无人船控制系统及方法与流程

1.本发明涉及无人船技术领域，更具体地涉及无人船控制系统及方法。


背景技术：

2.无人船是一种可以无须遥控，借助精确卫星定位和自身传感即可按照预设任务在水面航行的全自动水面机器人。
3.无人船的4g通讯模组的设计电路是高频电路，电源走线尽量远离射频和sim卡，线宽，铜厚会导致带宽降级，很难达到稳定的百兆带宽，目前高精度定位普遍在卫星信号丢失情况下很难辅助定位，一定程度上限制控制设备的使用场景，普通姿态管理只能获取姿态数据，无法与高精度定位融合实现无人驾驶航行，物联设备通讯要求稳定安全，在处理单一接口时需注意多路传感器的识别信息，动力控制有刷电机寿命短，且控制精准度差，利用电调技术与有效pwm输出与反馈，与imu姿态融合，做到船体位置及时调整，动力输出顺畅。


技术实现要素：

4.为了克服现有技术的上述缺陷，本发明的实施例提供无人船控制系统及方法，本发明所要解决的技术问题是：传统的无人船卫星好好丢失后难以定位，且传输数据慢，通讯不稳定。
5.为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：无人船控制系统及方法，包括：能够高速传输的4g通讯模块，具有高精度定位能力的rtk、实时掌握船体姿态的imu、多路数据传输的485通讯设备、多路电机运算的动力控制系统。
6.在一个优选的实施方式中，所述4g通讯模组，定位于百兆带宽速率，所述4g通讯模组能够在两路高清视频以及多路传感数据下进行低延迟无卡顿的信息传输，且所述4g通讯模组外设有增强天线，所述4g通讯模组外部设置增强天线，保证其具有一定的信号强度，防止出现信号波动而影响传输的情况。
7.在一个优选的实施方式中，所述rtk具有4星十三频的定位能力，且所述rtk结合有惯导功能，所述rtk安装时需保证附近无信号发射塔，所述rtk的基准站主机离高增益天线顶部保持三米以上距离，rtk安装时保证外部无影响，从而防止gps信号与无线电信号产生干扰，提高rtk的敬畏精度。
8.在一个优选的实施方式中，所述imu进行无人船的整体姿态管理，且无人船进行航行时，imu需要实时测量并发送船体的加速度，辅助无人船在路径规划下进行自动航行，实时掌握船体姿态信息，可以检测无人船的工作状态，了解无人船是否运行出现问题，且可了解无人船接下来的运行位置。
9.在一个优选的实施方式中，所述485通讯设备通过物联网设备进行连接，单一的485通讯设备接口可以连接多路传感器，且所述485通讯设备与不同的接口连接时可同时进行数据传输，485通讯设备有足够的接口使用，无需数据传输后更换接口再次进行传输。
10.在一个优选的实施方式中，所述动力控制系统采用stm32芯片控制电机控制器，所
述stm32芯片实时运算，且所述stm32芯片与imu进行协同控制，stm32芯片与imu进行协同控制，无人船需要进行加速度，多路电机可以及时施加动力，保证无人船平稳运行。
11.一种无人船控制方法，包括以下步骤：
12.s1、动力控制系统内的stm32芯片与imu对无人船进行协同控制，stm32芯片控制多路电机的运行，imu控制船体的加速度，保证船体变速时稳定运行；
13.s2、无人船运行时需要通过rtk实时检测无人船的位置信息，并发送信息数据进行监测，rtk进行检测时需搭配imu进行使用，当无人员信号丢失时可辅助计算无人船所在位置；
14.s3、通过s2所检测到的定位信息，通过4g通讯模块进行实时数据传输，且4g通讯模块传输为低延迟无卡顿的百兆带宽速率传输，所述4g通讯模块需保证信号强度；
15.s4、s3内的4g通讯模块采用485通讯设备进行传输，使其能够连接多路传感器，保证数据传输时有足够的接口能够使用，保证数据能够同时进行发送。
16.本发明的技术效果和优点：
17.1、本发明通过设有高精度定位能力的rtk、实时掌握船体姿态的imu，实现了无人船在卫星信号丢失下进行状态跟踪，rtk具有4星十三频的定位能力，且所述rtk结合有惯导功能，imu进行无人船的整体姿态管理，从而实现厘米级定位，可在卫星信号丢失下进行辅助定位；
18.2、本发明通过设有4g通讯模块及多路数据传输的485通讯设备，有利于提升两路高清视频及多路传感数据下低延迟无卡顿，4g通讯模组定位于百兆带宽速率，外设有增强天线，485通讯设备接口可以连接多路传感器，因此实现两路高清视频及多路传感数据下低延迟无卡顿数据传输；
19.3、本发明通过设有多路电机运算的动力控制系统及imu，整体提升系统安全性与动力反馈及时性，动力控制系统采用stm32芯片控制电机控制器，所述stm32芯片实时运算，且所述stm32芯片与imu进行协同控制，因此能够矢量电机，实现信号光耦隔离，从而提高系统安全性与动力反馈及时性。
附图说明
20.图1为本发明的整体模块结构示意图。
21.图2为本发明的定位模块结构示意图。
22.图3为本发明的多路传输模块结构示意图。
23.图4为本发明的整体流程示意图。
具体实施方式
24.下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，另外，在以下的实施方式中记载的各结构的形态只不过是例示，本发明所涉及的无人船控制系统及方法并不限定于在以下的实施方式中记载的各结构，在本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施方式都属于本发明保护的范围。
25.参照图1-4，本发明提供了无人船控制系统及方法，包括：能够高速传输的4g通讯模块，具有高精度定位能力的rtk、实时掌握船体姿态的imu、多路数据传输的485通讯设备、
多路电机运算的动力控制系统。
26.无人船能够在卫星信号丢失下进行状态跟踪，实现两路高清视频及多路传感数据下低延迟无卡顿数据传输，并能够控制电机，实现信号光耦隔离，从而提高系统安全性与动力反馈及时性。
27.无人船的系统控制过程为：
28.a1、对无人船的运行状态进行控制：
29.参照图3和图4，所述动力控制系统采用stm32芯片控制电机控制器，所述stm32芯片实时运算，且所述stm32芯片与imu进行协同控制。
30.通过stm32芯片与imu进行协同控制，可以安全及时地实现多路电机的运行，防止电机在运行时出现错误，从而精确地控制无人船的运行状态。
31.a2、对无人船的位置信息进行实时检测：
32.参照图2和图4，所述rtk具有4星十三频的定位能力，且所述rtk结合有惯导功能，所述rtk安装时需保证附近无信号发射塔，所述rtk的基准站主机离高增益天线顶部保持三米以上距离，所述imu进行无人船的整体姿态管理，且无人船进行航行时，imu需要实时测量并发送船体的加速度，辅助无人船在路径规划下进行自动航行。
33.通过具有高精度定位能力的rtk，从而实现厘米级定位，且可在卫星信号丢失下进行辅助定位，通过设有imu，可以使得无人船获得其绝度位置信息，当卫星信号丢失后，仍不会出现船只丢失的情况。
34.a3、无人船的数据传输：
35.参照图1和图4，所述4g通讯模组，定位于百兆带宽速率，所述4g通讯模组能够在两路高清视频以及多路传感数据下进行低延迟无卡顿的信息传输，且所述4g通讯模组外设有增强天线，所述485通讯设备通过物联网设备进行连接，单一的485通讯设备接口可以连接多路传感器，且所述485通讯设备与不同的接口连接时可同时进行数据传输。
36.通过4g通讯模组在两路高清视频及多路传感数据下进行传输，保证数据具有一定的时效性，保证数据准确，通过485通讯设备连接多路传感器，从而可以发送与处理更多的信息，且485通讯设备接口更多，方便连接更多的设备
37.一种无人船控制方法，包括以下步骤：
38.s1、动力控制系统内的stm32芯片与imu对无人船进行协同控制，stm32芯片控制多路电机的运行，imu控制船体的加速度，保证船体变速时稳定运行；
39.s2、无人船运行时需要通过rtk实时检测无人船的位置信息，并发送信息数据进行监测，rtk进行检测时需搭配imu进行使用，当无人员信号丢失时可辅助计算无人船所在位置；
40.s3、通过s2所检测到的定位信息，通过4g通讯模块进行实时数据传输，且4g通讯模块传输为低延迟无卡顿的百兆带宽速率传输，所述4g通讯模块需保证信号强度；
41.s4、s3内的4g通讯模块采用485通讯设备进行传输，使其能够连接多路传感器，保证数据传输时有足够的接口能够使用，保证数据能够同时进行发送。
42.最后应说明的几点是：首先，在本技术的描述中，需要说明的是，除非另有规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当
被描述对象的绝对位置改变，则相对位置关系可能发生改变；
43.其次：本发明公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计，在不冲突情况下，本发明同一实施例及不同实施例可以相互组合；
44.最后：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.无人船控制系统，其特征在于，包括：能够高速传输的4g通讯模块，具有高精度定位能力的rtk、实时掌握船体姿态的imu、多路数据传输的485通讯设备、多路电机运算的动力控制系统。2.根据权利要求1所述的无人船控制系统，其特征在于：所述4g通讯模组，定位于百兆带宽速率，所述4g通讯模组能够在两路高清视频以及多路传感数据下进行低延迟无卡顿的信息传输，且所述4g通讯模组外设有增强天线。3.根据权利要求1所述的无人船控制系统，其特征在于：所述rtk具有4星十三频的定位能力，且所述rtk结合有惯导功能，所述rtk安装时需保证附近无信号发射塔，所述rtk的基准站主机离高增益天线顶部保持三米以上距离。4.根据权利要求1所述的无人船控制系统，其特征在于：所述imu进行无人船的整体姿态管理，且无人船进行航行时，imu需要实时测量并发送船体的加速度，辅助无人船在路径规划下进行自动航行。5.根据权利要求1所述的无人船控制系统，其特征在于：所述485通讯设备通过物联网设备进行连接，单一的485通讯设备接口可以连接多路传感器，且所述485通讯设备与不同的接口连接时可同时进行数据传输。6.根据权利要求1所述的无人船控制系统，其特征在于：所述动力控制系统采用stm32芯片控制电机控制器，所述stm32芯片实时运算，且所述stm32芯片与imu进行协同控制。7.一种无人船控制方法，其特征在于，包括以下步骤：s1、动力控制系统内的stm32芯片与imu对无人船进行协同控制，stm32芯片控制多路电机的运行，imu控制船体的加速度，保证船体变速时稳定运行；s2、无人船运行时需要通过rtk实时检测无人船的位置信息，并发送信息数据进行监测，rtk进行检测时需搭配imu进行使用，当无人员信号丢失时可辅助计算无人船所在位置；s3、通过s2所检测到的定位信息，通过4g通讯模块进行实时数据传输，且4g通讯模块传输为低延迟无卡顿的百兆带宽速率传输，所述4g通讯模块需保证信号强度；s4、s3内的4g通讯模块采用485通讯设备进行传输，使其能够连接多路传感器，保证数据传输时有足够的接口能够使用，保证数据能够同时进行发送。

技术总结
本发明涉及无人船控制技术领域，且公开了无人船控制系统及方法，包括：能够高速传输的4G通讯模块，具有高精度定位能力的RTK、实时掌握船体姿态的IMU、多路数据传输的485通讯设备、多路电机运算的动力控制系统；本发明通过设有高精度定位能力的RTK、实时掌握船体姿态的IMU，实现了无人船在卫星信号丢失下进行状态跟踪，RTK具有4星十三频的定位能力，且所述RTK结合有惯导功能，IMU进行无人船的整体姿态管理，从而实现厘米级定位，可在卫星信号丢失下进行辅助定位，通过设有4G通讯模块及多路数据传输的485通讯设备，4G通讯模组定位于百兆带宽速率，485通讯设备接口可以连接多路传感器，因此实现两路高清视频及多路传感数据下低延迟无卡顿数据传输。延迟无卡顿数据传输。延迟无卡顿数据传输。


技术研发人员：崔佳炜 高晓华
受保护的技术使用者：苏州庄舟智能科技有限公司
技术研发日：2023.05.06
技术公布日：2023/8/14