一种船用自动操舵系统的越级控制装置及越级控制方法与流程

1.本发明涉及船舶操控控制领域，具体涉及一种船用自动操舵系统的越级控制装置及越级控制方法。


背景技术：

2.船用自动操舵系统是控制舵机打舵的导航产品，其主要包括自动操舵、随动操舵和应急操舵三种操控模式。在远洋、开阔海域、天气良好、能见度高等海况下，采用自动操舵模式，可减轻舵手劳动强度和提高操控精度；在进出港口、航经狭水道、船舶密集水域时需要采用随动操舵模式，保障航行安全；当遇到自动舵和随动舵发生故障等紧急情况时采用应急操舵模式。
3.传统的自动操舵系统会配备操舵模式选择开关，通过手动扳手开关来选择当前的操舵模式，人为选择后方可进入相应的操舵模式，这样存在的问题是在模式选择开关失控或触礁等紧急情况下，操舵人员来不及或者无法操作到应急模式，存在严重的安全隐患。


技术实现要素：

4.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种船用自动操舵系统的越级控制装置及越级控制方法，在自动操舵模式或随动操舵模式运行下，操作应急手柄即可停止自动或随动操舵的指令发送并转入应急操舵模式，紧急情况解除后可以恢复到应急操舵之前的操舵模式。
5.本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：
6.一种船用自动操舵系统的越级控制装置，包括：电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电路、越级指示灯及关闭按键；越级控制装置连接有应急手柄；
7.电源电路用以越级控制装置供电；
8.应急手柄在自动操舵模式或随动操舵模式下被操纵时向舵机伺服机构发送应急操舵信号，同时产生越级控制信号；
9.越级信号采集电路用以采集应急手柄产生的越级控制信号，控制处理器将越级信号采集电路采集到的越级控制信号转换为数字信号后传输至can总线收发电路，同时点亮越级指示灯；can总线收发电路将接收到的数字信号转换为符合can总线格式的信息并传输至操舵总线，用以控制自动操舵模式关闭或随动操舵模式的关闭；
10.控制处理器接收到越级控制信号后，点亮越级指示灯，进入越控制级模式；
11.越级控制模式下，关闭按键用以产生按键信号并关闭越级指示灯，开关采集电路采集按键信号后将按键信号传输至控制处理器，控制处理器接收到按键信号后进行逻辑处理，再通过can总线收发电路发送至操舵总线，以恢复自动操舵模式或随动操舵模式。
12.进一步地，越级控制装置还包括面板，越级指示灯及关闭按键安装在越级控制装置的面板一侧，电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电
路组成越级控制电路板安装在装置的面板另外一侧。
13.本发明还提供了一种船用自动操舵系统的越级控制方法，在操舵系统中接入越级控制装置，操舵系统包括自动操舵装置、随动操舵装置、应急手柄、操舵总线、模式选择装置；操舵系统运行包括自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式、越级控制模式，自动操舵模式时自动操舵装置向舵机伺服机构发送自动操舵控制信号；随动操舵模式时随动操舵装置向舵机伺服机构发送随动操舵信号；应急操舵模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式这三种操舵模式由模式选择装置实现；越级控制模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；
14.该方法包含：在自动或随动操舵模式时，操纵应急手柄产生应急操舵信号的同时产生越级控制信号；越级控制装置接收控制信号经数据处理后通过操舵总线发送至当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置，当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置接收到越级控制信号后停止向舵机伺服机构发送控制信号，操舵系统切换至越级控制模式。
15.进一步地，越级控制装置和自动操舵装置之间以及越级控制装置和随动操舵装置之间双向通信连接。
16.进一步地，该方法包括以下步骤：
17.步骤1、越级控制装置判断当前操舵系统的运行模式是为自动操舵模式或随动操舵模式；如果是则执行下一步；
18.步骤2、操控应急手柄产生应急操舵信号的同时产生越级控制信号；
19.步骤3、越级控制装置采集到越级控制信号，越级控制装置通过操舵总线向当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置发送越级控制信号：
20.步骤4、自动操舵装置或随动操舵装置收到操舵总线上的越级控制信号后停止向舵机伺服机构发送控制信号，操舵系统的运行模式切换至越级控制模式；
21.步骤5、当越级控制装置接收到按键信号，则越级控制装置通过操舵总线向步骤1中控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置发送按键信号，操舵系统的运行模式切换至步骤1中的自动操舵模式或随动操舵模式。
22.相比与现有技术，本发明的有益效果在于，本发明通过操控应急手柄触发越级控制信号，关闭自动操舵装置或随动操舵装置的控制输出，保证了应急手柄操控的及时性，解决了设备故障、紧急情况下无法正常切换到应急操舵的问题，提高了船舶航行的安全性、稳定性。
附图说明
23.图1是本发明中的船用自动操舵系统的越级控制装置安装示意图。
24.图2是本发明中的船用自动操舵系统的越级控制装置结构原理图。
25.图3是本发明中的越级控制方法流程示意图。
26.图4是本发明中控制处理器的数据处理流程图。
具体实施方式
27.下面结合具体实施方式对本发明的技术方案进行进一步描述：
28.本发明的技术目的是通过以下技术方案实现的：
29.实施例1
30.一种船用自动操舵系统的越级控制装置，包括：电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电路、越级指示灯及关闭按键；越级控制装置连接有应急手柄；电源电路用以越级控制装置供电；应急手柄在自动操舵模式或随动操舵模式下被操纵时向舵机伺服机构发送应急操舵信号，同时产生越级控制信号；越级信号采集电路用以采集应急手柄产生的越级控制信号，控制处理器将越级信号采集电路采集到的越级控制信号转换为数字信号后传输至can总线收发电路，同时点亮越级指示灯；can总线收发电路将接收到的数字信号转换为符合can总线格式的信息并传输至操舵总线，用以控制自动操舵模式关闭或随动操舵模式的关闭；控制处理器接收到越级控制信号后，点亮越级指示灯，进入越控制级模式；越级控制模式下，人为按下关闭按键后产生按键信号并关闭越级指示灯，开关采集电路采集按键信号后将按键信号传输至控制处理器，控制处理器接收到按键信号后进行逻辑处理，再通过can总线收发电路发送至操舵总线，以恢复自动操舵模式或随动操舵模式。
31.本实施例中按键开关和越级指示灯采用一体的带灯按键开关，也即按键开关同时具备越级指示灯的功能，按下按键开关后关闭越级指示灯并可以产生按键信号以恢复自动操舵模式或随动操舵模式。
32.越级指示灯及关闭按键安装在越级控制装置的面板一侧，电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电路组成越级控制电路板安装在装置的面板另外一侧，形成本实施例中的船用自动操舵系统的越级控制开关。
33.具体地，应急手柄在左右两个方向操控打舵方向，在应急手柄操控的两个方向分别接入采集信号并电气连接越级控制装置，采集信号接入一端连接有24v电源正极的开关，应急手柄向左或右操控时采集信号电路闭合，接入越级控制装置的信号线即可得到24v正极电，即应急手柄向舵机伺服机构发送控制信号的同时产生越级控制信号。越级信号采集电路将得到的24v正极电转化为ttl电平信号，本实施例中越级信号采集电路采用pc817光电耦合器将采集的越级控制信号转化为ttl电平信号。
34.控制处理器为arm芯片电路，其判断当前舵机伺服机构是否由自动操舵装置控制或随动操舵装置控制，如果是则将采集到的越级控制信号转换为数据信息发送至can总线收发器，通过can总线收发器将来自控制处理器的数据信息转化为符合can总线格式的信息传输至操舵总线。
35.以当前舵机伺服机构为自动操舵装置控制为例：操舵总线将越级控制激活的can总线信息传输至自动操舵装置，自动操舵装置停止继续向舵机伺服机构发送控制信息，操舵状态切换至越级控制模式；
36.当紧急情况或故障排除后，可以恢复至自动操舵装置状态，可以通过手动按下关闭按键产生按键信号，开关采集电路用以采集关闭按键产生的按键信号，按键信号产生的原理和越级控制信号的产生原理相似，开关采集电路得到24v正极电并转化为数字信号，开关采集电路也通过pc817光电耦合器将采集的越级控制关闭信号转化为数字信号。控制处理器将由越级控制关闭信号转化的数字信号处理成数据信息发送至can总线收发器，通过can总线收发器将来自控制处理器的数据信息转化为can总线信息传输至操舵总线，操舵总
线将控制关闭信号转化的can总线信息发送至自动操舵装置，自动操舵装置恢复继续向舵机伺服机构发送控制信息，操舵恢复至自动操舵状态。
37.实施例2
38.本实施例还提供了一种船用自动操舵系统的越级控制方法，在操舵系统中接入上述的越级控制装置，操舵系统包括自动操舵装置、随动操舵装置、应急手柄、操舵总线、模式选择装置；操舵系统运行包括自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式、越级控制模式，自动操舵模式时自动操舵装置向舵机伺服机构发送自动操舵控制信号；随动操舵模式时随动操舵装置向舵机伺服机构发送随动操舵信号；应急操舵模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；通过模式选择装置选择切换自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式；越级控制模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；越级控制装置和自动操舵装置之间以及越级控制装置和随动操舵装置之间双向通信连接；
39.该方法包括，如图3所示：
40.步骤1、所述越级控制装置判断当前操舵系统的运行模式是为自动操舵模式或随动操舵模式；如果是则执行下一步；
41.步骤2、操控应急手柄产生应急操舵信号的同时产生越级控制信号；
42.步骤3、越级信号采集电路采集到越级控制信号并将其采集的越级控制信号发送至控制处理器，控制处理器将越级控制信号转换为数据信息后将数据信息发送至can总线收发电路，再由can总线收发电路转化为can总线信息传输至操舵总线，操舵总线将接收到的can总线信息发送至当前运行的自动操舵装置或随动操舵装置，如果当前运行的是自动操舵装置则发送至自动操舵装置，如果当前运行的是随动操舵装置则发送至随动操舵装置；
43.步骤4、自动操舵装置或随动操舵装置收到操舵总线上的can总线信息后停止向舵机伺服机构发送控制信号，操舵系统的运行模式切换至越级控制模式，越级控制模式下跳过模式选择装置的操作；
44.步骤5、当越级控制装置接收到按键信号，则越级控制装置通过操舵总线向步骤1中控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置发送按键信号，操舵系统的运行模式切换至步骤1中的自动操舵模式或随动操舵模式。
45.当确认障碍、危险等影响航行的因素排除后，可以按下关闭按键产生关闭信号，开关采集电路将关闭信号采集后发送至控制处理器，控制处理器将越级控制信号转换为数据信息后将数据信息发送至can总线收发器，再由can总线收发器转化为can总线信息传输至操舵总线，操舵总线将接收到的can总线信息发送至步骤4中暂停的自动操舵装置或随动操舵装置；自动操舵装置或随动操舵装置接收到关闭信号后恢复步骤1时的运行状态，也即操舵系统的运行模式切换至步骤1中的自动操舵模式或随动操舵模式。
46.控制处理器的运行如图4所示，控制处理器运行开始后依次进行初始化操作(包括芯片系统初始化、can控制器初始化、gpio初始化、变量标志位初始化)；
47.初始化完成后判断是否达到进入定时中断条件，如果达到定时中断条件则执行can发送子函数，向can总线收发电路发送数据信息；如果未达到定时中断条件，进入下一步判断是否达到can接收中断条件判断；
48.如果达到can接收中断条件，则进入can接收中断子程序，提取数据存储；如果没有
达到can接收中断条件则进入下一步判断是否进入按键中断状态判断；
49.如果进入按键中断状态，也即是否按下关闭按键，如果按下越级模式关闭按键，则进入按键中断处理子函数，恢复自动操舵模式或随动操舵模式；如果没有进入按键中断状态，也即如果没有按下越级模式关闭按键，处理发送越级控制信号，判断越级信号数据处理发送是否成功；
50.如果越级信号数据处理发送成功则再次回到定时中断条件判断，进入循环判断、操作；如果越级信号处理发送未成功则结束运行。
51.本实施例只是对本发明的进一步解释，并不是对本发明的限制，本领域技术人员在阅读完本说明书后可以根据需要对本实施例做出没有创造性的修改，但是只要在本发明的权利要求范围内都受到专利法的保护。

技术特征：
1.一种船用自动操舵系统的越级控制装置，其特征在于，包括：电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电路、越级指示灯及关闭按键；所述越级控制装置连接有应急手柄；所述电源电路用以越级控制装置供电；所述应急手柄在自动操舵模式或随动操舵模式下被操纵时向舵机伺服机构发送应急操舵信号，同时产生越级控制信号；所述越级信号采集电路用以采集应急手柄产生的越级控制信号，所述控制处理器将越级信号采集电路采集到的越级控制信号转换为数字信号后传输至can总线收发电路，同时点亮越级指示灯；所述can总线收发电路将接收到的数字信号转换为符合can总线格式的信息并传输至操舵总线，用以控制自动操舵模式关闭或随动操舵模式的关闭；所述控制处理器接收到越级控制信号后，点亮越级指示灯，进入越控制级模式；越级控制模式下，所述关闭按键用以产生按键信号并关闭越级指示灯，所述开关采集电路采集按键信号后将按键信号传输至控制处理器，所述控制处理器接收到按键信号后进行逻辑处理，再通过can总线收发电路发送至操舵总线，以恢复自动操舵模式或随动操舵模式。2.根据权利要求1所述的一种船用自动操舵系统的越级控制装置，其特征在于，所述越级控制装置还包括面板，所述越级指示灯及关闭按键安装在越级控制装置的面板一侧，电源电路、控制处理器、越级信号采集电路、开关采集电路、can总线收发电路组成越级控制电路板安装在装置的面板另外一侧。3.一种船用自动操舵系统的越级控制方法，其特征在于，在操舵系统中接入越级控制装置，所述操舵系统包括自动操舵装置、随动操舵装置、应急手柄、操舵总线、模式选择装置；操舵系统运行包括自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式、越级控制模式，自动操舵模式时自动操舵装置向舵机伺服机构发送自动操舵控制信号；随动操舵模式时随动操舵装置向舵机伺服机构发送随动操舵信号；应急操舵模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；自动操舵模式、随动操舵模式、应急操舵模式这三种操舵模式由模式选择装置实现；越级控制模式时应急手柄向舵机伺服机构发送应急操舵信号；该方法包含：在自动或随动操舵模式时，操纵应急手柄产生应急操舵信号的同时产生越级控制信号；所述越级控制装置接收控制信号经数据处理后通过操舵总线发送至当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置，当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置接收到越级控制信号后停止向舵机伺服机构发送控制信号，操舵系统切换至越级控制模式。4.根据权利要求3所述的一种船用自动操舵系统的越级控制方法，其特征在于，所述越级控制装置如权利要求1-2任意一项的船用自动操舵系统的越级控制装置所述；所述越级控制装置和自动操舵装置之间以及越级控制装置和随动操舵装置之间双向通信连接。5.根据权利要求4所述的一种船用自动操舵系统的越级控制方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：步骤1、所述越级控制装置判断当前操舵系统的运行模式是为自动操舵模式或随动操舵模式；如果是则执行下一步；步骤2、操控应急手柄产生应急操舵信号的同时产生越级控制信号；
步骤3、所述越级控制装置采集到越级控制信号，越级控制装置通过操舵总线向当前控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置发送越级控制信号：步骤4、自动操舵装置或随动操舵装置收到操舵总线上的越级控制信号后停止向舵机伺服机构发送控制信号，操舵系统的运行模式切换至越级控制模式；步骤5、当越级控制装置接收到按键信号，则越级控制装置通过操舵总线向步骤1中控制舵机伺服机构的自动操舵装置或随动操舵装置发送按键信号，操舵系统的运行模式切换至步骤1中的自动操舵模式或随动操舵模式。

技术总结
本发明涉及一种船用自动操舵系统的越级控制装置及越级控制方法，包括：电源用以越级控制装置供电；应急手柄在自动操舵或随动操舵状态下向舵机伺服机构发送应急操舵信号的同时产生越级控制信号；越级信号采集电路用以采集越级控制信号，控制处理器用以将越级控制信号转化后控制关闭自动操舵模式或随动操舵模式；关闭按键用以产生越级控制关闭信号，开关采集电路用以采集越级控制关闭信号；控制处理器用以将越级控制关闭信号转化后控制恢复自动操舵模式或随动操舵模式。本发明通过操控应急手柄触发越级控制信号，关闭自动操舵装置或随动操舵装置的控制输出，保证了应急手柄操控的及时性，解决了设备故障、紧急情况下无法正常切换到应急操舵的问题。常切换到应急操舵的问题。常切换到应急操舵的问题。


技术研发人员：陈皆潞 李晨浩 何国祥 陈杰 杨子健
受保护的技术使用者：中船航海科技有限责任公司
技术研发日：2022.12.30
技术公布日：2023/5/4