專利名稱：一種用于控制吃水超深船舶過閘的方法及裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種用于控制吃水超深船舶過閘的方法及裝置，屬于船舶過閘自動控 制技術領域。
背景技術：
長期以來，我國船閘日常作業的自動化水平較低，過閘船舶吃水深度的測量多由 人工簡易方法完成，由于貨物裝載不均勻導致的船體吃水不均勻，使得人工測量精度較低， 無法有效控制吃水超深船舶過閘，導致船閘閘檻和護坦受到損害，甚至危害船舶的行駛安 全，造成不必要的生命財產損失。同時，船主對船舶的自行改造，導致船舶實際吃水超過設 計吃水，加重了這一問題的危害性。
發明內容
本發明所要解決的技術問題是針對上述背景技術中存在于吃水超深船舶過閘中 的問題，提供一種控制吃水超深船舶過閘的方法及實現該方法的裝置。本發明為解決上述技術問題，采用如下技術方案一種用于控制吃水超深船舶過閘的方法，包括如下步驟步驟A，將超聲波檢測模塊設置在船間引航道側壁的界限水深處，設置超聲波檢測 模塊的超聲波傳感器探頭的中心線與水平面的角度，使超聲波傳感器所發射圓錐面波束的 上邊界水平；同時設置超聲波傳感器的量程，使超聲波傳感器所發射圓錐面波束的下邊界 不觸及河底；步驟B，分別在船間上、下游引航道的調度站一側岸壁上設置一個紅外線傳感器模 塊；在船間上游的引航道河岸上設置一個視頻采集裝置；步驟C，在調度站內設置信號分析處理模塊、視頻錄制裝置、聲光報警裝置和控制 顯示模塊，并分別將所述紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、聲光報警裝置、控制顯示模 塊以及視頻錄制裝置與信號分析處理模塊連接；將所述視頻采集裝置與視頻錄制裝置相連 接；步驟D，采用設置在船閘上游引航道的紅外線傳感器模塊檢測水面上是否有船舶 到達檢測區域，當檢測到有船舶進入檢測區域，則發送信號至信號分析處理模塊，信號分析 處理模塊控制超聲波檢測模塊進行檢測該船舶的吃水深度；步驟E，超聲波檢測模塊采用超聲波傳感器發射和接收超聲波，并將接收的超聲波 信號經過模數轉換后，傳輸給信號分析處理模塊；步驟F，采用信號分析處理模塊分析超聲波傳感器的波束范圍內的船舶吃水深度 是否超過預定限度F-1、當結果超過預定限度，啟動視頻錄制裝置對視頻采集裝置采集到的視頻信號 進行錄制，并通過控制顯示模塊顯示吃水超深船舶的超深信號；同時信號分析處理模塊啟 動聲光報警裝置進行報警，禁止該吃水超深船舶過閘；
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F-2、當結果未超過預定限度，超聲波檢測模塊繼續檢測，直至設置在船閘下游引 航道的紅外線檢測模塊檢測到該船舶離開檢測區域，結束操作。一種用于控制吃水超深船舶過閘的裝置，包括紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模 塊、聲光報警裝置、控制顯示模塊、信號分析處理模塊、視頻采集裝置、視頻錄制裝置；其中 紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、控制顯示模塊分別與信號分析處理模塊相連接；信號 分析處理模塊的輸出端分別與聲光報警裝置、視頻錄制裝置的輸入端連接；視頻錄制裝置 與視頻采集裝置相連接。進一步地，上述控制吃水超深船舶過間的裝置中超聲波檢測模塊包括電源控制模 塊、超聲波傳感器、模數轉換模塊，其中電源控制模塊的控制輸入端與信號分析處理模塊的 輸出端連接，電源控制模塊的控制輸出端依次連接超聲波傳感器、模數轉換模塊、信號分析 處理模塊的輸入端。進一步地，上述控制吃水超深船舶過閘的裝置中信號分析處理模塊采用具有型號 為AT89C51的單片機。進一步地，上述控制吃水超深船舶過間的裝置中聲光報警裝置包括語音報警模塊 和指示燈顯示模塊；所述語音報警模塊采用型號為PM60的語音集成模塊；所述指示燈顯示 模塊采用兩種顏色的LED燈。進一步地，上述控制吃水超深船舶過間的裝置中控制顯示模塊包括鍵盤控制模塊 和LCD顯示模塊；所述鍵盤控制模塊用于控制系統復位；LCD顯示模塊用于顯示船舶吃水超 深狀況以及系統狀況。進一步地，上述控制吃水超深船舶過閘的裝置中還包括電源電路，所述電源電路 用于向所述控制吃水超深船舶過閘的裝置的各部分供電。進一步地，上述控制吃水超深船舶過閘的裝置中模數轉換模塊采用型號為 ADC0809的模數轉換器。本發明采用上述技術方案具有以下有益效果1、本發明能及時準確地檢測出過閘船舶的吃水超深狀態，對于吃水深度超過預定 限度的船舶，用聲光報警裝置報警并阻止其通行，相對于人工測量吃水深度的方法，能有效 避免船體各處吃水不均勻、人工測量主觀性強等問題，具有吃水超深判斷準確，報警及時， 自動化程度高等優點。2、提高船閘的運營效率，通過阻止吃水超深的船舶過閘，保護船閘閘檻和護坦等 設施，有效降低維護成本，延長船閘使用壽命。3、廣泛適用于大小船閘的船舶吃水超深檢測及控制。
圖1為本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的裝置的結構示意圖；圖2為本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的裝置的電路結構示意圖；圖3為本發明的超聲波傳感器、紅外線傳感器以及聲光報警裝置布置示意圖；圖4為圖3中a-a方向的剖面示意圖；圖5為本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的方法檢測時的工作流程圖；圖6為本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的裝置的電路原理圖7為本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的裝置電路中的電源電路原理圖。 具體實施方案下面結合附圖對技術方案的實施做進一步的詳細描述如圖1所示，一種用于控制吃水超深船舶過閘的裝置，包括紅外線傳感器模塊1、 超聲波檢測模塊2、信號分析處理模塊3、聲光報警裝置4、控制顯示模塊5、視頻采集裝置6、 視頻錄制裝置7及電源電路。其中，紅外線傳感器模塊1用于檢測是否有船舶在檢測區域 內；超聲波檢測模塊2用于檢測船舶吃水深度是否超限；聲光報警裝置4用于采用語音和 指示燈報警；控制顯示模塊5用于控制系統復位和顯示船舶吃水超深狀況；視頻采集裝置6 用于采集檢測區域內船舶狀況；視頻錄制裝置7用于錄制視頻采集裝置采集到的吃水超深 船舶狀況；信號分析處理模塊3用于接收紅外線傳感器模塊1、超聲波檢測模塊2和控制顯 示模塊5輸出的信號，并控制超聲波檢測模塊2、聲光報警裝置4、控制顯示模塊5和視頻錄 制裝置7工作。如圖2所示，紅外線傳感器模塊1由兩個型號相同的紅外線傳感器1-1和1-2組 成，并分別與信號分析處理模塊3連接。超聲波檢測模塊2由電源控制模塊2-1、超聲波傳感器2-2、模數轉換模塊2_3連 接構成，電源控制模塊2-1由信號分析處理模塊3控制，超聲波傳感器2-2將檢測信號傳至 模數轉換模塊2-3轉換后輸出至信號分析處理模塊3。聲光報警裝置4由語音報警模塊4-1、指示燈顯示模塊4-2連接構成，整個裝置用 于給出外圍聲光報警信號。報警模塊4-1、指示燈顯示模塊4-2在信號分析處理模塊3的控 制下同步工作。語音報警模塊采用型號為PM60的語音集成模塊；指示燈顯示模塊采用兩種 顏色的LED燈，兩種顏色分別為紅色和綠色。控制顯示模塊5由鍵盤控制模塊5-1、IXD顯示模塊5_2連接構成，鍵盤控制模塊 5-1用來控制系統復位，LCD顯示模塊5-2用來顯示船舶吃水超深狀況和系統狀況。信號分析處理模塊3采用具有型號為AT89C51的單片機作為系統的主控部分，通 過單片機接收紅外線傳感器1-1或1-2輸出的信號進行分析處理；通過控制超聲波檢測裝 置的電源控制模塊2-1啟動超聲波傳感器2-2發射和接收超聲波信號，再通過模數轉換模 塊2-3對信號轉換后傳輸回單片機；控制聲光報警裝置4和視頻錄制裝置7工作并由LCD 顯示模塊5-2輸出結果。視頻采集裝置6的輸出端與視頻錄制裝置7的輸入端連接。視頻錄制裝置7的輸入端分別與信號分析處理模塊3和視頻采集裝置6的輸出端 連接。視頻錄制裝置7由信號分析處理模塊3控制是否對視頻采集裝置6采集到的信號進 行錄制。 電源電路為本發明的裝置中各電路提供工作電源。如圖3所示，紅外線傳感器1-1和紅外線傳感器1-2的間距為d，用于控制檢測區 域的范圍，紅外線傳感器模塊1用于檢測河面上到達及離開檢測區域的船舶。如有一個紅 外線傳感器檢測到船舶進入檢測區域的信號，則啟動系統進入檢測狀態，直到另一個紅外 線傳感器檢測到船舶離開檢測區域的信號，系統結束檢測狀態。超聲波傳感器檢測是利用超聲波傳感器2-2發射的具有一定波束角的超聲波脈
6沖，超聲波脈沖與目標物接觸后發生反射，反射的超聲波脈沖被超聲波傳感器2-2接收，即 獲得檢測到目標物的信號。將超聲波傳感器2-2設置于檢測區域中部引航道側壁界限水深 處，當超聲波傳感器2-2檢測到目標物，則表示船舶吃水超深；如若超聲波傳感器2-2始終 沒有接收到反射的超聲波信號，即沒有檢測到目標物的信號，表明船舶吃水深度沒有超限。實施例一如圖1、圖2、圖3及圖4所示，本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的裝置，包括 設置于引航道側壁界限水深的超聲波傳感器2-2 ；設置于超聲波傳感器2-2兩側等水平距 離的引航道側壁上方水面位置的2個紅外線傳感器1-1和1-2 ；—個用于接收紅外線傳感 器1-1和1-2輸出的信號、控制超聲波傳感器2-2工作、接收超聲波傳感器模數轉換模塊 2-3輸出的信號和控制聲光報警裝置4及視頻錄制裝置7工作的信號分析處理模塊3 ；設置 于超聲波傳感器2-2所在處附近河岸上的聲光報警裝置4 ；設置于船間調度站內的控制顯 示模塊5 ；設置于超聲波傳感器2-2所在處附近河岸上的視頻采集裝置6 ；設置于船間調度 站內的視頻錄制裝置7。當傳紅外線感器模塊1檢測到信號時，信號分析處理模塊3通過分析判斷是否有 船舶進入檢測區域，如果有船舶進入檢測區域則信號分析處理模塊3將通過控制超聲波傳 感器電源控制模塊2-1啟動超聲波傳感器2-2進行工作，超聲波傳感器2-2將接收的信號 通過超聲波傳感器模數轉換模塊2-3轉換后輸入信號分析處理模塊3。信號分析處理模塊 3通過分析判斷船舶吃水是否超深，如果船舶吃水超深，信號分析處理模塊3將啟動聲光報 警裝置4進行報警，啟動視頻錄制裝置7對視頻采集裝置6采集到的信號進行錄制，同時將 船舶吃水超深的狀況在控制顯示模塊5中輸出，直到通過鍵盤控制模塊5-1分別對聲光報 警裝置4和視頻錄制裝置7進行復位。如果船舶吃水深度沒有超限，超聲波傳感器2-2將 持續檢測，直到紅外線傳感器模塊1檢測到該船舶離開檢測區域的信號，表明船舶吃水深 度未超限，系統將結束本次運行。本實施例的報警裝置電路原理圖以驅動1個超聲波傳感器為例具體說明。如圖6 和圖7所示，信號分析處理模塊3具有型號為AT89C51的單片機Ul ；紅外線傳感器模塊1 具有紅外線傳感器Jl和紅外線傳感器J2 ；超聲波傳感器電源控制模塊2-1由電阻R8、三極 管Q3以及繼電器K3連接構成；超聲波傳感器2-2具有超聲波傳感器J3 ；超聲波傳感器模 數轉換模塊2-3具有型號為ADC0809的模數轉換器U2 ；語音報警模塊4_1具有型號為PM60 的語音集成模塊U4 ；指示燈顯示模塊4-2主要由L1、L2、Q1、Q2、K1、K2、R5和R6連接構成； 鍵盤控制模塊5-1主要由S2、S3、R7、R9連接構成；IXD顯示模塊5_2具有型號為1602的 IXD顯示芯片U3 ；電源電路8是由電解電容C3 C6、變壓器Tl、電阻RlO、整流橋BRt以及 穩壓器U5、U6連接構成。紅外線傳感器Jl、J2的信號輸出端口分別與單片機的P2.0、P2. 1端口連接；單片機Ul的P2. 2端口與三極管Q3的基極之間連接一個電阻R8，啟動超聲波傳感 器J3時，由單片機Ul的P2. 2端口輸出高電平，產生的電流通過三極管Q3放大驅動繼電器 K3使之接在電源電路8和超聲波傳感器J3正極之間開關K3閉合，從而使超聲波傳感器J3 工作。模數轉換器U2將信號輸入到單片機Ul;單片機Ul的P0.6、P0. 7 口分別驅動繼電器Kl和K2線圈通斷，繼電器K1、K2的常 開接點分別與指示燈Li、L2相連，兩個指示燈Li、L2分別發出紅、綠兩種不同顏色的光以
7便區別。單片機Ul的P0.0、P0. UP0. 2 口分別與語音報警模塊U4的K1、K2、K3端口相連。 U4的SPP、SPN端口與揚聲器連接；IXD顯示模塊5-2由IXD顯示芯片U3的控制口 RS、R\W、E以及數據口 DO D7分 別與單片機Ul的端Π Ρ0. 3, Ρ0. 4、Ρ0. 5以及Pl. 0 Pl. 7連接；鍵盤控制模塊5-1由功能復位鍵S2、S3分別與單片機Ul的P2. 6、P2、7端口連接；電源電路為各電路提供電源。如圖5所示，并結合圖3、圖4，本發明的用于控制吃水超深船舶過閘的方法，紅外 線傳感器1-1檢測到水面上有船舶到達檢測區域的信號，通過信號分析處理模塊3控制超 聲波傳感器電源控制模塊2-1啟動設置在引航道側壁上界限水深處的超聲波傳感器2-2開 始工作。超聲波傳感器2-2接收和發射超聲波，超聲波傳感器模數轉換模塊2-3將接收到 的信號處理后傳輸給信號分析處理模塊3，信號分析處理模塊3分析波束范圍內有無吃水 超深的船體；如果檢測到船體吃水超深，信號分析處理模塊3控制聲光報警裝置4進行報警 并啟動視頻錄制裝置7對視頻采集裝置6采集到的信號進行錄制，同時設置于調度站內的 LCD顯示模塊5-2顯示報警信息，由工作人員操作鍵盤控制模塊5-1，同時對語音報警模塊 4-1、指示燈顯示模塊4-2以及視頻錄制裝置7進行復位，若無此項操作，聲光報警裝置4將 持續報警且視頻錄制裝置7處于持續錄制狀態；如果沒有檢測到物體通過，超聲波傳感器 2-2將持續檢測，直到紅外線傳感器1-2檢測到該船舶離開檢測區域的信號，系統將結束運 行。由于所述的設置在引航道側壁的超聲波傳感器2-2發射的超聲波脈沖具有一定 的波束角，為克服這一問題，在安裝超聲波探頭時將超聲波波束中心線與水平面調成一定 的角度，角度為超聲波傳感器波束角的一半，保證超聲波傳感器2-2所發射波束的上邊界 與水平面平行，同時合理設置超聲波傳感器的量程，不大于界限水深除以超深波傳感器波 束角余弦值的值，保證波束的下邊界不觸及河底，消除波束角對測量的影響。顯然，各部件的結構、設置位置、及其連接都是可以有所變化的，在本發明的技術 基礎上，對個別部件進行的改進和等同變化，不應排除在本發明的保護范圍之外。
權利要求
一種用于控制吃水超深船舶過閘的方法，其特征在于，包括如下步驟步驟A，將超聲波檢測模塊設置在船閘引航道側壁的界限水深處，設置超聲波檢測模塊的超聲波傳感器探頭的中心線與水平面的角度，使超聲波傳感器所發射圓錐面波束的上邊界水平；同時設置超聲波傳感器的量程，使超聲波傳感器所發射圓錐面波束的下邊界不觸及河底；步驟B，分別在船閘上、下游引航道的調度站一側岸壁上設置一個紅外線傳感器模塊；在船閘上游的引航道河岸上設置一個視頻采集裝置；步驟C，在調度站內設置信號分析處理模塊、視頻錄制裝置、聲光報警裝置和控制顯示模塊，并分別將所述紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、聲光報警裝置、控制顯示模塊以及視頻錄制裝置與信號分析處理模塊連接；將所述視頻采集裝置與視頻錄制裝置相連接；步驟D，采用設置在船閘上游引航道的紅外線傳感器模塊檢測水面上是否有船舶到達檢測區域，當檢測到有船舶進入檢測區域，則發送信號至信號分析處理模塊，信號分析處理模塊控制超聲波檢測模塊進行檢測該船舶的吃水深度；步驟E，超聲波檢測模塊采用超聲波傳感器發射和接收超聲波，并將接收的超聲波信號經過模數轉換后，傳輸給信號分析處理模塊；步驟F，采用信號分析處理模塊分析超聲波傳感器的波束范圍內的船舶吃水深度是否超過預定限度F 1、當結果超過預定限度，啟動視頻錄制裝置對視頻采集裝置采集到的視頻信號進行錄制，并通過控制顯示模塊顯示吃水超深船舶的超深信號；同時信號分析處理模塊啟動聲光報警裝置進行報警，禁止該吃水超深船舶過閘；F 2、當結果未超過預定限度，超聲波檢測模塊繼續檢測，直至設置在船閘下游引航道的紅外線檢測模塊檢測到該船舶離開檢測區域，結束操作。
2.一種用于控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于，包括紅外線傳感器模塊、超聲 波檢測模塊、聲光報警裝置、控制顯示模塊、信號分析處理模塊、視頻采集裝置、視頻錄制裝 置；其中紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、控制顯示模塊分別與信號分析處理模塊相連 接；信號分析處理模塊的輸出端分別與聲光報警裝置、視頻錄制裝置的輸入端連接；視頻 錄制裝置與視頻采集裝置相連接。
3.根據權利要求2所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于所述的超聲波 檢測模塊包括電源控制模塊、超聲波傳感器、模數轉換模塊，其中電源控制模塊的控制輸入 端與信號分析處理模塊的輸出端連接，電源控制模塊的控制輸出端依次連接超聲波傳感 器、模數轉換模塊、信號分析處理模塊的輸入端。
4.根據權利要求2所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于所述的信號分 析處理模塊采用具有型號為AT89C51的單片機。
5.根據權利要求2所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于所述的聲光報 警裝置包括語音報警模塊和指示燈顯示模塊；所述語音報警模塊采用型號為PM60的語音 集成模塊；所述指示燈顯示模塊采用兩種顏色的LED燈。
6.根據權利要求2所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于所述的控制顯 示模塊包括鍵盤控制模塊和LCD顯示模塊；所述鍵盤控制模塊用于控制系統復位；LCD顯示 模塊用于顯示船舶吃水超深狀況以及系統狀況。
7.根據權利要求2所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于還包括電源電 路，所述電源電路用于向所述控制吃水超深船舶過閘的裝置的各部分供電。
8.根據權利要求3所述的控制吃水超深船舶過閘的裝置，其特征在于所述模數轉換 模塊采用型號為ADC0809的模數轉換器。
全文摘要
本發明涉及一種用于控制吃水超深船舶過閘的方法及裝置，屬于船舶過閘自動控制技術領域。本發明的控制方法首先采用紅外線傳感器檢測是否有船舶進入檢測區域，當進入檢測區域，即采用超聲波傳感器檢測過閘船舶吃水深度是否超過預定限度，對于吃水深度超過預定限度的船舶通過聲光報警裝置報警，阻止其通行；本發明的裝置包括紅外線傳感器模塊、超聲波檢測模塊、聲光報警裝置、視頻采集裝置、控制顯示模塊、視頻錄制裝置以及信號分析處理模塊、供電模塊。與原先人工測量船舶吃水深度相比，本發明能有效避免人工測量主觀性強等問題，具有測量準確、自動化程度高的優點，不僅提高船閘的運營效率，還能保護船閘閘檻和護坦等設施，延長船閘使用壽命。
文檔編號G08G3/00GK101964150SQ201010273480
公開日2011年2月2日 申請日期2010年9月7日 優先權日2010年9月7日
發明者馮曦, 廖迎娣, 管大為, 鄭金海, 陳波濤, 陳達 申請人:河海大學;南京河海科技有限公司