一种基于同步线的船舶净空高度检测系统

本发明涉及船舶航行安全及电子信息，特别是一种基于同步线的船舶净空高度检测系统。

背景技术：

1、

2、中国专利202410262683.1申请了一种船舶净空高度检测系统，该系统包括l对红外激光传感器、一对支架、发射端电路板、接收端电路板、水位计和计算机，该系统通过自制电路板根据程序输出指令给红外激光传感器，红外激光传感器测量通航船舶的最高点与红外激光传感器的最低点的高度差，然后结合测量区域的水位信息计算得到船舶净空高度；该系统采用红外激光发射器在竖直方向上均匀分布，形成一个竖直方向的红外激光发射面，确保发射红外激光能够覆盖到航经船舶的最高点，同时在接收端采用相应的红外激光接收器接收光信号，获取被遮挡的红外激光接收器的数量及对应高度数据，然后通过控制单元计算得到船舶净空高，实现对船舶净空高的自动测量。

3、但是该系统存在以下缺陷：

4、1、该系统利用光同步，发射器阵列与接收器阵列两端之间是没有物理连接的，虽能准确测量但是仍有不足，原因是由于红外激光传感器内部存在电容，会造成动作时间延迟，致使同步时间难以确定，很大程度上增加调试难度；

5、2、该系统所用红外激光发射器，主要有内部由电容、电感、mos管组成的保护电路以及激光二极管和电阻组成的驱动电路，由于这样的内部结构，导致红外激光发射器真正的发射时间难以捕捉，因此必须降低检测频率。然而，这种降低可能会导致在检测过程中错过关键信息，从而产生不必要的测量误差。这种局限性限制了传感器在捕捉数据方面的效率和准确性，可能导致在实际应用中出现不确定性和误差，影响了其性能和可靠性；

6、3、该系统安装在辅助闸首闸室内，需要采用各组左右交错安装的方式，以避免组间干扰。然而，这种安装方式增加了施工难度，同时也增加了安装位置海拔值的误差，这可能会对后续数据计算造成不利影响。

技术实现思路

1、为解决现有技术存在的上述问题，本发明要设计一种同步性好、可靠性高且施工容易的基于同步线的船舶净空高度检测系统。

2、为了解决上述问题，本发明的技术方案如下：一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，包括2n个支架、n*l个红外激光发射器、n*l个红外激光接收器、n个发射端电路板、n个接收端电路板、同步线、水位计和计算机；

3、在n个支架上，每个支架上沿支架长度方向均匀固定安装l个红外激光发射器，构成n个红外激光发射器阵列；在另外n个支架上，每个支架上沿支架长度方向均匀固定安装l个红外激光接收器，构成n个红外激光接收器阵列；所述n个红外激光发射器阵列首尾相连垂直固定安装在航道的一侧，所述n个红外激光接收器阵列首尾相连垂直固定安装在航道的另一侧；顶端的红外激光发射器与顶端的红外激光接收器位于同一个水平高度上；同一水平高度上的红外激光发射器和红外激光接收器构成一对红外激光传感器。

4、所述水位计固定安装于航道水底，用于测量航道水面高程值，并将获得的数据输送给计算机；

5、所述发射端电路板固定安装在红外激光发射器阵列上，用于控制红外激光发射器发射红外激光；

6、所述接收端电路板固定安装在红外激光接收器阵列上，用于收集红外激光接收器的遮挡情况；

7、所述发射端电路板、接收端电路板和水位计分别通过同步线连接到计算机的can接口上，构成can总线。

8、进一步地，所述红外激光发射器包括激光二极管和电阻，所述电阻两端分别与电源和激光二极管相连，所述电源由发射端电路板提供。

9、进一步地，所述支架为窄长条支架。

10、进一步地，所述支架为不锈钢支架。

11、进一步地，所述红外激光发射器安装在支架的同侧，即红外激光发射器安装在支架的一条垂直线上；所述红外激光接收器安装在支架的同侧，即红外激光接收器安装在支架的一条垂直线上；

12、进一步地，所述船舶净空高度检测系统的工作方法，包括以下步骤：

13、a、计算机发送同步指令

14、计算机经can总线同时发送同步指令给n个发射端电路板、n个接收端电路板和水位计；

15、b、红外激光发射器阵列发射红外激光

16、n个发射端电路板接收到同步指令后，同时开始控制n个红外激光发射器阵列按照以下调制规律进行红外激光发射：

17、b1、收到同步指令后，第一个红外激光发射器持续亮sms后熄灭，此时其余红外激光发射器保持熄灭；

18、b2、第二个红外激光发射器持续亮sms后熄灭，此时其余红外激光发射器保持熄灭，以此类推，直到最后一个红外激光发射器完成发射后，红外激光发射器全部熄灭；

19、c、红外激光接收器阵列采集数据

20、n个接收端电路板接收到同步指令后，同时开始控制n个红外激光接收器器阵列按照以下调制规律进行红外激光接收：

21、c1、在接收到同步指令后经过s/2ms，进行第一个红外激光接收器的数据采集；

22、c2、间隔sms时间，进行第二个红外激光接收器的数据采集，以此类推，直到所有红外激光接收器都完成数据采集；

23、c3、所有红外激光接收器阵列完成数据采集后，由n个接收端电路板通过can总线将各组数据传送给计算机；

24、d、水位计测量海拔高程值

25、水位计接收到同步指令后将水位计测得航道实时水平面的海拔高程值h，经can总线传送给计算机；

26、e、计算净空高

27、计算机确认接收到n个接收端电路板和水位计发来的数据后，开始计算船舶净空高；设最下端红外激光接收器所在高程值为x，航道一侧的红外激光接收器的总数为l*n，从下到上的红外激光接收器序号为1、2、...、l*n，每个支架高为k，计算机处理数据得到船舶遮挡红外激光接收器的最高位序号为v；设被遮挡的最高位红外激光接收器与最下端红外激光接收器的距离为i，i取值满足下式：

28、

29、则计算得出净空高d满足下式：

30、d＝x+i-h  (2)

31、进一步计算机得出计算结果并显示；转到步骤a进行下一次计算。

32、与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：

33、1、本发明通过添加实体命令同步线，构成can总线，将红外激光发射器阵列与红外激光接收器阵列在物理上进行连接，使各组的动作执行具有同步性，可以做到准确测量的同时保证系统稳定性，极大程度减少组间相互影响。这种同步性的设计不仅令整个系统的运行更加高效和精准，还能有效避免因为组间不同步而导致的误差和干扰。使用can总线有效地提高了系统的可靠性和准确性，使得红外激光发射器阵列和接收器阵列能够更好地协同工作，实现更加稳定和可靠的测量功能。

34、2、由于本发明增加了实体命令同步线，各组红外激光发射器和红外激光接收器动作均已同步，避免了组间干扰，所以可以将所有红外激光发射器或红外激光接收器安装在支架的同一侧，不仅方便施工确认各组高程值，也减小了后期的计算误差。

35、3、本发明使用定制传感器，去除现有红外激光发射器内部电容和电感，以缩短传感器反应时间，有利于提升检测频率，更有利于减少组内红外激光发射器相互干扰和组间干扰。这样的改进不仅使得红外激光发射器的响应速度更加迅捷，提高了检测的灵敏度和准确性，同时也有效降低了红外激光发射器之间可能产生的相互干扰，进一步提升了系统的稳定性和可靠性。去除内部电容后的定制红外激光发射器将更有效地满足特定需求，为数据采集和处理提供更可靠的基础，从而实现更加精准和可靠的监测功能。

技术特征：

1.一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：包括2n个支架、n*l个红外激光发射器、n*l个红外激光接收器、n个发射端电路板(3)、n个接收端电路板(4)、同步线(5)、水位计(7)和计算机(6)；

2.根据权利要求1所述一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：所述红外激光发射器包括激光二极管和电阻，所述电阻两端分别与电源和激光二极管相连，所述电源由发射端电路板(3)提供。

3.根据权利要求1所述一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：所述支架为窄长条支架。

4.根据权利要求1所述一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：所述支架为不锈钢支架。

5.根据权利要求1所述一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：所述红外激光发射器安装在支架的同侧，即红外激光发射器安装在支架的一条垂直线上；所述红外激光接收器安装在支架的同侧，即红外激光接收器安装在支架的一条垂直线上。

6.根据权利要求1所述一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，其特征在于：所述船舶净空高度检测系统的工作方法，包括以下步骤：

技术总结
本发明公开了一种基于同步线的船舶净空高度检测系统，包括2N个支架、N*L个红外激光发射器、N*L个红外激光接收器、N个发射端电路板、N个接收端电路板、同步线、水位计和计算机。本发明通过添加实体命令同步线，构成CAN总线，将红外激光发射器阵列与红外激光接收器阵列在物理上进行连接，使各组的动作执行具有同步性，可以做到准确测量的同时保证系统稳定性，极大程度减少组间相互影响。这种同步性的设计不仅令整个系统的运行更加高效和精准，还能有效避免因为组间不同步而导致的误差和干扰。使用CAN总线有效地提高了系统的可靠性和准确性，使得红外激光发射器阵列和接收器阵列能够更好地协同工作，实现更加稳定和可靠的测量功能。

技术研发人员：熊木地,林意涵,张皓鹏,孙亚楠,赵永杰,高天浩
受保护的技术使用者：大连海事大学
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23