技术领域
[0001] 本实用新型涉及一种帆船的控帆系统，具体涉及一种龙骨帆船的自动控帆系统，属于帆船驾驶的技术领域。
背景技术
[0002] 帆船可以使用
风帆利用
风力航行，具备绿色环保的优点。
[0003] 一般的龙骨帆船使用前帆和主帆作为航行的动力，通过调整前帆和主帆的形状和
角度捕捉风的
能量，合理利用风的力量达到行驶的目的。
[0004] 但是，目前绝大多数的帆船都是需要人工判断前帆和主帆的角度，也就是通过人工收放绳索来控制主帆和前帆的形状，相对于动力船只只需要操作船
舵和
油门有一定的难度，这为帆船的普及和推广设置了一定的技术
门槛，增加了驾驶帆船的难度。实用新型内容
[0005] 本实用新型的目的在于，提供一种龙骨帆船的自动控帆系统，以克服
现有技术所存在的上述缺点和不足。
[0006] 本实用新型所需要解决的技术问题，可以通过以下技术方案来实现：
[0007] 一种龙骨帆船的自动控帆系统，其特征在于，包括：
[0008] 控制单元与控制板连接，控制单元设置于船体上；
[0009] 索控机与控制单元连接，索控机通过绳索与前帆和主帆连接，并控制前帆和主帆；
[0011] GPS与控制单元连接；
[0013] 角度传感器与控制单元连接。
[0014] 其中，所述船体上设置桅杆，桅杆与前帆和主帆连接。
[0015] 其中，所述前帆上设置前帆
横杆，所述前帆横杆与
水平面平行设置，所述前帆横杆上设置角度传感器。
[0016] 其中，所述主帆上设置主帆横杆，主帆横杆与水平面平行设置，所述主帆横杆上设置角度传感器。
[0017] 其中，所述前帆横杆与船体垂直线的角度为前帆横杆夹角。
[0018] 其中，所述主帆横杆与船体垂直线的角度主帆横杆夹角。
[0019] 其中，所述前帆横杆夹角的极限角度为30～80°。
[0020] 其中，所述主帆横杆夹角的极限角度为30～80°。
[0021] 本实用新型的有益效果：
[0022] 1、通常情况下，实现帆船不同航行状态下船帆的控制是一件很复杂的事情。
[0023] 本实用新型的优势在于只提取帆船航行的主要技术要素进行考虑和计算。本技术通过传感器，控制单元及驱动
电路实现龙骨帆船前帆主帆的自动收放控制，驾驶者只需要简单的设置和控制即可方便的驾驶帆船，降低帆船驾驶的技术门槛。同时系统保留手动模式，仍然保留手动操作绳索的乐趣。
[0024] 2、本实用新型要解决的技术问题包括采集风向风速数据，采集航行方向数据，根据航行方向和风向风速判断船只是否可以航行，若不可以航行给出提示和警示，若可以航行计算出适宜的船帆形状和角度，并通过驱动电路调整船帆达到航行要求。航行时，驾驶者在能够航行的区域内，不论是维持或者改变方向，船帆可以自动随动，保持在适宜的形状范围内。
[0025] 3、系统通过风向风速传感器获得风向风速数据，通过GPS和电子罗经获得船只航行的方向，通过前帆横杆和主帆横杆上的角度传感器获得船帆的角度参数，通过索控机(即
绞盘)控制绳索的收放达到控制前帆、主帆角度的目的。
附图说明
[0026] 图1为本实用新型的原理图。
[0027] 图2为本实用新型的结构示意图。
[0028] 图3为不同风向下，控制系统的反应原理图。
[0029] 图4为不同风向下，控制系统的反应原理图。
[0030] 图5为前帆自控帆的控制原理图。
[0031] 图6为主帆的控制原理图。
[0032] 图7为索控机的结构示意图。
[0033] 附图标记：
[0034] 控制单元100、控制板200、索控机300、前帆索控机310、主帆索控机320。
[0035] 前帆400、前帆横杆410、前帆横杆夹角420、前帆滑轨430。
[0036] 主帆500、主帆横杆510、主帆横杆夹角520。
[0037] 风向风速传感器600、GPS700、电子罗经800、角度传感器900。船体1000、桅杆1100、风向风速仪1200。
具体实施方式
[0038] 以下结合具体
实施例，对本实用新型作进步说明。应理解，以下实施例仅用于说明本实用新型而非用于限定本实用新型的范围。
[0039] 实施例1
[0040] 如图1所示，一种龙骨帆船的自动控帆系统，包括：控制单元100、控制板200、索控机300、前帆400、主帆500、风向风速传感器600、GPS700、电子罗经800、角度传感器900。
[0041] 本实用新型的帆船的整体结构如图2所示，控制单元100与控制板200连接，控制单元100设置于船体1000上；控制单元100采用可编程序
控制器Programmable Logic Controller，PLC)或者
中央处理器Central Processing Unit，CPU。
[0042] 如图2所示，索控机300与控制单元100连接，索控机300通过绳索与前帆400和主帆500连接，并控制前帆400和主帆500。风向风速传感器600与控制单元100连接。
[0043] 如图1-2所示，GPS700与控制单元100连接。电子罗经800与控制单元100连接。角度传感器900与控制单元100连接。船体1000上设置桅杆1100，桅杆1100与前帆400和主帆500连接。桅杆1100顶上设置风向风速仪1200。
[0044] 如图2所示，前帆400上设置前帆横杆410，前帆横杆410与水平面平行设置，前帆横杆410上设置角度传感器900。
[0045] 如图2所示，主帆500上设置主帆横杆510，主帆横杆510与水平面平行设置，主帆横杆510上设置角度传感器900。
[0046] 如图2所示，前帆横杆410与船体垂直线的角度为前帆横杆夹角420。主帆横杆510与船体垂直线的角度主帆横杆夹角520。
[0047] 前帆横杆夹角420的极限角度为45～315°。主帆横杆夹角520的极限角度为45～315°。
[0048] 如图2所示，龙骨帆船使用前帆和主帆作为航行的动力，通过调整前帆400、主帆500的形状和角度捕捉风的能量，合理利用风的力量达到行驶的目的。
[0049] 驾驶帆船除了需要人工判断前帆400、主帆500的角度，也就是通过人工收放绳索来控制主帆500和前帆400的形状，相对于动力船只只需要操作船舵和油门有一定的难度，这为帆船的普及和推广设置了一定的技术门槛，增加了驾驶帆船的难度。
[0050] 1、通常情况下，实现帆船不同航行状态下船帆的控制是一件很复杂的事情。
[0051] 本实用新型的优势在于只提取帆船航行的主要技术要素进行考虑和计算。本技术通过传感器，控制单元100及驱动电路实现龙骨帆船前帆400、主帆500的自动收放控制，驾驶者只需要简单的设置和控制即可方便的驾驶帆船，降低帆船驾驶的技术门槛。同时系统保留手动模式，仍然保留手动操作绳索的乐趣。
[0052] 2、本实用新型要解决的技术问题包括采集风向风速数据，采集航行方向数据，根据航行方向和风向风速判断船只是否可以航行，若不可以航行给出提示和警示，若可以航行计算出适宜的船帆形状和角度，并通过驱动电路调整船帆达到航行要求。航行时，驾驶者在能够航行的区域内，只要控制好方向，船帆可以自动保持在适宜的形状范围内。
[0053] 3、系统通过风向风速传感器600获得风向风速数据，通过GPS700、电子罗经800获得船只航行的方向，通过前帆400的横杆和主帆500的横杆上的角度传感器900获得角度参数，通过索控机绞盘控制绳索的收放达到控制前帆400、主帆500角度的目的。
[0054] 图3为不同风向下，控制系统的反应原理图，船头迎风方向左右45度，即315度到45度为不可航行区。图4为不同风向下，控制系统的反应原理图，船头迎风方向45度到315度为可航行区。如表1。
[0055] 表1不同风向下，控制系统的反应
[0056]
[0057] 图3中，迎风45°范围内是不可航行区；图4中，45°-315°范围内是可航行区。
[0058] 图5为前帆自控帆的控制原理图。前帆自控帆的控制系统，因为需要自动控制，所以不能采用常见的左右舷控制方式，需要采用只用一根绳索的自过帆系统；另外要加上一根前帆横杆410，角度传感器900附着在前帆横杆410的
轴承上。前帆的自过帆系统，从2侧2根绳索控制改为单侧单根绳索控制。
[0059] 图6为主帆的控制原理图。同样也是单绳控制系统。主帆的控帆系统，通过4：1绳索系统减速省力。
[0060] 这样整个帆船的船帆控制就简化为对2跟绳子的收放控制。
[0061] 本实用新型的基本原理，如图1所示，风向风速传感器600、GPS700、电子罗经800使用市售成品仪器设备，通过NMEA2000
数据总线获得所需数据；角度传感器900，通过附着在船帆横杆上，测量船帆横杆同船体垂直线的角度获得所需船帆角度数据。以上数据传入控制单元100，由程序判定索控机300的动作。
[0062] 图7为索控机的结构示意图，索控机300为电动自动控制。索控机300包括：前帆索控机310、主帆索控机320。前帆索控机310和主帆索控机320的结构相同，索控机原理图，通过
电机正反转来收放绳索，如图7所示。
[0063] 以上是对传感方式和执行方式的介绍。
[0064] 本实用新型的原理：
[0065] 控制原理的新颖性在于简化控
制模型，所以整体上并非偏向
软件。参见图1和图2。
[0066] 1.、风向风速传感器600会即时给出一个风向和船只的相对角度，这个角度无论是来自左舷还是右舷，小于45°船只都是不可航行的，当数据在这个角度内，收索机离合断开，不工作，控制系统自动转为人工状态。
[0067] 2、当风向风速传感器600的角度在45°～315°时，帆船是可以航行的，前帆索控机310会在前帆横杆410，主帆索控机320在主帆横杆510能够工作的极限角度内根据角度收放绳索，这个程序同以往的各种
算法相比是相当简化的。
[0069] 一种是风的角度同帆杆的角度一一对应，其实也就是收索机根据接收角度传感器的反馈
信号正转或反转。
[0070] 另一种是风的角度同收索机的电机-步进电机的步数(也就是绳索的长度)相对应。
[0071] 帆杆的工作角度可以根据船型设置，通常在30°(收紧状态)～80°(放松状态)。
[0072] 从技术层面上，因为帆船的航行不仅仅是一种技术，也是一种艺术，在技术上永远都无法做到100％的完美，基于这点，
申请人的控制系统不追求复杂的算法和不可靠的结构，而是采用简单的对应关系和简单的机械驱动来实现切实可行的风力驱动。
[0073] 1、角度传感器900是电位器，提供连续可变的
电阻数值。
[0074] 2、风向风速传感器600采用国际通用的NEMA2000数据总线格式，通过输出
接口提取数据。
[0075] 3、控制器(PLC)首先判断目前风向角是否可以航向，可航行进入自动控制状态，不可航行，则进入手动状态；若可以航行，控制器(PLC)会比较2个角度(前帆横杆夹角420和主帆横杆夹角520)的对应关系，从而驱动索控系统收绳或者放绳从而保持基本准确的航向状态。
[0076] 本系统的最小构成只需要风向风速传感器600，角度传感器900，索控机300，控制器(PLC)即可。
[0077] 该技术使用时，只需要将前帆横杆410、主帆横杆510安装附加的角度传感器900，将风向风速传感器600、角度传感器900和仪表GPS700、电子罗经800的输出连接到控制单元100，并通过控制板200设定前帆横杆410、主帆横杆510的极限角度，前帆横杆夹角420的极限角度为30～80°、主帆横杆夹角520的极限角度为30～80°，就可以在大部分的情况下对船帆进行自动控制。
[0078] 本实用新型适合大部分的帆船加装和改造。对于没有自过帆前帆系统的帆船，可以选择只安装主帆控制系统或者加装前帆自过帆系统。
[0079] 对于用户而言，控制板200存在自动和手动模式及显示单元，可以提示用户如何操作；在紧急情况下，系统自动从自动模式切换到手动模式以便客户人工操作。
[0080] 以上对本实用新型的具体实施方式进行了说明，但本实用新型并不以此为限，只要不脱离本实用新型的宗旨，本实用新型还可以有各种变化。
