CN101576393A

CN101576393A - 一种船用计程仪故障检测装置

Info

Publication number: CN101576393A
Application number: CNA2009100723372A
Authority: CN
Inventors: 刘胜; 王宇超; 陈森焱; 李冰; 李芃
Original assignee: Harbin Engineering University
Current assignee: Harbin Engineering University
Priority date: 2009-06-22
Filing date: 2009-06-22
Publication date: 2009-11-11
Anticipated expiration: 2029-06-22
Also published as: CN101576393B

Abstract

本发明提供的是一种船用计程仪故障检测装置。包括数据处理器(U1)、多路选通器(U2)、数据采集单元(U3)、通信接口单元(U4)、计程仪(U5)和PC机(U6)；多路选通器(U2)的输入端与计程仪(U5)相连；数据处理器(U1)控制多路选通器(U2)的三个二进制控制输入端和使能端，确定哪一路选通；多路选通器(U2)的输出端接数据采集单元(U3)的输入端进行该路信号的A/D转换；数据处理器(U1)通过查询方式判断转换状态，完成读写操作；数据处理器(U1)通过通信接口单元(U4)与PC机(U6)间实现数据传输，由PC机(U6)完成计程仪(U5)各板卡的故障判断。可以随船配备，无须专业人员即可随时进行高效可靠的故障诊断及故障定位。

Description

一种船用计程仪故障检测装置

(一)技术领域

本发明涉及的是一种故障检测装置，特别涉及船用设备故障检测技术。

(二)背景技术

计程仪广泛装备于各种水面船舶及水下潜器，是现代主要航海装备之一。计程仪通过测量船舶相对于海水的瞬时航速，为船舶航行提供航速和航程信息并累计航程。目前船舶装备的计程仪包括的主要模块有主微机板、压差数模转换板、电磁数模转换板、电流频率转换板、电源板、功放板等，并采用电磁、压差复合测速原理分别得出电磁电压和压差电压，再由微机进行相应的处理，经加权解算得到瞬时航速，从而进一步提高测速精度。

计程仪经过长时间使用，仪器内部各元器件的老化和磨损不可避免。计程仪模块中的主微机板、压差板、电磁板、电流频率转换、电源板、显示板等会进入故障多发期，日常维护的工作量日益加大。如何快速、便捷的发现故障并定位故障源成为亟待解决的问题之一。

(三)发明内容

本发明的目的在于提供一种能够快速检测出计程仪的故障，便于计程仪的日常维护的一种船用计程仪故障检测装置。

本发明的目的是这样实现的：

包括数据处理器U1、多路选通器U2、数据采集单元U3、通信接口单元U4、计程仪U5和PC机U6；多路选通器U2的输入端分别与计程仪U5中的主微机板、压差数模转换板、电磁数模转换板、电流频率转换板、电源板、功放板的输出信号相连，其中，电流频率转换板的输出为频率信号；数据处理器U1控制多路选通器U2的三个二进制控制输入端和使能端，确定哪一路选通；多路选通器U2的输出端接数据采集单元U3的输入端进行该路信号的A/D转换；数据处理器U1通过查询方式判断转换状态，完成读写操作；数据处理器U1通过通信接口单元U4将从数据处理器U1出来的TTL电平转换成RS-232电平，然后接到PC机U6的串行口与PC机U6间实现数据传输，由PC机U6完成计程仪U5各板卡的故障判断。

本发明还可以包括：

1、所述的数字微处理器U1采用AT89C51芯片；VCC，GND为接地端；XTAL1、XTAL2为外部振荡器引脚，接晶振，同时并联C7、C8电容；RST接CPU的复位信号输入端；ALE/P接地址锁存使能端和编程脉冲输入端；PSEN接访问外部程序存储器读选通信号；EA/VP接访问内部或外部程序存储器选择信号；T0外部计数方式接频率信号，T1内部计数方式，T1产生一个中断设置两个定时间T1H，T1L；P00～P07为数据总线，与数据采集单元U3的数据线相连；P10～P14口接数据采集单元U3的启动控制和读写；P21～P24口控制多路选通器U2三个二进制控制输入端A、B、C和INH输入；数字微处理器U1通过TXD和RXD与上位机间实现传输。

2、所述的多路选通单元U2采用CD4051芯片；VCC接电源电压；GND和VEE与数字微处理器U1的GND串联；有三个二进制控制输入端A、B、C，三位二进制信号选通8通道中的一个通道，分别接数字微处理器U1的P22、P21、P20；EN输入，当EN输入端为高电平时，所有的通道截止，当EN输入端为低电平时，三位二进制信号选通8通道中的一个通道；X0～X7分别接计程仪的信号输出端；X输出端接数据采集单元U3。

3、所述的数据采集单元U3采用ADC574芯片；V+、VEE分别外接参考电源；VL+外接工作电源，CS为片选信号，低电平有效，与数字微处理器U1的P11相连；CE为片选使能端，高电平有效，与数字微处理器U1的P14相连；CS和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作；在数据采集单元U3处于工作状态时，R/C＝0时，启动A/D转换；12/8和A0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式，分别与数字微处理器U1的GND和P12相连；A0＝0时，启动的是按完整12位数据方式进行的；当A0＝1时，按8位A/D转换方式进行；BIPO和REFIN相接的R11和R12电位器与REFO串联，用于零点调整和满刻度调整；STAT为读写状态标志位，与数字微处理器U1的P10相连；10VRNG为+5～-5V转换范围，与多路选通单元U2的X相连；20VRNG为+10～-10V转换范围。

4、所述的通信接口U4采用MAX232芯片；VCC接电源电压，与VDD串联C12电解电容，VDD端接正极；C1+和C1-串联C10电解电容，C1+端接正极；C2+和C2-串联C11电解电容，C2+端接正极；GND和VEE串联C14电解电容，GND端接正极；T1IN和R1OUT分别接AT89C51的TXD和RXD；T1OUT、R1IN、GND连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。

本发明首先对各个板卡施加给定输入信号(电源电压、特征信号等)，使计程仪处于正常的工作状态。之后，故障检测装置的数据采集单元通过外部接口电路实时接收计程仪各模块的输出信号，输出信号经数字控制模拟开关标号后送入信号转换器，信号转换器将模拟信号转换成数字信号，频率信号经分频器分频后接入单片机。通过处理被采集信号，判断计程仪各个模块是否正常工作，对板卡性能做出判断。

本发明还有这样一些特点：

1、故障检测装置数据处理器U1的串行传输单元连接通信接口单元U4，其数据输入输出单元连接数据采集单元U3和多路选通器U2。

3、采用串行总线标准RS-232实现计算机与单片机外设之间的数据通讯。计程仪故障检测装置与上位机传输速率可达20KB/秒，并可承受电缆中任何导线短路。

4、多路选通器U2支持8路模拟信号选通，其通过三个输入引脚A、B、C的值来确定输出。

5、数据采集单元U3可进行8位或12位逐次逼近型A/D转换，它的转换速度为25微妙，转换精度为0.05％，并且具有自动校零和自动极性转换功能。故障检测装置根据采集信号的特点，选择12位或8位的精度，节省时间，提高故障检测的准确性。

本发明中的计程仪故障检测装置具有采集精度高、工作电压及功耗低、可靠性好，寿命长、结构简单、坚固等特点。可以随船配备，无须专业人员即可随时进行高效可靠的故障诊断及故障定位。计程仪微机通道测试仪的使用可以为航海装备维修部门提供一种新的有力支持，对提高计程仪诊断水平具有一定意义。

(四)附图说明

图1计程仪故障检测装置的组成图；

图2计程仪故障检测装置的原理图；

图3数据转换工作时序图；

图4读操作时序图；

图5数据处理器电路原理图；

图6多路选通器电路原理图；

图7数据采集单元电路原理图；

图8通信接口单元电路原理图。

(五)具体实施方式

下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：

结合图1，本发明包括数据处理器U1、数据采集单元U3、多路选通器U2、通信接口单元U4、计程仪U5、PC机U6，其中U1采用AT89C51芯片，U2采用CD4051芯片，U3采用ADC574芯片，U4采用MAX232芯片。

结合图2，多路选通器U2的输入端分别与计程仪U5中的主微机板、压差数模转换板、电磁数模转换板、电流频率转换板、电源板、功放板的输出信号相连，其中，电流频率转换板的输出为频率信号。数据处理器U1控制U2的三个二进制控制输入端和使能端，确定哪一路选通。U2的输出端接数据采集单元U3的输入端进行该路信号的A/D转换。数据处理器U1通过查询方式判断转换状态，完成读写操作。随即数据处理器U1通过通信接口单元U4将从U1出来的TTL电平转换成RS-232电平，然后就可接到PC机U6的串行口与U6间实现数据传输，由PC机U6完成计程仪U5各板卡的故障判断。

结合图3，数据转换工作时，先将CS片选信号置0，低电平有效；再将CE片选使能端置1，高电平有效；只有当两个信号同时有效时，数据转换单元工作。在数据转换单元处于工作状态时，R/C置0，启动A/D转换；12/8和A0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式。A0为0时，启动按完整12位数据方式进行的；A0为1时，按8位A/D转换方式进行。STS为输出指示引脚，转换开始时，为高电平，并在转换过程中保持高电平。

结合图4，转换完成后，读操作时，STS返回到低电平，STS可以作为状态信息。先将R/C置1，允许读出转换后的数据。A0(字节选择)和12/8(数字形式)一起控制输出数据和转换脉冲。12/8为1时，处于高电平，允许12位输出，然后，A0为0时，输出转换数据的高8位，A0为1时输出A/D转换数据的低4位，这四位占一个字节的高半字节，低半字节补零；12/8为0时，数据以8位分两次输出。在设计中，为了避免启动A/D转换前出现不必要的读操作，先设R/C为0，然后再设CS和CE有效。

结合图5，数字微处理器U1的VCC(40脚)为电源端，GND(20脚)为接地端。XTAL1(19脚)、XTAL2(18脚)为外部振荡器引脚，接晶振，同时并联C7、C8电容。RST(9脚)接CPU的复位信号输入端。ALE/P(30脚)接地址锁存使能端和编程脉冲输入端。PSEN(29脚)接访问外部程序存储器读选通信号。EA/VP(31脚)接访问内部或外部程序存储器选择信号。T0(14脚)外部计数方式接频率信号，T1(15脚)内部计数方式，T1产生一个中断设置两个定时间T1H，T1L(根据晶振设时间，然后读出数据，即读T0值)。P00～P07(32～39脚)为数据总线，与U3的数据线相连，其中U3在接线时DB0～DB3必须与DB8～DB11分别对应相连，保证正确的读进低4位数据。P10～P14口(1～5脚)接U3的启动控制和读写。P21～P24口(22～25脚)控制U2三个二进制控制输入端A、B、C和INH输入。单片机采集的数据通过TXD(11脚)和RXD(10脚)接MAX232的T1IN(11脚)和R1OUT(12脚)转换成RS232电平与上位机间实现传输。

结合图6，多路选通单元U2的VCC(16脚)接电源电压；GND(8脚)和VEE(7脚)与U1的GND串联；有三个二进制控制输入端A(11脚)、B(10脚)、C(9脚)，三位二进制信号选通8通道中的一个通道，分别接U1的P22、P21、P20。EN(6脚)输入，当EN输入端为高电平时，所有的通道截止，当EN输入端为低电平时，三位二进制信号选通8通道中的一个通道；X0～X7分别接计程仪的信号输出端；X(3脚)输出端接U3的10VRNG(13脚)。

结合图7，V+(7脚)、VEE(11脚)分别外接参考电源。VL+(1脚)外接工作电源，CS(3脚)为片选信号，低电平有效，与U1的P11相连；CE(6脚)为片选使能端，高电平有效，与U1的P14相连；CS和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作。在U3处于工作状态时，R/C(5脚)＝0时，启动A/D转换；12/8(2脚)和A0(4脚)端用来控制启动转换的方式和数据输出格式，分别与U1的GND和P12相连。A0＝0时，启动的是按完整12位数据方式进行的。当A0＝1时，按8位A/D转换方式进行。BIPO(12脚)和REFIN(10脚)相接的R11和R12电位器与REFO(8脚)串联，用于零点调整和满刻度调整；STAT(28脚)为读写状态标志位，与U1的P10相连；10VRNG(13脚)为+5～-5V转换范围，与U2的X(3脚)相连；20VRNG(13脚)为+10～-10V转换范围。

结合图8，通信接口U4的VCC(16脚)接电源电压，与VDD(2脚)串联C12电解电容，VDD端接正极；C1+(1脚)和C1-(3脚)串联C10电解电容，C1+端接正极；C2+(4脚)和C2-(5脚)串联C11电解电容，C2+端接下极；GND(15脚)和VEE(6脚)串联C14电解电容，GND端接正极；T1IN(11脚)和R1OUT(12脚)分别接AT89C51的TXD(11脚)和RXD(10脚)；T1OUT(14脚)、R1IN(13脚)、GND(15脚)连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。

Claims

1、一种船用计程仪故障检测装置，包括数据处理器(U1)、多路选通器(U2)、数据采集单元(U3)、通信接口单元(U4)、计程仪(U5)和PC机(U6)；其特征是：多路选通器(U2)的输入端分别与计程仪(U5)中的主微机板、压差数模转换板、电磁数模转换板、电流频率转换板、电源板、功放板的输出信号相连，其中，电流频率转换板的输出为频率信号；数据处理器(U1)控制多路选通器(U2)的三个二进制控制输入端和使能端，确定哪一路选通；多路选通器(U2)的输出端接数据采集单元(U3)的输入端进行该路信号的A/D转换；数据处理器(U1)通过查询方式判断转换状态，完成读写操作；数据处理器(U1)通过通信接口单元(U4)将从数据处理器(U1)出来的TTL电平转换成RS-232电平，然后接到PC机(U6)的串行口与PC机(U6)间实现数据传输，由PC机(U6)完成计程仪(U5)各板卡的故障判断。

2、根据权利要求1所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的数字微处理器(U1)采用AT89C51芯片；VCC，GND为接地端；XTAL1、XTAL2为外部振荡器引脚，接晶振，同时并联第七电容(C7)、第八电容(C8)；RST接CPU的复位信号输入端；ALE/P接地址锁存使能端和编程脉冲输入端；PSEN接访问外部程序存储器读选通信号；EA/VP接访问内部或外部程序存储器选择信号；T0外部计数方式接频率信号，T1内部计数方式，T1产生一个中断设置两个定时间T1H，T1L；P00～P07为数据总线，与数据采集单元(U3)的数据线相连；P10～P14口接数据采集单元(U3)的启动控制和读写；P21～P24口控制多路选通器(U2)三个二进制控制输入端A、B、C和INH输入；数字微处理器(U1)通过TXD和RXD与上位机间实现传输。

3、根据权利要求1或2所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的多路选通单元(U2)采用CD4051芯片；VCC接电源电压；GND和VEE与数字微处理器(U1)的GND串联；有三个二进制控制输入端A、B、C，三位二进制信号选通8通道中的一个通道，分别接数字微处理器(U1)的P22、P21、P20；EN输入，当EN输入端为高电平时，所有的通道截止，当EN输入端为低电平时，三位二进制信号选通8通道中的一个通道；X0～X7分别接计程仪的信号输出端；X输出端接数据采集单元(U3)。

4、根据权利要求1或2所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的数据采集单元(U3)采用ADC574芯片；V+、VEE分别外接参考电源；VL+外接工作电源，CS为片选信号，低电平有效，与数字微处理器(U1)的P11相连；CE为片选使能端，高电平有效，与数字微处理器(U1)的P14相连；CS和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作；在数据采集单元(U3)处于工作状态时，R/C＝0时，启动A/D转换；12/8和A0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式，分别与数字微处理器(U1)的GND和P12相连；A0＝0时，启动的是按完整12位数据方式进行的；当A0＝1时，按8位A/D转换方式进行；BIPO和REFIN相接的第十一电位器(R11)和第十二电位器(R12)与REFO串联，用于零点调整和满刻度调整；STAT为读写状态标志位，与数字微处理器(U1)的P10相连；10VRNG为+5～-5V转换范围，与多路选通单元(U2)的X相连；20VRNG为+10～-10V转换范围。

5、根据权利要求3所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的数据采集单元(U3)采用ADC574芯片；V+、VEE分别外接参考电源；VL+外接工作电源，CS为片选信号，低电平有效，与数字微处理器(U1)的P11相连；CE为片选使能端，高电平有效，与数字微处理器(U1)的P14相连；CS和CE共同用于片选控制，只有当两个信号同时有效时，才能选中本芯片工作；在数据采集单元(U3)处于工作状态时，R/C＝0时，启动A/D转换；12/8和A0端用来控制启动转换的方式和数据输出格式，分别与数字微处理器(U1)的GND和P12相连；A0＝0时，启动的是按完整12位数据方式进行的；当A0＝1时，按8位A/D转换方式进行；BIPO和REFIN相接的第十一电位器(R11)和第十二电位器(R12)与REFO串联，用于零点调整和满刻度调整；STAT为读写状态标志位，与数字微处理器(U1)的P10相连；10VRNG为+5～-5V转换范围，与多路选通单元(U2)的X相连；20VRNG为+10～-10V转换范围。

6、根据权利要求1或2所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的通信接口(U4)采用MAX232芯片；VCC接电源电压，与VDD串联第十二电解电容(C12)，VDD端接正极；C1+和C1-串联第十电解电容(C10)，C1+端接正极；C2+和C2-串联第十一电解电容(C11)，C2+端接正极；GND和VEE串联第十四电解电容(C14)，GND端接正极；T1IN和R1OUT分别接AT89C51的TXD和RXD；T1OUT、R1IN、GND连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。

7、根据权利要求3所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的通信接口(U4)采用MAX232芯片；VCC接电源电压，与VDD串联第十二电解电容(C12)，VDD端接正极；C1+和C1-串联第十电解电容(C10)，C1+端接正极；C2+和C2-串联第十一电解电容(C11)，C2+端接正极；GND和VEE串联第十四电解电容(C14)，GND端接正极；T1IN和R1OUT分别接AT89C51的TXD和RXD；T1OUT、R1IN、GND连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。

8、根据权利要求4所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的通信接口(U4)采用MAX232芯片；VCC接电源电压，与VDD串联第十二电解电容(C12)，VDD端接正极；C1+和C1-串联第十电解电容(C10)，C1+端接正极；C2+和C2-串联第十一电解电容(C11)，C2+端接正极；GND和VEE串联第十四电解电容(C14)，GND端接正极；T1IN和R1OUT分别接AT89C51的TXD和RXD；T1OUT、R1IN、GND连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。

9、根据权利要求5所述的一种船用计程仪故障检测装置，其特征是：所述的通信接口(U4)采用MAX232芯片；VCC接电源电压，与VDD串联第十二电解电容(C12)，VDD端接正极；C1+和C1-串联第十电解电容(C10)，C1+端接正极；C2+和C2-串联第十一电解电容(C11)，C2+端接正极；GND和VEE串联第十四电解电容(C14)，GND端接正极；T1IN和R1OUT分别接AT89C51的TXD和RXD；T1OUT、R1IN、GND连接9针串口的2、3、5针，完成与PC串口的连接。