一種船用自動駕駛儀，包括用于采集、處理和監(jiān)控船舶行駛方向的主機單元(1)以及用于向主機單元(1)發(fā)出操舵指令和顯示船舶行駛狀態(tài)的面板控制單元(2)，所述主機單元(1)包括中央處理器(U101)、存儲器(U102)、GPS信號單元(11)、羅經(jīng)信號處理單元(12)、左右舵監(jiān)測、修正和控制單元(13)和報警電路(14)。本發(fā)明的自動駕駛儀可實現(xiàn)船舶的自動行駛，無需手動操舵，適合于各種船舶使用。
文檔編號G05D1/02GK1877476SQ20061006090
公開日2006年12月13日 申請日期2006年5月30日 優(yōu)先權(quán)日2006年5月30日
發(fā)明者陳華平, 黃冠南, 莊惠林 申請人:陳華平