БОРТОВОЙ САМОПИСЕЦ ДЛЯ МАЛОМЕРНОГО СУДНА

Заявляемая полезная модель относится к устройствам измерения и регистрации параметров работы транспортных средств, а именно к бортовым самописцам для маломерных судов, в частности, для яхт.
Из уровня техники известен измеритель скорости движения парусной яхты против ветра, содержащий усилитель, аналого-цифровой преобразователь, компьютер, лаг, морской компас, источник когерентного света и фотоприемник, оптически согласованные с предметной и опорной волоконными катушками в интерферометр с фазосдвигающим устройством в одной из волоконных катушек, подключенным к управляющему генератору, а также дополнительно содержащий фильтр высоких частот, средство, измеряющее время, и излучатель акустических импульсов (см. патент 2295136 на изобретение «Измеритель скорости движения парусной яхты против ветра», дата приоритета 20.04.2005 г., опубликовано 10.03.2007 г.).
Недостатком данного устройства являются ограниченные функциональные возможности и область применения, а также низкая надежность.
Известен информационно-управляющий комплекс для автоматизации судовождения и динамического позиционирования судна, содержащий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок датчиков внешних воздействий (ДВВ), блок объектов управления (ОУ), информационные выходы которых подключены к вычислительному блоку (ВБ), а также блок управления, связанный информационно-управляющим входом-выходом с ВБ, причем блок ИПДС включает блок судовых навигационных приборов (СНП) в составе эхолота, лага и гирокомпаса, навигационную радиолокационную станцию (НРЛС) и навигационный модуль (НМ) в виде приемоиндикатора спутниковой навигационной системы (СНС), блок ДВВ включает датчики параметров ветра и волнения, блок ОУ включает объекты управления в виде судовых движителей и рулевого устройства с подключенными к ним датчиками ОУ (ДОУ), вычислительный блок ВБ включает контроллер, блок программного обеспечения (ПО) и центральный процессор (ЦП), при этом к входам контроллера подключены информационные выходы блоков ИПДС, ДВВ и ОУ, а выходы контроллера и блока ПО подключены к входам ЦП, который выполнен с возможностью сравнения данных измерений текущих параметров движения судна с заданными программными значениями и формирования по результатам этого сравнения управляющих сигналов на ОУ, блок управления совмещен с вычислительным блоком ВБ, выполнен в виде модуля судоводителя (МС) и включает блок управления и контроля (БУК), связанный информационно-управляющим входом-выходом с блоком отображения информации (БОИ), выход которого подключен к блоку регистрации (БР), блоки БОИ и БР включают лазерный струйный принтер, графопостроитель-плоттер цифровых электронных карт в заданном масштабе и в заданной системе координат, а также устройство магнитной записи данных, выполненное в виде магнитно-оптического накопителя, причем блок БУК связан информационно-управляющим входом-выходом с центральным процессором ЦП вычислительного блока ВБ, а управляющие выходы блока БУК подключены к входам блоков ИПДС, ДВВ и ОУ, при этом модуль судоводителя МС выполнен в виде стационарного оборудования в рулевой рубке судна, а также в виде дополнительных переносных модулей пользователей на базе персональных компьютеров типа ноутбук, включающих средства сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС) (см. патент №107124 на полезную модель «Информационно-управляющий комплекс для автоматизации судовождения и динамического позиционирования судна», дата приоритета 25.01.2011 г., опубликовано 10.08.2011 г.).
По совокупности существенных признаков данная конструкция наиболее близка к заявляемой полезной модели и выбрана в качестве прототипа.
Недостатками известного устройства являются ограниченные функциональные возможности и область применения, а также сложное эксплуатационное обслуживание, громоздкость, обусловленная наличием таких структурных элементов, как лазерный струйный принтер, графопостроитель-плоттер цифровых электронных карт, магнитно-оптический накопитель.
Техническим результатом, на достижение которого направлена заявляемая полезная модель, является расширение функциональных возможностей, повышение надежности и достоверности записи регистрируемой информации, а также упрощение эксплуатационного обслуживания и уменьшение габаритов.
Указанный технический результат достигается тем, что бортовой самописец для маломерного судна, включающий блок измерителей параметров движения судна (ИПДС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР), при этом выходы блоков ИПДС, БОИ и БР подключены к вычислительному блоку (ВБ), блок ИПДС содержит навигационный модуль (НМ), включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС), а вычислительный блок (ВБ), содержащий микроконтроллер (МК) и блок программного обеспечения (ПО), снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС), включающими модули проводной и беспроводной связи, согласно полезной модели оснащен связанным с вычислительным блоком (ВБ) источником питания и модулем связи для удаленной передачи данных, инерциальная навигационная система (ИНС), блок отображения информации (БОИ) и блок регистрации (БР) размещены в едином корпусе, при этом инерциальная навигационная система содержит устройство определения ускорения по трем осям и устройство определения изменения углов, блок регистрации (БР) представляет собой запоминающие устройство, а блок отображения информации (БОИ) выполнен в виде монитора.
Блок программного обеспечения (ПО) может быть выполнен в виде стационарного оборудования или в виде переносного пользовательского устройства на базе портативного персонального компьютера.
Модуль связи для удаленной передачи данных представляет собой GSM/GPRS/3G.
Технических решений, совпадающих с совокупностью существенных признаков заявляемой полезной модели, не выявлено, что позволяет сделать вывод о соответствии заявляемой полезной модели такому условию патентоспособности как «новизна».
Условие патентоспособности «промышленная применимость» подтверждено на примере конкретного осуществления заявляемого устройства.
Заявляемая полезная модель поясняется чертежами, где
фиг.1 - структурная схема бортового самописца;
фиг.2 - вид бортового самописца спереди.
Предлагаемый бортовой самописец для маломерных судов включает вычислительный блок (ВБ) 1, который содержит микроконтроллер (МК) 2 и блок программного обеспечения (ПО) 3 и выполнен в виде стационарного оборудования, например, стационарного персонального компьютера, или переносного пользовательского устройства на базе портативного персонального компьютера - ноутбука или планшетного компьютера.
К выходам вычислительного блока ВБ подключен блок измерителей параметров движения судна (ИПДС) 4.
Вычислительный блок ВБ снабжен средствами сопряжения с бортовой локальной вычислительной сетью (ЛВС) (на чертеже не показана).
При этом средства сопряжения самописца с бортовой ЛВС представляют собой модули беспроводной связи, например, модуль Wi-Fi 5 и/или модуль Bluetooth 6, и модули проводной связи 7, выполненные, например, по стандартам Ethernet, CAN-Bus, RS-232 или RS-485.
Вычислительный блок 1, оснащенный соответствующим программным обеспечением, посредством бортовой ЛВС взаимодействует с устройствами, установленными на борту судна и подключенными к ЛВС, для реализации линий обмена информацией с ними.
Блок ИПДС 4 содержит навигационный модуль (НМ) 8, включающий инерциальную навигационную систему (ИНС) 9 и приемоиндикатор спутниковой навигационной системы (СНС) 10.
При этом в состав ИНС 9 входит устройство определения ускорения по трем осям 11 и устройство определения изменения углов 12, выполненные в виде трехосевых акселерометра и гироскопа соответственно.
Приемоиндикатор СНС 10, расположенный на борту судна, представляет собой приемник спутникового навигационного сигнала, в частности, ГЛОНАССЛ/GPS-приемник, который обеспечивает связь с космическим спутником и, в частности, получает со спутника данные о скорости движения судна и его местоположении, а также о дате и времени.
ГЛОНАСС/GPS-приемник 10 содержит расположенную в корпусе 13 микросхему или совокупность микросхем и антенну (на чертеже не показаны).
Для возможности получения данных о курсе судна блок ИНС 9 дополнительно содержит магнитометр 14, который совместно с СНС 10 и реализует функцию компаса. Магнитометр 14, также расположенный в корпусе 13, может быть, например, трехосевым, либо одноосевым.
Акселерометр 11, гироскоп 12 и магнитометр 14 выполнены на основе технологий микроэлектромеханических систем (МЭМС).
Подключаемое к ВБ 1 посредством модуля проводной связи 7 устройство для измерения скорости 15 - лаг, служит для измерения скорости судна в случае неудовлетворительного или низкого качества приема сигнала со спутника.
Акселерометр 11 и гироскоп 12 также установлены внутри корпуса 13 и совместно детектируют ускорения по трем осям и угловые скорости по осям тангажа и крена судна.
Для измерений средней, текущей и максимальной скорости ветра и его направления предлагаемая полезная модель дополнительно может содержать блок датчиков параметров ветра (ДПВ) 16, выполненный в виде анеморумбометра. Анеморумбометр 16 установлен на мачте судна и подключен к ВБ 1 с помощью проводной или беспроводной связи, например, с помощью модуля беспроводной связи RF 433MHz (на чертеже не показан).
Вычислительный блок ВБ снабжен устройствами фильтрации и временного сглаживания измерений блока ИПДС 4 и блока ДПВ 16, выполненными, например, в виде фильтров Калмана.
По сигналам СНС также осуществляется синхронизация работы блоков ИПДС 4, ДПВ 16 и ВБ 1 в режиме реального времени.
Блок отображения информации (БОИ) 17, выход которого подключен к блоку регистрации (БР) 18, выполнен в виде монитора, на котором отображаются данные, полученные с измерителей параметров судна и анеморумбометра 16, а также время, определяемое по атомным часам спутника СНС.
Блок регистрации 18 представляет собой карту памяти формата SD, на которую синхронно записываются данные, получаемые вычислительным блоком 1 с частотой 200 Гц.
На цифровом мониторе 17 в режиме реального времени отображаются следующие показатели движения:
- максимальная скорость, средняя скорость, текущая скорость судна;
- длина пройденного пути;
- максимальное, среднее и текущее ускорение судна;
- максимальная, средняя и текущая скорость ветра;
- направление ветра;
- курс судна (при наличии магнитометра 14);
- угол крена и тангажа судна.
Для измерения параметров работы двигателя маломерного судна, таких как давление нагнетания воздуха, температура масла, давление масла, угол наклона двигателя, давление в системе охлаждения, наличие воды в топливе, расход топлива, обороты двигателя, бортовой самописец дополнительно может быть подключен к датчикам (на чертеже не показаны), установленными в двигателе и связанными с ВБ 1 посредством модулей проводной связи 7.
Бортовой самописец оснащен независимым источником питания в виде аккумулятора 19, подключаемого к ВБ 1 через проводной интерфейс, например USB (на чертеже не показан).
Самописец имеет встроенный модуль связи для удаленной передачи данных GSM/GPRS/3G 20, обеспечивающий передачу собранной информации на удаленный сервер для хранения и отображения текущего положения судна на карте в режиме он-лайн посредством соответствующего программного обеспечения, установленного на сервере, для удаленных пользователей.
Бортовой самописец для маломерных судов работает следующим образом.
После включения питания бортового самописца осуществляется инициализация периферийных устройств: приемника GPS/«ГЛОНАСС» 10, гироскопа 12, акселерометра 11, магнитометра 14, модуля беспроводной связи RF 433 MHz, проводных интерфейсов 7 RS-232, RS-485, CAN-Bus и проводится настройка их параметров, таких как частота обновления данных (приемник GPS/«ГЛОНАСС» 10, гироскоп 12, акселерометр 11, магнитометр 14), диапазон измерения угловых скоростей (гироскоп 12), диапазон измерения ускорений (акселерометр 11), диапазон измерения параметров магнитного поля (магнитометр 14) с блока программного обеспечения ПО 2.
Далее измерителями параметров судна (гироскопом 12, акселерометром 11, магнитометром 14) производится измерение соответствующих параметров и выполняется отправка данных на вычислительный блок 1 с последующей фильтрацией данных.
Приемоиндикатор СНС 10 передает на ВБ 1 данные о скорости, курсе судна, дате и текущем времени, например, в формате NMEA 0183.
Гироскоп 12, акселерометр 11 и магнитометр 14 отправляют на ВБ 1 значения текущих угловых скоростей, ускорений и параметров магнитного поля с частотой 1000 Гц соответственно.
При наличии в составе заявляемого устройства анеморумбометра 16, лага 15 и датчиков работы двигателя судна микроконтроллер МК 2 осуществляет запрос данных с этих устройств, которые в ответ выполняют отправку информации о скорости и направлении ветра, а также информацию о работе двигателя и скорости судна.
Полученная информация выводится на монитор 17 и одновременно записывается на карту памяти 18. Доступ к данным, записанным на карту памяти 18, осуществляется с помощью персонального или планшетного компьютера через USB интерфейс (на чертеже не показаны).
При наличии возможности доступа в сеть Интернет микроконтроллер (МК) 2 осуществляет передачу информации о состоянии систем судна с карты памяти 18 на удаленный сервер посредством модуля связи GSM/GPRS/3G 20, а также на портативные устройства, ПК, планшетные компьютеры посредством беспроводных модулей Wi-Fi 5 и Bluetooth 6 для проведения мониторинга состояния систем судна в режиме реального времени.
Информация, поступающая от блока измерителей параметров судна 4 и анеморумбометра 16 на вычислительный блок 1, преобразуется им в единую цифровую форму и сохраняется в оперативном запоминающем устройстве
(на чертеже не показано), после чего полученная информация записывается на карту памяти 18.
Полученная бортовым самописцем информация о параметрах передвижения судна передается на удаленный сервер, на котором с помощью установленного программного обеспечения производится построение и визуализация траектории движения судна в формате 3D, что позволяет проводить анализ собранных данных и допущенных при управлении судном ошибок, а также оценить работу и эффективность настройки и работы систем судна для последующей их корректировки.