CN101195405A - 船舶电子吃水监测系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子船舶吃水监测系统，涉及一种船舶吃水监测系统。本发明由装有四个电子吃水标尺的从机和驾驶仓内的系统主机及RS485总线构成；系统主机包括微处理器(100)及分别与微处理器(100)连接的外部存储器(600)、时钟电路(200)、键盘电路(300)、液晶显示电路(400)、声光报警电路(700)；位于船舶左前、右前、左后、右后舷的第1、2、3、4从机(800、900、1000、1100)通过RS485总线及接口电路(500)分别与主机微处理器(100)的串口连接。本发明能自动采集船舶吃水信息，给船舶的合理装载和航行安全提供了相应的技术支撑；具有测量精度高，控制灵活，通信可靠，实时性好诸优点，可广泛用于江河湖海各类船舶的吃水监测。

Description

船舶电子吃水监测系统

技术领域

本发明涉及一种船舶吃水监测系统，尤其涉及一种基于平面电容电子吃水标尺的船舶吃水监测系统。

背景技术

长期以来，我国货运的船舶载重计算多由人工完成，尤其是煤、沙、矿石等类货源计算麻烦，且准确性不高，加之装船需凭借经验及人眼观察吃水标尺误差，往往因装载不当、尤其是货主对货物申报重量严重失实(瞒报)，易造成船舶的失衡及稳性下降，不仅影响船舶的航行状态，严重时可能直接威胁船舶的航行安全。

发明内容

本发明针对上述弊端，旨在提供一种自动的船舶电子吃水监测系统。

本发明的技术方案是：

由装有四个平面电容电子吃水标尺的从机和驾驶仓内的系统主机及RS485总线构成；系统主机包括微处理器100及分别与微处理器100连接的外部存储器600、时钟电路200、键盘电路300、液晶显示电路400、声光报警电路700；位于船舶左前、右前、左后、右后舷的第1、2、3、4从机800、900、1000、1100通过RS485总线及接口电路500分别与主机微处理器100的串口连接；

所述的第1从机800是一种用来测量船舶左前舷的吃水深度及河流或海水温度的装置；

所述的第2、3、4从机900、1000、1100是一种用来测量船舶右前舷、左后舷、右后舷的吃水深度的装置。

本发明的工作原理是：

通过主机设定航行区域(淡水或海水密度)信息、配载信息，主机与第1、2、3、4从机800、900、1000、1100通过RS485总线及接口电路500实现半双工通信，第1、2、3、4从机800、900、1000、1100将采集到的船舶左、右前舷及左、右后舷的吃水深度数据和水温数据传送到微处理器100，经微处理器100计算后在液晶显示电路400的液晶屏上实时显示船舶的纵倾、横倾和超载信息。如船舶出现纵倾(横倾或超载)情况，则由微处理器100控制声光报警电路700做出相应的警示，提醒船员进行相关的调整。

详细地说：

主机的微处理器100与位于船舶左、右前舷及左、右后舷的四个从机通过RS485总线及接口电路500实行半双工通信通信，实时自动采集船舶左、右前舷及左、右后舷的吃水信息及水温信息，在装船前计算并记录船舶的平均吃水及纵倾、横倾数据。

装船时，由键盘电路300输入航行区域(淡水或海水密度)信息，配载信息，包括预置欲载货物品种、数量、体积和重量信息，积载先后顺序、目的港及中途港卸货信息。在装载过程中，微处理器100将接收到的船舶左、右前舷及左、右后舷的吃水数据处理后，在液晶显示电路400的液晶屏上实时显示装船过程的平均吃水及船舶的纵倾、横倾和载重数据。如出现船舶纵倾或横倾失衡，微处理器100控制声光报警电路700发出失衡报警信号，提示船员及装卸员调整移动货物装放位置；如超过预置重量时自动发出超载报警信号。装船完毕后，本发明将自动生成所装货物重量信息及压载水的调整计划莱单。

航行中，电子吃水监测系统实时监测计算并显示装船过程的平均吃水及船泊的纵倾、横倾数据。如出现船舶纵倾或横倾失衡，则声光报警电路700自动发出失衡报警信号，提示舵工调整船泊航行的位置，尤其是因触礁、碰撞等导致的进水事故时，船长或大副可根据船舶的首尾、左右两舷的电子吃水数据实施减少压载水或淡水，转移燃料油及货物等操作。

在左右两舷吃水平衡时，本发明根据所测船舶首、尾吃水，计算出平均吃水，再利用由载重表尺、静水力参数及曲线图表生成的数据库查比出船舶的排水量，配合水密度修正(即键盘输入淡水或海水区域水密度值)，水温度修正、船壳系数修正(根据各船实际参数事先已存储在电子吃水监测系统微处理器中)得出船舶的实际排水量(即等于组成船舶的各项重量之和)，装船时排水量的增量(其它条件不变)即可视为即时所装货物的重量。尤其是对煤、沙、矿石等类货源称重计算方便、快速且具有较高的准确性。对于超大客货轮及货轮、为了更好地监测船舶吃水，可在船中处增设二个电子吃水标尺；反之，对于小型驳货轮亦可考虑仅在船中左右两舷的壳壁上装设两个电子吃水标尺即可。另外，人眼观察的普通吃水标尺仍可刻在船壳上，保留海员的观察习惯。

本发明具有下列优点和积极效果：

1、本发明能自动采集船舶吃水信息，并能实时监测计算并显示船舶的货物积载重量、平均吃水及纵倾、横倾数据，给船舶的合理装载和航行安全提供了相应的技术支撑；

2、具有测量精度高，控制灵活，通信可靠，实时性好诸优点；

3、可广泛用于江河湖海各类船舶的吃水监测。

附图说明

图1是本发明的结构框图；

图2是主机电路原理图；

图3是主机声光报警电路图；

图4是位于船舶左前舷的第1从机电路原理图；

图5是第1从机的水温测量及变送电路原理图；

图6是位于右前舷的第2从机电路原理图；

图7.1是电子吃水标尺结构示意图，

图7.2是外壳结构示意图，

图7.1是电子吃水标尺装入外壳结构示意图。

其中；

100-主机微处理器。

200-主机时钟电路。

300-主机键盘电路，

310-键盘接口电路，320-主机键盘。

400-主机液晶显示电路，

410-地址锁存器，420-液晶显示电路。

500-RS485总线及接口电路。

600-外部存储器电路，

610-译码器，620-存储器芯片

700-主机声光报警电路。

800-第1从机，

810-电子吃水标尺及信号调理电路，820-从机微处理器，

830-模数转换电路，840-RS485总线接口电路，

850-转换开关电路，860-水温测量电路，

870-水温测量信号V/I变送电路，880-水温测量信号I/V变送电路。

900-第2从机，

910-电子吃水标尺及信号调理电路，

920-从机微处理器，930-模数转换电路，940-RS485总线及接口电路。

1000-第3从机。

1100-第4从机。

A-绝缘材质底版，B-金属泊条，C-金属防护罩，D-小孔；

a-第一导线，b-第二导线。

具体实施方式

下面结合附图及实施例，对本发明进一步说明：

1、主机

图2中，

1)主机微处理器100选用89C55微处理器。

2)时钟电路200选用DS1302时钟芯片。

3)键盘电路300选用ZLG7290键盘接口芯片310并配以5×4键盘320。

4)液晶显示电路400包括SN74F373地址锁存器410及HD44780液晶显示电路420。

5)RS485总线及接口电路500包括MAX485芯片；

6)外部存储器600包括74LS138译码器610及MCM6264存储器芯片620。

主机的89C55微处理器100通过P1.1、P1.5、及INTO口与时钟电路200连接，89C55主机微处理器100的T1，T0及INT1与键盘接口芯片ZLG7290电路310相连，键盘接口芯片ZLG7290电路310的Dig0，Dig1，Dig2，Dig3及SegA、SegB、SegC、SegD、SegE与键盘电路320相连，89C55主机微处理器100的P0口及ALE口通过SN74F373地址锁存器410与HD44780液晶显示电路420连接，89C55主机微处理器100的16、17脚(读写口)及P2.7口通过与非门电路74LS04与HD44780液晶显示电路420连接，89C55主机微处理器100通过SN74F373地址锁存器410与74LS138译码器610和MCM6264存储器芯片620连接，对MCM6264存储器芯片620进行数据的读写，89C55主机微处理器100的RXD、TXD及P1.0口与RS485总线及接口电路500相连，从而组成监测系统主机。

3、主机声光报警电路700

图3中，所示为监测系统主机之声光报警电路700。

主机微处理器100的P1.2、P1.3、P1.4口分别通过与非门74LS04控制继电器JK1、JK2、JK3线圈通断，继电器JK1、JK2、JK3一组常开接点分别与横倾、纵倾过限及超载警示灯相连，三个警示灯L1、L2、L3分别发出不同颜色的光以便区别，继电器JK1、JK2、JK3另一组常开接点并联控制报警语音芯片KD9561通断，其输出通过LM386发出报警讯响。

4、如图4，电子吃水监测系统第1从机包括：电子吃水标尺及信号调理电路810、从机微处理器89C51芯片820、模数转换AD574A芯片830、RS485总线及接口电路840、模拟开关MAX333A芯片850、水温测量电路860、水温测量信号V/I变送电路870、水温测量信号I/V变送电路880。

其中电子吃水标尺及信号调理电路810包括：ICL8038正弦波发生器电路811、跟随器812、反相放大电路813、正弦波移相器814、正弦波/方波转换电路815、电子吃水标尺传感器816、测量电路817、4066A模拟开关818、有源低通滤波器819；

ICL8038正弦波发生器电路811产生的正弦波信号经跟随器812输出的信号既是电子吃水标尺传感器816的激励源，又是正弦波移相器814的参考信号源，该输出一路接电子吃水标尺传感器816，一路经反相放大电路813接正弦波移相器814输入端。正弦波移相器814输出至正弦波/方波转换电路815完成波形转换后送至模拟开关818的控制端，水位的高低变化，由电子吃水标尺传感器816实时地转换为电信号的变化传至测量电路817的输入端，测量电路817的输出端将变化信号送至模拟开关818的输入端，测量电路817输出的正弦信号与移相后的同频方波通过模拟开关818实现相关运算，运算结果输出至有源低通滤波器819，有源低通滤波器819输出的低频信号送至转换开关MAX333A芯片850的NC3输入端。

图5为第1从机水温测量及变送电路；半导体测温AD590L传感器将所测水温电信号经水温测量电路860输入至水温测量信号V/I变送电路870的LM3140芯片871反相端并与电压基准源REF10芯片872的输出端相连，LM3140芯片871的输出6脚与V/I电路INA105芯片873输入端2脚相连，INA105芯片873输出端经屏蔽电缆与水温测量信号I/V变送电路880的RCV420AG芯片881输入端IN+的外接电阻相连，RCV420AG芯片881输出端经同相放大器OPA111芯片882输出与MAX333A转换开关850的NO3连接。

从机微处理器820的P1.4口控制MAX333A转换开关850水位及水温信号的切换。MAX333A转换开关850的输出COM3接入A/D转换器AD574芯片830输入端，AD574芯片830的输出端和相应控制端与微处理器AT89C51的I/O口相接，从机微处理器820可通过I/O口读入AD574芯片830转换结果以判断出水位(及水温)的高低，并通过RS485总线及接口电路840与主机实现串行通信。

5、电子吃水监测系统第2从机

如图6，电子吃水监测系统第2从机包括：电子吃水标尺及信号调理电路910、从机微处理器920、AD574A模数转换电路930、RS485总线及接口电路940。

电子吃水监测系统第2从机900电路结构除未设装水温测量及变送电路、模拟开关外，其他均与第1从机800电路相同，用来测量船舶右前舷的吃水深度。

电子吃水监测系统第3、4从机1000、1100与第2从机9000电路结构完全一致，用来测量船舶左后舷、右后舷的吃水深度。

6、电子吃水标尺结构

如图7.1，电子吃水标尺(传感器)由镶嵌于绝缘材质(如聚四氟塑料)底板A上的交错排列的金属泊条B构成，这些金属泊条B分成两组，分别通过导线a、b与信号调理电路输入端相连。该电子吃水标尺表面复盖有绝缘、耐酸耐碱防水涂层，可感知待测江(海)水对传感器淹没程度，即可将水位讯息转换为电信号，电子吃水标尺可设计成平面或曲面形状，(需根据船舷形状设计)并吻合安装在船舷对应的壳壁上，电子吃水标尺的标定误差可由四个从机的微处理器进行软件修正。

如图7.2，金属防护罩C是一种和电子吃水标尺适配的外表面为流线型的其上有盖、其下无底的金属壳，金属壳下部设置有通水孔D。

如图7.3，电子吃水标尺外表面装有屏蔽接地的金属防护罩C。

一则可屏蔽近旁其它船只对本船吃水测量的影响，二则可有效隔离水草及其它水面飘浮物对吃水标尺的缠绕。安装于船舶左、右前舷和左、右后舷上的四个电子吃水标尺的第1、2、3、4从机与驾驶仓内吃水监测系统的主机微处理器通信采用RS485串行标准总线实行半双工通信。

另外，在船舶左前舷电子吃水标尺旁的壳壁上装有水温检测线路管道，水温检测线路管道的底部低于最小吃水线，且设有不锈钢铠装的半导体测温传感器直接监测河(海)流水温，水温检测线路管道内设计有防水的密封仓，密封仓内装有水温测量电路及电流变送器电路、水温信息由变送器电路转换成电流信号后，经水温检测线路管道内电缆输入至近旁的第1从机800的从机微处理器820上。四个船舶电子吃水标尺的微处理器与驾驭仓内的船舶电子吃水监测系统中的微处理器组成主从多机串行通信。

船舶电子吃水监测系统工作时，先由键盘输入航行区域(淡水或海水密度)信息，配载信息；包括预置欲载货物品种、数量、体积和重量信息。积载先后顺序、目的港及中途港卸货信息，电子吃水监测系统将自动生成所装货物重量信息及压载水的调整计划莱单。

装船作业时，电子吃水监测系统(主机)经RS485总线与四个电子吃水标尺(从机)轮询通信，实时自动采集船舶的首尾、左右两舷吃水信息及水温信息，监测计算并显示装船过程的平均吃水及船泊的纵倾、横倾数据，如出现船舶纵倾或横倾失衡，电子吃水监测系统自动发出失衡报警信号，提示船员及装卸员调整移动货物装放位置。

装船完毕后，在左右两舷吃水平衡时，本发明根据所测船舶首、尾吃水、计算出平均吃水，再利用由载重表尺、静水力参数及曲线图表生成的数据库查比出船舶的排水量、配合水密度修正(即键盘输入淡水或海水区域水密度值)，水温度修正、船壳系数修正(根据各船实际参数事先已存储在电子吃水监测系统外部存储器)得出船舶的实际排水量(即等于组成船舶的各项重量之和)，装船时排水量的增量(其它条件不变)即可视为即时所装货物的重量。电子吃水监测系统在线监测计算并显示装船过程的货物积载重量，如超过预置重量时自动发出超载声光报警信号。

航行中，电子吃水监测系统监测计算并显示装船过程的平均吃水及船泊的纵倾、横倾数据。如出现船舶纵倾或横倾失衡，自动发出失衡报警信号，提示舵工调整船泊航行的位姿，尤其是因触礁、碰撞等导致的进水事故时，船长或大副可根据船舶的首尾、左右两舷的电子吃水数据实施减少压载水或淡水，转移燃料油及货物等操作。

Claims (6)

1.一种船舶电子吃水监测系统，其特征在于：

由装有四个平面电容电子吃水标尺的从机和驾驶仓内的系统主机及RS485总线构成；系统主机包括微处理器(100)及分别与微处理器(100)连接的外部存储器(600)、时钟电路(200)、键盘电路(300)、液晶显示电路(400)、声光报警电路(700)；位于船舶左前、右前、左后、右后舷的第1、2、3、4从机(800、900、1000、1100)通过RS485总线及接口电路(500)分别与主机微处理器(100)的串口连接；

所述的第1从机(800)是一种用来测量船舶左前舷的吃水深度及河流或海水温度的装置；

所述的第2、3、4从机(900、1000、1100)是一种用来测量船舶右前舷、左后舷、右后舷的吃水深度的装置。

2.据权利要求1所述的一种船舶电子吃水监测系统，其特征在于：

第1从机(800)包括电子吃水标尺及信号调理电路(810)、从机微处理器(820)、模数转换电路(830)、RS485总线及接口电路(840)、转换开关(850)、水温测量电路(860)、水温测量信号V/I变送电路(870)、水温测量信号I/V变送电路(880)；

电子吃水标尺及信号调理电路(810)输出与转换开关850输入连接，转换开关(850)输出与模数转换电路(830)连接，从机微处理器(820)分别与转换开关(850)、模数转换电路(830)、RS485总线及接口电路(850)连接；

第1从机还设有水温测量及变送电路；半导体测温传感器及水温测量电路(860)与水温测量信号V/I变送电路(870)的运放电路反相端和电压基准源的输出端相连，运放电路的输出与V/I芯片输入端相连，V/I芯片输出端经屏蔽电缆与水温测量信号I/V变送电路(880)的输入端相连，I/V变送电路880输出端经同相放大器输出与转换开关(850)连接。

3.据权利要求1所述的一种船舶电子吃水监测系统仪，其特征在于：

第2、3、4从机(900、1000、1100)皆由电子吃水标尺及信号调理电路(910)、从机微处理器(920)、模数转换电路(930)、RS485总线及接口电路(940)组成；电子吃水标尺及信号调理电路(910)输出与模数转换电路(930)连接，从机微处理器(920)分别与模数转换电路(930)、RS485总线及接口电路(940)连接。

4.据权利要求1所述的一种船舶电子吃水监测系统仪，其特征在于：

电子吃水标尺由镶嵌于绝缘材质底版(A)上的交错排列的金属泊条(B)构成，金属泊条(B)分成两组，分别通过两根导线(a、b)与信号调理电路输入端相连；

电子吃水标尺表面复盖有绝缘、耐酸耐碱防水涂层；

电子吃水标尺设计成平面或曲面形状，并吻合安装在船舷对应的壳壁上。

5.据权利要求1所述的一种船舶电子吃水监测系统仪，其特征在于：电子电子吃水标尺外表面装有屏蔽接地的金属防护罩(C)；

所述的金属防护罩(C)是一种和电子吃水标尺适配的外表面为流线型的其上有盖、其下无底的金属壳，金属壳下部设置有通水孔(D)。

6.据权利要求1所述的一种船舶电子吃水监测系统，其特征在于由载重表尺、静水力参数及曲线图表、水密度修正，水温度修正、船壳系数修正组成的数据库存储于外部存储器(600)中，主机微处理器(100)通过地址锁存器(410)与译码器(610)和存储器芯片(620)连接，对存储器芯片(620)进行数据的读写。

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