一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統的制作方法
【專利摘要】一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，屬于艦船安全保障【技術領域】。這種走錨預警系統包括振動檢測模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無線通信傳輸。實時檢測錨鏈振動特征的振動檢測模塊通過連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動檢測模塊檢測到的錨鏈振動特征數據由無線通信傳輸至主控模塊，主控模塊對錨鏈振動頻率特征進行實時分析和動態顯示，當錨鏈振動頻率特征符合設定的走錨特征時，判定艦船處于走錨危險狀態，并自動發布走錨預警。通過對錨鏈振動頻率的實時監測，可充分掌握艦船錨泊動態，并判斷其走錨危險程度，進而及早提供可靠的走錨預警信息。該系統具有設備簡單、易于安裝、操作簡便、可靠性強、自動化程度高等特點，具有很好的推廣應用前景。
【專利說明】一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統

【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其屬于艦船安全保障【技術領域】。

【背景技術】
[0002]走錨是指錨泊艦船受到的錨鏈張力大于系泊力時，錨被拖動、自轉甚至錨爪翻轉出底土從而喪失正常錨泊力，導致艦船漂移的現象。如果錨泊值更人員未能及時發現走錨，極易引發碰撞、觸礁、擱淺等事故，嚴重威脅艦船的錨泊安全。因而，走錨判斷及其預警技術研究一直是航海安全領域的重要課題。
[0003]現有走錨預警方法主要依據艦船走錨前的典型物理特征和力學參數變化來判斷走錨危險。如專利號為CN85201825U的中國實用新型專利“一種走錨自控報警裝置”，是利用艦船走錨時錨鏈產生的特征振動帶動傳感棒運動，使干簧管導通，電路接通電源，從而將振動信號迅速轉換為電信號，當三分鐘內接收到三次以上該電信號時即驅動電子報警器電路工作，發布走錨報警。專利號為CN202281955U的中國實用新型專利“一種艦船錨泊測控系統”，是通過碼頭主控系統實時接收和顯示的海況數據及錨泊受力數據來判斷錨泊系統安全，當海流流速、海浪聲唄、最大錨拉力的其中一個達到臨界條件時，即判定艦船處于走錨危險狀態，并向船上遠端發出預警信號，提示船員檢查錨泊狀況或采取相應措施進行人工錨泊操作。專利號為CN102092460A的中國實用新型專利給出了一種風浪耦合作用下超大型艦船單點浮筒系泊系統受力分析的方法和模型。此外，還有學者提出通過觀測艦船位置、錨的位移、錨鏈夾角等的變化等進行走錨預警。上述走錨預警系統不同程度地存在附屬設備復雜、實地操作受限、過于依賴錨泊值更人員主觀經驗、難以實際工程應用等問題，且往往是在艦船已經發生走錨后才發出警報，不能實現真正意義的走錨預警，因而亟需開發一種簡便易行、快速可靠的走錨預警系統。


【發明內容】

[0004]本實用新型的目的是提供一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，以實時監測艦船錨泊動態，及早發布可靠的走錨預警，從而提醒值更人員及時檢查錨泊狀況或采取有效措施，充分保證艦船錨泊安全，避免走錨等事故的發生。
[0005]本實用新型采用的技術方案是:一種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預警系統，包括振動檢測模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無線通信傳輸，所述振動檢測模塊包括電源、振動傳感器、檢測模塊單片機、無線發射裝置、防水外殼和連接固定裝置，電源與振動傳感器、檢測模塊單片機和無線發射裝置進行電連接，振動傳感器、檢測模塊單片機和無線發射裝置依次進行電連接；所述主控模塊包括無線接收裝置、主控模塊單片機、USB接口模塊和上位機，無線接收裝置、主控模塊單片機、USB接口模塊和上位機依次進行電連接；實時檢測錨鏈振動特征的振動檢測模塊通過連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動檢測模塊檢測到的錨鏈振動特征數據由無線通信傳輸至主控模塊，由主控模塊對錨鏈振動頻率特征進行實時分析和動態顯示，當錨鏈振動頻率特征符合設定的走錨特征時，判定艦船處于走錨危險狀態，并自動發布走錨預警。
[0006]所述連接固定裝置采用永磁體固定結構。
[0007]所述主控模塊采用獨立式結構或嵌入艦船綜合導航系統式結構。
[0008]所述振動傳感器采用ADXL345型加速度芯片。
[0009]所述檢測模塊單片機和主控模塊單片機均采用STC12C5A60S2系列。
[0010]所述無線發射裝置與無線接收裝置均采用NRF24L01無線數據傳輸模塊。
[0011]所述USB接口模塊采用CH341串口轉USB模塊。
[0012]本實用新型的有益效果是:這種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預警系統包括振動檢測模塊和主控模塊，兩模塊之間采用無線通信傳輸。實時檢測錨鏈振動特征的振動檢測模塊通過連接固定裝置安裝在錨鏈上，振動檢測模塊檢測到的錨鏈振動特征數據由無線通信傳輸至主控模塊，主控模塊對錨鏈振動頻率特征進行實時分析和動態顯示，當錨鏈振動頻率特征符合設定的走錨特征時，判定艦船處于走錨危險狀態，并自動發布走錨預警。通過對錨鏈振動頻率的實時監測，可充分掌握艦船錨泊動態，并判斷其走錨危險程度，進而及早提供可靠的走錨預警信息。與現有走錨預警系統相比，其自動化程度和可靠性均較高，既可大大減輕錨泊值更人員的工作負擔，又可降低對值更人員主觀經驗的依賴程度；且系統設備結構簡單，便于安裝操作，易于實現工程化應用，應用前景廣闊。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]圖1是一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統的工作原理框圖。
[0014]圖2是在走錨模擬實驗中的錨鏈振動頻率特征變化圖。
[0015]圖中:1、振動檢測模塊2、主控模塊11、電源12、振動傳感器13、檢測模塊單片機14、無線發射裝置15、防水外殼16、連接固定裝置21、無線接收裝置22、主控模塊單片機23、USB接口模塊24、上位機。

【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖對本實用新型作進一步的說明。
[0017]圖1示出了一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統的工作原理框圖。圖1中，這種基于錨鏈振頻分析的艦船走錨預警系統包括振動檢測模塊I和主控模塊2，兩模塊之間采用無線通信傳輸，主控模塊2采用獨立式結構設置于駕駛室內或嵌入艦船綜合導航系統式結構。
[0018]振動檢測模塊I包括電源11、振動傳感器12、檢測模塊單片機13、無線發射裝置14、防水外殼15和連接固定裝置16，電源11與振動傳感器12、檢測模塊單片機13和無線發射裝置14進行電連接，振動傳感器12、檢測模塊單片機13和無線發射裝置14依次進行電連接。振動傳感器12采用ADXL345型三軸加速度芯片，其量程范圍可調為±2g/±4g/±8g/±16g;檢測模塊單片機13采用STC12C5A60S2系列，它具有內存大、耗電低、計算速度快、抗干擾能力強等優點；無線發射裝置14采用NRF24L01無線數據傳輸模塊。
[0019]主控模塊2包括無線接收裝置21、主控模塊單片機22、USB接口模塊23和上位機24，無線接收裝置21、主控模塊單片機22、USB接口模塊23和上位機24依次進行電連接。主控模塊單片機22采用STC12C5A60S2系列，，它具有內存大、耗電低、計算速度快、抗干擾能力強等優點；無線接收裝置21采用NRF24L01無線數據傳輸模塊，USB接口模塊23采用CH341串口轉USB芯片，用于主控模塊單片機22與上位機24的數據通信。
[0020]實時檢測錨鏈振動特征的振動檢測模塊I通過連接固定裝置16安裝在錨鏈上，連接固定裝置16采用永磁體固定結構。振動檢測模塊I檢測到的錨鏈振動特征數據由無線通信傳輸至主控模塊2，由主控模塊2對錨鏈振動頻率特征進行實時分析和動態顯示，當錨鏈振動頻率特征符合設定的走錨特征時，判定艦船處于走錨危險狀態，并自動發布走錨預警。
[0021]圖2示出了在走錨模擬實驗中檢測得到的錨鏈振動頻率特征變化情況。正常錨泊時，錨鏈呈懸垂狀態，其振動頻率相對平穩，平均值為0.2799Hz ;在風流等的影響下，錨鏈會呈現繃緊拉直狀態，其對應的振動頻率顯著增大，特征極值分別為0.3969Hz,0.5581Hz、
0.4764H z ;當船錨移動時，錨鏈振動頻率對應著最后一組顯著變化，其特征極值減小為
0.3817Hz。模擬實驗結果表明:本實用新型可以實現錨鏈振頻特征的實時動態監測，并準確判斷艦船走錨危險狀態，從而及早發布走錨預警。
[0022]本實用新型的使用方法及原理:艦船正常錨泊時，錨鏈處于懸垂狀態，在風、浪、流等的作用下，錨鏈將不可避免地產生頻率較低的渦激振動；隨著風、浪、流等的加大，錨鏈將逐漸繃緊拉直，產生一種具有固定振蕩頻率和振幅的特征性振動，從而引起振動頻率的顯著變化；錨鏈繃緊拉直幾次后，錨會產生松動甚至移位等現象，即引起艦船走錨，此時錨鏈振動頻率也會發生相應變化。鑒于此，本實用新型對錨鏈振動頻率進行實時監測和動態分析，并通過其振頻特征變化來判定艦船走錨危險狀態，進而自動發布走錨預警。
【權利要求】
1.一種基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，包括振動檢測模塊(I)和主控模塊(2)，兩模塊之間采用無線通信傳輸，其特征是:所述振動檢測模塊(I)包括電源(11)、振動傳感器(12)、檢測模塊單片機(13)、無線發射裝置(14)、防水外殼(15)和連接固定裝置(16)，電源(11)與振動傳感器(12)、檢測模塊單片機(13)和無線發射裝置(14)進行電連接，振動傳感器(12)、檢測模塊單片機(13)和無線發射裝置(14)依次進行電連接；所述主控模塊(2)包括無線接收裝置(21)、主控模塊單片機(22)、USB接口模塊(23)和上位機(24)，無線接收裝置(21)、主控模塊單片機(22)、USB接口模塊(23)和上位機(24)依次進行電連接；實時檢測錨鏈振動特征的振動檢測模塊(I)通過連接固定裝置(16)安裝在錨鏈上，振動檢測模塊(I)檢測到的錨鏈振動特征數據由無線通信傳輸至主控模塊(2)，由主控模塊(2)對錨鏈振動頻率特征進行實時分析和動態顯示，當錨鏈振動頻率特征符合設定的走錨特征時，判定艦船處于走錨危險狀態，并自動發布走錨預警。
2.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述連接固定裝置(16)采用永磁體固定結構。
3.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述主控模塊(2)采用獨立式結構或嵌入艦船綜合導航系統式結構。
4.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述振動傳感器(12)采用ADXL345型加速度芯片。
5.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述檢測模塊單片機(13)和主控模塊單片機(22)均采用STC12C5A60S2系列。
6.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述無線發射裝置(14)與無線接收裝置(21)均采用NRF24L01無線數據傳輸模塊。
7.根據權利要求1所述的基于錨鏈振頻分析的走錨預警系統，其特征是:所述USB接口模塊(23)采用CH341串口轉USB模塊。
【文檔編號】G08G3/02GK203966350SQ201420367650
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月4日 優先權日:2014年7月4日
【發明者】王涌, 苑志江, 徐 明, 王書曉, 謝田華, 王科, 鄭振宇, 金良安 申請人:王涌