CN102256406B - 一种船用led航行灯、信号灯控制器 - Google Patents
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Abstract
本发明是一种船用LED航行灯、信号灯控制器，包括与以下各模块连接的中央控制单元；LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的控制开关；LED航行灯、信号灯驱动模块，输出LED航行灯、信号灯的驱动电压；LED航行灯、信号灯工作状态检测模块检测LED航行灯、信号灯的工作状态并将工作状态数据输出至中央控制单元；LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的指示灯；485通信模块用于和上位机通讯。本发明，与船用LED航行灯、信号灯配套，是专门为海事使用设计制造的，在海事或者船舶上面可以直接使用，所控制LED航行灯、信号灯的路数可以按照使用需求增加或者减少，也可以多组控制器组合使用。
Description
技术领域
本发明涉及船用航行灯、信号灯控制器，具体说是一种船用LED航行灯、信号灯控制器。
背景技术
传统的船用航行灯、信号灯使用白炽灯，功率为40W～65W。但白炽灯的使用寿命一般不超过1000小时，由于位处桅杆等处，更换不便。而且白炽灯使用交流电源，使得对于灯头通断的检测较为复杂，控制电路强弱电混合，增加了不可靠性。
随着科技的发展，船舶用发光二极管(LED)航行灯、信号灯已经研制成功。其特点是功耗小(10W的光通量相当于白炽灯65W)，寿命长(不低于50000小时)，使用直流电源(24V)。从而成为航行灯、信号灯的发展方向。
但是现有的用于控制白炽灯的控制器却不适用于船舶用发光二极管(LED)航行灯、信号灯。故急需研发与船舶用发光二极管(LED)航行灯、信号灯配套的船用LED航行灯、信号灯控制器，以满足实际使用需求。
发明内容
针对现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种船用LED航行灯、信号灯控制器，专用于船舶用发光二极管(LED)航行灯、信号灯的控制。
为达到以上目的，本发明采取的技术方案是：
一种船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于，包括：
用于接收处理以下各个模块所发送的信息，且通过对信息的分析结果向相应的模块发送控制指令的中央控制单元；
LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，通过信号线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的控制开关，且所述控制开关为带锁存功能的开关按钮；
LED航行灯、信号灯驱动模块，通过总线与中央控制单元连接，接收1～24路驱动指令输入，输出1～24路LED航行灯、信号灯的驱动电压；
LED航行灯、信号灯工作状态检测模块，通过信号线与LED航行灯、信号灯驱动模块连接以检测LED航行灯、信号灯的工作状态并通过另一路信号线将工作状态数据输出至中央控制单元；
LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，通过总线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的指示灯，显示LED航行灯、信号灯的工作状态；
485通信模块，通过总线与中央控制单元连接，将控制器的数据和LED航行灯、信号灯的工作数据通过485通信传递至上位机。
在上述技术方案的基础上，用于接收处理以下各个模块所发送的信息，且通过对信息的分析结果向相应的模块发送控制指令的中央控制单元U0是型号为STC89C516的51微型处理芯片；
LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1是型号为74F573的锁存器；
LED航行灯、信号灯驱动模块包括型号为74F573的锁存器U2和一个N型的场效应管VT1；且所述LED航行灯、信号灯驱动模块只驱动1路LED航行灯、信号灯；
LED航行灯、信号灯工作状态检测模块包括型号为74F573的锁存器U5和二极管D1、D2；
LED航行灯、信号灯工作状态显示模块包括型号为74F573的锁存器U3、U4，型号为74HC132的施密特触发器U6A和U6B，型号为74LS08的与门U7A，型号为SN75454BD的或非门U8，发光二极管LD。
在上述技术方案的基础上，中央控制单元U0向LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的片选管脚
发出片选低电平信号，当LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1被选中期间如果有按键信号输入，LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1D管脚为高电平输入，那么LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1Q管脚则将高电平通过总线输出至中央控制单元U0的P00管脚，中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的输入信号以后，通过P11/T管脚和P12管脚分别向锁存器U2的C管脚和锁存器U3的片选管脚
发送输出信号指令和片选信号，并且通过总线向锁存器U2和锁存器U3的1D管脚发送高电平信号；
锁存器U2在接收到中央控制单元U0发出的输出信号指令和高电平信号后，锁存器U2的1Q管脚向场效应管VT1的栅极G发送高电平信号，场效应管VT1的栅极G接收到高电平输入信号时漏极D导通，则由一路LED航行灯、信号灯构成的LED阵列开始供电工作；锁存器U3在接收到中央控制单元U0发出的片选信号
和高电平信号后，锁存器U3的1Q管脚高电平输出至与门U7A的1号管脚；施密特触发器U6A以及电容C61、电阻R61组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U6B整形后输出至与门U7A的2号管脚；与门U7A的3号管脚与或非门U8的1A管脚连接；当按键信号接通时与门U7A的3号管脚输出为周期为1s的方波，当按键信号没有接通时与门U7A的3号管脚输出为持续低电平；
在LED航行灯、信号灯工作时，锁存器U5的1D管脚从场效应管VT1的源极S获取为航行灯、信号灯的工作状态数据，二极管D1、D2是为了在锁存器U5的1D端管脚产生压降，与二极管D1、D2并联的电阻R为保护电阻兼具上拉电阻的功能，当航行灯、信号灯工作正常时锁存器U5的1D管脚接收到高电平信号，当航行灯、信号灯工作异常时锁存器U5的1D管脚接收到低电平信号，航行灯、信号灯工作状态数据通过锁存器U5的1Q管脚输出至中央控制单元U0的输入端P00，中央控制单元U0在接收到锁存器U5的航行灯、信号灯工作状态数据之后向锁存器U4发送片选信号
同时将航行灯、信号灯的工作状态数据通过总线发送至锁存器U4的1D管脚，锁存器U4在同时接收到片选信号和航行灯、信号灯工作状态数据之后通过锁存器U4的1Q管脚向或非门U8的1B管脚发送航行灯、信号灯工作状态数据；
或非门U8在接收到与门U7A和锁存器U4的信号之后根据具体信号由
管脚进行输出，当按键信号为高电平而且LED航行灯、信号灯工作正常时
管脚输出低电平，则LD指示灯为长亮状态；当按键信号为高电平并且LED航行灯、信号灯工作异常时
管脚输出周期为1s的方波，此时LD指示灯为闪烁状态；当按键信号为低电平时
管脚输出高电平，则LD指示灯为灭灯状态。
在上述技术方案的基础上，所述中央控制单元是型号为STC89C516的中央控制单元U0，中央控制单元U0的外围电路有：
由电容C1、电容C2、晶体振荡器XT1和电阻R1组成的RC振荡电路，该RC振荡电路与中央控制单元U0的X1、X2管脚连接提供中央控制单元U0工作所需的时钟频率；
由电阻R4、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13C和电阻R3组成的接收声光报警消除信号电路，施密特触发器锁存器U13C的10号管脚从插座P15的3号管脚接收该信号，当中央控制单元U0接收到声光报警消除信号时，中央控制单元U0的T1管脚由低电平输出变为高电平输出，T1管脚与声音报警功能电路中的电阻R6连接，从而消除声光报警；
由型号为TLP521-2的光电耦合器OC1、型号为SN75LBC184的具有瞬变电压抑制功能的差分收发器锁存器U14、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13D、二极管VD141和二极管VD142及其它们的外围电路组成的485通信电路，中央控制单元U0将控制器的工作状态数据通过RXD和TXD管脚发送出来，经过485通信电路将工作状态数据转换为485通信数据并从P14插座输出；
中央控制单元U0的
管脚依次串联电阻R5、发光二极管LD1后，连接电源VCC组成中央控制单元U0状态显示电路，发光二极管LD1用于提示中央控制单元U0的工作状态；
中央控制单元U0的P00～P07管脚接入总线；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯输入模块中的锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3的各个输出管脚1Q～8Q对应相连，接收锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3发送的控制按键信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯驱动模块的锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6各个输入管脚1D～8D相连，向锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6发送对应回路的LED航行灯、信号灯驱动信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态检测模块的锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2的输出端1Q～8Q相连，接收锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2发送的LED航行灯、信号灯工作状态数据；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11的输入端1D～8D相连，向锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11发送控制按键信息；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12的输入端1D～8D相连，向锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12发送LED航行灯、信号灯工作状态数据；所述各锁存器的型号均为74F573。
在上述技术方案的基础上，所述声音报警功能电路在接收到中央控制单元U0发送的报警信号后产生声音报警，同时设有消声按键AJ1，通过该按键进行消除声音报警；
消声按键AJ1与插座P15的3号、4号管脚连接，当消声按键AJ1被按下时，中央控制单元U0的INT1管脚将接收到低电平，中央控制单元U0通过逻辑分析判断后通过T1管脚向蜂鸣器FM1发送高电平，从而蜂鸣器FM1不工作，达到消除警报的功能，所述蜂鸣器FM1与插座P15的1号、2号管脚连接；
插座P15的6号管脚与型号为LM2576HVT5.0的开关型降压稳压器U15及其外围电路连接，开关型降压稳压器U15和它的外围电路的作用是将24V直流输入电压VDD变换为稳定的5V直流电压输出VCC，为图3所示的整块电路板提供稳定的供电。
在上述技术方案的基础上，每个单路使用电源VCC的地方与地之间均设置一个滤波电容。
在上述技术方案的基础上，所述LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，有三组8针输入接口P1、P2、P3，输入接口P1的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U1的1D～8D管脚，下拉电阻R11～R18分别与输入接口P1的8路输入一一对应，输入接口P2的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U2的1D～8D管脚，下拉电阻R21～R28分别与输入接口P2的8路输入一一对应，输入接口P3的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U3的1D～8D管脚，下拉电阻R31～R38分别与输入接口P3的8路输入一一对应，一共外接1～24路LED航行灯、信号灯的控制信号输入；
锁存器U1、U2、U3的1Q～8Q管脚接入总线；
锁存器U1、U2、U3的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P10/T管脚、P11/T管脚、P12管脚。
在上述技术方案的基础上，所述LED航行灯、信号灯驱动模块和工作状态检测模块，有24路LED航行灯、信号灯驱动输出和24路LED航行灯、信号灯的工作状态检测；
锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6在接收到中央控制单元U0发来的驱动指令以后，通过1Q～8Q管脚向对应的MOS管VT41～VT48、VT51～VT58、VT61～VT68发送高电平使MOS管导通，从而将驱动电压从P4、P5、P6插座输出并使得LED航行灯、信号灯阵列工作；
锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的1Q～8Q管脚分别接入总线，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2在检测到LED航行灯、信号灯的工作状态后将LED航行灯、信号灯的工作状态信息通过总线发送至中央控制单元U0；
锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P20～P22管脚，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P13～P15管脚。
在上述技术方案的基础上，所述LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，包括24路LED航行灯、信号灯的工作状态显示输出；
锁存器U7～锁存器U12均为型号为74F573的锁存器，锁存器U7～锁存器U12的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U7～锁存器U12的C管脚分别连接到中央控制单元U0的P23～P27、P17管脚，锁存器U7～锁存器U12的片选管脚
接地；
中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯的工作状态信息之后将逻辑分析处理过的信息通过总线发送至锁存器U8、锁存器U10、锁存器U12对应的管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U8的1D～8D管脚，第9～16路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U10的1D～8D管脚，第17～24路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U12的1D～8D管脚；
并且中央控制单元U0将按键信息发送至锁存器U7、锁存器U9、锁存器U11对应管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U7的1D～8D管脚，第9～16路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U9的1D～8D管脚，第17～24路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U11的1D～8D管脚；
24路LED航行灯、信号灯的工作状态信息被送入型号为SN75454BD的或非门的1B或2B管脚，具体地说：锁存器U8的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U8_1～或非门U8_4，锁存器U10的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U10_1～或非门U10_4，锁存器U12的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U12_1～或非门U12_4；
24路按键信息被送入型号为74LS08的与门的一个管脚内，与门的另一个管脚接收方波发生电路的方波信号，与门与或非门的对应关系为每两个与门对应一个或非门SN75454BD，与门的输出管脚连接到或非门的1A或2A管脚；
经过或非门SN75454BD逻辑运算后将每一路LED航行灯、信号灯的工作状态显示信息从
管脚、
管脚送至J1接口，通过J1接口发送至LED航行灯、信号灯工作状态显示灯进行显示；
所述J1是LED航行灯、信号灯工作状态显示信号输出接口，该接口1～24号管脚为24路LED航行灯、信号灯工作状态输出，25号管脚连接VCC，26号、27号管脚接地。
在上述技术方案的基础上，所述方波发生电路，产生一个周期为1是的方波；
施密特触发器U13A和施密特触发器U13B的型号为74HC132，施密特触发器U13A以及它的外围电路电容C131、电阻R131组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U13B整形后输出至LED航行灯、信号灯工作状态显示模块。
本发明所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，与船用LED航行灯、信号灯配套，是专门为海事使用设计制造的，在海事或者船舶上面可以直接使用，所控制LED航行灯、信号灯的路数可以按照使用需求增加或者减少，也可以多组控制器组合使用。
附图说明
本发明有如下附图：
图1船用LED航行灯、信号灯控制器的结构示意图，
图2单路LED航行灯、信号灯控制器的电路原理图，
图3多路LED航行灯、信号灯控制器的电路原理图，
图4～11图3中局部电路放大示意图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明作进一步详细说明。
图1为本发明所述的船用LED航行灯、信号灯控制器的结构示意图，包括与以下各模块连接的中央控制单元；LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的控制开关；LED航行灯、信号灯驱动模块，输出LED航行灯、信号灯的驱动电压；LED航行灯、信号灯工作状态检测模块，检测LED航行灯、信号灯的工作状态并将工作状态数据输出至中央控制单元；LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的指示灯；485通信模块用于和上位机通讯。具体地说：
中央控制单元，中央控制单元接收处理以下各个模块所发送的信息，通过对信息的分析结果向相应的模块发送控制指令；
LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，通过信号线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的控制开关，且所述控制开关为带锁存功能的开关按钮；
LED航行灯、信号灯驱动模块，通过总线与中央控制单元连接，接收1～24路驱动指令输入，输出1～24路LED航行灯、信号灯的驱动电压；
LED航行灯、信号灯工作状态检测模块，通过信号线与LED航行灯、信号灯驱动模块连接以检测LED航行灯、信号灯的工作状态并通过另一路信号线将工作状态数据输出至中央控制单元；
LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，通过总线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的指示灯，显示LED航行灯、信号灯的工作状态，例如：当指示灯长亮表示LED航行灯、信号灯工作正常，当指示灯闪烁表式LED航行灯、信号灯工作异常，当指示灯灭表示LED航行灯、信号灯不工作；
485通信模块，通过总线与中央控制单元连接，将控制器的数据和LED航行灯、信号灯的工作数据通过485通信传递至上位机。
图2为图1的一个具体实施例，图2给出了单路LED航行灯、信号灯控制器的电路信号原理示意图，其中：
U0为中央控制单元，
U1为LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，
U2、VT1为LED航行灯、信号灯驱动模块，
D1、D2、U5为LED航行灯、信号灯工作状态检测模块，
U3、U4、U6A、U6B、U7A、U8、LD为LED航行灯、信号灯工作状态显示模块。
在图2所示的整个电路中，其中U0是型号为STC89C516的51微型处理芯片(也叫MCS-51单片机)；U1、U2、U3、U4和U5是型号为74F573的锁存器；U6A和U6B是型号为74HC132的施密特触发器；U7A是型号为74LS08的与门；U8是型号为SN75454BD的或非门；VT1是一个N型的场效应管(MOS管)；LD指示灯为发光二极管；按键信号是由带锁存功能的开关按钮发出的，当按下开关按钮时按钮信号为高电平。U0的TXD、RXD管脚(10号、11号管脚)用于485通讯。
图2所示电路的工作过程如下：中央控制单元U0向LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的片选管脚
发出片选低电平信号，当LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1被选中期间如果有按键信号输入，LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1D管脚为高电平输入，那么LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1Q管脚(输出端口)则将高电平通过总线输出至中央控制单元U0的P00管脚，中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的输入信号以后，通过P11/T管脚和P12管脚分别向锁存器U2的C管脚(信号输出指令端口)和锁存器U3的片选管脚
发送输出信号指令和片选信号，并且通过总线向锁存器U2和锁存器U3的1D管脚(输入端口)发送高电平信号。
锁存器U2在接收到中央控制单元U0发出的输出信号指令和高电平信号后，锁存器U2的1Q管脚(输出端口)向场效应管VT1的栅极G发送高电平信号，场效应管VT1的栅极G接收到高电平输入信号时漏极D导通，则LED航行灯、信号灯(一路LED阵列)开始供电工作。
锁存器U3在接收到中央控制单元U0发出的片选信号和高电平信号后，锁存器U3的1Q管脚(输出端口)高电平输出至与门U7A的1号管脚。施密特触发器U6A以及它的外围电路(C61、R61)组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U6B整形后输出至与门U7A的2号管脚。与门U7A的3号管脚与或非门U8的1A管脚连接。当按键信号接通时(按键信号为高电平)与门U7A的3号管脚输出为周期为1s的方波，当按键信号没有接通时(按键信号为低电平)与门U7A的3号管脚输出为持续低电平。
在LED航行灯、信号灯工作时，锁存器U5的1D管脚接收的数据为航行灯、信号灯的工作状态数据(从场效应管VT1的源极S获取)，二极管D1、D2是为了在锁存器U5的1D端管脚产生压降，电阻R为保护电阻兼具上拉电阻的功能，当航行灯、信号灯工作正常时锁存器U5的1D管脚接收到高电平信号，当航行灯、信号灯工作异常时锁存器U5的1D管脚接收到低电平信号，航行灯、信号灯工作状态数据通过锁存器U5的1Q管脚输出至中央控制单元U0的输入端P00(根据数据地址来区分是谁向中央控制单元U0的输入端P00发送了数据)，中央控制单元U0在接收到锁存器U5的航行灯、信号灯工作状态数据之后向锁存器U4发送片选信号
(通过P13管脚发送出去)，同时将航行灯、信号灯的工作状态数据通过总线发送至锁存器U4的1D管脚(数据输入端口)，锁存器U4在同时接收到片选信号
和航行灯、信号灯工作状态数据之后通过锁存器U4的1Q管脚(输出端口)向或非门U8的1B管脚发送航行灯、信号灯工作状态数据。
或非门U8在接收到与门U7A和锁存器U4的信号之后根据具体信号由管脚进行输出，当按键信号为高电平而且LED航行灯、信号灯工作正常时
管脚输出低电平，则LD指示灯为长亮状态；当按键信号为高电平并且LED航行灯、信号灯工作异常时
管脚输出周期为1s的方波，此时LD指示灯为闪烁状态；当按键信号为低电平时
管脚输出高电平，则LD指示灯为灭灯状态。从而通过LD指示灯的状态就可以知道LED航行灯、信号灯的工作状态，LD指示灯亮则表示LED航行灯、信号灯工作正常，LD指示灯闪烁则表示LED航行灯、信号灯工作异常，LD航行灯、信号灯灭则表示LED航行灯、信号灯处于不工作状态。
图3为图1的另一个具体实施例，图3给出了多路(24路)LED航行灯、信号灯控制器的电路信号原理示意图，为清楚的表达图3中各管脚的连接关系，本发明通过图4～11对图3的各个局部给出了局部电路放大示意图。图3中注明的A～H分别对应图4～11。
图4是中央控制单元与其外围电路和485通信模块的局部电路放大示意图。
U0为中央控制单元，中央控制单元U0是型号为STC89C516的51微型处理芯片，中央控制单元U0的外围电路有：
由电容C1、电容C2、晶体振荡器XT1和电阻R1组成的RC振荡电路，该RC振荡电路与中央控制单元U0的X1、X2管脚连接提供中央控制单元U0工作所需的时钟频率。
由电阻R4、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13C和电阻R3组成的接收声光报警消除信号电路，施密特触发器锁存器U13C的10号管脚从插座P15的3号管脚接收该信号(参见图3及图5)，当中央控制单元U0接收到声光报警消除信号时，中央控制单元U0的T1管脚由低电平输出变为高电平输出，T1管脚与声音报警功能电路中的电阻R6连接(参见图3及图5)，从而消除声光报警。
由型号为TLP521-2的光电耦合器OC1、型号为SN75LBC184的具有瞬变电压抑制功能的差分收发器锁存器U14、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13D、二极管VD141和二极管VD142及其它们的外围电路组成的485通信电路，中央控制单元U0将控制器的工作状态数据通过RXD和TXD管脚(10号、11号管脚)发送出来，经过485通信电路将工作状态数据转换为485通信数据并从P14插座输出。中央控制单元U0的
管脚依次串联电阻R5、发光二极管LD1后，连接电源VCC组成中央控制单元U0状态显示电路，发光二极管LD1用于提示中央控制单元U0的工作状态，如果中央控制单元U0工作正常则中央控制单元U0的
端口输出低电平，LD1灯亮，如果中央控制单元U0工作异常则
端口输出高电平，LD1灯不亮。
中央控制单元U0的P00～P07管脚接入总线。
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯输入模块中的锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3的各个输出管脚1Q～8Q对应相连(参见图3及图7)，接收锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3发送的控制按键信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯驱动模块的锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6各个输入管脚1D～8D相连，向锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6发送对应回路的LED航行灯、信号灯驱动信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态检测模块的锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2的输出端1Q～8Q相连，接收锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2发送的LED航行灯、信号灯工作状态数据；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11的输入端1D～8D相连，向锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11发送控制按键信息；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12的输入端1D～8D相连，向锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12发送LED航行灯、信号灯工作状态数据。所述各锁存器的型号均为74F573。
图5是声音报警功能电路图，该部分电路在接收到中央控制单元U0发送的报警信号后产生声音报警，同时设有消声按键AJ1，可以通过该按键进行消除声音报警。声音报警功能电路属于LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的一部分，且声音报警功能电路可根据实际需要选择是否设置，例如：在图2给出的单路LED航行灯、信号灯控制器的电路信号原理示意图中就未设置声音报警功能电路。消声按键AJ1与插座P15的3号、4号管脚连接，当消声按键AJ1被按下时，中央控制单元U0的INT1管脚将接收到低电平(从图4中示出的电阻R4、施密特触发器锁存器U13C和电阻R3组成的声光报警消除信号接收电路送入INT1管脚)，中央控制单元U0通过逻辑分析判断后通过T1管脚向蜂鸣器FM1发送高电平，从而蜂鸣器FM1不工作，达到消除警报的功能，所述蜂鸣器FM1与插座P15的1号、2号管脚连接。插座P15的6号管脚与型号为LM2576HVT5.0的开关型降压稳压器U15及其外围电路连接，开关型降压稳压器U15和它的外围电路的作用是将24V直流输入电压VDD变换为稳定的5V直流电压输出VCC，为图3所示的整块电路板提供稳定的供电。
图6是电源供电模块，电源VCC与地之间设置了15个滤波电容C100～C114，使得整个控制器不会受电源的尖峰或电压突变影响，增强控制器整体的供电安全。由于整个控制器中有15处会使用到电源VCC，所以在每个单路使用电源VCC的地方都接了一个电容，这样能够最大限度的保证整个控制器不会受电源的尖峰或突变影响，从而保证整个电路的工作稳定性。
图7是LED航行灯、信号灯控制信号输入模块的整体电路图，有三组8针输入接口P1、P2、P3，输入接口P1的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U1的1D～8D管脚，下拉电阻R11～R18分别与输入接口P1的8路输入一一对应，输入接口P2的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U2的1D～8D管脚，下拉电阻R21～R28分别与输入接口P2的8路输入一一对应，输入接口P3的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U3的1D～8D管脚，下拉电阻R31～R38分别与输入接口P3的8路输入一一对应，一共可以外接24路LED航行灯、信号灯的控制信号(按键信号)输入。锁存器U1、U2、U3的1Q～8Q管脚接入总线。锁存器U1、U2、U3的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P10/T管脚、P11/T管脚、P12管脚。
图8是LED航行灯、信号灯驱动模块和工作状态检测模块，在这部分电路图中，有24路LED航行灯、信号灯驱动输出和24路LED航行灯、信号灯的工作状态检测。每一路工作原理和单路的相同，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6在接收到中央控制单元U0发来的驱动指令以后，通过1Q～8Q管脚向对应的MOS管(VT41～VT48、VT51～VT58、VT61～VT68)发送高电平使MOS管导通，从而将驱动电压从P4、P5、P6插座输出并使得LED航行灯、信号灯阵列工作。锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的1Q～8Q管脚分别接入总线，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2在检测到LED航行灯、信号灯的工作状态后将LED航行灯、信号灯的工作状态信息通过总线发送至中央控制单元U0。锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P20～P22管脚，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的片选管脚分别连接到中央控制单元U0的P13～P15管脚。
图9是LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，该电路图中包括24路LED航行灯、信号灯的工作状态显示输出。锁存器U7～锁存器U12均为型号为74F573的锁存器，锁存器U7～锁存器U12的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U7～锁存器U12的C管脚(信号输出指令端口)分别连接到中央控制单元U0的P23～P27、P17管脚，锁存器U7～锁存器U12的片选管脚
接地；
中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯的工作状态信息之后将逻辑分析处理过的信息通过总线发送至锁存器U8、锁存器U10、锁存器U12对应的管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U8的1D～8D管脚，24路的对应关系依此类推，
并且中央控制单元U0将按键信息发送至锁存器U7、锁存器U9、锁存器U11对应管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U7的1D～8D管脚，24路的对应关系依此类推；
24路LED航行灯、信号灯的工作状态信息被送入型号为SN75454BD的或非门的1B或2B管脚，具体地说：锁存器U8的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U8_1～或非门U8_4，锁存器U10的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U10_1～或非门U10_4，锁存器U12的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U12_1～或非门U12_4；
24路按键信息被送入型号为74LS08的与门的一个管脚内，与门的另一个管脚接收方波发生电路(参见图10)的方波信号，与门与或非门的对应关系为每两个与门对应一个或非门SN75454BD，与门的输出管脚连接到或非门的1A或2A管脚；
经过或非门SN75454BD逻辑运算后将每一路LED航行灯、信号灯的工作状态显示信息从
管脚、
管脚送至J1接口(参见图11)，通过J1接口(插座)发送至LED航行灯、信号灯工作状态显示灯进行显示。
按键状态信息和LED航行灯、信号灯工作状态信息通过SN75454BD(或非门)运算后将运算结果输出至LED航行灯、信号灯工作状态显示灯显示，或非门SN75454BD运算结果如下表所示：
图10是方波发生电路，该电路产生一个周期为1是的方波。施密特触发器U13A和施密特触发器U13B的型号为74HC132，施密特触发器U13A以及它的外围电路(C131、R131)组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U13B整形后输出至图9所示的LED航行灯、信号灯工作状态显示模块。具体地说方波被送入图9所示电路中的型号为74LS08的与门的一个管脚内。
图11是LED航行灯、信号灯工作状态显示信号输出接口J1，该接口有24路LED航行灯、信号灯工作状态输出(1～24号管脚)，25号管脚连接VCC，26号、27号管脚接地。LED航行灯、信号灯工作状态显示信号输出接口J1用于连接LED航行灯、信号灯工作状态显示灯。
Claims (10)
1.一种船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于，包括：
用于接收处理以下各个模块所发送的信息，且通过对信息的分析结果向相应的模块发送控制指令的中央控制单元；
LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，通过信号线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的控制开关，且所述控制开关为带锁存功能的开关按钮；
LED航行灯、信号灯驱动模块，通过总线与中央控制单元连接，接收1～24路驱动指令输入，输出1～24路LED航行灯、信号灯的驱动电压；
LED航行灯、信号灯工作状态检测模块，通过信号线与LED航行灯、信号灯驱动模块连接以检测LED航行灯、信号灯的工作状态并通过另一路信号线将工作状态数据输出至中央控制单元；
LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，通过总线与中央控制单元连接，设有与LED航行灯、信号灯的回路数相同数量的指示灯，显示LED航行灯、信号灯的工作状态；
485通信模块，通过总线与中央控制单元连接，将控制器的数据和LED航行灯、信号灯的工作数据通过485通信传递至上位机。
2.如权利要求1所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：用于接收处理以下各个模块所发送的信息，且通过对信息的分析结果向相应的模块发送控制指令的中央控制单元U0是型号为STC89C516的51微型处理芯片；
LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1是型号为74F573的锁存器；
LED航行灯、信号灯驱动模块包括型号为74F573的锁存器U2和一个N型的场效应管VT1；且所述LED航行灯、信号灯驱动模块只驱动1路LED航行灯、信号灯；
LED航行灯、信号灯工作状态检测模块包括型号为74F573的锁存器U5和二极管D1、D2；
LED航行灯、信号灯工作状态显示模块包括型号为74F573的锁存器U3、U4，型号为74HC132的施密特触发器U6A和U6B，型号为74LS08的与门U7A，型号为SN75454BD的或非门U8，发光二极管LD。
3.如权利要求2所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：中央控制单元U0向LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的片选管脚
发出片选低电平信号，当LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1被选中期间如果有按键信号输入，LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1D管脚为高电平输入，那么LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的1Q管脚则将高电平通过总线输出至中央控制单元U0的P00管脚，中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯控制信号输入模块U1的输入信号以后，通过P11/T管脚和P12管脚分别向锁存器U2的C管脚和锁存器U3的片选管脚
发送输出信号指令和片选信号，并且通过总线向锁存器U2和锁存器U3的1D管脚发送高电平信号；
锁存器U2在接收到中央控制单元U0发出的输出信号指令和高电平信号后，锁存器U2的1Q管脚向场效应管VT1的栅极G发送高电平信号，场效应管VT1的栅极G接收到高电平输入信号时漏极D导通，则由一路LED航行灯、信号灯构成的LED阵列开始供电工作；
锁存器U3在接收到中央控制单元U0发出的片选信号
和高电平信号后，锁存器U3的1Q管脚高电平输出至与门U7A的1号管脚；施密特触发器U6A以及电容C61、电阻R61组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U6B整形后输出至与门U7A的2号管脚；与门U7A的3号管脚与或非门U8的1A管脚连接；当按键信号接通时与门U7A的3号管脚输出为周期为1s的方波，当按键信号没有接通时与门U7A的3号管脚输出为持续低电平；
在LED航行灯、信号灯工作时，锁存器U5的1D管脚从场效应管VT1的源极S获取为航行灯、信号灯的工作状态数据，二极管D1、D2是为了在锁存器U5的1D端管脚产生压降，与二极管D1、D2并联的电阻R为保护电阻兼具上拉电阻的功能，当航行灯、信号灯工作正常时锁存器U5的1D管脚接收到高电平信号，当航行灯、信号灯工作异常时锁存器U5的1D管脚接收到低电平信号，航行灯、信号灯工作状态数据通过锁存器U5的1Q管脚输出至中央控制单元U0的输入端P00，中央控制单元U0在接收到锁存器U5的航行灯、信号灯工作状态数据之后向锁存器U4发送片选信号
，同时将航行灯、信号灯的工作状态数据通过总线发送至锁存器U4的1D管脚，锁存器U4在同时接收到片选信号
和航行灯、信号灯工作状态数据之后通过锁存器U4的1Q管脚向或非门U8的1B管脚发送航行灯、信号灯工作状态数据；
或非门U8在接收到与门U7A和锁存器U4的信号之后根据具体信号由
管脚进行输出，当按键信号为高电平而且LED航行灯、信号灯工作正常时
管脚输出低电平，则LD指示灯为长亮状态；当按键信号为高电平并且LED航行灯、信号灯工作异常时
管脚输出周期为1s的方波，此时LD指示灯为闪烁状态；当按键信号为低电平时
管脚输出高电平，则LD指示灯为灭灯状态。
4.如权利要求1所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述中央控制单元是型号为STC89C516的中央控制单元U0，中央控制单元U0的外围电路有：
由电容C1、电容C2、晶体振荡器XT1和电阻R1组成的RC振荡电路，该RC振荡电路与中央控制单元U0的X1、X2管脚连接提供中央控制单元U0工作所需的时钟频率；
由电阻R4、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13C和电阻R3组成的接收声光报警消除信号电路，施密特触发器锁存器U13C的10号管脚从插座P15的3号管脚接收该信号，当中央控制单元U0接收到声光报警消除信号时，中央控制单元U0的T1管脚由低电平输出变为高电平输出，T1管脚与声音报警功能电路中的电阻R6连接，从而消除声光报警；
由型号为TLP521-2的光电耦合器OC1、型号为SN75LBC184的具有瞬变电压抑制功能的差分收发器锁存器U14、型号为74HC132的施密特触发器锁存器U13D、二极管VD141和二极管VD142及其它们的外围电路组成的485通信电路，中央控制单元U0将控制器的工作状态数据通过RXD和TXD管脚发送出来，经过485通信电路将工作状态数据转换为485通信数据并从P14插座输出；
中央控制单元U0的
管脚依次串联电阻R5、发光二极管LD1后，连接电源VCC组成中央控制单元U0状态显示电路，发光二极管LD1用于提示中央控制单元U0的工作状态；
中央控制单元U0的P00～P07管脚接入总线；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯输入模块中的锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3的各个输出管脚1Q～8Q对应相连，接收锁存器U1、锁存器U2和锁存器U3发送的控制按键信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯驱动模块的锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6各个输入管脚1D～8D相连，向锁存器U4、锁存器U5和锁存器U6发送对应回路的LED航行灯、信号灯驱动信号；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态检测模块的锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2的输出端1Q～8Q相连，接收锁存器U4_2、锁存器U5_2和锁存器U6_2发送的LED航行灯、信号灯工作状态数据；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11的输入端1D～8D相连，向锁存器U7、锁存器U9和锁存器U11发送控制按键信息；
中央控制单元U0的数据输入输出端口P00～P07通过总线还与LED航行灯、信号灯工作状态显示模块的锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12的输入端1D～8D相连，向锁存器U8、锁存器U10和锁存器U12发送LED航行灯、信号灯工作状态数据；全部锁存器的型号均为74F573。
5.如权利要求4所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述声音报警功能电路在接收到中央控制单元U0发送的报警信号后产生声音报警，同时设有消声按键AJ1，通过该按键进行消除声音报警；
消声按键AJ1与插座P15的3号、4号管脚连接，当消声按键AJ1被按下时，中央控制单元U0的INT1管脚将接收到低电平，中央控制单元U0通过逻辑分析判断后通过T1管脚向蜂鸣器FM1发送高电平，从而蜂鸣器FM1不工作，达到消除警报的功能，所述蜂鸣器FM1与插座P15的1号、2号管脚连接；
插座P15的6号管脚与型号为LM2576HVT5.0的开关型降压稳压器U15及其外围电路连接，开关型降压稳压器U15和它的外围电路的作用是将24V直流输入电压VDD变换为稳定的5V直流电压输出VCC，为多路LED航行灯、信号灯控制器的整块电路板提供稳定的供电。
6.如权利要求5所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：每个单路使用电源VCC的地方与地之间均设置一个滤波电容。
7.如权利要求4所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述LED航行灯、信号灯控制信号输入模块，有三组8针输入接口P1、P2、P3，输入接口P1的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U1的1D～8D管脚，下拉电阻R11～R18分别与输入接口P1的8路输入一一对应，输入接口P2的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U2的1D～8D管脚，下拉电阻R21～R28分别与输入接口P2的8路输入一一对应，输入接口P3的8路输入分别接到型号为74F573的锁存器U3的1D～8D管脚，下拉电阻R31～R38分别与输入接口P3的8路输入一一对应，一共外接1～24路LED航行灯、信号灯的控制信号输入；
锁存器U1、U2、U3的1Q～8Q管脚接入总线；
锁存器U1、U2、U3的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P10/T管脚、P11/T管脚、P12管脚。
8.如权利要求4所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述LED航行灯、信号灯驱动模块和工作状态检测模块，有24路LED航行灯、信号灯驱动输出和24路LED航行灯、信号灯的工作状态检测；
锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6在接收到中央控制单元U0发来的驱动指令以后，通过1Q～8Q管脚向对应的MOS管VT41～VT48、VT51～VT58、VT61～VT68发送高电平使MOS管导通，从而将驱动电压从P4、P5、P6插座输出并使得LED航行灯、信号灯阵列工作；
锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2均为型号为74F573的锁存器，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的1Q～8Q管脚分别接入总线，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2在检测到LED航行灯、信号灯的工作状态后将LED航行灯、信号灯的工作状态信息通过总线发送至中央控制单元U0；
锁存器U4、锁存器U5、锁存器U6的片选管脚
分别连接到中央控制单元U0的P20～P22管脚，锁存器U4_2、锁存器U5_2、锁存器U6_2的片选管脚分别连接到中央控制单元U0的P13～P15管脚。
9.如权利要求4所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述LED航行灯、信号灯工作状态显示模块，包括24路LED航行灯、信号灯的工作状态显示输出；
锁存器U7～锁存器U12均为型号为74F573的锁存器，锁存器U7～锁存器U12的1D～8D管脚分别接入总线，锁存器U7～锁存器U12的C管脚分别连接到中央控制单元U0的P23～P27、P17管脚，锁存器U7～锁存器U12的片选管脚接地；
中央控制单元U0在接收到LED航行灯、信号灯的工作状态信息之后将逻辑分析处理过的信息通过总线发送至锁存器U8、锁存器U10、锁存器U12对应的管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U8的1D～8D管脚，第9～16路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U10的1D～8D管脚，第17～24路LED航行灯、信号灯的工作状态对应于锁存器U12的1D～8D管脚；
并且中央控制单元U0将按键信息发送至锁存器U7、锁存器U9、锁存器U11对应管脚，第1～8路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U7的1D～8D管脚，第9～16路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U9的1D～8D管脚，第17～24路LED航行灯、信号灯的按键信息对应于锁存器U11的1D～8D管脚；
24路LED航行灯、信号灯的工作状态信息被送入型号为SN75454BD的或非门的1B或2B管脚，具体地说：锁存器U8的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U8_1～或非门U8_4，锁存器U10的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U10_1～或非门U10_4，锁存器U12的8路LED航行灯、信号灯的工作状态信息分别送入或非门U12_1～或非门U12_4；
24路按键信息被送入型号为74LS08的与门的一个管脚内，与门的另一个管脚接收方波发生电路的方波信号，与门与或非门的对应关系为每两个与门对应一个或非门SN75454BD，与门的输出管脚连接到或非门的1A或2A管脚，经过或非门SN75454BD逻辑运算后将每一路LED航行灯、信号灯的工作状态显示信息从
管脚、
管脚送至J1接口，通过J1接口发送至LED航行灯、信号灯工作状态显示灯进行显示；
所述J1是LED航行灯、信号灯工作状态显示信号输出接口，该接口1～24号管脚为24路LED航行灯、信号灯工作状态输出，25号管脚连接VCC，26号、27号管脚接地。
10.如权利要求9所述的船用LED航行灯、信号灯控制器，其特征在于：所述方波发生电路，产生一个周期为1是的方波；
施密特触发器U13A和施密特触发器U13B的型号为74HC132，施密特触发器U13A以及它的外围电路电容C131、电阻R131组成了一个方波发生器，该方波发生器产生一个周期为1s的方波，方波通过施密特触发器U13B整形后输出至LED航行灯、信号灯工作状态显示模块。
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2010
- 2010-05-20 CN CN201010176952.0A patent/CN102256406B/zh not_active Expired - Fee Related
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| 李朝晖,沈汉峰.低压航行信号灯控制电路.《船舶设计技术交流》.2000, |
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| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN102256406A (zh) | 2011-11-23 |
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