一種內(nèi)河船舶電子水尺的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實用新型屬于液位測量領(lǐng)域，涉及一種電子水尺，尤其涉及一種內(nèi)河船舶電子水尺。
【背景技術(shù)】
[0002]近年來，隨著長江黃金水道的開發(fā)建設(shè)，沿岸地區(qū)經(jīng)濟得到飛速發(fā)展，長江干線貨物運輸量也呈現(xiàn)逐年上升的趨勢。2013年，長江干線完成貨物通過量19.2億噸，同比增長6.7% ;完成外貿(mào)貨物吞吐量2.49億噸，同比增長11.2% ;完成集裝箱吞吐量1357萬TEU，同比增長9.1%。貨運量的不斷增加導(dǎo)致船舶運力的不斷擴大，目前長江干線貨船平均噸位已突破1000噸，三峽庫區(qū)貨船平均噸位達(dá)1600噸，貨運船舶大型化趨勢明顯，船舶吃水也不斷增加。
[0003]與船舶大型化趨勢相比，長江航道建設(shè)發(fā)展卻相對滯后，特別是長江西線和湖北荊江航段，在枯水期航道維護(hù)水深留足過船富余水深僅2.4米。以5000噸級，II型標(biāo)準(zhǔn)船為例，其型深為6.2米，滿載吃水5.3米；如船東嚴(yán)格按照長江航道局公布的維護(hù)水深裝載且不論其經(jīng)濟效益如何，僅船舶自身操縱性和安全性均會因吃水不足而下降，因此多數(shù)船東選擇超吃水冒險開航。此外，船舶超載、船舶載運易流態(tài)貨物因自由液面效應(yīng)導(dǎo)致吃水失衡發(fā)生傾覆事故時有發(fā)生，對人民生命財產(chǎn)安全構(gòu)成嚴(yán)重威脅。而海事監(jiān)管對船舶吃水的感知還停留在現(xiàn)場蹲守、肉眼查看的狀態(tài)，電子巡航系統(tǒng)基本不能顯示，即使顯示也是人工后繼錄入的結(jié)果，真實性大打折扣。
[0004]綜上所述，開展內(nèi)河船舶電子水尺/載重線技術(shù)開發(fā)，使船舶吃水通過船舶AIS、FRID技術(shù)、3G無線傳輸?shù)仁侄巫詣釉诖皠討B(tài)系統(tǒng)、電子巡航系統(tǒng)中顯示，并且與船舶主機啟動系統(tǒng)互鎖，在源頭上防止船舶超載、超吃水航行，把牢船舶適航關(guān)，這將對長江干線航運的安全暢通和水環(huán)境保護(hù)起到巨大的推動作用。
[0005]目前，電子水尺已廣泛應(yīng)用于水文測量和航道養(yǎng)護(hù)，其測量數(shù)據(jù)與現(xiàn)代通信技術(shù)相結(jié)合，可實現(xiàn)水位信息的實時遙測和動態(tài)監(jiān)控。電子水尺用于船舶吃水和海事監(jiān)管尚處于起步階段，但其技術(shù)已經(jīng)成熟，開展內(nèi)河船舶電子水尺/載重線技術(shù)開發(fā)不存在技術(shù)障礙。
[0006]電子水尺液位測量方法主要有超聲波檢測法、激光測距法和水壓力檢測法，前兩者由于測量動態(tài)吃水誤差較大，測量數(shù)據(jù)易受環(huán)境、波浪影響，故目前實際應(yīng)用中采用水壓力檢測法較廣，使用水壓力檢測法，使用較多的方法有雙傳感器檢測法。對于傳感器檢測法而言，具體采用以下方式:
[0007]1、雙傳感器檢測法
[0008]由于吃水深度不但與水壓有關(guān)，還與水密度和重力加速度有關(guān)，而不同水域和不同季節(jié)的水密度和重力加速度值也有差別，從而會帶來測量誤差。為消除誤差，可采用雙傳感器檢測法，既在空船吃水線以下部位，用兩個壓力傳感器以固定的間距上下分布，同一時刻檢測出兩個傳感器上的壓力值，經(jīng)過比例運算消除水密度和重力加速度的影響。這種方法雖然可以消除水密度和重力加速度的影響，且與船的俯仰角無關(guān)，但這種方案并未考慮船體橫滾角的影響，如果船體的橫滾角較大的話，會帶來較大的測量誤差。另外雙傳感器檢測法不容易施工，船體外面不好加裝，船舷容易碰撞，而且為了方便日常維護(hù)和保證船體外殼的強度.傳感器不適合直接安裝在船舷表面。
[0009]2、六面水尺檢測法
[0010]考慮到測量過程會受到波浪的影響，船舶在水中有可能處于橫傾和縱傾狀態(tài)，因此考慮選取多個采樣點來進(jìn)行壓力檢測，六面水尺檢測法，即在左右舷的首、中、尾的空船水線以下設(shè)置六組壓力傳感器。這種方法通過觀測船舶6面吃水深度的數(shù)據(jù)，通過計算機根據(jù)實時六面數(shù)據(jù)計算出船舶的平均吃水、吃水差、橫傾角、縱傾角、搖擺周期及初穩(wěn)性高度等指標(biāo)。這種方法可以比較準(zhǔn)確的測量出船舶的吃水深度，但是要安裝六個傳感器，成本較高，在船體上安裝和維護(hù)都比較困難。
【實用新型內(nèi)容】
[0011]為了解決上述技術(shù)問題，本實用新型的目的在于提供一種檢測精度高以及便于檢測的內(nèi)河船舶電子水尺。
[0012]為實現(xiàn)上述目的，本實用新型采用如下技術(shù)方案:
[0013]一種內(nèi)河船舶電子水尺，其特征在于:所述內(nèi)河船舶電子水尺包括ARM控制器、串口 WIFI模塊、電源、液位傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、I2C總線、MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計以及MEMS三軸磁力計；所述MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計以及MEMS三軸磁力計分別通過I2C總線接入ARM控制器；所述液位傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器接入ARM控制器；所述串口 WIFI模塊以及電源分別接入ARM控制器。
[0014]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的ARM控制器采用的芯片是STM32F103TB。
[0015]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的MEMS三軸陀螺儀以及MEMS三軸加速度計采用的芯片是MPU-6050。
[0016]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的MPU-6050的角速率量程為±250° /s、±500° /S、±1000° /s 或 ±2000° /s。
[0017]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的MPU-6050的加速度測量范圍為±2g、±4g、±8或
±16go
[0018]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的MEMS三軸磁力計是三軸地磁傳感器。
[0019]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的MEMS三軸磁力計是HMC5983L。
[0020]作為優(yōu)選，本實用新型所采用的液位傳感器是GB-2100A。
[0021]本實用新型的優(yōu)點是:
[0022]本實用新型提供了一種內(nèi)河船舶電子水尺，包括ARM控制器、串口 WIFI模塊、電源、液位傳感器、A/D轉(zhuǎn)換器、I2C總線、MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計以及MEMS三軸磁力計；MEMS三軸陀螺儀、MEMS三軸加速度計以及MEMS三軸磁力計分別通過I2C總線接入ARM控制器；液位傳感器通過A/D轉(zhuǎn)換器接入ARM控制器；串口 WIFI模塊以及電源分別接入ARM控制器。本實用新型首先通過液位計測量出安裝點的水深，再用慣導(dǎo)設(shè)備測試出船體的俯仰和橫滾等傾角，通過計算出船實際的吃水水位，通過吃水水位查載重表，查出實際載重量，最后與準(zhǔn)載重量比較后將是否超重信息通過串口或藍(lán)牙傳遞至船舶AIS終端。通過本實用新型所提供的內(nèi)河船舶電子水尺將吃水信息實時輸入船載AIS終端，AIS終端自動將該信息報送電子巡航系統(tǒng)，從而為系統(tǒng)決策船舶是否超載、超吃水航行提供實時準(zhǔn)確信息，也為海事執(zhí)法人員遠(yuǎn)程執(zhí)法提供法律依據(jù)和可能。
【附圖說明】
[0023]圖1是本實用新型所提供的內(nèi)河船舶電子水尺的原理框圖；
[0024]圖2是本實用新型所提供的內(nèi)河船舶電子水尺的測量原理示意圖；
[0025]圖3是本實用新型的使用狀態(tài)示意圖；
【具體實施方式】
[0026]參見圖1，本實用新型所提供的內(nèi)河船舶電子水尺包括ARM控制器，三軸陀螺儀，三軸加速度計，三軸磁力計，液位計以及串口 WiFi模塊組成。
[0027]其中，ARM控制器的芯片選用STM32F103TB，該芯片是基于Cortex_M3的內(nèi)核，有128KB的內(nèi)存存儲器，和20KB