专利名称：一种可在多普勒模式与gps模式间切换的船用计程仪的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及船用计程仪，具体涉及可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，属于航海计程技术领域。
背景技术：
船舶导航系统中的计程仪，可以连续测量船舶的航行速度和累计的航程，历史上出现过的拖曳式、转轮式、水压式和电磁式计程仪，测量精度较低，而且只能测量船舶相对于水的航速。多普勒和声相关技术测量精度较高，不仅可以测量船舶对水的航速，还可以测量船舶对地的航速。多普勒测速一般使用超声波，因其遇到不同介质能够反射回波，发射源与介质的相对航速会造成超声波频率偏移的这一特性可以计算船舶与参考介质(水、地)的相对航速。由于船舶航行的水深范围非常宽，最浅的可在I米以内，最深可达数百米，在很深的水域，要能够测量出对地的航速，就需要发射功率足够大、发射频率比较低，否则很大的衰减会导致无法接收到超波声的回波。

实用新型内容针对现有技术存在的不足，本实用新型目的是提供一种用户可以在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，无论在较浅的水域内和较深的水域内，均可以测量出船舶对地、对水的航速。为了实现上述目的，本实用新型是通过如下的技术方案来实现本实用新型包括用于实现多普勒模式的传感器单元及与传感器单元输出端相连接的超声波收发单元、与超声波收发单元输出端相连接的数据分配单元、用于实现GPS模式的GPS信号输入模块和用于显示航速航程数据及控制船用计程仪工作于多普勒模式或GPS模式的显示控制单元，GPS信号输入模块与数据分配单元输入端相连接，显示控制单元输入输出端与数据分配单元输入输出端相连接。上述传感器单元包括与超声波收发单元输入端相连接的电缆、与电缆另一端相连接的电缆头、与电缆头另一端密封连接的壳体和安装在壳体内具备收发一体功能的后向换能器及前向换能器；所述壳体的另一端面为超声波辐射面，所述超声波辐射面上设有对船尾或船艏的方向标记，用于确保用户安装传感器单元时方向正确。上述超声波收发单元包括第一中心处理单元、与第一中心处理单元输出端相连接的第一数据收发单元及电子开关和与电子开关输出端相连接的前向超声波收发通道及后向超声波收发通道；所述后向超声波收发通道和前向超声波收发通道依次贯穿电缆、电缆头分别与后向换能器和前向换能器相连接，前向超声波收发通道和后向超声波收发通道的输出端还与第一中心处理单元的输入端相连接。上述数据分配单元包括与第一数据收发单元及GPS信号输入模块输出端相连接的第三数据收发单元，第三数据收发单元的输出端连接有用于接收第一数据收发单元(发出的)数据的外部接收设备。上述显示控制单元包括与第三数据收发单元输出端相连接的第二数据收发单元、与第二数据收发单元输出端相连接的第二中心处理单元、与第二中心处理单元输入端相连接的按键控制单元、与第二中心处理单元输出端相连接的图形处理单元和与图形处理单元输出端相连接的图形显示单元。上述后向换能器的发射接收面与前向换能器的发射接收面以垂直中心线对称设置。本实用新型能够以较低的成本实现多普勒测量船舶对水的航速，并且可以使用GPS模式测量对地航速，弥补多普勒方式深水时只能测量对水航速的问题；本实用新型采用数据分配单元可以以最大程度与外部接收设备和GPS信号输入模块交换数据；本实用新型功能稳定、操作方便、可靠性高。
图I为本实用新型的整体结构示意图；图2为本实用新型的传感器单元结构示意图；图3为图2的仰视图；图4为本实用新型的超声波收发单元工作原理框图；图5为本实用新型的超声波收发单元工作流程图；图6为本实用新型的数据分配单元工作原理框图；图7为本实用新型的显示控制单元工作原理框图；图8为本实用新型的数据分配单元和显示控制单元工作流程图。图中各标号传感器单元1，电缆11，电缆头12，壳体13，后向换能器14_1，前向换能器14-2，超声波辐射面15，方向标记16，超声波收发单元2，第一中心处理单元21，第一数据收发单元22，电子开关23，后向超声波收发通道24-1，前向超声波收发通道24-2，数据分配单元3，第三数据收发单元31，显示控制单元4，第二数据收发单元41，第二中心处理单元42，按键控制单元45，图形处理单元43，图形显示单元44。
具体实施方式
为使本实用新型实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于明白了解，下面结合具体实施方式
，进一步阐述本实用新型。参见图1，本实用新型包括用于实现多普勒模式的传感器单元I及与传感器单元I输出端相连接的超声波收发单元2、与超声波收发单元2输出端相连接的数据分配单元3、用于实现GPS模式的GPS信号输入模块和用于显示航速航程数据及控制船用计程仪工作于多普勒模式或GPS模式的显示控制单元4，GPS信号输入模块与数据分配单元3输入端相连接，显示控制单元4输入输出端与数据分配单元3输入输出端相连接。当显示控制单元4选择采用多普勒模式时，通过传感器单元I超声波收发单元2可以计算出较浅水域内船舶对地、对水的航速，以及较深水域内船舶对水的航速；当显示控制单元4选择采用GPS模式时，GPS信号输入模块可计算出任意水深船舶对地的航速。此处的多普勒模式计算较浅水域内船舶对地、对水的航速，以及较深水域内船舶对水的航速，计算方法为现有技术，此处不再赘述。此处的GPS模式计算任意水深船舶对地的航速，计算方法为现有技术，此处不再赘述。数据分配单元3与显示控制单元4以及外部接收设备交换航行数据，并接收GPS信号输入模块的数据信息，显示控制单元4显示测量数据并接受用户控制命令。参见图2和图3，传感器单元I包括与超声波收发单元2输入端相连接的电缆11、与电缆11底端相连接的电缆头12、与电缆头12底端密封连接的壳体13和安装在壳体13内具备收发一体功能的后向换能器14-1及前向换能器14-2。壳体13的下端面为超声波辐射面15，为防止传感器单元I安装过程中的方向错误，超声波辐射面15上安装有对船艏或船尾的方向标记16。传感器单元I 一般安装在船舶的底部，以便换能器无阻碍地收发超声波信号。 其中，前向换能器14-2的发射接收面与后向换能器14-1的发射接收面以垂直中心线对称设置(按船体的垂直中心线对称)，它们的发射接收面以一定的角度分别指向船艏和船尾。参见图4，超声波收发单元2包括第一中心处理单元21、与第一中心处理单元21输出端相连接的第一数据收发单元22及电子开关23和与电子开关23输出端相连接的前向超声波收发通道24-2及后向超声波收发通道24-1。其中，后向超声波收发通道24-1依次贯穿电缆11、电缆头12与后向换能器14_1相连接，前向超声波收发通道24-2依次贯穿电缆11、电缆头12与前向换能器14-2相连接，前向超声波收发通道24-2和后向超声波收发通道24-1的输出端还分别与第一中心处理单元21的输入端相连接。超声波收发单元2是在船艏和船尾的两个方向分别发送超声波，并接收反射的回 波，利用发射的超声波频率与接收的回波频率的差值计算船舶航行的航速。因传感器单元I接收的超声波信号非常微弱，为保证测量的准确性，超声波收发单元2 —般选择安装在与传感器单元I最近的船舱内，这样既保证信号接收的强度，也可防止海水的侵蚀造成超声波单元功能失效。超声波收发单元2工作原理如下第一中心处理单元21控制电子开关23切换到前向换能器14-2，完成发射和接收的功能，第一中心处理单元21根据接收到回波的频率与发射频率的差值计算前向航行速度。第一中心处理单元21控制电子开关23切换到后向换能器14-1，完成发射和接收的功能，第一中心处理单元21根据接收到回波的频率与发射频率的差值计算后向航行速度。双向发射和接收后，第一中心处理单元21平均前向航行速度和后向航行速度，SP为船舶的航速。参见图5，超声波收发单元2工作过程如下步骤(11):第一中心处理单元21发出启动前向超声波收发通道24-2指令，前向超声波收发通道24-2驱动前向换能器14-2发射超声波，前向换能器14-2接收回波信号，经前向超声波收发通道24-2接收、放大、整形处理后，送入第一中心处理单元21，第一中心处理单元21根据发射与接收信号的频率偏差，计算出前向速度VA1，第一中心处理单元21暂存VAl (数据存储由第一中心处理单元21自带也可以外置)，转向步骤(12)。步骤(12):第一中心处理单元21发出启动后向超声波收发通道24-1指令，后向超声波收发通道24-1驱动后向换能器14-1发射超声波,后向换能器14-1接收回波信号，经后向超声波收发通道24-1接收、放大、整形处理后，送入第一中心处理单元21，第一中心处理单元21根据发射与接收信号的频率偏差，计算出前向速度VA2，第一中心处理单元21暂存VA2(数据存储由第一中心处理单元21自带也可以外置)，转向步骤(13)。步骤(13):第一中心处理单元21根据前向速度VAl和后向速度VA2，平均计算出船舶的航速VA。然后转向步骤(11)，一直循环工作。通过第一数据收发单元22将上述航速VA发送到数据分配单元3。以上所提到的航行速度及航速为较浅水域内船舶对地、对水的航速，以及较深水域内船舶对水的航速。-[0042]参见图6，数据分配单元3包括与第一数据收发单元22及GPS信号输入模块输出-端相连接的第三数据收发单元31，第三数据收发单元31的输出端连接有用于接收第一数据收发单元22 (发出的)数据的外部接收设备。数据分配单元3的作用是将超声波收发单元2测量到的航速VA发送到外部接收设备和显示控制单元4中，同时接收GPS信号输入模块发送的数据，此处的数据为较深水域内船舶对地的航速。数据分配单元3处理的大部分是数据信号，因此可安装在方便与显示控制单元4、外部接收设备和GPS信号输入模块容易连接的位置，如驾驶舱、数据分配箱等位置。参见图7，显示控制单元4包括与第三数据收发单元31输出端相连接的第二数据收发单元41、与第二数据收发单元41输出端相连接的第二中心处理单元42、与第二中心处理单元42输入端相连接的按键控制单元45、与第二中心处理单元42输出端相连接的图形处理单元43和与图形处理单元43输出端相连接的图形显示单元44。第二数据收发单元41通过第三数据收发单元31与超声波收发单元2的第一数据收发单元22进行数据交换。第二数据收发单元41通过第三数据收发单元31与外接的GPS信号输入模块交换数据。按键控制单元45用于完成用户的操作命令和系统设置等功能，选择多普勒模式测量结果或者是GPS模式测量结果。图形显示单元44将测量结果和用户界面显示在屏幕上。因为需要接受用户的指令并且显示测量的数据，显示控制单元4 一船安装在驾驶舱内便于观察和操作的位置。参见图8，显示控制单元4和数据分配单元3的工作过程如下步骤(21):按键控制单元45开启显示控制单元4后，第二数据收发单元41通过第三数据收发单元31提取第一数据收发单元22和GPS信号输入模块发送的航速，转向步骤(22)。步骤(22):第二中心处理单元42根据按键控制单元45的设置，选择显示多普勒模式或是GPS模式，选择显示航速或是航程，转向步骤(23)。步骤(23):图形处理单元43根据步骤(22)选择的显示模式，对航速或航程数据进行图形处理，然后通过图形显示单元44进行显示。本实用新型不仅能够显示船舶的航行速度，还可以显示船舶的累计航程。用户可自由切换计速功能和计程功能。当航行水深较浅，如小于10米时，计程仪采用多普勒模式可以直接测量船舶对地、对水的航速，当航行水域较深时，受超声波发射功率和传输衰减的影响，计程仪采用多普勒模式往往只能测量到船舶对水的航速，水流的速度会影响到测量的结果，增加GPS模式，可以外接GPS信号输入模块，显示GPS测量的较深水域内对地航速。本实用新型用户可自由切换多普勒模式和GPS模式，以便用户比较。以上显示和描述了本实用新型的基本 原理和主要特征和本实用新型的优点。本行业的技术人员应该了解，本实用新型不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本实用新型的原理，在不脱离本实用新型精神和范围的前提下，本实用新型还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本实用新型范围内。本实用新型要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。
权利要求1.一种可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 包括用于实现多普勒模式的传感器单元(I)及与传感器单元(I)输出端相连接的超声波收发单元(2)、与超声波收发单元(2)输出端相连接的数据分配单元(3)、用于实现GPS模式的GPS信号输入模块和用于显示数据及控制船用计程仪工作于多普勒模式或GPS模式的显示控制单元(4)； 所述GPS信号输入模块与数据分配单元(3)输入端相连接，所述显示控制单元(4)输入输出端与数据分配单元(3)输入输出端相连接。
2.根据权利要求I所述的可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 所述传感器单元(I)包括与超声波收发单元(2)输入端相连接的电缆(11)、与电缆(11)另一端相连接的电缆头(12)、与电缆头(12)另一端密封连接的壳体(13)和安装在壳体(13)内具备收发一体功能的后向换能器(14-1)及前向换能器(14-2)； 所述壳体(13)的另一端面为超声波辐射面(15)，所述超声波辐射面(15)上设有对船尾或船艏的方向标记(16)，用于确保用户安装传感器单元(I)时方向正确。
3.根据权利要求2所述的可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 所述超声波收发单元(2)包括第一中心处理单元(21)、与第一中心处理单元(21)输出端相连接的第一数据收发单元(22)及电子开关(23)和与电子开关(23)输出端相连接的前向超声波收发通道(24-2)及后向超声波收发通道(24-1)； 所述后向超声波收发通道(24-1)和前向超声波收发通道(24-2)依次贯穿电缆(11)、电缆头(12)分别与后向换能器(14-1)和前向换能器(14-2)相连接，后向超声波收发通道(24-1)和前向超声波收发通道(24-2)的输出端还与第一中心处理单元(21)的输入端相连接。
4.根据权利要求3所述的可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 所述数据分配单元(3)包括与第一数据收发单元(22)及GPS信号输入模块输出端相连接的第三数据收发单元(31)，所述第三数据收发单元(31)的输出端连接有用于接收第一数据收发单元(22)数据的外部接收设备。
5.根据权利要求4所述的可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 所述显示控制单元(4)包括与第三数据收发单元(31)输出端相连接的第二数据收发单元(41)、与第二数据收发单元(41)输出端相连接的第二中心处理单元(42)、与第二中心处理单元(42)输入端相连接的按键控制单元(45)、与第二中心处理单元(42)输出端相连接的图形处理单元(43)和与图形处理单元(43)输出端相连接的图形显示单元(44)。
6.根据权利要求2至5任意一项所述的可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，其特征在于， 所述后向换能器(14-1)的发射接收面与前向换能器(14-2)的发射接收面以垂直中心线对称设置。
专利摘要本实用新型公开了一种可在多普勒模式与GPS模式间切换的船用计程仪，包括用于实现多普勒模式的传感器单元(1)及与传感器单元(1)输出端相连接的超声波收发单元(2)、与超声波收发单元(2)输出端相连接的数据分配单元(3)、用于实现GPS模式的GPS信号输入模块和用于显示数据及控制船用计程仪工作于多普勒模式或GPS模式的显示控制单元；所述GPS信号输入模块与数据分配单元(3)输入端相连接，所述显示控制单元(4)输入输出端与数据分配单元(3)输入输出端相连接。用户可以根据需要自由选择多普勒模式或GPS模式，测量对水、对地的航速；本实用新型功能稳定、操作方便、可靠性高。
文档编号G01P5/00GK202433400SQ20112052369
公开日2012年9月12日 申请日期2011年12月14日 优先权日2011年12月14日
发明者朱瑞华 申请人:南京俊禄科技有限公司